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Les radars

Qu’en savez-vous vraiment ?

Par Thierry RabaudSagem Défense Sécurité

Directeur du Département Transport

CNAM, le 23 mars 2006

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Plan de la présentation

�Généralités sur les radars

�L’effet Doppler

�Les cinémomètres

�Du cinémomètre aux systèmes de Contrôle Automatisé

�Le projet CSA 1000 et son impact sur la Sécurité Routière

�Et demain ? Autres applications

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Généralités sur les radars : un peu d’histoire

�RADAR = Radio Detection And Ranging

�Détection de la présence et mesure de la distance d’objets à l’aide d’ondes électromagnétiques

�Premières idées : 1886 (Heinrich Hertz), 1900 (Nikola Tesla), 1912 (Hugo Gernback)

�Premières expérimentations : années 30

�Premières applications : Seconde guerre mondiale (Bataille d’Angleterre)

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Généralités sur les radars : à quoi ça sert ?

� Quelques applications actuelles du radar

• Contrôle aérien• Aide à l’atterrissage• Trajectographie• Mesure des vitesses• Altimétrie• Anticollision• Météorologie• Suivi de terrain

• Surveillance du sol• Cartographie• Navigation• Conduite d’armes• Guidage des missiles• Autoguidage• Fusées de proximité

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Généralités sur les radars : les principes de base

�Principaux constituants d’un radar :

• Un émetteur d’ondes électromagnétiques ⇒⇒⇒⇒ de quelques MHz à plusieurs GHz

• Une antenne ⇒⇒⇒⇒ concentrateur d’énergie

• Un récepteur ⇒⇒⇒⇒ détection

• Un calculateur ⇒⇒⇒⇒ mesure de distance, de vitesse…

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Généralités sur les radars : les principes de base

�Le principe de base :• On déduit la distance entre le véhicule et le radar sur la base de la vitesse

de l’onde et de l’intervalle de temps entre son émission et sa réception- Génération d’une impulsion EM très brève se déplaçant à la vitesse de la lumière

(c=3 108 m/s)- Au bout de l’intervalle de temps ∆T1, l’onde atteint sa cible située à la distance D- L’onde réfléchie atteint le récepteur après ∆T2 = ∆T1

�On en déduit la distance de la cible : l’intervalle de temps qui sépare l’instant d’émission de l’instant de réception est

∆∆∆∆T = ∆∆∆∆T2 + ∆∆∆∆T1 = 2D/c

- La vitesse est calculée par « intégration » de la distance en fonction du temps sur plusieurs impulsions

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L’effet Doppler

�Limitation des radars à impulsion• Ils n’ont pas accès directement à la vitesse instantanée du mobile• Ils ont des difficultés pour mesurer des faibles distances• Nécessitent des puissances crête importantes

� ⇒⇒⇒⇒ Utilisation de radars Doppler à ondes continues, mieux adaptés aux applications de sécurité routière en particulier

�Qu’est ce que l’effet Doppler :• La fréquence d’une onde perçue par un observateur varie en fonction de la

vitesse de la source émettrice par rapport à l’observateur

• Christian Doppler (1842 pour le son : ondes acoustiques) Hippolyte Fizeau (1848 pour la lumière : ondes électromagnétiques)

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L’effet Doppler (suite)

�La fréquence perçue augmente lorsque la cible se rapproche�La fréquence perçue diminue lorsque la cible s’éloigne�Le décalage de fréquence est proportionnel à la vitesse de la cible

Fréquence perçue par l’observateur = fémise - 2 V / λAvec λ, longueur d’ondeV = vitesse relativec = vitesse de propagation de l’ondeλ = cT = c/fémise

V= ∆∆∆∆

f λλλλ /2 �Exemples d’effet Doppler acoustique

• Moteur de voiture• Avertisseur sonore

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Schéma

CALCULATEUR

ANTENNE

Émission + réception

Ondes électromagnétiques émises par le radar à la fréquence f

Ondes électromagnétiques réfléchies par la voiture à la fréquence f’>f

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Le radar Doppler continu bi-fréquence�Onde n° 1

• Fréquence f1 de l’ordre de plusieurs GHz (typiquement 24 Ghz dans le cas routier)• L’analyse du décalage Doppler après réflexion sur la cible permet de mesurer la

vitesse instantanée de la cible

�Onde n°2• Fréquence f2 légèrement différente de l’onde n°1 : f2 – f1 = ∆f• Les deux ondes sont émises en phase à la sortie de l’émetteur radar• L’analyse du déphasage θ après réflexion sur la cible permet de mesurer la

distance D de la cible : D = θθθθ c / (4ππππ ∆∆∆∆f)

� Algorithmes numériques rapides de type FFT (Fast Fourier Transform) pour analyser les fréquences en temps réel

�⇒⇒⇒⇒ mesure simultanée de la distance et de la vitesse instantanées des véhicules

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Exemple d’applications de l’effet Doppler

�Applications de défense• Mesure de vitesse de cibles• Détection d’objets en mouvement• …

�Applications civiles• Mesures de vitesse de véhicule (sécurité routière)• Mesure de la vitesse de contraction des parois cardiaques• Mesure de la vitesse du sang• Mesure de la vitesse d’éloignement des galaxies

(la lumière se décale vers le rouge en cas d’éloignement, vers le bleu en cas de rapprochement)

• …

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La Métrologie�Arrêté du 7 janvier 1991 relatif à la construction, au contrôle et aux

modalités techniques d’utilisation des cinémomètres de contrôleroutier

�Ministère de l’Industrie (Sous-Direction de la Métrologie)

�LNE (Laboratoire National d’Essais)

�Les Directions régionales de l'industrie, de la recherche et de l'environnement

�Certificat d’examen de type�Primitive (à la sortie de fabrication)�Vérification périodique annuelle

�La mesure de vitesse est donc la preuve de l’infraction

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Exemple de Cinémomètre radar : le MESTA 210

�30 ans d’expérience dans les radars de mesure de vitesse (famille MESTA)�Description: radar MESTA 210 composé par:

• La «tête radar » avec sa lunette de visée- Radôme et Antenne- Émetteur/récepteur - Processeur de signal

• L’indicateur de vitesse• Entrées / sortie numériques

�Radar Doppler bi-fréquence 24,125 GHz�Avantages: Précision, performance, fiabilité, efficacité

�Homologué sur trépied, en surplomb, en « 3D »

�Fonctionne:• Soit en mode manuel• Soit en mode automatique

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Le cinémomètre radar MESTA 210 en utilisation manuelle

�Détection et mesure de vitesse jusqu’à 300 km/h

�Portée de l’ordre de 50 mètres

�Précision de vitesse de la classe ±±±± 3 km/h

�Tout temps

�Système manuel sur trépied

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Les jumelles EUROLASER : un autre type de cinémomètre

�Principe : laser proche IR à impulsion

�Mesure de la vitesse par « intégration » des mesures de distance

�Voie directe optique

�Affichage de la vitesse

�Utilisation uniquement manuelle

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Les jumelles LASER EUROLASER SAGEM DS

�Détection et mesure de vitesse jusqu’à 300 km/h

�Portée de l’ordre de 1000 mètres

�Précision de vitesse de la classe ±±±± 1 km/h

�Tout temps

�Système manuel

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Du cinémomètre au système de contrôle automatisé

�Mise en place de la Direction du Programme Interministériel du Contrôle Automatisé fin 2003 (DPICA) fin 2003

�Lancement du programmes ce contrôle automatisé

�Ministères: • Equipement• Intérieur• Justice• Finances• Industrie

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Du cinémomètre au système de contrôle automatisé

�Architecture du système de contrôle automatisé Français

• Des systèmes de cinémomètres associés à des dispositifs de prises de vue numériques

- Radars fixes- Radars embarqués

• Une transmission automatique et sécurisée des données d’infraction (photos, vitesses…) vers un centre de traitement national unique : le CNT Rennes

• Le CNT traite de façon automatique la totalité du parc de radars- Décryptage des données d’infraction- Lecture automatique des plaques d’immatriculation (LAP)- Constatation de l’infraction- Création et envoi par la Poste des avis de contravention chez le contrevenant- Traitement des retours

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Du cinémomètre au système de contrôle automatisé

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PHASES ENTIEREMENT AUTOMATIQUESPHASES ENTIEREMENT AUTOMATIQUES

SCHÉMA DU CONTRÔLE AUTOMATISÉ SCHÉMA DU CONTRÔLE AUTOMATISÉ Le véhicule dépassela vitesse autorisée

Le radar décèle l'excès et prend la photo automatiquement

La photo est cryptée et envoyée automatiquement au centre national de traitement

Au centre national de traitement sont effectués le décryptage de la photo et la lecture de la plaque d'immatriculation.Sur la photo figure l'ensemble des éléments liés à l'infraction, indication de la vitesse, date, heure…

Recherche au fichier national des immatriculations, fichier des véhicules volés, fichier des loueurs

Une fois quele véhicule estidentifié l'avis de contraventionest édité et envoyé automatiquement par la Poste, sous le contrôle d’un officier de police judiciaire

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il conteste.• il envoie une lettre motivée à l’OMP (officier du ministère public) après consignation d’une somme égale au montant de l’amende (paiement de l’amende par anticipation)

il paie l'amende au centre des amendes de Rennes, par téléphone, par internet, par chèque, ou par timbre amende

• il n’est pas l’auteur de l’infraction et il désigne le conducteur contrevenant

L'OMP apprécie les motifs• il classe l'affaireet l'avis de contravention est remboursé• il rejette la demande et l'affaire passe devant un tribunal de police

L'OMP adresse un avis de contravention à la personne concernée.Si celle-ci conteste l'affaire passe au tribunal de police

Le propriétairedu véhicule reçoit l'avis de contravention

Direction interministérielle du projet Contrôle AutomatiséDirection interministérielle du projet Contrôle Automatisé

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Les radars fixes : architecture système

�Un cinémomètre MESTA 210• Détection du véhicule en infraction (si V > Vitesse Légale Autorisée)

�Une caméra numérique haute résolution et un flash • Déclenchés dès que le véhicule détecté est en infraction

�Un calculateur• Supervision du système• Création des Messages d’Infraction cryptés

�Un routeur ADSL ou RNIS ou Satellite…• Envoi des messages d’infraction vers le CNT• Réception de paramètres du CNT

�Le tout dans une cabine placée en bord de route, sur terre-plein central, sur portique, sur pylône, en tunnel…

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Les radars fixes : architecture système (suite)

Caméra Numérique

Prend la photo du véhicule en infraction

Flash

Eclairage de la scène pour une prise de vue

optimale de la plaque et du véhicule

Détecte l’infraction

Système entièrement automatique

CNT

++

Système de détection : cinémomètre

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Les radars fixes : exemples d’implantations possibles

TUNNEL TERRE PLEIN CENTRAL

PORTIQUE

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Les radars fixes : quelques caractéristiques

�Multi voies

�Mesures en rapprochement

�Mesures en éloignement

�Fonctionnement tout temps, jour /nuit

�Totalement automatisés, 24h/24, 7j/7

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Les radars fixes : exemple d’une photo test prise de nuit

Vitesse Légale Autorisée : 60 km/h Vitesse Mesurée : 155 km/h

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Les radars mobiles : architecture système

�Un cinémomètre MESTA 210• Détection du véhicule en infraction

�Une caméra numérique haute résolution et un flash• Déclenchés dès que le véhicule détecté est en infraction

�Un calculateur• Supervision du système• Création des Messages d’Infraction cryptés

�Un écran tactile de visualisation pour contrôler et paramétrer le système de l’intérieur du véhicule

�Un support de données amovible

�Transmission des infractions vers le CNT via une station de transfert locale

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Les radars mobiles : architecture système (suite), quelques caractéristiques

�Installation possible dans tout type de véhicule banalisé

�Multi voies

�Mesures en rapprochement

�Mesures en éloignement

�Tout temps, jour /nuit

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Le programme DPICA et son impact sur la Sécurité Routière

�Une référence mondiale�1000 systèmes de contrôle automatisé de vitesse

installés en France (700 cabines radar fixes, 300 radars embarqués)�Tous connectés à un Centre National de Traitement

20 ans d’expérience dans la sécurité ont permis à Sagem Défense Sécurité de collaborer avec les Services Publics sur le programme et d’apporter dans ce cadre,

• sa compétence pour garantir la précision de l’infraction et en assurer l’intégrité de la preuve dès sa mesure, • une réponse industrielle au déploiement d’un grand nombre d’équipements sur une échelle nationale,

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Quelques chiffres sur la Sécurité routière

�La sécurité routière: une priorité nationale

�Augmentation du nombre de morts sur les routes dans le monde

�1.2 million de personnes tuées et 50 millions de blessés en 2004

�60% d’augmentation entre 2000 et 2020* si rien n’est fait (*source WHO)

�Un coût considérable pour les gouvernements

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Accidents de la route en France de 1997 à 2005�Impact sur le nombre de morts

Le programme « radar » a contribué à la baisse de la mortalité sur les routes de France

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Merci de votre attention

Thierry RabaudSAGEM DEFENSE SECURITEDirecteur du Département Transportthierry.rabaud@sagem.com