Réalisation d’une interface graphique de reconstruction d

CONSERVATOIRE NATIONAL DES ARTS ET MÉTIERS

PARIS

MÉMOIRE

présenté en vue d’obtenir

le DIPLÔME D’INGÉNIEUR CNAM

SPÉCIALITÉ : Électronique

par

Frédéric MAURY

Réalisation d’une interface graphique dereconstruction d’un signal TNT pour le radar passif

Soutenu le 24 Novembre 2014

JURY

PRÉSIDENT :M. Didier LE RUYET - Professeur des Universités - CNAM

MEMBRES :LCL Laurent BOVET - Division Stratégie Évolution - École de l’AirMme Françoise BRIOLLE - Maître de Conférences - École de l’AirM. Pascal CHEVALIER - Professeur Titulaire de Chaire - CNAMM. Hmaied SHAIEK - Maître de Conférences - CNAM

Remerciements

Je tiens tout particulièrement à remercier Madame Françoise BRIOLLE pourson aide, son investissement, sa disponibilité et son soutien tout au long de ce mémoire.

Je souhaite également remercier mes collègues de bureau : Monsieur GhislainGASSIER pour son soutien, ses conseils et les bons moments passés ensemble etAmandine PERROT pour son aide et sa compagnie.

Merci à Monsieur Pascal RISCHETTE et Madame Agnès SANTORI pour leursconseils et pour m’avoir accueilli au sein de l’équipe MAS’Air.

Merci également à Monsieur Pascal CHEVALIER pour les conseils qu’il m’aapportés.

Et enfin un grand merci à ma famille pour son soutien durant ce projet malgré mesabsences.

1

Glossaire

ACCS Air Command and Control System.

APF All Pass Filter.

CFO Carrier Frequency Offset.

CNRS Centre National de Recherche Scientifique.

CREA Centre de Recherche de l’École de l’Air.

CReA Centre de Recherche de l’Armée de l’air.

DAB Digital Audio Broadcasting.

DGA Direction Générale de l’Armement.

DSTA Defense Science Technology Agency.

DVB-S Digital Video Broadcasting - Satellite.

DVB-T Digital Video Broadcasting - Terrestrial.

FBCF Feed Backward Comb Filter.

FFCF Feed Forward Comb Filter.

FFT Fast Fourier Transform.

GNSS Global Navigation Satellite System.

GSM Global System for Mobile communications.

GUI Graphical User Interface.

GUIDE Graphical User Interface Development Environement.

IFFT Inverse Fast Fourier Transform.

IM2NP Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence.

INTACT INTerface de trAitement aCousTique.

LMA Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique.

LTE Long Term Evolution.

2

Glossaire

MAS’Air Morpho Analyse du Signal Air.

NSU National University of Singapore.

OFDM Orthogonal frequency-division multiplexing.

ONERA Office National d’Etudes et de Recherches Aérospatiales.

POESIE PlatefOrme d’Etude du SIgnal de rEference.

QAM Quadrature Amplitude Modulation.

RNT Radio Numérique Terrestre.

SFO Sampling Frequency Offset.

SINBAD Safety and security Improved by New functionality for Better Awarenesson airport approach and departure Domain.

SONDRA Supélec ONERA NUS DSTA Research Alliance.

TNT Télévision Numérique Terrestre.

UMTS Universal Mobile Telecommunications System.

3

Table des matières

Remerciements 1

Glossaire 2

Table des matières 4

Introduction 6

1 Généralités 71.1 Environnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.1 Présentation du CReA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.1.2 Le projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 Radar Passif 112.1 Principe général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.1.1 Avantages et inconvénients . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.1.2 Etat de l’art . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2 Modélisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2.1 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2.2 Les émetteurs d’opportunité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2.3 Intérêt des émetteurs de diffusion numérique . . . . . . . . . . . 17

2.3 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3 Le signal TNT 213.1 La transmission numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213.2 La transmission OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.2.1 Notion d’orthogonalité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.2.2 Intervalle de garde ou préfixe cyclique . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.3 La norme DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4

TABLE DES MATIÈRES

4 Développement d’interfaces utilisateur 304.1 Langage de programmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304.2 Elaboration d’une interface graphique GUI . . . . . . . . . . . . . . . . 31

4.2.1 L’interface graphique GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314.2.2 Le programme GUIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.3 Le GUI POESIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.3.1 Méthode de reconstruction du signal de référence . . . . . . . . 374.3.2 Analyse fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.3.3 Réalisation du GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.3.4 Validation sur des signaux simulés . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.3.5 Résultats sur des signaux réels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Conclusion générale et perspectives 54

Références bibliographiques 55

Annexes 56

A Elaboration du GUI INTACT 57

B Callback de l’interface graphique 63B.1 Callback du bouton poussoir "Produce sequence" . . . . . . . . . . . . . 63

C Code Matlab pour l’amélioration de l’ergonomie du GUI 66C.1 Ouverture d’un axe dans une autre figure . . . . . . . . . . . . . . . . . 66C.2 Définition d’une image en arrière-plan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Liste des figures 69

Liste des tableaux 70

5

Introduction

La particularité d’un radar passif est de ne pas avoir de source d’émission ; il uti-lise des ondes électromagnétiques présentes dans l’environnement pour localiser lescibles mobiles. Voué à un avenir très prometteur, il suscite un fort engouement dansle domaine de la recherche. En effet, ses nombreux avantages que je détaillerai dansce rapport, font de lui un excellent moyen pour compléter les radars actuels civils etsurtout militaires. Le Centre de Recherche de l’Armée de l’air (CReA) acquiert cetteexpertise en développant une plateforme (radar passif) et en menant des recherchesavec des universitaires tels que l’Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences deProvence (IM2NP) et Supélec ONERA NSU DSTA Research Alliance (SONDRA). Ilpourra ainsi être aux côtés de l’Armée de l’air et de la Délégation Générale de l’Arme-ment (DGA) pour définir auprès de l’industriel une expression du besoin cohérente.

Le signal reçu par un radar passif est un mélange du trajet direct provenant d’unémetteur d’opportunité, des échos réfléchis par les réflecteurs fixes tels que les mon-tagnes, les bâtiments, le sol, etc. et des échos réfléchis par des cibles mobiles. A ladifférence du radar actif, l’émetteur ne fait pas partie du système et on ne dispose pasdu signal émis. Il est donc nécessaire, à partir du signal reçu, d’estimer un signal deréférence proportionnel au signal émis, auquel sera comparé les échos provenant descibles mobiles, permettant ainsi de connaître la distance et la vitesse bistatique descibles.

L’objectif du projet est de réaliser une interface graphique sous Matlab, permet-tant de visualiser et de contrôler les étapes de reconstitution du signal provenant d’unémetteur d’opportunité de type Télévision Numérique Terrestre (TNT). Comment réa-liser une telle interface permettant d’une part de configurer les paramètres utiliséspour cette reconstitution et d’autre part de visualiser les résultats obtenus à partir designaux simulés et réels ?

Dans ce mémoire, après avoir défini l’environnement du stage, je présenterai leradar passif dans ses généralités. Dans un deuxième temps je détaillerai le signal del’émetteur d’opportunité utilisé, ici le signal TNT. Puis je présenterai le développementde l’interface utilisateur réalisée durant ce projet.

6

Chapitre 1

Généralités

1.1 Environnement

1.1.1 Présentation du CReA

Depuis sa création, le CReA est implanté à Salon de Provence, au sein de l’Écolede l’Air, Grande École assurant la formation de l’ensemble des officiers de l’Armée del’air.

1.1.1.1 Historique, missions et organisation

Créé en 2002, le Centre de recherche de l’École de l’Air (CREA) a pour mission deformer par la recherche les élèves officiers de l’Armée de l’air dans différentes disciplinesacadémiques. Les enseignants-chercheurs qu’il accueille, issus du monde universitaireet militaire, ont pour mission de poursuivre et de développer la recherche à l’École del’Air. En 2006, le CREA se transforme en CReA. Il assure désormais une quadruplemission :

— Développer des activités de recherche afin de permettre les échanges de connais-sances avec les réseaux de la recherche scientifique et technologique et de jouerun rôle actif, participer à la diffusion d’une culture aéronautique et mettre envaleur les atouts de l’arme aérienne.

— Contribuer à la formation initiale et continue des officiers de l’Armée de l’air àtravers la délivrance d’un corpus d’enseignements dans le domaine des scienceshumaines et en sciences de l’ingénieur qui nourrissent les formations proposéespar les Écoles d’Officiers de l’Armée de l’Air (EOAA).

— Mettre en oeuvre les compétences acquises dans les réseaux de recherche acadé-mique pour contribuer à la réflexion conceptuelle et prospective de l’Armée del’air à travers la réalisation d’études appliquées et de contrats de recherche.

7

Chapitre 1 : Généralités

— Constituer un pôle de compétences et d’expertises capable d’accueillir et de for-mer les officiers engagés dans des parcours de formation de haut niveau (thèsesde doctorat notamment).

Actuellement, le centre est composé de deux laboratoires et six équipes :

— Laboratoire Sciences de l’ingénieur pour l’aéronautique :

— Morpho-analyse des signaux ;L’équipe Morpho-Analyse du Signal (MAS’Air) est née en 2005 sous l’im-pulsion d’un maître de conférences et d’un officier. Elle compte actuellementtrois enseignants-chercheurs et un doctorant. L’activité de recherche en trai-tement du signal de l’équipe MAS’Air repose sur deux piliers fondamentauxde la maîtrise de l’utilisation militaire du milieu aéronautique et spatial : ladétection et la discrétion, tous deux considérés conjointement sous les anglesthéorique et expérimental.L’axe détection traite plus particulièrement de la caractérisation de cibles,du radar passif terrestre et aéroporté ainsi que des antennes conformes.L’axe discrétion vise à développer des méthodes et des systèmes favorisantles aspects électromagnétique, visuel et acoustique.

— Dynamique du vol ; l’équipe « Dynamique du Vol » intervient dans la concep-tion et la mise en oeuvre du vecteur aérien : la mécanique du vol, la méca-nique des structures, l’aérodynamique, l’automatique et les mathématiquesappliquées.

— Laboratoire Sciences humaines et sociales pour les milieux opérationnels :

— Facteur humain et milieux opérationnel ; l’équipe « Facteur humain et mi-lieux opérationnels (FHMO) » intervient dans les disciplines relevant desSciences Cognitives et Comportementales.

— Histoire et sociologie militaires ; l’équipe «Histoire et Sociologie militaires»s’attache à analyser les expériences passées, à répondre et à anticiper lesdéfis contemporains et à venir de l’Armée de l’air.

— Management des organisations de défense ; l’équipe de management des or-ganisations de Défense situe ses recherches dans le champ de la gestion duchangement et de l’innovation.

— Prospective et études de sécurité. Les travaux conduits par l’équipe « Pros-pective et études de sécurité » portent essentiellement sur des thématiquesrelevant du droit international (paix et sécurité internationales), des rela-tions internationales et de la recherche à caractère prospectif.

8


1.1.2 Le projet

1.1.2.1 Contexte

Le contexte politique général impose une surveillance accrue de l’espace aérien, par-ticulièrement autour de zones sensibles (sites nucléaires, grandes agglomérations...).L’utilisation des radars classiques ne permet pas toujours de détecter à basse alti-tude et à vitesse lente les petits aéronefs (hélicoptère, drones...) et ces radars restentpour la plupart totalement aveugles face à la furtivité de certains aéronefs ou missiles.C’est dans ce contexte que des recherches sur l’utilisation du radar passif, utilisant desémetteurs d’opportunités (TNT, radio FM...) ont été initialisées au CReA au sein del’équipe MAS’Air, notamment par une thèse du lieutenant-colonel Raout soutenue endécembre 2010 portant sur les traitements spatio-temporels adaptés aux radars bista-tiques à émetteurs non coopératifs [1]. Aujourd’hui, le CReA et l’équipe de l’IM2NPont réalisé une interface graphique sur Matlab permettant de simuler d’une part lessignaux reçus par un radar passif associé à un émetteur (TNT) en présence de cibles etd’autre part de détecter ces cibles au moyen d’une méthode d’extraction des échos effi-ciente [2, 3]. De plus, une méthode de reconstruction du signal de référence nécessairepour les raisons exposées dans l’introduction a été réalisée dans le cadre d’un mémoirede master 2 (Amandine Perrot, Université du Sud-Toulon-Var) [4].

1.1.2.2 Objectif

Le projet se déroulera au sein de l’équipe MAS’Air sous la direction de MadameFrançoise Briolle, enseignant chercheur Aix Marseille Université, détachée à l’École del’Air. L’objectif qui s’inscrit dans la continuité du travail effectué par Amandine Perrotconsiste à élaborer une interface graphique sous Matlab permettant de configurer desparamètres et visualiser les résultats des différentes étapes de la reconstruction dusignal de référence correspondant au trajet direct en rouge sur la figure 2.1. En effetcontrairement à un radar actif qui dispose de son propre émetteur et donc de son propresignal de référence, un radar passif reçoit le trajet direct noyé dans le signal reçu. Cesignal contient le trajet direct, les échos dû à l’environnement et la cible ainsi que dubruit. Il s’agit donc d’extraire ce trajet direct du signal reçu pour reconstituer le signalde référence.

Enfin je réalise ce projet depuis 18 mois en parallèle de ma formation à l’ÉcoleMilitaire de l’Air. Durant cette période mon projet de stage a évolué pour s’adapterau projet développé par les chercheurs de l’équipe, en pleine évolution, ce qui impliquedes incertitudes au niveau du cahier des charges et un travail d’adaptation au contexteévolutif.

9


1.1.2.3 Planning

Afin de respecter le temps imparti à l’aboutissement de ce projet, le planning suivantdonnera les ordres de grandeurs des différentes étapes de sa réalisation.

10

Chapitre 2

Radar Passif

2.1 Principe général

La majorité des radars actuels fonctionnent activement en éclairant l’environne-ment de la cible afin d’en analyser l’écho et ainsi déterminer sa position et sa vitesse.L’émetteur et le récepteur sont alors situés au même endroit et partagent la mêmeantenne.

Dans le cas du radar passif, il n’y a pas d’émetteur dédié : le récepteur utilise desémetteurs présents dans l’environnement (Fig. 2.1). Le radar passif est donc par natureun radar bistatique (l’émetteur et le récepteur ne sont pas situés au même endroit).

TNT Radar passif

Echo

Trajet direct

Figure 2.1 – Configuration bistatique du radar passif

Un radar nous permet de connaître la position de la cible et éventuellement savitesse. Dans le cas d’un radar monostatique, la portée mesurée définit un cercle centrésur le radar sur lequel la cible doit se situer (Fig. 2.2).

11

Chapitre 2 : Radar Passif

Cible

Tx Rx

Dt

Dr

Figure 2.2 – Coupe de la sphère dans le plan monostatique

Dans le cas d’une configuration bistatique, la distance Dbist = Dt + Dr appeléedistance bistatique, défini une forme elliptique en trois dimensions dont les foyers sontles lieux d’émission et de réception séparés d’une distance DL (Fig. 2.3).

Dt Dr

Tx Rx

CibleN N

DL

Trajet direct

Vaβ/2

δ

θr

Figure 2.3 – Coupe de l’ellipsoïde dans le plan bistatique 1

Afin de déterminer cette distance bistatique, on doit disposer : de la différence destrajets τ entre l’écho réfléchi par la cible et le trajet direct ; du temps de propagationdu trajet direct tDL

; et de la célérité de la lumière dans le milieu de propagation c. Larelation s’écrit alors :

Dbist = c ∗ (τ + tDL) (2.1)

Cette distance bistatique ainsi que l’angle θr (voir figure 2.3) permet de calculer ladistance séparant la cible du récepteur grâce à la loi des cosinus [5] :

D2t = D2

r +D2L − 2DrDLcos(

π

2 − θr)

1. Le plan bistatique est le plan contenant l’émetteur Tx, le récepteur Rx et la cible.

12


D2r − 2DrDLsin(θr) = D2

t −D2L

2D2r − 2DrDLsin(θr) + 2DtDr = D2

bistat −D2L

Dr = D2bistat −D2

L

2(Dbistat −DL.sin(θr))(2.2)

La configuration bistatique donne de bonnes performances concernant la détection,mais sa capacité de localisation reste limitée car la cible se situe sur une ellipsoïde. Seuleune configuration multi-statique, où plusieurs émetteurs ou récepteurs sont utilisés,permettra d’estimer la position de la cible.

Le radar passif nous permet également de déterminer la vitesse apparente Va de lacible 2 à partir du décalage en fréquence entre le signal émis et l’écho réfléchi par lacible (Fig. 2.3). En effet, lorsque la distance bistatique entre l’émetteur et le récepteuren passant par la cible varie au cours du temps, il se produit un décalage en fréquencedu signal émis par rapport à l’écho. Ce décalage est appelée la fréquence doppler fd etest défini par [5] :

fd = f0

c[ ddt

(Dt +Dr)] = 1λ

[dDt

dt+ dDr

dt] (2.3)

Avec f0 la fréquence porteuse du signal émis, c la célérité de la lumière dans le milieude propagation et λ la longueur d’onde du signal.

Lorsque l’émetteur et le récepteur sont fixes et la cible en mouvement, la vitesse radialeapparente dDt

dt, qui est la projection de Va sur Tx − Cible, est égale à :

dDt

dt= Vacos(δ − β/2) (2.4)

De la même manière, dDr

dtqui est la projection de Va sur Rx − Cible est égale à :

dDr

dt= Vacos(δ + β/2) (2.5)

La combinaison des équations 2.3, 2.4 et 2.5 donne :

fd = Vaλ

[cos(δ − β/2) + cos(δ + β/2)]

fd = 2Vaλ.cosδ.cos(β/2) (2.6)

2. La vitesse apparente est la projection de la vitesse réelle de la cible dans le plan bistatique.

13


La vitesse apparente Va est donc égale à :

Va = λfd2cosδcos(β/2) (2.7)

Afin de pouvoir résoudre les équations 2.1 et 2.7, il nous faut déterminer le retardτ et la fréquence doppler fd entre le signal émis et l’écho au moyen de la fonctiond’inter-ambiguïté [6, 7, 8] définie par :

A(τ, fd) = 1T

∫[T ]secho(t)s∗ref (t− τ)e2iπfd(t)dt .

La première difficulté consiste à extraire le signal émis du mélange reçu sur le ré-cepteur radar : on reconstitue un signal qui lui est proportionnel, qu’on appelle signalde référence sref (t).La seconde difficulté est d’extraire les seuls échos provenant de cibles mobiles afin d’ob-tenir le signal secho(t). L’émetteur d’opportunité est généralement omnidirectionnel cequi implique que les échos provenant des cibles mobiles sont généralement extrêmementfaibles, masqués par le trajet direct et les multiples réflexions.

2.1.1 Avantages et inconvénients

Les principaux avantages du radar passif sont :

— le coût du radar, plus faible qu’un radar conventionnel, dû à l’absence d’émetteur,

— la discrétion : ce radar est indétectable puisque qu’il n’y a aucune émission autresque les ondes radios et télévisées locales ; les cibles sont donc détectées sans lesavoir,

— l’utilisation de bande de fréquences réservées aux télécommunications civiles per-met la détection d’avions furtifs. La conception de ces avions, qui minimise leretour de l’onde électromagnétique dans la bande de fréquences utilisée par lesradars militaires, n’est pas optimisée pour les fréquences des émetteurs civils,

— la possibilité de détecter des cibles volant à basse altitude : les émetteurs d’oppor-tunité "éclairent" le sol et permettent ainsi de détecter des cibles volant à bassealtitude.

Ses principaux inconvénients sont :

— une dépendance à la qualité et la fiabilité des émetteurs d’opportunité utilisés.Aucune maîtrise n’est possible sur eux,

— la complexité des traitements à réaliser qui nécessitent des calculs lourds et unemémoire informatique de grande capacité.

14


2.1.2 Etat de l’art

L’idée d’utiliser les émetteurs radio présents dans l’environnement pour détecterdes cibles mobiles n’est pas récente. Elle a été validée en 1935 par des ingénieurs duRoyaume-Uni qui ont pu détecter un bombardier à 12 km en utilisant les ondes radiod’un émetteur de la BBC. Pendant la seconde guerre mondiale, les allemands ont aussiutilisé un radar passif pour surveiller le sud de la mer du Nord.Le développement des radars actifs mono-statiques, terrestres et aéroportés, a fait quecette technologie n’a pas été réellement développée.Ce n’est que dans les années 1980, avec la baisse du coût de l’informatique et le déve-loppement des télécommunications numériques, que le radar passif a fait l’objet d’unregain d’intérêt.Dès les années 1990, la DGA a financé des programmes d’études amont qui ont dé-bouché, dans les années 2010, aux démonstrateurs MORAPA et HA100 utilisant res-pectivement les émetteurs de télévision analogique et de radio FM. En Europe, desdémonstrateurs ont été développés, notamment par l’Allemagne (Fraunhofer Institut),le Royaume-Unis, la République Tchèque, la Pologne, l’Italie et la Norvège.En 1998, les Etats-Unis ont commercialisé un radar passif (Silent Sentry System) quiutilise les émissions des radios FM et de télévision analogique. Pendant la guerre duKosovo, on pense que les forces serbes croates ont utilisé un radar passif de fabricationtchèque pour abattre un bombardier furtif américain le 27 mars 1999.L’utilisation des techniques de communication numérique pour la diffusion de l’infor-mation (Digital Video Broadcasting - Terrestrial (DVB-T) pour la TNT, Digital VideoBroadcasting - Satellite (DVB-S) pour le satellite, et Digital Audio Broadcasting (DAB)pour la radiodiffusion numérique, . . . ) permet de reconstruire le signal émis. Lorsqueles émetteurs utilisent de large bande de fréquences (la TNT, par exemple), il est alorspossible de détecter des cibles lentes, volant à basse altitude. On envisage d’utiliser lesémetteurs TNT qui couvrent le territoire national de la plupart des pays européenspour surveiller des zones sensibles comme les centrales nucléaires, les grandes villes,etc.La société Thales a développé, dans les années 2010, les démonstrateurs SINBAD etNECTAR 3D qui utilisent des émetteurs TNT. En 2013, le démonstrateur PREMIER3D montre la faisabilité et l’intérêt d’utiliser simultanément des émetteurs FM et TNT.

2.2 Modélisation

La figure 2.4 illustre une configuration typique de détection d’une cible mobile(aéronef) par un radar passif utilisant une source d’opportunité. Le signal reçu par ledétecteur radar est un mélange du trajet direct provenant de l’émetteur d’opportunité

15


TNT (bleu), des échos réfléchis par la cible mobile (rouge) et les réflecteurs fixes telsque les montagnes, les bâtiments, etc. (noir).

Figure 2.4 – Radar passif : contexte opérationnel

Sur le récepteur radar on considère le signal reçu en bande de base 3, s(t), commeune combinaison linéaire du signal émis par l’émetteur, se(t), suivis d’échos provenantde réflecteurs fixes et mobiles, additionné de bruit de capteurs n(t).

s(t) = β0.se(t− t0) +∑i

βi.se(t− τi − t0) +∑j

γj.se(t− τj − t0)ei2πfdjt + n(t) (2.8)

— t0 est le retard lié à la propagation du trajet direct entre l’émetteur et le récepteur,

— τi+t0, (respectivement τj+t0) est le retard lié à la propagation du signal provenantde l’émetteur, réfléchi par le ieme réflecteur fixe (respectivement la jeme ciblemobile), et le récepteur.

— βi et γj sont les amplitudes liées à la position et au coefficient de réflexion desdifférents réflecteurs.

— fdjest le décalage en fréquence induit par la vitesse de la jeme cible mobile.

2.2.1 Problématique

Dans le cadre du radar passif, le signal provenant de l’émetteur, se(t), n’est pasconnu. Il faut donc reconstituer les données numériques transmises à partir des si-gnaux émis au format DVB-T, et ainsi reconstituer, en bande de base, un signal deréférence noté sref (t) qui correspondra au signal se(t− t0).

3. Le signal DVB-T, de largeur de bande ' 8MHz, est porté par une fréquence fp ' 500MHz .Par une démodulation synchrone le signal est ramené en bande de base, c’est-à-dire entre [-4 MHz, 4MHz]

16


Le signal reçu s’écrira alors en fonction de sref (t).

s(t) = β0.sref (t) +∑i 6=0

βi.sref (t− τi) +∑j

γj.sref (t− τj)ei2πfdjt + n(t) (2.9)

2.2.2 Les émetteurs d’opportunité

Les émetteurs d’opportunité utilisés sont conçus pour :

— la diffusion vidéo : TNT (signal DVB-T) ;

— la diffusion audio : radio AM, radio FM, Radio Numérique Terrestre (RNT) encours de déploiement en France (signal DAB) ;

— les réseaux de téléphonie mobile : Global System for Mobile communications(GSM), Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Long Term Evo-lution (LTE) ;

— les réseaux métropolitains et locaux : Wifi, Wimax ;

— les émissions satellitaires utilisées pour les télécommunications et la géo-localisation :Global Navigation Satellite System (GNSS), DVB-S.

Figure 2.5 – Bande de fréquences des émetteurs d’opportunité

2.2.3 Intérêt des émetteurs de diffusion numérique

L’utilisation des émetteurs de diffusion de la TNT présente un certain nombre d’avan-tages :

— ils couvrent tout le territoire français,

— leur puissance est relativement élevée (100 kW pour l’émetteur de Bastia, parexemple),

17


— l’émission est large bande (' 8MHz) portée par des fréquences parfaitementconnues,

— le flot de données émis peut être reconstitué.— La largeur de bande du signal DVB-T (B ' 8MHz) et la possibilité d’avoir

un long temps d’intégration permettent respectivement une bonne résolution endistance et en vitesse [5] :

◦ La résolution en distance est la distance minimale ∆Xβ séparant deux ciblesde même vitesse et de même amplitude pouvant être résolue (Fig. 2.6). Pourun radar bistatique comme pour un radar monostatique, cette résolution endistance est donnée par l’équation cτ

2 , où τ représente la largeur de l’impul-sion émise. Pour générer cette séparation dans une configuration bistatique,deux cibles telles que les cibles 1 et 2 de la figure 2.6, doivent se trouver surdes courbes isodistance séparées d’au moins :

∆Xβ = cτ

2.cos(β2 ).

La largeur de bande du signal DVB-T (B ' 8MHz) est supérieure à lalargeur de bande utilisée par les radars actifs, impliquant donc une meilleurrésolution en distance. Par exemple, pour un angle bistatique β de 120° etune durée d’impulsion τ de 1

B= 1

8.106Hzs, ∆Xβ a pour valeur :

∆Xβ = c.τ

2.cos(β2 )= 3.108

2.8.106.cos(1202 ) ' 37m

Dt Dr

Tx Rx

Cible 1

Trajet direct

DL

Cible 2

∆Xβ Ellipses

β/2

Figure 2.6 – Résolution en distance

18


◦ La résolution Doppler ∆Vβ est la vitesse minimale séparant deux cibles demême amplitude situées à la même distance pouvant être résolue (Fig. 2.7).Pour un radar bistatique comme pour un radar monostatique, la résolutionDoppler est dépendante du temps d’intégration Tc. Par conséquent fd1 −fd2 = 1

Tc.

En reprenant l’équation 2.6 pour chaque cible, on obtient l’expression de larésolution doppler pour un radar bistatique :

∆Vβ = V1cosδ1− V2cosδ2 = λ

2.Tc.cos(β2 )(2.10)

Par exemple, pour un temps d’intégration cohérent Tc = 0, 1s (' 90 sym-boles DVB-T), un angle bistatique de 120° et une fréquence DVB-T de600Mhz :

∆Vβ = λ

2.Tc.cos(β2 )=

300.106

600.106

2.0, 1.cos(1202 ) ' 5m/s = 18km/h

Dt Dr

Tx Rx

Cible 1 et 2

Trajet direct

DL

β/2

V2

V1

δ2

δ1

Figure 2.7 – Résolution Doppler

De plus, comme les émetteurs TNT "éclairent" le sol, un radar passif associé àcet émetteur pourra détecter des cibles lentes volant à basse altitude car ces derniersrenverront un écho de forte amplitude.

19


2.3 Conclusion

Le radar passif est totalement dépendant des signaux émis par les émetteurs d’op-portunité. Avant l’arrivée du numérique, les formes d’ondes analogiques utilisées nepermettaient pas d’obtenir du radar passif des performances à la hauteur du radaractif. C’est avec l’arrivé des transmissions numériques et notamment de la TélévisionNumérique Terrestre que le radar passif devient vraiment intéressant puisque l’on estgénéralement capable de reconstituer le signal émis avec une grande précision. L’ob-jectif de mon travail est d’illustrer les différentes étapes de reconstitution de ce signal.

20

Chapitre 3

Le signal TNT

L’émetteur d’opportunité utilisé dans le cadre de notre radar passif est un émetteurTNT utilisant la norme DVB-T. Cette norme de diffusion, de part ses nombreux avan-tages (haut débit, meilleure qualité d’image, réception hertzienne mobile de qualité,jusqu’à 6 programmes par canal,. . . ) est utilisée en Europe, au proche et Moyen-Orient,dans la zone pacifique ainsi que dans certains pays d’Asie, d’Afrique et d’Amérique.Dans ce chapitre, nous donnerons une description de la transmission numérique et dumultiplexage par répartition de fréquences orthogonales (Orthogonal Frequency Divi-sion Multiplexing (OFDM) en anglais) ainsi que de la norme DVB-T. Cette descriptionnous permettra de comprendre la méthode de reconstitution du signal émis détailléeau paragraphe 4.3.1.

3.1 La transmission numérique

Un signal analogique est la manifestation des variations d’une grandeur physique(pression, température, courant, tension, . . . ) transportant l’information. Même si cesignal est borné, il peut prendre une infinité de valeurs. En numérique ce signal ana-logique est converti en une suite de 0 et de 1 que l’on appelle des bits au moyen d’unconvertisseur analogique-numérique. Son principe est de prélever des valeurs du signalanalogique à intervalles réguliers (échantillonnage). Chaque valeur est ensuite associéeà un niveau prédéfini le plus proche (quantification) comme représenté figure 3.1. Onprocède alors au précodage qui consiste à affecter un nombre de bits à ces valeursquantifiées. Le nombre de bits n nécessaire en fonction du nombre de niveau N estdonnée par la relation :

n = log2N

Le signal est donc une succession d’échantillons de n bits. Dans l’exemple de lafigure 3.1, le signal est donc la suite numérique 110110011001010101110100.

L’étape suivante consiste à regrouper par paquets ces bits avant de les transmettre

21

Chapitre 3 : Le signal TNT

Figure 3.1 – Etape de quantification : chaque échantillon est associé à un niveauprédéfini le plus proche

afin d’augmenter le débit d’information. Pour cela il existe une multitude de techniquesde modulation dont la modulation d’amplitude en quadrature (Quadrature AmplitudeModulation (QAM) en anglais) qui est utilisée pour la transmission OFDM.

La modulation QAMCette modulation permet de regrouper les bits par paquets de 2, 4, 6 ou n bits

correspondant respectivement aux modulations QAM-4, QAM-16, QAM-64, et QAM-N avec N = 2n. Prenons par exemple la suite binaire ci-dessous issue de l’étape deprécodage. On la découpe pour former des paquets de 4 bits appelés mots. Il existedonc L = 24 = 16 possibilités de mots différents.

Les 2 premiers bits (en noir) sont représentés par un nombre a qui peut prendre 4valeurs différentes, selon la valeur des bits :

00 → +101 → +310 → −111 → −3

22


Les 2 derniers bits (en vert) sont représentés par un nombre b et peuvent prendreles 4 mêmes valeurs différentes.

Le mot k est représenté par la donnée complexe dk = ak + ibk. Cette donnée dk estmultipliée par un filtre de mise en forme h(t). Le mot n°k est représenté alors par lesignal :

uk(t) = dk.h(t− k.Tu)

avec Tu la durée du symbole. La suite binaire est donc représentée maintenant par unesuite de données complexes (dL1 , dL2 , . . . , dLm, . . . , dLM) et le signal :

u(t) = u1(t) + u2(t) + . . .+ um(t) + . . .+ uM(t)

par une suite de symboles (u1, u2, . . . , um + . . .+ uM).Le signal u(t) est porté par la fréquence ν0. En notation complexe, il s’écrit :

x(t) = u(t)e2iπν0t

La transformé de Fourier rapide (Fast Fourier Transform (FFT) en anglais) dece signal nous permet d’observer son amplitude complexe sur un diagramme appeléconstellation (partie réelle en fonction de la partie imaginaire) et représenté figure 3.2.

Figure 3.2 – Constellation pour QAM − 16

L’étape suivante consiste à envoyer ces symboles à travers un canal de transmissionqui est le support utilisé pour véhiculer l’information. Dans ce canal, appelé canal detransmission, les trajets multiples dus aux réflexions sur les obstacles environnants (voirparagraphe 2.2) modifient fortement le signal transmis en atténuant certaines bandesde fréquences et en amplifiant d’autres. Ce canal de transmission peut être modélisécomme un filtre linéaire. Pour lutter contre ce phénomène, la norme DVB-T utiliseune transmission multi-porteuses de type multiplexage par répartition en fréquenceorthogonale (Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) en anglais).

23


3.2 La transmission OFDM

L’OFDM est un type de modulation multi-porteuses qui est de plus en plus uti-lisé dans les radiocommunications. Citons par exemple le wifi et la norme 802.11, latélévision numérique terrestre développée avec le standard DVB-T ou bien encore laquatrième génération de téléphonie mobile utilisant le standard LTE. L’OFDM estun format différent des modulations traditionnellement utilisées : il utilise un grandnombre de porteuses pour transmettre les données.

Dans un système mono-porteuse, les symboles sont transmis de manière à ce quechaque donnée occupe l’intégralité de la bande disponible. Le principe de l’OFDM estde diviser la totalité de la bande passante allouée à la transmission en un nombre finide sous-porteuses. Par conséquent, le train binaire sera reparti sur N sous-porteusesorthogonales entres elles afin d’annuler l’interférence entre sous-porteuses.

Le flux de données d’entrée est modulé par un modulateur QAM, qui produit unesuite de données complexes d0, ..., dk, dn−1. Cette suite de données est ensuite envoyéeà travers un convertisseur série-parallèle qui donnera en sortie un ensemble de N don-nées QAM en parallèle transmise chacune par une sous-porteuse. Cet ensemble de Nsous-porteuses constitue un symbole OFDM.Définissons Tu la durée utile d’un symbole OFDM avant l’ajout de l’intervalle de garde.Chaque donnée dk module une sous-porteuse de fréquence fk = k

Tudonnant ainsi le

signal individuel dkei2πfkt.

Le signal s(t) représentant un symbole OFDM émis pendant le temps Tu peutdonc s’écrire comme la somme des N signaux individuels, N étant le nombre de sous-porteuses :

s(t) =N−1∑k=0

dkei2πfkt =

N−1∑k=0

dkei2π kt

Tu (3.1)

L’implémentation physique nécessiterait autant d’oscillateurs que de sous-porteuses,ce qui n’est pas exploitable en pratique. Or, l’expression mathématique du signal nousmontre qu’il peut être considéré comme une transformée de Fourier inverse (IDFT).En effet, lors de l’échantillonnage du signal s(t) à la période Te = Tu

N, nous obtenons le

signal s(nTe) noté s(n) suivant :

s(n) =N−1∑k=0

dkei2π nk

N

Avec n ∈ 1, 2, ..., N et N le nombre de sous-porteuses.

Nous remarquons que le signal s(n) est la transformée de Fourier inverse discrète

24


de la séquence de symboles S(m) = ∑mdmδ(f −m) .

La séquence temporelle s(t) ainsi obtenue est alors portée par la porteuse ei2πF0t et lesignal transmis est de la forme u(t) = Re{(∑

kdke

i2πfkt)ei2πF0t}.

En réception il suffira de faire la transformée de Fourier discrète du signal temporelreçu pour retrouver les symboles {dk} complexes.

La transformée de Fourier discrète est un outil intéressant du fait qu’il existe dans lapratique des algorithmes de calcul numérique rapide que sont la transformée de Fourierrapide (Fast Fourier Transform (FFT) en anglais) et la transformée de Fourier rapideinverse (Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) en anglais) pouvant être implémentéesdans les processeurs de signaux numériques (Digital Signal Processor (DSP) en anglais).

Lors d’une transmission OFDM, les sous-porteuses séparées de 1/Tu occupent toutela bande utile allouée à la transmission. Pour garantir une efficacité spectrale optimale,il faut que les fréquences des sous-porteuses soient les plus proches possibles, touten garantissant une absence d’interférence entre les informations qu’elles transportentafin que le récepteur soit capable de retrouver l’information. Pour cela il est nécessaired’utiliser la relation d’orthogonalité entre toutes les sous-porteuses de la bande.

3.2.1 Notion d’orthogonalité

L’orthogonalité de deux fonctions f1(t) et f2(t) est définie par la relation :

< f1, f2 >=∫ Tu

0f1(t) ∗ f ∗2 (t)dt = 0 si n 6= m

Cette condition est réalisée avec :

f1(t) = ei2πn

Tut, f2(t) = ei2π

mTut avec m et n entiers

Cette orthogonalité permet d’avoir un recouvrement entre les spectres des diffé-rentes sous-porteuses, et malgré ceci d’éviter les interférences entres celles-ci si l’échan-tillonnage est fait précisément à la fréquence Te = Tu

N.

Dans le domaine temporel, le signal OFDM est composé de N sinusoïdes de pé-riodes respectives 1

fktransmises durant une durée Tu. La condition d’orthogonalité est

respectée lorsque la durée Tu est un multiple entier de la période 1fk

de chaque sinu-soïde. fk doit donc être égale à k

Tuavec k entier comme présenté figure 3.3.

Dans le domaine fréquentiel, transmettre une sinusoïde de fréquence fk pendant le

25


temps Tu revient à appliquer une fonction porte de même durée dont la transforméede Fourier est un sinus cardinal qui s’annule pour fk+/- n

Tuavec n entier. Il n’y aura pas

d’interférence inter-porteuse (ICI) si fk−1 = fk − 1Tu

et fk+1 = fk + 1Tu. L’orthogonalité

dans le domaine fréquentiel est présentée figure 3.4.

Figure 3.3 – Orthogonalité dans le do-maine temporel

Figure 3.4 – Orthogonalité dans le do-maine fréquentiel

3.2.2 Intervalle de garde ou préfixe cyclique

Un problème majeur dans les systèmes de communication sans fil est la présencede multi-trajets dus au canal de propagation. Dans cet environnement, le signal trans-mis est réfléchi par plusieurs obstacles et des versions retardées du signal émis sesuperposent au signal direct. Pour un système OFDM, cela entraîne de l’interférenceinter-symbole (ISI) qui a lieu lorsque le symbole transmis est pollué par le symbole pré-cédemment transmis. L’effet est similaire à l’interférence inter-symbole pouvant existerdans un système de modulation mono-porteuse. La solution pour contourner ce pro-blème est l’insertion d’un intervalle de garde dont la durée est supérieure aux retardsdes échos par rapport au signal direct.Cet intervalle pourrait être une succession de valeurs nulles transmises avant chaquesymbole OFDM. Cependant, ce principe n’est pas utilisé en pratique car il entraîneraitun deuxième type d’interférence qui est unique aux systèmes multi-porteuses, il s’agitde l’interférence inter-porteuse (ICI) qui agit entre les sous-porteuses au sein du sym-bole OFDM. L’insertion d’un intervalle de garde entrainerait une perte d’orthogonalitéentre celles-ci et empêcherait un bon décodage du symbole. A la place de cet intervallede garde, on ajoute un préfixe cyclique qui est une recopie de la fin du symbole OFDM.Il permet ainsi d’assurer l’orthogonalité entre les sous-porteuses en assurant un nombreentier de périodes pendant la durée du symbole OFDM (Fig. 3.5).

26


Figure 3.5 – Préfixe cyclique du symbole OFDM

3.3 La norme DVB-T

Chaque symbole OFDM est constitué de N sous-porteuses (N = 8192 en mode8K ou 2048 en 2K). Pour assurer l’orthogonalité, elles sont émises pendant le tempsTu = N.T (avec T la période élémentaire T = 7/64µs ).Chaque sous-porteuse fk a une amplitude complexe dmk représentant la donnée à trans-mettre. Cette amplitude complexe ne peut prendre que L valeurs différentes correspon-dant à un alphabet fini (d1, d2, ..., dL) de taille L défini par la modulation QAM utilisée.Dans le cas d’une modulation QAM-16, cet alphabet contient 16 valeurs différentes,représentant une séquence de 4 bits (cf. 3.2).

La table 3.1 représente la configuration retenue pour la nome DVB-T [11]. On ob-serve que toutes les sous-porteuses ne transmettent pas de données. En effet, le spectredu signal OFDM n’est pas limité sur les bords à cause de sa forme en sinus cardinal,si toutes les sous-porteuses étaient utilisées, cela créerait des interférences avec les ca-naux d’émission adjacents. Pour pallier ce problème, des sous-porteuses sont mises àzéro au début et à la fin du symbole utile afin de respecter la norme concernant labande de fréquence allouée à l’OFDM. D’autre part, certaines sous-porteuses sont uti-lisées pour transporter 3 types de sous-porteuses pilotes : les pilotes fixes, disséminéeset TPS (Transmission Parameter Signal en anglais). Ces pilotes permettent d’assurerla synchronisation en fréquence, en temps ainsi que l’estimation du canal.La largeur fréquentielle du canal est de 7.61 MHz quel que soit le mode de transmis-sion 8K ou 2K utilisé. Pour un débit utile identique, le mode 8K permet de choisir unintervalle de garde plus grand que le mode 2K, et donc une meilleure robustesse auxéchos.

Le signal DVB-T peut être émis par des émetteurs selon deux modes de diffusion :

— le mode MFN (Multi Frequency Network) : utilisation de fréquencesporteuses différentes pour deux émetteurs de diffusion voisins pour la diffusion

27


Mode de transmission 8K 2KNombre de sous-porteuses

8192 2048

Nombre de sous-porteuses portantl’information

6817 1705

Nombre de sous-porteuses transportantdes données utiles

6048 1512

Durée utile d’un sym-bole : Tu

896µs 224µs

Espace entre sous-porteuses

1116Hz 4464Hz

Largeur du canal 7.61MHz 7.61MHzTaille de l’intervalle degarde

1/4 1/8 1/16 1/32 1/4 1/8 1/16 1/32

Durée de l’intervalle degarde ∆

224µs 112µs 56µs 28µs 56µs 28µs 14µs 7µs

Durée totale : Ts = Tu+∆

1120µs 1008µs 952µs 924µs 56µs 28µs 14µs 7µs

Nombre de pilotes conti-nus

177 45

Nombre de pilotes dis-persés

568 142

Nombre de pilotes TPS 24 6

Table 3.1 – Configuration retenue pour la norme DVB-T

de la même information. Par exemple, la chaîne TF1 sera diffusée sur le canal 21,donc à la fréquence porteuse 306 + 8 ∗ 21 = 474MHz, par l’émetteur de l’Etoile.Ce même flot numérique sera diffusé sur le canal 19, donc à la fréquence porteuse306 + 8 ∗ 19 = 458MHz par l’émetteur voisin.

— le mode SFN (Single Frequency Network) : utilisation de la même fré-quence porteuse pour la diffusion des signaux. Quel que soit l’émetteur considéré,le flot numérique de TF1 sera diffusé sur le même canal donc à la même fréquenceporteuse.

En France et au Royaume-uni, la diffusion de la DVB-T est assurée par un réseauMFN (Multiple Frequency Network). En Allemagne, en Chine, dans les pays nordiques,en Espagne, aux Pays-bas..., la diffusion est assurée par un réseau SFN (Single Fre-quency Network).

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3.4 Conclusion

La large diffusion de la TNT fait que les signaux DVB-T sont puissants et omni-présents dans notre environnement. L’utilisation de ces signaux par un radar passifest par conséquent intéressante. Cependant, contrairement au radar actif, le radar pas-sif n’émet pas de signal et ne connaît donc pas le signal de référence lui permettantde résoudre la fonction d’inter-ambiguïté (cf. paragraphe 2.1). Toute la problématiqueréside dans la capacité à retrouver ce signal de référence à partir du signal reçu. Aupa-ravant, l’équipe MAS’Air exploitait les signaux de référence au travers d’un algorithmepropriétaire fourni par Thales. Aujourd’hui, elle a développé une méthode permettantde retrouver ce signal de référence de manière autonome. Cette méthode nécessite uneinterface graphique présentée au chapitre suivant.

29

Chapitre 4

Développement d’interfacesutilisateur

4.1 Langage de programmation

Il existe plusieurs langages permettant de réaliser des interfaces graphiques inter-actives avec l’utilisateur. J’ai envisagé d’utiliser le langage python, Java et Matlab,chacun de ces langages ayant leurs avantages et leurs inconvénients. J’ai donc définiquel langage serait le plus approprié en fonction du :

— matériel mis à disposition : une station de travail Windows 7 avec Matlab R2012b,une connexion internet permanente (ce qui implique un accès aux langages de pro-grammation libres et aux forums des développeurs), un accès à la documentation(interne au laboratoire et bibliothèque de la base aérienne).

— temps dont je dispose pour réaliser l’interface, apprentissage du langage compris :un total de 13 semaines sur 18 mois en parallèle de ma formation académique etmilitaire à l’École Militaire de l’Air.

— langage avec lequel la méthode de reconstruction du signal de référence a étécodé : Matlab.

Au vu de ces contraintes je me suis orienté sur Matlab dont j’avais un accès aiséet de la documentation. Le programme Matlab permet de développer des interfacesutilisateur (GUI) d’une part à la main et d’autre part à l’aide de l’environnement dedéveloppement des interfaces utilisateurs graphiques (Graphical User Interface Deve-lopment Environement (GUIDE) en anglais). Le tableau 4.1 montre les avantages etinconvénients pour les deux modes de programmation.

30

Chapitre 4 : Développement d’interfaces utilisateur

A la main Avec GUIDE

Avantages

- Contrôle total sur le code. - Environnement graphiqueconvivial et intuitif, pour ledesign comme pour les nom-breuses propriétés des ob-jets.

- Evolution aisée en fonctiondes versions Matlab utili-sées.

- Une seule structure«handles» (§4.2.2.1) pouraccéder à tous les objetsgraphiques.- Actions des objets faciles àprogrammer grâce aux fonc-tions callback (§4.2.2.4).- Debugging et modificationfacile.

Inconvénients- Changement de design àéviter absolument.

- Code d’initialisationde l’IHM difficile à com-prendre.

- Partie actions des objetsgraphiques plus délicates àprogrammer.

- Attention au passage auxnouvelles versions Matlab.

- Accessibilité aux multiplespropriétés des objets fasti-dieuses.

- Code partie purementgraphique crypté (.fig)(§4.2.2.1).

Table 4.1 – Avantages et inconvénients des deux modes de programmation.

Au regard de ce tableau et des contraintes exposées ci-dessus, j’ai choisi de pro-grammer avec le GUIDE. Cet outil m’a permis de développer différentes interfacesutilisateur :

— le GUI INTACT, qui est une interface de traitement acoustique, est présenté dansle détail en annexe A. J’ai développé cette interface afin de me familiariser avecle programme GUIDE qui m’était inconnu.

— le GUI POESIE, qui est une plateforme d’étude du signal de référence. Cetteinterface permet à l’utilisateur, en réglant des paramètres, d’extraire le signalDVB-T émis à partir du signal reçu par une antenne.

4.2 Elaboration d’une interface graphique GUI

4.2.1 L’interface graphique GUI

Le GUI est un affichage graphique dans une ou plusieurs fenêtres permettant àl’utilisateur de réaliser des tâches interactives. Un exemple d’interface interactive estprésenté figure 4.1 qui est une copie d’écran. L’utilisateur utilise des boutons qui sont

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situés à gauche de l’écran pour activer certains traitements ou ajuster les paramètres vial’interface. Dans l’exemple présenté, les signaux traités et non traités sont affichés dansquatre fenêtres dédiées respectivement aux représentations temporelle, fréquentielle ettemps-fréquence. L’utilisateur a aussi la possibilité d’écouter les signaux traités. Cetteinterface que j’ai appelée GUI INTACT est présentée en annexe A.

Figure 4.1 – Interface du GUI INTACT

4.2.2 Le programme GUIDE

Le programme permettant de réaliser une interface graphique (un GUI) est leGUIDE. Il regroupe tous les outils dont le programmeur a besoin pour créer cetteinterface graphique de façon intuitive.Il s’ouvre, soit en cliquant sur l’icône de la barre d’outils Matlab, soit en tapant lacommande "guide" dans la fenêtre de commande Matlab. L’interface qui s’ouvre alorsest présentée figure 4.2. Elle est divisée en 3 parties :

— une barre d’outils,

— une palette de composants 1,

— un plan de disposition (défini en 4.2.2.2).

1. Le terme composant, traduit de l’anglais component, désigne l’ensemble des éléments sur lagauche de la figure 4.2

32


Figure 4.2 – Interface GUIDE

4.2.2.1 La barre d’outils

La barre d’outils permet entre autre :— d’aligner les composants dans le plan de disposition,— d’ouvrir un explorateur contenant les composants présents dans le plan de dis-

position,— d’ouvrir un inspecteur de propriété qui permet de modifier les paramètres d’un

composant,— de sauver le GUI réalisé.

Lors du premier enregistrement, le GUIDE crée :— un fichier .fig qui contient la définition des objets (position, propriétés),— un fichier .m qui contient les lignes de code qui assurent le fonctionnement de

l’interface graphique,— une structure handles où sont stockés les identifiants des composants et du plan

de disposition du GUI. Cette structure est aussi utilisée par le programmeurpour stocker, récupérer ou modifier des variables nécessaires à la réalisation duprogramme. Cette structure est envoyée comme argument d’entrée dans chaquecallback (cf. 4.2.2.4).

33


4.2.2.2 Le plan de disposition

C’est le plan sur lequel seront disposés les différents composants. Il constitue l’inter-face graphique GUI qui sera présentée à l’utilisateur. Le plan de disposition en lui-mêmepossède un inspecteur de propriétés au même titre que les composants (l’inspecteur depropriétés est expliqué plus en détail au paragraphe 4.2.2.4).Pour le GUI POESIE, le plan de disposition de l’interface est présenté figure 4.3. Ilcomprend à gauche un certain nombre de boutons et à droite quatre axes où serontaffichés les résultats.

Figure 4.3 – Plan de disposition du GUI POESIE

4.2.2.3 Palette des composants

L’interface du GUIDE permet de manipuler facilement les composants dans le plan.J’ai donc utilisé pour le GUI POESIE les composants suivants :

— Push Button : bouton poussoir permettant à l’utilisateur de déclencher une ac-tion,

— Static Text : texte ne pouvant être modifié par l’utilisateur,

— Edit Text : texte ou nombre pouvant être modifié par l’utilisateur,

— Pop-up Menu : liste déroulante permettant à l’utilisateur de choisir une optiondans la liste,

— Axes : permet l’affichage graphique des résultats,

— Panel : permet de grouper plusieurs composants.

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4.2.2.4 L’inspecteur de propriétés et le callback

Chacun de ces composants ainsi que le plan de disposition possèdent un inspec-teur de propriétés obtenu par clic droit "Property Inspector" ou par double clic sur lecomposant ou plan de disposition. C’est au travers de cet inspecteur que sont définiesles propriétés, les données et les actions relatifs au composant sélectionné. Un exempled’inspecteur de propriétés du Push Button est présenté figure 4.4.

Figure 4.4 – inspecteur de propriété du Push Button Mapping

Parmi ces propriétés, les plus importantes concernant l’interaction avec l’utilisateursont les callbacks. Quand un évènement est généré par l’utilisateur (click sur la souris,activation d’une touche...), le logiciel Matlab fait appel au callback lié à cet évenementet exécute le code défini par le programmeur qui y est associé. Il existe vingt typesde callback qui sont disponibles en fonction du type de composant choisi. Pour lePush Button de l’exemple figure 4.4, il en contient cinq types qui sont :

— ButtonDownFcn : s’exécute lors de l’appui sur un bouton de la souris alors quele pointeur de la souris est sur un composant ou une figure ;

— Callback : s’exécute, par exemple, lorsque l’utilisateur clique sur un Push Button,sélectionne un Radio Button, choisit une option d’un Pop-up Menu... ;

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— CreateFunction : s’exécute entre la création du composant et son affichage ;

— DeleteFunction : s’exécute juste avant la destruction du composant ;

— KeyPressFunction : s’exécute lorsque l’utilisateur appuie sur une touche du cla-vier tout en ayant le focus sur ce composant.

Chaque callback est défini comme une fonction prenant trois arguments en entrée :

— hObject : nombre correspondant à l’identifiant du composant dont le callbackdépend,

— eventdata : structure contenant les données des événements générés par le compo-sant ou le plan de disposition (pour les Push Button et autres composants qui negénèrent aucune donnée d’événement, cet argument contient une matrice vide).Par exemple, le callback KeyPressFcn associé au plan de disposition permet deconnaître la touche du clavier activée par l’utilisateur, sa valeur (a, b, c,...x, y,z, return...) est alors mémorisée dans la structure eventdata. Il est ainsi possibled’utiliser ces données pour effectuer des actions.

— handles : structure des identifiants et des variables du programme, elle peut êtremodifiée et mis à jour si nécessaire (voir paragraphe 4.2.2.1).

Un exemple de callback du Push Button "Produce sequence" est présenté en annexe B.

Les autres propriétés concernent la mise en forme et la gestion du composant. Lesprincipales pour le Push Button de l’exemple figure 4.4 sont :

— BackgroundColor : permet de définir une couleur d’arrière plan ;

— CData : permet d’insérer une image sur le composant ;

— FontAngle, FontName, FontSize, FontUnits, FontWeight et ForgroundColor : per-mettent la mise en forme du texte ;

— Position : définit la position du composant sur le plan de disposition ;

— String : permet d’insérer du texte ;

— Style : définit le type de composant (Push Button, Edit Text...) ;

— Tag : label qui est utilisé dans le nom donné aux callbacks lorsqu’ils sont générésdans le fichier .m ;

— UserData : données stockées par l’utilisateur qui n’est pas utilisé par Matlab maisqui peuvent être récupérées ou modifiées à l’aide de commandes spécifiques ;

— Visible : permet de définir si le composant sera visible ou pas.

L’utilisation de ces composants est présenté au paragraphe 4.3.3.

36


4.3 Le GUI POESIE

Le GUI POESIE permet de reconstruire le signal de référence à partir d’un si-gnal reçu sur un capteur contenant un mélange du signal de référence additionné denombreux échos provenant de réflecteurs fixes ou mobiles (affecté de l’effet Doppler).

4.3.1 Méthode de reconstruction du signal de référence

Ce travail a été réalisé par Amandine Perrot [4] dans le cadre de son stage de master2 effectué dans l’équipe MAS’Air du CReA, sous la direction de F. Briolle. J’ai réalisél’interface utilisateur graphique (Graphical User Interface (GUI) en anglais) POESIE(PlatefOrme d’Etude du SIgnal de référencE), qui permet à un utilisateur de recons-truire un signal de référence, en contrôlant toutes les étapes. Je n’exposerai ici que lesprincipales étapes du traitement.

A partir du signal s(t) reçu sur le récepteur, on cherche à reconstruire un signalproportionnel au signal émis se(t − t0). Les émetteurs de Télévision Numériques Ter-restre diffusent des signaux construits avec la norme DVB-T (voir paragraphe 3.3). Cessignaux sont une succession de symboles de durée Ts. Chaque symbole est constituéd’une partie utile de durée Tu, précédée d’un intervalle de garde de durée Tg = Tu/n.L’intervalle de garde permet de s’affranchir des nombreuses réflexions, c’est une fraction( 1n, n = 4, 8, 16ou32) de la partie utile, placée en début de symbole.

En mode 8K, la partie utile du symbole est constituée de 8192 sous-porteuses or-thogonales dont 6817 portent l’information (data) codées en QAM (4, 16 ou 64), lesautres sous-porteuses sont mises à zéro. Parmi les sous porteuses portant l’information,769 d’entre elles (193 en 2K), appelées fréquences pilotes, portent des valeurs fixéespar la norme DVB-T. Leur position (νk), fixée par la norme DVB-T, se répète tousles 4 symboles. Au paragraphe 3.3, on trouvera une description détaillée de cette norme.

La reconstruction d’un signal proportionnel au signal émis se(t− t0) s’effectue sym-bole par symbole. La première étape est donc la synchronisation temporelle.

1. Synchronisation temporellePour connaître le début de chaque symbole, on génère un signal temporel sp(t)ne contenant que les fréquences pilotes. Le maximum de la fonction de corréla-tion entre ce signal et le signal reçu s(t) nous permet de connaître le début dusymbole.On considère que le signal reçu est une succession de symboles filtrés par le canalde transmission.

37


2. Reconstruction temporelle du signal émisPour chaque symbole, dont on connaît la durée Ts = Tg+Tu, on enlève l’intervallede garde, pour ne garder que la partie utile du symbole.

(a) Estimation du canal de transmissionLa transformée de Fourier de la partie utile du symbole s’écrit :

S[νm] =8192∑m=1

drmδ(ν − νm)

Pour chaque fréquence pilote νk, le filtre linéaire représentant le canal depropagation est connu, sa fonction de transfert vaut :

H[νk] = dekdrkδ(ν − νk)

avec dek valeur émise et drk valeur reçue du pilote. La fonction de transfertdu filtre canal sera interpolée pour toutes les fréquences νm.

(b) EgalisationUne première estimation du symbole émis est obtenue en multipliant lesymbole par ce filtre, ce qui permet de corriger les effets du canal de trans-mission :

S̃e[νm] = S[νm].H ∗ [νm] =8192∑m=1

d̃emδ(ν − νm)

(c) Corrections CFOPour transmettre un signal à bande étroite sur un canal radio, il est né-cessaire de transposer ce signal vers une haute fréquence appelée fréquenceporteuse et notée fp. Cette action est réalisée au moyen d’un oscillateurà l’émission et d’un autre oscillateur en réception tous deux réglés à lamême fréquence (fp ' 514Mhz pour un signal DVB-T, sa valeur précisedépend du canal, car en TNT, plusieurs canaux transportant des donnéesdifférentes sont envoyés simultanément). En pratique il existe toujours undécalage entre les deux oscillateurs. Ce décalage, appelé erreur de synchro-nisation fréquentielle (Carier Frequency Offset (CFO) en anglais), entraîneune dégradation du signal en réception.Le signal reçu en bande de base en présence de CFO s’écrit :

r(t) = s(t)ei2πfpt ∗ ei2π(fp−∆f)t = s(t)ei2π∆ft

38


Cet écart en fréquence ∆f introduit donc un déphasage sur le signal enbande de base qui augmente au cours du temps. Ce déphasage varie li-néairement sur plusieurs symboles OFDM. On calcule donc par régressionlinéaire la pente de la droite définie par l’ensemble des phases moyennes.Cette pente a pour valeur 2π∆f .Il suffit donc de multiplier le signal reçu r(t) par e−i2π∆ft pour corriger l’effetde la CFO.

(d) MappingLes data émises ne peuvent pas prendre n’importe quelle valeur. Elles ap-partiennent à un alphabet fini (de 64 valeurs pour une modulation QAM-64,par exemple).Il suffit donc de réaffecter les valeurs estimées d̃em à la valeur la plus prochede l’alphabet pour reconstituer le flot de données contenu dans ce symbole.On obtient donc le signal :

Se[νm] =8192∑m=1

demδ(ν − νm)

(e) Reconstruction temporelle du symboleUne transformée de Fourier inverse (Inverse Fast Fourier Transform (IFFT)en anglais) permet d’obtenir la partie utile du symbole en fonction du temps.Il suffit de la faire précéder par l’intervalle de garde, qui est une partie de lapartie utile, pour reconstituer le symbole émis en fonction du temps.

Dans le cadre du stage d’Amandine Perrot, le traitement permettant de cor-riger le décalage de la fréquence d’échantillonnage (Sampling Frequency Offset(SFO) en anglais), c’est-à-dire l’écart entre la fréquence d’échantillonnage utiliséeà l’émission et à la réception, n’a pas été développé.

39


4.3.2 Analyse fonctionnelle

L’analyse fonctionnelle de cette interface graphique a été réalisée dans le but dedéfinir les besoins de l’équipe MAS’Air concernant le GUI POESIE. J’ai donc inter-rogé chaque personne de l’équipe afin de définir les attentes concernant cette interfacegraphique. L’ensemble des besoins sont recensés dans le graphe fonctionnel présenté surla figure 4.5. Ce graphe fonctionnel identifie et classe les fonctions de service commefonctions principales de l’interface ou fonctions contraintes. Il permet alors de carac-tériser les fonctions de service dans un tableau en définissant pour chaque fonction lecomposant ou l’action le plus approprié afin de répondre aux besoins (Tab. 4.2). Ladémarche et les résultats de cette analyse fonctionnelle constituent le cahier des chargesdu GUI POESIE.

Figure 4.5 – Graphe fonctionnel du GUI POESIE

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Fonctions Critères Niveaux d’exigencesFP1 : Le produit permet àl’utilisateur de configurerles paramètres sur signauxsimulés ou réels

Types de paramètre Liste ou edit texteType de signaux Signaux simulés et réelsOrganisation Paramètres regroupés dans

des panneauxFP2 : Le produit permet àl’utilisateur de visualiser lesrésultats sur signauxsimulés ou réels

Forme AxeNombre 4

Disposition Sur le plan de disposition àdroite des paramètres

Affichage Possibilité d’ouvrir un axedans une autre figure.

FP3 : Le produit permet àl’utilisateur de sauverchaque étape du traitementsur signaux simulés ou réels

Forme Boîte de dialogueEmplacement sauvegarde Laisser le choix à l’utilisa-

teurType de fichier Fichier *.mat

FC1 : Le produit doit respec-ter la norme DVB-T

Standard Standard DVB-T ETSI EN300 744 V1.6.1

FC2 : Le produit doit êtremultiplateforme

Système d’exploitation Windows et Mac

FC3 : Le produit doit gérerles erreurs de configurationdes paramètres

Type d’erreurs Mauvais paramètresAvertissement Pop-up avec un message

d’erreurFC4 : Le produit doit avoirune version standalone

Outil Matlab compiler runtime(MCR)

Versions Une version Mac et une ver-sion Windows

FC5 : Le produit doit fonc-tionner avec des signauxréels

Type Fichiers *.bin

FC6 : Le produit doit fonc-tionner avec des signaux si-mulés

Type Fichiers *.mat

Table 4.2 – Caractérisation des fonctions de service.

4.3.3 Réalisation du GUI

La figure 4.6 est extraite du GUI POESIE (partie bleue de la figure 4.3). Cettefigure se décompose en plusieurs zones définies au moyen du composant Panel, ceszones comprennent :

— la définition du type de signal (settings of DVB-T signal) que l’on souhaite étudier(en haut à gauche),

— les conditions expérimentales (experimentals conditions) qui permettent de ca-ractériser les échos fixes et mobiles ainsi que le bruit (au milieu à gauche),

— les paramètres de réception (settings of reception) où l’on fixe la CFO et la désyn-chronisation du signal. Une future simulation dédiée à un radar passif aéroporté

41


Figure 4.6 – Description des composants utilisés pour le GUI POESIE

est prévue par le paramètre "Doppler effect" (en bas à gauche),

— des fenêtres d’information où s’affiche la progression du processus ainsi que desmessages utiles pour l’utilisateur (en haut à droite),

— les différentes phases du traitement (processing of reference signal) qui com-prennent la production d’une séquence de pilotes, la synchronisation, l’égalisation,la correction CFO et mapping ainsi que les résultats (au milieu à droite),

42


— la possibilité de charger des fichiers binaires dans le cas d’un signal réel (en basà droite).

Remarque. L’équipe de l’IM2NP a développé un GUI permettant de simuler les si-gnaux reçus par un radar passif associé à un émetteur DVB-T. Je me suis inspiré dece GUI pour élaborer les deux premières zones du GUI POESIE.

4.3.3.1 Description détaillée des différents éléments

Nous décrivons ici dans le détail les composants utilisés pour chaque zone définieau paragraphe précédent.La définition du type de signal (en haut à gauche de la figure 4.6) comprend :

— un Pop-up Menu permettant de choisir si on étudie un signal simulé ou un signalréel ;

— un Pop-up Menu permettant de définir le nombre de sous-porteuses (8192 pourun mode 8K ou 2048 pour un mode 2K) ;

— un Pop-up Menu pour choisir une des modulations QAM suivantes : QAM-4,QAM-16 ou QAM-64 ;

— un Pop-up Menu pour choisir le critère α (1, 2 ou 4) de distance entre les pointsde la constellation ;

— un Pop-up Menu pour sélectionner la longueur de l’intervalle de garde : 1/4, 1/8,1/16 ou 1/32 ;

— un Edit Text dans lequel l’utilisateur définit le nombre de symboles que contientle signal étudié.

Les conditions expérimentales sont l’antenne de réception ainsi que 3 cibles mobiles.Elles comprennent des Edit Text dans lequel l’utilisateur définit :

— le nombre de capteur sur l’antenne de réception ;

— le rapport signal à bruit à la réception ;

— le nombre d’échos statiques simulés ;

— l’atténuation minimale des échos statiques par rapport au signal reçu ;

— la fréquence Doppler des cibles mobiles ;

— l’atténuation minimale des échos mobiles par rapport au signal reçu ;

— la portée de la cible mobile ;

— la directivité de la cible mobile.

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Les paramètres de réception comprennent des Edit Text dans lequel l’utilisateur dé-finit :

— le nombre de sous-porteuses à supprimer au début du signal simulé afin de ledésynchroniser ;

— la valeur de la CFO ;

— la valeur de de la fréquence doppler dans le cas d’un radar passif aéroporté,paramètre inactif dans notre cas. Ce paramètre permettra, moyennant une mo-dification du code Matlab, d’étudier des signaux issus de radars passifs aéroportés.

Les fenêtres d’information comprennent des Static Text dans lequel s’affichent :

— l’état d’avancement des différentes étapes, les erreurs, des résultats intermédiairesou bien le taux d’erreurs symboles ;

— le comptage du nombre de symboles simulés ;

— la durée de simulation pour chaque symbole.

Les différentes phases du traitement sont représentées par :

— un Push Button "Produce sequence", qui, s’il est activé, réalise la constructiond’une séquence de pilotes. Elle sera affichée en fréquence et en temps ;

— un Edit Text (seulement lorsque "Signal Réel" est sélectionné) permettant desélectionner le capteur à partir duquel on reconstitue un signal de référence ;

— un Push Button "Synchronisation" qui effectue et affiche l’intercorrélation entrela séquence pilote et le signal reçu sur le capteur choisi ainsi que la constellationdu signal synchronisé ;

— un Push Button "Equalization" permet d’estimer le filtre représentant le canalde propagation au moyen d’une interpolation linéaire. Ce canal de propagationainsi que la constellation du signal égalisé sont ainsi affichés ;

— un Push Button "CFO/Mapping" permettant de réaliser la correction de rotationde la constellation et de réaffecter chaque point de la constellation à une valeur del’alphabet utilisé à l’émission 2, les constellations ainsi que l’évolution temporellede la CFO sont affichés à l’issue ;

— un Push Button "Résultat" qui permet d’afficher le filtre canal réel, le signal deréférence en fonction du temps ainsi que sa constellation.

2. Si les données émises sont codées en QAM-n ; elle ne peuvent prendre que n valeurs. Ces nvaleurs définissant l’alphabet utilisé à l’émission.

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Le chargement des fichiers comprend :

— 4 Push Button permettant d’ouvrir une boîte de dialogue afin de naviguer versles fichiers binaires et les charger ;

— 4 Static text permettant d’afficher le chemin complet des fichiers chargés.

4.3.3.2 Amélioration de l’ergonomie du GUI

Ouverture d’un axe dans une autre figureAfin d’améliorer le confort visuel lors de l’affichage des résultats, j’ai paramétré la

possibilité d’ouvrir un axe dans une autre figure afin de pouvoir exploiter toutes lesoptions offertes par la figure (Fig. 4.7). Pour cela il faut utiliser un callback du plan dedisposition qui est WindowButtonDownFcn. Il permet d’effectuer une action lorsquel’utilisateur clic à gauche de la souris quelque soit l’endroit où se trouve le pointeur dela souris. A partir de là, le programme récupère les coordonnées du pointeur, puis, enfonction de sa position, ouvre dans une autre figure le contenu de l’axe ciblé. Le codepermettant de réaliser cette fonction est présenté annexe C.1.

Définition d’une image en arrière-planBien qu’il soit possible de rajouter une image pour certains composant du GUI à

l’aide de la propriété "Cdata", cette option n’est cependant pas possible sur le plan dedisposition qui ne dispose pas de cette propriété. Une solution a été de contourner cettecontrainte en créant un axe de la taille du plan de disposition dans lequel j’ai inséré uneimage, cet axe étant déclaré en arrière plan, l’image n’écrase pas les autres composants(Fig. 4.7). Le code permettant de réaliser cette fonction est présenté annexe C.2.

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Figure 4.7 – Arrière plan et zoom du GUI POESIE

4.3.4 Validation sur des signaux simulés

Pour cette validation, on simule un signal DVB-T reçu par un radar passif à l’aidedu GUI POESIE présenté au paragraphe 4.3.3, et on utilise un codage QAM-16, unmode 8K et un intervalle de garde de 1/4. On définit ici 500 échos avec une atténuationminimale de 15dB, additionné à du bruit (SNR = 25dB).

Les résultat des étapes de construction du signal de référence sont affichés à la pagesuivante, ils représentent :

— la constellation du signal reçu (Fig. 4.8) : il n’est pas possible de distinguer surcette figure un signal OFDM.

— la constellation du signal synchronisé (Fig. 4.9) : le signal est affecté par lesnombreux échos. La constellation ne permet pas de retrouver le signal émis.

— la constellation du signal égalisé (Fig. 4.10) : les corrections des effets dûs aucanal de transmission permettent d’obtenir une "constellation bruité" qui permetde reconstituer le signal émis.

— la constellation du signal mappé (Fig. 4.11) : le mapping (réafectation des don-nées aux seules 20 données émises dont (QAM − 16 + 4 valeurs réels pilotes)permet de reconstituer avec précision l’amplitude du signal complexe.

— la représentation temporelle du signal de référence (Fig. 4.12) : elle est obtenuepar transformée de Fourier inverse.

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Figure 4.8 – Constellation du signalreçu

Figure 4.9 – Constellation du signalsynchronisé

Figure 4.10 – Constellation du signalégalisé

Figure 4.11 – Constellation du signalmappé

Figure 4.12 – Signal de référence tem-porel

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4.3.5 Résultats sur des signaux réels

Des études sur le radar passif sont menées en France et en Allemagne. Une cam-pagne d’essai nommée PAMELA (PCR Advanced Multi-static Evaluation and Limi-tation Analysis) fut réalisée dans la région de Bonn (Allemagne) en novembre 2009par ces deux pays. Le groupe Thales (Thales Air Systems et Thales Communication),l’ONERA et le BWB (Office fédéral allemand des techniques de l’armement) ont parti-cipé aux essais PAMELA. Ce fut l’occasion pour Thales Air Systems (TR6) de réaliserdes essais sur le radar passif NECTAR 3D dont l’antenne comprenant 16 capteurs estreprésentée figure 4.13. Lors de cette campagne, plusieurs vols ont été réalisés per-mettant l’enregistrement de signaux DVB-T en présence de cibles mobiles dont onconnaissait la trajectoire.Les signaux DVB-T reçus sont codés en QAM-16, avec un mode de transmission en8K et un intervalle de garde de 1

4 . Ils sont issus d’un réseau SFN (Single FrequencyNetwork) constitué de 3 émetteurs (Fig. 4.14).

Figure 4.13 – Configuration del’antenne de réception Figure 4.14 – Position des émetteurs TNT lors

des essais PAMELA

On s’intéresse au signal issu de l’émetteur 1. Les signaux issus des émetteurs 2 et 3seront vus comme des échos très puissants.

Remarque. Je présenterai les résultats suivants des différents traitements dans desaxes. Leur position est définie sur la figure 4.3.

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4.3.5.1 Génération d’une séquence de pilotes

Figure 4.15 – Etape de génération d’une séquence de pilotes en fréquence et en temps

Pour ce signal réel, une séquence de pilotes est générée conformément au mode detransmission 8K utilisé. Ainsi, cette séquence est composée de 177 pilotes continus et524 pilotes répartis conformément à la norme DVB-T, sa durée (pour 60 symboles)est égale à 60 ∗ (896µs + 224µs) = 67.2 ms. La figure 4.15 présente le traitement dela génération d’une séquence pilote. Sur l’axe 1 est présentée l’amplitude des pilotesen fonction de leur indice en fréquence, définie par la norme DVB-T. L’amplitude despilotes est réelle. Elle vaut soit −4

3 soit 43 . Les fréquences portant les données sont mises

à zéro. La figure de droite représente la séquence temporelle du signal de 67.2 ms quisera utilisée pour la synchronisation temporelle.

4.3.5.2 La synchronisation

On observe sur l’axe 1 de la figure 4.16 la constellation du signal non synchronisé.Sur l’axe 2 est représentée la fonction de corrélation entre le signal reçu et la séquencetemporelle des pilotes. On peut traiter le signal issu du capteur que l’on peut choisirparmi les 16 capteurs de l’antenne. Le maximum de cette fonction permet de synchro-niser le signal reçu au début d’un symbole.Dans notre exemple, le maximum de la fonction d’intercorrélation est à la position38 487, cela signifie que le début de la trame comprenant quatre symboles se situeau 40960 − 38487 = 2473e échantillon du début du signal reçu (une trame contient 4

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Figure 4.16 – Etape de synchronisation du signal

symboles OFDM soit 4 ∗ 10240 = 40960 échantillons). La séquence de pilotes a unepériodicité de quatre symboles, on a donc un pic tous les quatre symboles. Par exemplepour notre séquence de 60 symboles on aura 15 pics espacés les uns des autres de 40960échantillons.Sur l’axe 3 figure la constellation du signal synchronisé en temps, à ce stade le signal estencore nettement dégradé car les émetteurs 3 2 et 3 sont vus comme des échos fort quirendent le signal inexploitable. Il est donc nécessaire de construire un filtre spatial pourne garder que le signal issu de l’émetteur 1. Cette opération, réalisée par l’utilisationd’une technique de séparation aveugle de source que je ne détaillerai pas ici, permetd’obtenir la constellation présentée sur l’axe 4.

4.3.5.3 L’égalisation

La figure 4.17 représente :

— la constellation du signal obtenu après synchronisation et filtrage spatial (axe 1)

— l’estimation du canal de transmission pour 60 symboles (axe 2).

— la constellation obtenue après égalisation (axe 3).

On remarque après égalisation une légère rotation de la constellation due à la CFOque nous allons corriger lors du traitement suivant.

3. La position des émetteurs est définie sur la figure 4.14

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Figure 4.17 – Etape d’égalisation du canal

4.3.5.4 Correction CFO

La rotation de la constellation observée sur la figure 4.17 est due à l’écart entre lafréquence porteuse à l’émission (F e

0 = 514MHz) et celle utilisée pour la démodulationen bande de base. En effet, la démodulation du signal est réalisée par un oscillateurdont la fréquence F r

0 doit être identique à l’oscillateur d’émission, soit 514MHz. Enpratique ces deux oscillateurs n’ont pas exactement la même fréquence, c’est pourquoiil existe un décalage en fréquence ∆f = F e

0 − F r0 qui entrainera une rotation de la

constellation. Le signal de base s’écrit (voir équation 3.1) :

s(t) =N−1∑k=0

dkei2πfkt ∗ ei2π∆ft =

N−1∑k=0

dkei2π(fk+∆f)t (4.1)

On observe sur l’axe 2 de la figure 4.18 la linéarité du déphasage en fonction dutemps. Pour ce signal réel, cet écart qui n’est que de 0.36 Hz 4, introduit un déphasageet donc une rotation de la constellation. Après correction de la CFO, le traitementd’égalisation donnera la constellation présentée axe 3.

La synchronisation temporelle, l’égalisation du canal et la correction de la fréquence

4. La différence de fréquence entre la porteuse de 514MHz et la fréquence de démodulation syn-chrone n’est que de 0.36Hz, soit une erreur inférieure à 10−8.

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de démodulation (CFO) permettent de revenir à une constellation où l’on observe unnuage de points autour des données émises. Le mapping permet de réaffecter chaquepoint du nuage à la valeur la plus proche de l’alphabet utilisé pour l’émission. Cettenouvelle constellation est présentée sur l’axe 4.

Figure 4.18 – Etape de correction de la CFO

4.3.5.5 Génération du signal de référence et résultats

La reconstitution de la séquence temporelle, après transformée de Fourier inverseet insertion de l’intervalle de garde, est présentée sur l’axe 3 de la figure 4.19. Le signaltemporel obtenu dure alors 59 ∗ 1120µs = 66.080 ms. Ce signal de référence ainsiretrouvé nous permet de reconstituer très précisément (pour chaque sous-porteuse fk)le filtre canal réel, qui est représenté sur l’axe 1. Cette reconstitution précise du filtrecanal sera utilisée dans le traitement permettant d’isoler les échos provenant des ciblesmobiles. La localisation des sources mobiles sera effectuée en comparant ces échos ausignal de référence que nous venons de construire. Ce traitement fera l’objet d’uneautre interface graphique.

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Figure 4.19 – Filtre canal réel, signal de référence temporel, mapping

4.4 Conclusion

Le programme GUIDE de Matlab permet de construire des GUI permettant deconfigurer des paramètres et visualiser les résultats d’un code Matlab souvent complexe.Pour le GUI POESIE, ces résultats permettent de visualiser et contrôler les différentsétapes de reconstruction du signal de référence à partir de signaux simulés ou réels.A ce stade l’équipe MAS’Air dispose d’une interface, le GUI POESIE lui permettantde simuler le fonctionnement et d’exploiter les résultats des différentes campagnes detests sur le radar passif.

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Conclusion générale et perspectives

L’objectif initial de réaliser une interface graphique pour l’étude du signal de réfé-rence d’un radar passif est donc atteint. En effet elle complète parfaitement l’interfaceréalisée par l’IM2NP et permet d’analyser les étapes importantes de la reconstructiondu signal de référence. Cependant j’ai éprouvé quelques difficultés sur certaines par-ties de l’interface graphique qui imposaient des recherches chronophages sur les forumset dans la documentation. En effet, le GUI POESIE est une interferface complexecontenant beaucoup de fonctions dépendantes les unes des autres. Rendre ces fonctionsinteractives avec l’utilisateur grâce au GUIDE de Matlab a entraîné une adaptation ducode, et bien évidemment, des erreurs solutionnées par la lecture des forums alimentéspar des développeurs avertis.

L’opportunité qui m’a été donnée de travailler au sein d’une équipe de recherchem’a permis de connaître ce milieu qui évolue sans cesse et qui demande une grandeadaptabilité. Cela a été assez déroutant car j’ai dû revoir régulièrement la configurationde mon interface graphique aux vues des résultats de recherche obtenus. Cette situationest restée néanmoins très formatrice pour mes futurs postes dans l’Armée de l’air.

Au cours de ce stage, j’ai pu utiliser les connaissances acquises pendant ma forma-tion hors temps de travail au CNAM de Paris dans les domaines des télécommunica-tions, du traitement du signal, de la programmation et d’autres domaines indirectementliés. J’ai acquis des compétences sur Matlab, GUIDE et également sur LATEX et Bea-mer pour la rédaction de mon rapport et la soutenance du projet. J’ai été très intéressépar les développements du radar passif, qui s’appuient sur une technologie jeune et in-novante. Le CReA maîtrise cette technologie (recherche, réalisation) ; l’Armée de l’airpeut à présent s’appuyer sur son expertise afin de se doter à moyen terme et dansles meilleurs conditions de radars passifs au sein du système de commandement et decontrôle aériens (Air Command and Control System (ACCS) en anglais).

Les perspectives d’avenir sont tournées vers la capacité d’intégrer des radars passifsaéroportés. Une thèse au sein de l’équipe MAS’Air vient d’être initiée sur ce sujet.Nous avons donc conçu une interface graphique qui peut être utilisée dans ce nouveaucontexte de recherche.

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Références bibliographiques

[1] Jacques Raout : Traitements spatio-temporels adaptés aux radars bistatiques etémetteurs non coopératifs. Thèse de doctorat, Centre de recherche de l’Armée del’air, 2010.

[2] Ghislain Gassier, Francoise Briolle, Gilles Chabriel et Jean Barrère : Pas-sive Covert Radars using CP-OFDM SFN. Reference signal recovery from blindbeamforming. 4th Focus Days on PCL (Passive Coherent Localization), Szczecin,Poland, 13-14 May 2013.

[3] Gilles Chabriel, Jean Barrère, Ghislain Gassier et Francoise Briolle : Pas-sive Covert Radars using CP-OFDM signals. A new efficient method to extracttargets echoes. IEEE International Radar Conference, RADAR’14, Lille, France,13-17 October 2014.

[4] Amandine Perrot : Construction d’un signal de référence DVB-T dans le cadredu radar passif. Mémoire de D.E.A., Université du Sud-Toulon-Var, 2013.

[5] Nicholas J Willis : Bistatic radar. SciTech Publishing, 2005.[6] Philip M Woodward : Probability and information theory, with applications to

radar, volume 3,. Pergamon Press London, 1953.[7] François Le Chevalier : Principles of radar and sonar signal processing. Artech

House, 2002.[8] Hugh D.Griffiths et Chris J.Baker : Measurement and analysis of ambiguity

functions of passive radar transmissions. In Radar Conference, 2005 IEEE Inter-national, pages 321–325. IEEE, 2005.

[9] Dominique Poullin : Passive detection using digital broadcasters (DAB, DVB)with COFDM modulation. In Radar, Sonar and Navigation, IEE Proceedings-,volume 152, pages 143–152. IET, 2005.

[10] Ben Jemâa Ahmed Bassem : Etude comparative des estimateurs du canal WSSUSen standard DVB-T. Mémoire de D.E.A., Université de Tunis El Manar, 2004.

[11] EN300744 ETSI : 300 744 - V1.6.1 Digital Video Broadcasting (DVB) ; Framingstructure, channel coding and modulation for digital terrestrial television, 2009.

[12] Matlab : Creating Graphical User Interfaces. MathWorks, 2012.

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Annexes

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Annexe A

Elaboration du GUI INTACT

Dans le cadre de la prise en main de l’outil GUIDE nécessaire à la réalisation demon mémoire, j’ai réalisé pour le Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique (LMA)du Centre national de recherche scientifique (CNRS) de Marseille, une plateforme d’ef-fets audionumériques. J’ai alors implémenté un GUI que j’ai nommé GUI INTACT(interface de traitement acoustique) (Fig. A.2) permettant d’afficher sur un écran 4figures d’analyse sur lesquelles il est possible de charger différents fichiers audio. L’uti-lisateur peut modifier des paramètres afin d’obtenir l’effet sonore désiré et ainsi écouterle résultat en cliquant sur les hauts-parleurs situés sur les figures. Il permet égalementd’ouvrir chaque figure dans une autre fenêtre de taille variable pour un meilleur confortvisuel. Un deuxième GUI s’ouvrant à partir du GUI INTACT permet d’étudier plusparticulièrement le filtre en peigne (Fig. A.3).

Ce GUI comporte 5 parties

1. Débruitage des signauxL’utilisateur choisit un fichier son et sélectionne la fréquence de coupure. Le filtreutilisé est un filtre de Butterworth d’ordre 6. L’action sur le bouton "Afficher"réalise le traitement de filtrage. On obtient alors dans la figure en haut à gauchele signal original temporel en bleu ainsi que le signal filtré en rouge. Sur la fenêtreen haut à droite, on obtient le signal original et filtré en fréquence. On observeque les fréquences non utiles sont filtrées ce qui a pour effet de supprimer le bruit.Les fenêtres du bas affichent les spectrogrammes du signal original (à gauche) etdu signal filtré (à droite).

2. Modulation : effets sonoresCette partie permet d’étudier les modulations en anneau et d’amplitude per-mettant de réaliser respectivement un effet de rugosité et un effet de trémolo.L’utilisateur sélectionne un type de modulation et règle les paramètres tels que

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la fréquence et l’index de modulation. L’action sur le bouton "Afficher" réalisele traitement. On obtient alors dans la figure en haut à gauche le signal originalfréquentiel et dans la figure en haut à droite le signal modulé. Les figures du bassont utilisées pour étudier un deuxième signal en parallèle.

3. Cryptage et décryptage de la paroleCette partie traite des effets du cryptage sur la parole dont le son caractéristiqueest bien connu puisque cette technique était utilisée pour le cryptage du son de lachaîne Canal+ avant la généralisation de la télévision numérique terrestre. L’uti-lisateur sélectionne le traitement de cryptage et affecte les paramètres qui sontla fréquence de coupure du filtre de Butterworth et la fréquence de la porteuse.L’action sur le bouton "Afficher" réalise le traitement et affiche dans les différentesfenêtres les étapes représentées sur la figure A.1. Le principe est le suivant :

(a) Le spectre du signal d’origine est représenté en haut. C’est un signal réel, ilcomporte des fréquences négatives.

(b) Le signal subit un filtrage passe-bas, de façon à éliminer les fréquences su-périeures à 12800Hz.

(c) On applique une modulation d’amplitude pour translater ce spectre autourde 12800Hz.

Le décodage suit le même principe, comme indiqué sur la partie droite de la figureA.1 :

(a) Le spectre du signal codé est représenté en haut.

(b) Le signal subit un filtrage passe-bas, de façon à éliminer les fréquences su-périeurs à 12800Hz.

(c) On applique une modulation d’amplitude pour translater le spectre repré-senté en 2) autour de 12800Hz.

(d) Le signal subit un second filtrage passe-bas, de façon à éliminer les fréquencessupérieures à 12800 Hz, et retrouver le spectre original.

4. Étude des filtresCette partie permet d’étudier les filtres suivants :— Feedforward (Feed Forward Comb Filter (FFCF) dans la littérature), le

signal d’entrée retardé est ajouté au signal d’entrée,

— Feedbackward (Feed Back Comb Filter (FBCF)) le signal de sortie retardéest ajouté au signal d’entrée,

— Allpass filters (APF), combinaison des deux filtres ci-dessus donnant un filtrepasse-tout qui change la phase de l’onde audio sans altérer la fréquence.

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Figure A.1 – Processus de codage - décodage du son

L’utilisateur peut définir les paramètres tels que le retard, la fréquence d’échan-tillonnage et le gain. L’action sur le bouton "Afficher" réalise le traitement etaffiche dans les différents fenêtres les pôles et les zeros, la réponse en fréquence,la phase et la réponse impulsionnelle du filtre sélectionné. Ces filtres sont utiliséspour la modélisation et la construction de nombreux effets audio dont certainssont présentés dans la partie suivante.

5. Effets sonoresCette partie permet d’étudier les effet sonores suivants en réglant différents para-mètres et en affichant le signal original temporel, son spectre et le signal originaltemporel modifié par l’effet sélectionné :

— Slapback : cet effet permet de créer un écho en paramétrant le retard et legain.

— Pseudo stéréo : cet effet a été longtemps utilisé (avec des moyens analo-giques) pour construire un signal stéréo (2 canaux) à partir d’un signalunique (mono). L’idée est d’obtenir les deux signaux L (gauche) et R (droite)par filtrage du signal mono de départ M. Le filtrage consiste à ajouter (res-pectivement retrancher) au signal d’origine une version retardée d’un retard

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τ modifiable :

L(t) = M(t) +M(t− τ)L(t) = M(t)−M(t− τ)

— Réverbération artificielle : la reverbération artificielle est construire en uti-lisant une combinaison de filtres FFCF, FBCF et APF qui sont particu-lièrement bien adaptés à la simulation des échos. L’algorithme utilise troisAPF en série et quatres FFCF en parrallèle. Les sorties des ces FFCF sontadditionnées par deux pour une utilisation stéréo.

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Figure A.2 – Interface du GUI INTACT

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Figure A.3 – Interface du GUI INTACT avec zoom de la première figure et GUIséparé pour étudier les effets d’un filtre en peigne appliqué à un signal audio

62

Annexe B

Callback de l’interface graphique

B.1 Callback du bouton poussoir "Produce sequence"

function push_produce_sequence_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to push_produce_sequence (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Paramétrage de l'ergonomie du GUI

cla(handles.axes1,'reset');

cla(handles.axes2,'reset');

set(handles.axes1,'visible','on');

set(handles.axes2,'visible','on');

set(handles.push_save1,'visible','on');

set(handles.push_save2,'visible','on');

set(handles.push_produce_sequence,'ForegroundColor','Red');

set(handles.push_synchronisation,'enable','off','ForegroundColor',...

'Black');

set(handles.push_equalization,'enable','off','ForegroundColor','Black');

set(handles.push_CFO_mapping,'enable','off','ForegroundColor','Black');

set(handles.push_result,'enable','off','ForegroundColor','Black');

%Affichage d'une information dans la fenêtre "Information"

set(handles.textINFO,'string','Producing of sequence, wait...');

pause(0.1) % Permet de rafraichir la vue de la fenêtre "Information"

global_settings(handles);

global DVBT_SETTINGS;

disp('test')

% Récupération des valeurs sélectionnées et configuration des paramètres

handles.K_modus=DVBT_SETTINGS.ofdm_mode; %mode utilisé 2K ou 8K

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handles.QAM_mode=DVBT_SETTINGS.map.qam_mode; %QAM utilisée

%longueur de l'interval de garde

handles.GI=DVBT_SETTINGS.ofdm.guard_interval;

%nb de porteuses utiles

handles.length_symbol=DVBT_SETTINGS.symbol_length.ofdm;

%nb de porteuses avec le GI

handles.carrier=DVBT_SETTINGS.symbol_length.ad_conv;

handles.T=1/((64/7)*1e6); %période élémentaire 1.09375e-07

%durée du symbole avec le GI

handles.T1=DVBT_SETTINGS.ofdm_Tu+DVBT_SETTINGS.ofdm.guard_interval ...

*DVBT_SETTINGS.ofdm_Tu;

%nb de symbole

handles.nb_symbol=str2num(get(handles.editNumOFDM,'string'));

Kmin=0;

Kmax=handles.length_symbol-1;

%Suppression des matrices dans le cas où l'utilisateur relance une

%simulation sans fermé le GUI

verif_donnee

% Récupération du nombre de symboles du signal étudiée en fonction du

% type de signal

if get(handles.popuptypesignal,'Value')==1;

load(fullfile(fileparts(mfilename('fullpath')),'simulateur_dvbt',...

'save','dvbt_rx.mat'))

if handles.carrier~=length(all_data_channel_out(:,1,1)) ||...

handles.nb_symbol~=length(all_data_channel_out(1,:,1))errordlg(...

'The settings do not match with de size of structure',...

'Bad Input','modal')

set(handles.textINFO,'string','Erreur!');

return

end

else

% Chargement des données réelles

handles.raw_signal=recuperation_real_data(handles);

% Contrôle si présence de fichiers binaires quand on lance la

%simulation d'un signal réel

if strcmp(get(handles.textacquisition1,'string'),'none') || ...

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strcmp(get(handles.textacquisition2,'string'),'none') || ...

strcmp(get(handles.textacquisition3,'string'),'none') || ...

strcmp(get(handles.textacquisition4,'string'),'none')

errordlg('Please load binary files','Bad Input','modal')

set(handles.textINFO,'string','Error!');

return

end

end

%% Création de la séquence pilote

handles.sequence_pilotes=generation_sequence_pilots(...

handles.nb_symbol,Kmin,Kmax,handles.K_modus,handles.GI);

axes(handles.axes1);

handles.ph1=plot(handles.sequence_pilotes(:,1),'.');

xlim([0 max(1:3:handles.length_symbol)])

handles.title1=title('Sequence of pilots in frequency');

xlabel('Frequency (MHz)');

ylabel('Magnitude');

set(findall(gcf,'type','text'),'fontSize',14);

%ifft de la séquence pilote et ajout du CP

for i=1:handles.nb_symbol

handles.pilotes(:,i)=ofdm_encode(handles.sequence_pilotes(:,i));

end

handles.pilotes=handles.pilotes(:);

axes(handles.axes2);

handles.ph2=plot(handles.T:handles.T:handles.T1*handles.nb_symbol, ...

abs(handles.pilotes));

xlim([0 max(handles.T:handles.T:handles.T1*handles.nb_symbol)])

handles.title2=title('Sequence of pilots in time');

xlabel('Time (s)')

ylabel('Magnitude')

set(findall(gcf,'type','text'),'fontSize',14);

% Paramètrage des objets pour l'étape de synchronisation

set(handles.push_synchronisation,'enable','on');

set(handles.edit1,'enable','on');

set(handles.textcapteur,'enable','on');

set(handles.textINFO,'string','Done (ready)');

guidata(hObject,handles);

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Annexe C

Code Matlab pour l’amélioration del’ergonomie du GUI

C.1 Ouverture d’un axe dans une autre figure

function figure_WindowButtonDownFcn(hObject, eventdata, handles)

% Cette fonction permet d'ouvrir l'axe sélectionné dans une autre figure

% suite au clic gauche sur cette axe afin de pouvoir l'agrandir.

% Récupération de la position du curseur lors du clic

pos=get(gcf,'CurrentPoint');

% Position du curseur sur l'axe 1

if pos(1) >= 0.2 && pos(1) <= 0.55 && pos(2) >= 0.55 && pos(2) <= 0.95

figure('Position',[0 300 1000 300],'Units','normalized')

ah=axes;

handles.ph_1= copyobj(handles.ph1,gca);

xlim(get(handles.axes1,'xlim'));

ylim(get(handles.axes1,'ylim'));

xlabel(get(get(handles.axes1,'xlabel'),'string'));

ylabel(get(get(handles.axes1,'ylabel'),'string'));

title(get(get(handles.axes1,'title'),'string'));

grid on

elseif pos(1) >= 0.62 && pos(1) <= 0.97 && pos(2) >= 0.55 && pos(2) <= 0.95


ah=axes;







66

Code Matlab pour l’amélioration de l’ergonomie du GUI

grid on



ah=axes;







grid on



ah=axes;







grid on

end

C.2 Définition d’une image en arrière-plan

function GuiSynchronisation_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)

% This function has no output args, see OutputFcn.

% hObject handle to figure

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% varargin command line arguments to GuiSynchronisation (see VARARGIN)

ah = axes('unit', 'normalized', 'position', [0 0 1 1]);

% importation de l'image et affichage sur l'axe

bg = imread('bg.jpg'); imagesc(bg);

% prevent plotting over the background and turn the axis off

set(ah,'handlevisibility','off','visible','off')

% mise de l'arrière plan derrière tous les autres uicontrol

uistack(ah, 'bottom');

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Table des figures

2.1 Configuration bistatique du radar passif . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.2 Coupe de la sphère dans le plan monostatique . . . . . . . . . . . . . . 122.3 Coupe de l’ellipsoïde dans le plan bistatique 1 . . . . . . . . . . . . . . 122.4 Radar passif : contexte opérationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.5 Bande de fréquences des émetteurs d’opportunité . . . . . . . . . . . . 172.6 Résolution en distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.7 Résolution Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

3.1 Etape de quantification : chaque échantillon est associé à un niveauprédéfini le plus proche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.2 Constellation pour QAM − 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233.3 Orthogonalité dans le domaine temporel . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.4 Orthogonalité dans le domaine fréquentiel . . . . . . . . . . . . . . . . 263.5 Préfixe cyclique du symbole OFDM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

4.1 Interface du GUI INTACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.2 Interface GUIDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.3 Plan de disposition du GUI POESIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.4 inspecteur de propriété du Push Button Mapping . . . . . . . . . . . . 354.5 Graphe fonctionnel du GUI POESIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.6 Description des composants utilisés pour le GUI POESIE . . . . . . . . 424.7 Arrière plan et zoom du GUI POESIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.8 Constellation du signal reçu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.9 Constellation du signal synchronisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.10 Constellation du signal égalisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.11 Constellation du signal mappé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.12 Signal de référence temporel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.13 Configuration de l’antenne de réception . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.14 Position des émetteurs TNT lors des essais PAMELA . . . . . . . . . . 484.15 Etape de génération d’une séquence de pilotes en fréquence et en temps 494.16 Etape de synchronisation du signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

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TABLE DES FIGURES

4.17 Etape d’égalisation du canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514.18 Etape de correction de la CFO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524.19 Filtre canal réel, signal de référence temporel, mapping . . . . . . . . . 53

A.1 Processus de codage - décodage du son . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59A.2 Interface du GUI INTACT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61A.3 Interface du GUI INTACT avec zoom de la première figure et GUI séparé

pour étudier les effets d’un filtre en peigne appliqué à un signal audio . 62

69

Liste des tableaux

3.1 Configuration retenue pour la norme DVB-T . . . . . . . . . . . . . . . 28

4.1 Avantages et inconvénients des deux modes de programmation. . . . . . 314.2 Caractérisation des fonctions de service. . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

70

Interface graphique de reconstruction du signal de référencepour le radar passif.

Mémoire d’Ingénieur C.N.A.M, Paris 2014

Résumé

Un radar passif utilise le signal émis par un émetteur d’opportunité présent dansl’environnement pour éclairer les cibles mobiles. Il est alors nécessaire de récupérer lesignal émis (à un retard et une amplitude près), appelé signal de référence, pour lecomparer aux échos des cibles mobiles afin de les localiser.

Le Centre de Recherche de l’Armée de l’air a élaboré une méthode permettant dereconstruire ce signal mais les nombreux paramètres de la norme utilisée par les émet-teurs de télévisions numériques terrestre rendent cette méthode difficile à exploiter.C’est pourquoi une interface graphique utilisateur réalisée à partir de l’environnementGUIDE de Matlab permet de configurer les paramètres, visualiser et sauvegarder lesrésultats de chaque étape de cette méthode.

Mots-clés : Radar passif - OFDM - DVB-T - Matlab - GUIDE - interface gra-phique.

Summary

Graphical user interface of reconstruction of reference signalfor passive radar.

A passive radar uses the signal transmitted by an illuminator-of-opportunity in theenvironment for the illumination of targets. It is then necessary to recover the originaltransmitted signal, called reference signal, to be compared to the moving target echoesin order to locate them.

The French Air Force Research Center has carried out a method to reconstruct thisreference signal but the numerous settings of the standard used for digital terrestrialtelevision make this method difficult to exploit. That is why, a graphical interface builtfrom the GUIDE environment of Matlab allows users to configure settings, visualizeand save the results of each steps on simulated and real signals.

Mots-clés : Passive radar - OFDM - DVB-T - Matlab - GUIDE - graphical inter-face.

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Documents

Réalisation d’une interface graphique de reconstruction d