IMAGERIE DES RÉFLECTEURS DU SOUS-SOL: Résultats de la campagne de mesure

RANETA/NETLANDER en Antarctique

V.Ciarletti, A.Le Gall, J.J.Berthelier, R.Ney, F.Dolon CETP/IPSL

A. Reineix IRCOM

Un radar impulsionnel polarimétrique HF

Principales caractéristiques du radar• Radar immobile posé sur le sol (Mission NETLANDER CNES)

• Localisation des réflecteurs (distance et direction) à grande profondeur

• Estimation de la permittivité complexe du sous-sol proche

Quelques chiffres• Fréquence centrale : 2 4 MHz

• Durée de l’impulsion : 0.25 10 s

• Nombre d’acquisitions cohérentes : 1 224

• Codage : biphase, BPSK

Sondage en profondeur

Amélioration du SNR

Grandeurs mesurées

Champ électrique horizontal • 2 dipôles amortis orthogonaux de 70 m de long Ex Ey

Champ magnétique • Antenne magnétique orientable Hx Hy Hz

Champ électrique horizontal

Champ magnétique complet

Localisation des réflecteurs en distance et direction

kH

Eh

E H����������������������������

k E H �������������������������� ��

Grandeurs mesurées

Impédance de l’antenne électrique Estimation de la permittivité effective du sous-sol proche

Impédance simulée (FDTD)

Partie imaginaire Partie réelle

Effet des additions cohérentes

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-10

0

10

nbcoh=1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-10

0

10

nbcoh=8nbcoh=64

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-10

0

10

nbcoh=64nbcoh=4096

Te

nsio

n m

esu

rée

(m

V)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-10

0

10

nbcoh=512

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-10

0

10

nbcoh=4096

Retard (s)

nbcoh=4194304

nbcoh=65536

139.2° 139.3° 139.4° 139.5° 139.6°

-66.5°

-66.4°

0 2.5 5 km

Prud'homme

426 m370 m

285 m

647 m

1032 m

892 m

641 m

L’expérience RANETA (RAdar de NEtlander en Terre Adélie)

3' r5 110 Sm

' 8r Reference

Hd

GPR

,Glace

Socle

60°

70°

Dumont d'Urville

Mesures de l’impédance de l’antenne électrique

Partie réelle

0

200

400

600

800

1 000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Frequence (MHz)

EA1

EA2EA2

Partie imaginaire

-4 000

-3 000

-2 000

-1 000

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Frequence (MHz)

r~3~5 10-5

Un jeu complet de données

Ex

Ey

Hx

Hy

Hz

Retard de propagation (s)

Niv

eau

reçu

(m

V)

Ex

Ey

GPR

Hx

HyHz

Mesures copolaires à différentes fréquences

Niv

eau

reçu

(m

V)

Retard de propagation (s)

Mesures copolaires en différents endroits

31/01/04 H=285m

04/02/04 H=370m

29/01/04 H=413m

22/01/04 H=426m

01/02/04 H=618m

24/01/04 H=891m

4 6 8 10 12 14 16 18Retard t (s)

500 1000 Distance estimée d(m)

' 3r

Niv

eau

reçu

(m

V)

Bilan de liaison

2

exp( 2 )4 2

r e e e r rc

P PG G df r d

Emission

Réception

divergenceAttenuation

cible

Pertes(dB)

Hr mesuré Hr calculé(*)

( =0.44)

Hr FDTD

( =0.44)

29/01/2004 d=520m 92 dB 10-13T 2 10-12T 0.7 10-12T

01/02/2004 d=890m 118 dB 10-14T 2.5 10-14T _

(*)

Description du sous-sol

Mesures

Electronique du radar

Modélisation FDTD ,e rG G

,e r

, , ,rd

rH2 2

4r

r rG

P Z H

,e rG G

,e r

, , ,rd

rH2 2

4r

r rG

P Z H

5,3

5,35

5,4

5,45

5,5

1,5 2,5 3,5 4,5

Frequence centrale f (MHz)

Ret

ard

de p

ropa

gati

on t

( s)

Tx12Rx2

Tx12Rx1

Tx34Rx3

Tx34Rx4

Influence de la fréquence sur les retards mesurés

'2d rtc

0'

fr

Influence de la fréquence sur les pertes de propagation

0,5

11,5

2

2,5

33,5

4

1,5 2,5 3,5 4,5

Frequence centrale (MHz)

Niv

eau

reçu

(m

V)

Tx12 Rx2

Tx12 Rx1

Tx34 Rx3

Tx34 Rx4

1f

'

60exp( )

4 2r

e e e r r r

P cA d

P G G f r d

divergenceAttenuation

cible

Résultat préliminaire de reconstitution du socle

Ex

Ey

GPR

Hx

HyHz

1 2 3

1 1

2 2

3 3

24 151

39 111

41 81

123

Conclusions et perspectives

• Données de qualité

• Bilan de liaison raisonnable

• Validation du concept du GPR de NETLANDER

• Nécessité d’une modélisation électromagnétique fiable

• Interaction forte entre développement, mesure et modélisation

• Version bistatique testée avec succès sur la dune du Pyla

• Applications sur terre : Glaciologie,…

• Participation à des campagnes d’inter comparaison sur des analogues martiens (LPI, SWRI, JPL)