Vous êtes ici : Accueil » Kiosque » Annonce

Identification

Identifiant: 
Mot de passe : 

Mot de passe oublié ?
Détails d'identification oubliés ?

Annonce

17 décembre 2018

Optimisation de formes d'onde pour imagerie radar par code de phase - thèse ONERA Palaiseau


Catégorie : Doctorant


Habituellement réalisées à partir de signaux à fréquence modulée linéairement (chirp), les images SAR sont des images radar haute résolution, qui contrairement à l'optique, peuvent être acquises de jour comme de nuit, ou par temps nuageux. Cependant, dans un contexte où le spectre électromagnétique est de plus en plus encombré,il peut être préférable de considérer d’autres types de forme d’onde que les chirps, et notamment, les codes de phase.
Cette thèse a pour objet l’étude de l’utilisation de codes de phases pour la formation d’images SAR, et en particulier leur impact sur la qualité de l'image, leur optimisation, et le traitement associé pour obtenir l'image SAR.

Contacts

Directrice de thèse : Hélène Oriot ( helene.oriot@onera.fr )

Encadrants : Olivier Rabaste ( olivier.rabaste@onera.fr ) , Abigael Taylor ( abigael.taylor@onera.fr )

 

Mots clés

Traitement du signal, code de phase, optimisation, imagerie radar, SAR.

 

Description du projet de thèse

L'imagerie radar à synthèse d'ouverture (SAR en anglais) permet d'obtenir des images très haute résolution de la scène illuminée par un capteur radar aéroporté. L'image SAR est formée par émission d'une succession d'impulsions et traitement des signaux réfléchis par les éléments constitutifs de la scène(bâtiments, champs, routes, etc.). Généralement le signal émis est un signal modulé linéairement en fréquence ("chirp"), robuste au Doppler mais qui occupe une bande spectrale complète. Pour faciliter l'insertion de l'application SAR dans un spectre électro-magnétique potentiellement déjà encombré, il peut donc être préférable de considérer d'autres familles de formes d'onde, présentant un spectre lacunaire, mais des lobes secondaires malgré tout faibles, et permettant toujousr la formation de l'image SAR.

L'objectif de cette thèse est donc de proposer des codes contraints en occupation spectrale, mais permettant néanmoins la formation d'images SAR de bonne qualité. Le problème à résoudre est alors potentiellement fortement contraint pour limiter les effets indésirables pour les applications radar: énergie résiduelle importante hors bande spectrale d'intérêt, présence de lobes secondaires forts, robustesse limitée à l'effet Doppler. Il s'agira donc de proposer des codes innovants aux propriétés optimisées, et les traitements appropriés.

 

Après une étude bibliographique approfondie sur le traitement du signal radar, la formation d'images SAR et les méthodes d'optimisation mathématique applicables aux codes radar, ainsi que la prise en main d'images SAR existantes, le travail de thèse consistera dans un premier temps à étudier l'emploi de nouveaux codes, par exemple des codes de phase en lieu et place de codes"chirps" pour l'imagerie radar. Le cœur du travail consistera ensuite à mettre en place un programme d'optimisation de code de phase prenant en compte plusieurs contraintes possibles, telles que des contraintes spectrales, des contraintes de saturation de l'émission, l'emploi de modulations de phase particulières comme les modulations à phase continue, ou encore des contraintes liées au Doppler. L'objectif sera d'aboutir à une famille de codes présentant un niveau de lobes secondaires intégrés le plus bas possible.

 

Ce programme d'optimisation sera ensuite complété en y intégrant un filtre désadapté en remplacement du filtre adapté classiquement utilisé, cela afin d'améliorer encore la propreté de l'image obtenue. L'optimisation se fera alors de manière conjointe à la fois sur le code émis et son filtre optimal, en tenant compte de contraintes sur la perte en gain de traitement inhérente à l'emploi d'un filtre désadapté. Il sera enfin possible de prendre en compte des défauts réels de la chaîne d'émission, soit en ajoutant une rétroaction à partir des différences entre le code théorique optimisé et le code mesuré en sortie de la chaîne d'émission (hardware in the loop), soit en incluant un modèle pertinent des distortions engendrées par la chaîne sur le signal dans la routine d'optimisation (model in the loop).

 

Comme cette problématique d'optimisation se rencontre dans d'autres applications radar, on cherchera donc à généraliser ou adapter les outils d'optimisation proposés à d'autres applications radar telles que les radars de surveillance terrestre. Les performances des séquences obtenues pourraient être validées sur des chaînes radar disponibles à l'ONERA, telles que SETHI pour l'imagerie radar aéroportée ou le banc de mesure HYCAM.

 

Enfin si le temps le permet, il sera possible d'étendre les travaux effectués en étudiant les bornes inférieures existantes sur les niveaux de lobes secondaires fournis par les codes de phase, et de proposer des bornes inférieures tenant compte de contraintes spectrales et de l'utilisation d'un filtre désadapté. Dans ce cas, il sera bien entendu nécessaire de vérifier la qualité de l'image SAR formée, et d'optimiser les paramètres de la séquence retenue.

 

Profil du candidat

Grande école d'ingénieur, ou Master 2 avec excellent dossier. Bonnes connaissances en traitement du signal, des connaissances en radar et optimisation seraient un plus.

 

Bibliographie

 

[1] M. Golay, "Sieves for low autocorrelation binary sequences", IEEE Transactions on Information Theory, vol.23, n.1, 1977

[2] B. Militzer, M. Zamparelli, D. Beule, "Evolutionary search for for low autocorrelated binary sequences", IEEE Transactions on Evolutionary Computation, vol.2, 1998

[3] P. Stoica, J. Li, M. Wue, "Transmit codes and receive filters for radar", IEEE Signal Processing Magazine, Vol. 25, n.6, 2008.

[4] J.M. Baden, M.S. Davis, L. Schmieder, "Efficient energy gradient calculations for binary and polyphase sequences", IEEE Radar Conference, 2015.

[5] S. Blunt, M. Cook, E. Perrins and J. de Graaf, "CPM-based radar waveforms for efficiently bandlimiting a transmitted spectrum", IEEE Radar Conference 2009.

[6] J. Jakabosky, P. Anglin, M. Cook, S. Blunt and J. Stiles, "Non-linear FM waveform design using marginal Fisher's information within the CPM framework", IEEE Radar Conference 2011.

[7] J. Jakabosky, S. Blunt, M. Cook, J. Stiles and S. Seguin, "Transmitter-in-the-loop optimization of physical radar emissions", IEEE Radar Conference 2012.

[8] S. Blunt, M. Cook, J. Jakabosky, J. de Graaf and E. Perrins, "Polyphase-coded FM (PCFM) radar waveforms, part I: implementation", IEEE Transactions on Aeronautic and Electronic Systems, vol. 50, p. 2218 (2014).

 

 

Conditions d’accueil du projet de thèse

 

 

 

 

 

 

 

 

Dans cette rubrique

(c) GdR 720 ISIS - CNRS - 2011-2018.