Radar à travers les murs

Méthode DORT en électromagnétisme

Julien de Rosny, Claire Prada, Matthieu Davy, Jean-Gabriel Minonzio, Thomas Lepetit.

La méthode DORT a principalement été étudiée en acoustique ultrasonore. Toutefois, le concept d’invariants de l’opérateur de retournement temporel est plus général et il s’applique aussi aux ondes électromagnétiques (Saillard JEWA 1999, Radio Science 2003). La méthode DORT présente donc un intérêt pour la détection RADAR à l’aide de réseaux d’antennes.
Nous avons effectué des expériences de caractérisation de diffuseurs électromagnétiques en étudiant les invariants associés à des cylindres conducteurs ou diélectriques. Nous avons également étudié la séparation de diffuseurs proches et la limite de résolution de la méthode en présence de bruit, et enfin, dans le cadre d’une collaboration avec le LSEET, le LEAT et l’ONERA nous avons testé la méthode DORT pour la détection à travers les murs.

Caractérisation de diffuseurs

Nous avons réalisé de expériences de détection sur différents cylindres dans la gamme 2-4 GHz utilisant un couple d’antennes directives déplacées pas à pas et un analyseur de réseau. Ce dispositif a permis l’acquisition d’un ensemble de réponses en configuration bi-statique . Nous avons alors montré que l’on pouvait déterminer la permitivité du cylindre à l’aides des invariants de l’ORT mesurés. [1]
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Super résolution et niveau de bruit

L’opérateur de retournement temporel peut être interprété comme une matrice de covariance construite à partir des réponses de chaque émetteur. La localisation deux diffuseurs plus proches que la limite de résolution théorique peut alors être obtenue en associant à la décomposition de l’O.R.T. des algorithmes de super-résolution utilisés en détection passive. Nous avons repris cette approche dans les expériences micro ondes et montré la séparation de deux diffuseurs distants de λ/5 en champ lointain (objets placés à environ 30 longueurs d’onde du réseau).
En l’absence de bruit, pour des diffuseurs isotropes et lorsque la fonction de Green du milieu est parfaitement connue, il n’y a pas de limite théorique à la résolution. Cependant, celle-ci est toujours limitée par le bruit qui peut être dû aux défauts du réseau d’antennes et de l’électronique ou à une mauvaise estimation de la fonction de Green théorique. Une étude de l’incidence du bruit sur la résolution a été réalisée au cours la thèse de Matthieu Davy.
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Détection radar à travers les murs

Lors du projet REI intitulé "Détection radar à travers les bâtiments en utilisant des traitements fondés sur le principe du retournement temporel" et mené en collaboration avec le LEAT à Nice, le LSEET à Toulon et l’ONERA à Toulouse, nous avons montré que l’on pouvait suivre le déplacement d’une personne derrière un mur en utilisant la différence entre deux matrices de réponses inter-éléments acquises successivement. Les temps d’aller-retour étant très brefs en électromagnétisme, les mesures peuvent être quasi-instantanées. Les acquisitions DORT ont été réalisées à travers les murs du laboratoire à l’aide d’un réseau de 16 antennes vivaldi.
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Détection à travers un mur avec une réseau d’antennes Vivaldi. A droite : deux positions déterminées à partir de la différence de deux matrices acquises successivement.

Notes

[1

Invariants of the time-reversal operator for a dielectric cylinder using different Tx and Rx arrays.
Davy, M., J. - G. Minonzio, C. Prada, J. D. Rosny, and M. Fink.
In IEEE Antennas and Propagation Society, AP-S International Symposium (Digest)., 2009.
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[2

Experimental study of the invariants of the time-reversal operator for a dielectric cylinder using separate transmit and receive arrays.
Davy, M., J. - G. Minonzio, J. De Rosny, C. Prada, and M. Fink.
IEEE Transactions on Antennas and Propagation 58, no. 4 (2010): 1349–1356.
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[3

Auteur (up) Titre Année Publication Volume Pages Liens
Davy, M.; Minonzio, J.-G.; de Rosny, J.; Prada, C.; Fink, M. Influence of noise on subwavelength imaging of two close scatterers using time reversal method: Theory and experiments 2009 Progress in Electromagnetics Research 98 333-358   url

[4

Detection and imaging of human beings behind a wall using the dort method.
Davy, M., T. Lepetit, J. de Rosny, C. Prada, and M. Fink.
Progress in Electromagnetics Research 110 (2010): 353–369.
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