Radar Photonique

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C'est peut être un domaine d'avenir

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Radio Optic Phased Array Radar - a comprehensive study.

Traduit avec www.DeepL.com/Translator (version gratuite)

Radar à réseau phasé radio-optique - une étude complète.

Voici ce que voit un radar photonique, le monde qui l'entoure.

 

Dans une course à la fabrication d'avions de combat de cinquième génération, les nations ont réalisé que la capacité de furtivité est un changement de jeu majeur en temps de guerre comme en temps de paix. La rumeur de la destruction de la batterie S-300 syrienne par des F 35 israéliens et le vol incontesté du F 22 Raptor américain à la distance d'engagement du glorieux S 400 incitent les Russes (et tous les autres) à réfléchir à une parade efficace à cette technologie à faible observabilité. Ils semblent avoir trouvé la solution dans un vieux concept abandonné où la détection se fait à l'aide de la lumière et non des ondes radio. Il fonctionne de la même manière que le radar mais utilise des faisceaux de lumière infrarouge au lieu d'ondes radio. Si l'on en croit les capacités annoncées, ce nouveau système serait capable de détecter des avions furtifs à longue distance. Les avions furtifs ont pris des mesures pour réduire la réflexion des ondes radio de la bande X. Les fabricants du radar à réseau phasé radio-optique affirment que, puisqu'il utilise la lumière et non les ondes radio, l'optimisation de la réduction des réflexions des ondes radio ne fonctionnera pas. Dans cet article, nous avons tenté de découvrir si cette affirmation est vraie ou s'il s'agit d'une simple fanfaronnade. Comment fonctionne exactement cette chose, quelles sont ses capacités spécifiques et qui travaille dans ce domaine. 

QU'EST-CE QUE LA PHOTONIQUE ?
La photonique est la science de la génération, de la gestion et de la détection des photons (particules élémentaires et quanta de rayonnement électromagnétique qui peuvent exister dans le vide mais se déplacent à la vitesse de la lumière), ainsi que la physique et la technologie liées à l'utilisation des photons. Les photons, contrairement aux électrons, n'ont ni masse ni charge. Par conséquent, les systèmes photoniques ne sont pas affectés par les champs électromagnétiques externes et disposent d'une distance de transmission et d'une largeur de bande de signal beaucoup plus importantes.
  
En d'autres termes, la photonique traite du contrôle et de la conversion des signaux optiques, de la transmission d'informations par des fibres optiques à la création de nouveaux capteurs qui modulent les signaux lumineux. Selon certaines sources, les termes "optique" et "électronique" seront progressivement remplacés par le nom généralisé de "photonique". Le premier dispositif technique important utilisant des photons a été le laser, inventé en 1960. Après que les transmissions par fibre optique ont commencé à être largement utilisées dans le monde entier dans les années 1980, le terme "photonique" est devenu plus courant. Jusqu'à la fin du vingtième siècle, la photonique était largement axée sur les télécommunications. Elle est notamment devenue la base du développement de l'Internet. Actuellement, la radio-photonique a commencé à remplacer la photonique "des télécommunications". Cette nouvelle orientation est apparue à l'intersection de la radionique, de l'optique ondulatoire, de l'optoélectronique à micro-ondes et d'autres branches de la science et de l'industrie.

LA RADIO-PHOTONIQUE EST UTILISÉE DANS LA TRANSMISSION D'INFORMATIONS À L'AIDE D'ONDES ÉLECTROMAGNÉTIQUES DE DISPOSITIFS ET DE SYSTÈMES MICRO-ONDES ET PHOTONIQUES QUI PEUVENT CRÉER DES ONDES DE RADIOFRÉQUENCE AVEC DES PARAMÈTRES INATTEIGNABLES AVEC L'ÉLECTRONIQUE CONVENTIONNELLE.

BESOIN D'UN RADAR PHOTONIQUE !

 La prochaine génération de systèmes radar (détection et télémétrie par radio) doit être basée sur la radio logicielle pour s'adapter à des environnements variables, avec des fréquences porteuses plus élevées pour des antennes plus petites et une bande passante élargie pour une résolution accrue. Les composants micro-ondes numériques actuels (synthétiseurs et convertisseurs analogiques-numériques) souffrent d'une largeur de bande limitée et d'un bruit élevé à des fréquences croissantes, de sorte que les systèmes radar entièrement numériques ne peuvent fonctionner que jusqu'à quelques gigahertz, et que des conversions analogiques bruyantes vers le haut et vers le bas sont nécessaires pour les fréquences supérieures. En revanche, la photonique offre une grande précision et une bande passante ultra-large, permettant à la fois la génération flexible de signaux radiofréquences extrêmement stables avec des formes d'onde arbitraires jusqu'aux ondes millimétriques, et la détection de ces signaux et leur numérisation directe précise sans conversion descendante. 

DÉVELOPPEMENT DE LA RADIO-PHOTONIQUE 

~En Russie
 
L'école russe de photonique est considérée comme l'une des meilleures au monde. Il suffit de rappeler le prix Nobel de physique décerné en 1964 à Alexander Prokhorov et Nikolai Basov pour les recherches ayant conduit à la création du laser, puis en 2000 à Zhores Alferov pour le développement de l'optoélectronique.
 
Après avoir cédé le leadership dans le domaine de la microélectronique aux pays occidentaux, la Russie envisage de battre la concurrence dans un autre domaine, à savoir la radiophotonique et les technologies de défense qui en découlent. Les scientifiques russes pensent qu'il est possible d'abandonner complètement les électrons au profit des photons. Les photons n'ayant pas de masse et volant plus vite, la taille des appareils fonctionnant selon les principes de la photonique peut être des centaines de fois inférieure à celle des serveurs modernes habituels. Dans le même temps, la vitesse des données est dix fois plus élevée.

En Russie, le KRET développe la technologie radio-photonique. Aujourd'hui, le consortium et la Fondation pour les études avancées travaillent sur un projet prometteur intitulé "Développement d'un réseau phasé actif basé sur les photons radio". Le projet comprend la création d'un laboratoire spécial dans les entreprises du consortium, ainsi que le développement d'une technologie universelle qui servira de base aux systèmes radar et de guerre électronique de la prochaine génération.
 
Selon le PDG du KRET, Nikolai Kolesov, les dernières technologies permettront de créer, d'ici 2020, des émetteurs-récepteurs, des systèmes radar, des systèmes de renseignement électronique et des contre-mesures électroniques efficaces et avancés de nouvelle génération. L'un des principaux domaines de travail sera la création d'une antenne réseau active à commande de phase de nouvelle génération, dont les éléments de base seront créés en utilisant les principes de la radio-photonique. Cela permettra de réduire le poids de l'appareil de 1,5 à 3 fois, d'augmenter sa fiabilité et son efficacité jusqu'à 2 ou 3 fois, et d'augmenter la vitesse et la résolution du balayage des dizaines de fois.

Fonctionnement du radar basé sur la photonique expliqué par Finmeccanica

~ Aux États-Unis

 

La DARPA a mis au point une grande variété de technologies qui permettraient de développer un tel système. Depuis longtemps, de nombreuses recherches ont été menées et la technologie a été à chaque fois qualifiée d'irréalisable.
 
L'un des développements récents dans ce domaine est le LiDAR ou LADAR.
 
Le LiDAR est un système de détection et de télémétrie par la lumière et fonctionne de la même manière qu'un radar. Les systèmes radar fonctionnent en émettant des ondes radioélectriques qui rebondissent sur les cibles et reviennent à l'équipement avec cette information. Plus un objet est éloigné, plus il faut de temps au radar pour le détecter. Cependant, grâce aux réseaux phasés, qui permettent aux systèmes radar d'envoyer un faisceau dans une direction spécifique sans l'aide d'un mouvement mécanique, le radar a pu suivre l'évolution technologique, pour ainsi dire. Plutôt que des ondes radio, le ladar utilise des lasers pour balayer une zone donnée. Il émet des faisceaux optiques et renvoie des informations plus détaillées que le radar. Cependant, le choix de la direction dans laquelle tirer les faisceaux ou la direction n'a pas été suffisamment efficace pour aider le ladar à dépasser son frère plus populaire. Aujourd'hui, cependant, la DARPA a créé une nouvelle forme de réseau laser à commande de phase en 2D, si minuscule et si évolutive que le ladar pourrait passer sous les feux de la rampe.
 
Sanjay Raman, responsable du programme DAHI de la DARPA, a fait remarquer que le fait de placer tous les composants d'un réseau optique à commande de phase dans une minuscule puce 2D pourrait "conduire à de nouvelles capacités de détection et d'imagerie". Il pense que cette nouvelle technologie pourrait permettre de créer des modèles de faisceaux à haute résolution, ce qui était auparavant difficile pour les réseaux optiques à commande de phase. En plus de donner au ladar une mise à niveau bien nécessaire, le nouveau système pourrait non seulement aider à l'imagerie biomédicale, mais aussi être utilisé dans les affichages holographiques 3D.

Le nouveau réseau a la taille d'une tête d'épingle de 576 µm x 576 µm et toutes les pièces nécessaires, telles que 4 096 nanoantennes disposées de façon à former un ensemble de 64 × 64, sont regroupées sur une seule puce de silicium. L'objectif de la conception est d'être évolutive afin que le nombre de nanoantennes puisse augmenter considérablement si nécessaire. La DARPA a également démontré que l'orientation dynamique du faisceau peut être réalisée par un réseau de 8 x 8.

Pour en savoir plus sur la Nano-Photonic Antenna:

http://www.nature.com/nature/journal/v493/n7431/full/nature11727.html%3FWT.ec_id%3DNATURE-20130110&hl=en-IN

~ En Italie
 
Une équipe de chercheurs en Italie a mis au point le premier système radar cohérent entièrement basé sur la photonique. Dans son article publié dans la revue Nature, l'équipe décrit comment elle a construit son nouveau système radar et ce que cela pourrait signifier pour l'avenir des systèmes radar. Le système radar, qui fait partie d'un projet appelé PHODIR (Photonics-based fully digital radar), vise à améliorer les capacités de suivi et de calcul de la vitesse des systèmes actuels basés sur des signaux électroniques. Il est bien entendu que l'amélioration d'un tel système nécessite des signaux à plus haute fréquence, ce qui n'est pas possible avec les systèmes actuels en raison de l'augmentation du bruit qui crée plus d'incertitude dans les signaux reçus. C'est pourquoi les scientifiques ont cherché à utiliser des lasers, dont les signaux sont beaucoup plus stables.
 
Pour construire un système radar à l'aide d'un laser, il faut un mode d'oscillation optique capable de maintenir une relation de phase très stable - c'est l'obstacle que les chercheurs ont dû surmonter. Ils ont utilisé un laser à verrouillage de mode, qui permet d'établir une séquence périodique d'impulsions laser présentant une faible gigue temporelle. En l'utilisant, en conjonction avec un ordinateur exécutant un logiciel qu'ils ont écrit, ils ont pu produire un signal RF avec un faible bruit de phase en ajoutant un filtre optique situé après le laser, qui a été envoyé à une photodiode, permettant de sélectionner deux modes optiques.

Le système radar construit par l'équipe n'est encore qu'un prototype, mais il semble réalisable. L'équipe a testé ses capacités en surveillant de vrais avions décollant d'un aéroport voisin, puis en comparant ce qu'elle a observé avec les données des systèmes traditionnels basés sur des signaux électroniques. Ils rapportent que les systèmes correspondent très étroitement. Un autre sujet de préoccupation est la portée, qui pourrait avoir un impact sur la gigue, et donc sur la précision du système. L'architecture proposée exploite un seul laser pulsé pour générer des signaux radar accordables et recevoir leurs échos, évitant la conversion ascendante et descendante des fréquences radio et garantissant à la fois l'approche définie par logiciel et la haute résolution. Ses performances dépassent celles de l'électronique de pointe à des fréquences porteuses supérieures à deux gigahertz, et la détection d'avions non coopératifs confirme l'efficacité et la précision attendue du système.

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Divers : 
http://www.jhuapl.edu/techdigest/TD/td3301/33_01-McKenna.pdf
 
http://www.site.uottawa.ca/~jpyao/mprg/reprints/MWCL-Phase-Coding-May2008.pdf
 
http://techdigest.jhuapl.edu/TD/td3004/30_4-Nanzer.pdf
 
http://foresight.ifmo.ru/ict/shared/files/201311/1_120.pdf
 
 A part cela, il y a beaucoup de tentatives faites dans le domaine de la photonique, mais celles mentionnées ci-dessus et la plupart des autres sont liées aux télécommunications.
 
APRÈS AVOIR LU TOUT CELA, UNE QUESTION VOUS EST PEUT-ÊTRE VENUE À L'ESPRIT !
 
NOUS POUVONS DIRIGER LES ONDES RADIO SANS ACTION MÉCANIQUE. MAIS COMMENT DIRIGER LES FAISCEAUX LASER ?
 

Pour cela, nous devons comprendre ce qu'est un réseau optique à commande de phase.

L'optique à réseaux phasés est la technologie qui permet de contrôler la phase des ondes lumineuses transmises ou réfléchies par une surface bidimensionnelle au moyen d'éléments de surface réglables. C'est exactement ce que nous appelons un radar optique à commande de phase. En contrôlant dynamiquement les propriétés optiques d'une surface à l'échelle microscopique, il est possible d'orienter la direction des faisceaux lumineux ou la direction de visée des capteurs, sans aucune pièce mobile. L'optique à réseaux phasés fait référence à des réseaux de lasers ou de SLM avec des éléments de phase et d'amplitude adressables plus petits qu'une longueur d'onde de la lumière. Bien qu'encore théoriques, de tels réseaux à haute résolution permettraient d'afficher des images tridimensionnelles extrêmement réalistes par holographie dynamique, sans ordres de diffraction indésirables.
 
Nous allons analyser une à une les affirmations de KRET pour savoir ce qu'elles signifient exactement.
                         
1 Le poids du radar photonique de KRET serait réduit de plus de la moitié et la résolution multipliée par dix.
 
- Normalement, les radars AESA ont des réseaux composés de nombreux modules d'émission/réception ou T/R. Il s'agit d'une simple question de thermodynamique. La simple thermodynamique veut que lorsqu'un métal est chauffé, il se dilate et la chaleur affecte le flux de courant. Ces radars sont donc dotés d'un système de refroidissement qui permet de contrôler la température. Des tuyaux transportant le liquide de refroidissement passent à travers les réseaux pour évacuer la chaleur. Tout cet assemblage augmente le poids. Dans un radar photonique, il n'y aura pas de modules T/R métalliques. Il est donc inutile d'avoir un système de refroidissement. Cela contribue à la réduction du poids.
  
Le degré de résolution dépend de la largeur de l'impulsion transmise, du type et de la taille des cibles, ainsi que de l'efficacité du récepteur et de l'indicateur. Plus la largeur de l'impulsion est petite, meilleure est la résolution. Comme l'impulsion frappera deux cibles différentes même si elles sont proches l'une de l'autre, elles peuvent être différenciées. La fréquence des ondes radio se situe dans la zone centimétrique ou millimétrique, voir le diagramme ci-dessous.

Les photons se situent principalement dans le spectre visible et certains à droite du spectre visible, mais à gauche de celui des ondes radio. C'est dans cette zone "infrarouge" que les ondes de ROFAR fonctionnent. Comme ces ondes sont plus petites, elles peuvent mieux différencier les cibles. 

2 ROFAR permet d'obtenir une image TV à portée de radar. Cela ouvrirait de nouvelles possibilités d'amélioration de la peau intelligente.
Ici, nous devons comprendre quelle image le radar voit et ce qu'il affiche exactement. Le radar reçoit généralement en retour diverses ondes qu'il a lui-même émises et qui ont des fréquences légèrement différentes.

Ces ondes sont une représentation collective de pics de tension, ce qui est exactement ce que voit un radar (voir les images ci-dessous). (voir images ci-dessous) Alors pourquoi le radar n'affiche-t-il pas cela à l'écran, pourquoi seulement un point ? C'est parce que le pilote ne veut tout simplement pas perdre de temps à étudier ces pics et devinez ce que c'est, cela ne ressemble pas à un avion. S'il y a une menace dans les environs, il vaut mieux l'afficher avec un simple point et indiquer sa distance, sa vitesse et ses diverses caractéristiques physiques.
 
Le radar ne peut pas voir la forme exacte de l'avion. C'est parce que les ondes radio EM ont des longueurs d'onde de taille centimétrique ou millimétrique. La résolution est donc moindre. 

Pour savoir comment, connaître les bases de la résolution:

http://www.radartutorial.eu/01.basics/Range Resolution.en.html

Mais si nous utilisions des ondes nanométriques. La résolution serait plus grande. Les pics de tension ressembleraient plus exactement à l'objet qu'ils affichent. On obtiendrait une image 3D multispectrale de l'avion. La cible serait vue comme un monde 3D très différent, aux couleurs inhabituelles. 
L'affirmation ici est que ROFAR peut créer une qualité d'image proche du niveau photographique à des distances plus longues.
 
Il s'agit d'une affirmation audacieuse.
 
Elle est audacieuse dans le sens où, en matière de détection radar, VOUS êtes le propriétaire du moyen de détection. Le moyen de détection est le rayonnement électromagnétique (EM). Nous en sommes les propriétaires dans le sens où nous générons des rayonnements électromagnétiques à volonté, puis nous nous concentrons dans une direction particulière, et quel que soit le retour, nous les traitons.
 
Ce n'est PAS ainsi que fonctionne la vision.
 
Si vous voyez une balle rouge, ce ne sont pas vos yeux qui ont créé le rayonnement EM que la balle a réfléchi à la longueur d'onde physique de la couleur rouge. La balle reflète plutôt la lumière d'autres sources qui donnent à l'œil humain la couleur rouge. La Lune reflète la lumière du Soleil et de la Terre. Le support de détection ne vous appartient pas.
 
Mais imaginez maintenant que vos yeux, comme la vision à rayons X de Superman, génèrent des rayonnements électromagnétiques de manière très cohérente, comme un faisceau laser, puis dirigez ce faisceau où vous voulez et recevez une vision semblable à celle de l'homme. Dans ce cas, le support de détection vous appartient.
 
Les Russes ont effectivement affirmé avoir créé un œil électronique. Pas un œil bionique, car un œil bionique nécessite de la matière organique.

 

3 Le radar serait capable de voir à 500 km de distance.
 
L'affirmation dit que le radar serait capable de voir un avion à 500 km de distance et que l'image pourrait être agrandie de manière à ce que l'avion semble se trouver à seulement 50 m de distance. La revendication indique également que les signaux peuvent traverser les murs et que le radar serait capable de voir à l'intérieur d'un avion qui est assis et quels appareils sont utilisés. C'est comme avoir une vision à rayons X.
 
Normalement, la portée de tout radar est toujours fonction de la RCS de la cible. Moins la RCS est importante, moins la portée est importante. Il y a une relation exponentielle entre la portée et le RCS de la cible qui a été joliment expliquée précédemment dans l'un de nos articles sur les équations du radar. Mais depuis que les spéculations disent que la conception de son antenne serait différente. Bien qu'il s'agisse également d'un réseau comme un radar à réseau phasé, les modules individuels seraient de construction différente. On ne peut donc pas dire clairement que les mêmes équations de radar peuvent être utilisées pour déterminer la portée contre différentes valeurs de RCS.
 
La distance de détection de 500 KM est calculée par rapport à un avion de taille standard. Il n'est pas clair de savoir quelle taille est considérée comme standard.
  
CETTE AFFIRMATION A UN PROBLÈME.
 
C'est que nous parlons d'ondes de fréquence supérieure à 100 Ghz. Il s'agit de la bande W, ou Fréquence Extrêmement Haute. Selon la théorie Comparées aux bandes inférieures, les ondes radio de cette bande ont une forte atténuation atmosphérique ; elles sont absorbées par les gaz de l'atmosphère. Elles ont donc une faible portée et ne peuvent être utilisées pour les communications terrestres que sur environ un kilomètre. L'absorption par l'humidité de l'atmosphère est importante, sauf dans les environnements désertiques, et l'atténuation par la pluie est un problème sérieux, même sur de courtes distances.

 

Modifié le 20 novembre 2021 par Picdelamirand-oil

[Patrick]

Question: y aurait-il besoin de matériaux spécifiques pour réaliser les radômes abritant de telles antennes, comparativement à ce qui se fait aujourd'hui?

[Picdelamirand-oil]

il y a 5 minutes, Patrick a dit :

Question: y aurait-il besoin de matériaux spécifiques pour réaliser les radômes abritant de telles antennes, comparativement à ce qui se fait aujourd'hui?

Je crois qu'on en est pas là.

[Patrick]

il y a une heure, Picdelamirand-oil a dit :

Je crois qu'on en est pas là.

Quels sont les premiers chantiers à ton avis?

Cepdf du CEA parle des capteurs quantiques à la page 25.

https://www.cea.fr/multimedia/Documents/publications/clefs-cea/CLEFS66-FR-FINAL.pdf

[Lame]

La plasma stealth (« furtivité [grâce au] plasma ») est une théorie qui se propose de réduire la surface équivalente radar (SER) d'un avion en utilisant un gaz ionisé (plasma). Les interactions entre un rayonnement électromagnétique et un gaz ionisé ont été largement étudiées avec des objectifs différents comme la possibilité de dissimuler un avion aux radars. Alors qu'il est théoriquement possible de réduire la SER d'un avion en « enveloppant » sa carlingue dans du plasma, il est très difficile de l'envisager dans la pratique. Il existe plusieurs méthodes qui peuvent raisonnablement permettre de créer un nuage de plasma autour de l'avion, de la simple décharge électrostatique ou électromagnétique, à des systèmes plus exotiques comme des plasmas produits à l'aide de lasers1.

Source: Plasma stealth in Wikipedia

Selon vous, est-qu'une fusée utilisant un manteau de plasma pourrait masquer provisoirement un avion à un radar photonique?