Station d'émission-réception expérimentale           F6CRP   IN96KE        46°11'23" N  - 1°09'26" W


Radar VHF et émission d’amateur   

version 01  du 09/05/08

F6CRP

 

 

 

Présentation :

Généralement les auteurs d’articles essayent de trouver un titre qui soit suffisamment évocateur pour que le lecteur comprenne immédiatement de quel sujet il va être traité et raisonnablement accrocheur pour susciter l’intérêt. 

Je ne suis pas certain d’y être parvenu et pourtant le sujet est vraiment passionnant et nous ouvre un terrain d’étude abondant.

Fin 2005 la presse scientifique et la presse spécialisée dans le domaine de la défense titraient : « GRAVES est opérationnel ». Suivait une description sommaire de ce nouveau radar situé en Bourgogne ainsi qu’un aperçu des premiers résultats très encourageants obtenus lors des campagnes de validation. Quel rapport peut-il y avoir entre un radar manifestement destiné aux militaires et à la Défense Nationale et les radioamateurs ? C’est ce que nous allons examiner au fil de cet article



 Le radar GRAVES :

GRAVES est l’acronyme de Grand Réseau Adapté à VEille Spatiale. Il s’agit d’un radar conçu et développé par l’ONERA [1] visant à assurer la détection de satellites orbitant au-dessus du territoire national, dans une tranche d’altitude comprise en 400 et 1000 km. Les résultats des mesures sont utilisés en outre pour élaborer un catalogue des objets détectés accompagné d’une description précise de leurs orbites. Si les américains et les russes disposent de tels outils, rien d’équivalent n’existait jusqu’alors en Europe. D’après les premiers résultats fournis par le radar, il semble que ce denier ne soit pas superflu puisqu’un certain nombre d’objets, non répertoriés par le NORAD [2] et ce manifestement d’une manière volontaire, ont été détectés lors de leur survol de la France. 

Il s’agit d’un radar à émission continue, sur 143,050 MHz, il est dit « bi statique » puisque le lieu d’émission est éloigné du lieu de réception (contrainte liée à la permanence de l’émission). Les émetteurs sont situés à Broyes les Pesnes tandis que les récepteurs sont positionnés sur le célèbre plateau d’Albion, précisément à Revest du Bion. Les passionnés d’imagerie pourront observer les sites avec les outils du web en se positionnant aux coordonnées suivantes :
Récepteurs : 44,0706 N – 5,5347 E (JN24SB)
Emetteurs : 47,3477 N – 5,5136 E (JN27SI)

Le principe de mesure fait appel, entre autres, à l’effet Doppler. Le signal sur 143,050 MHz balaye, grâce à un jeu d’antennes et d’émetteurs un gisement de 180° , entre l’est et l’ouest en passant par le sud. Ce balayage est obtenu par quatre panneaux d’antennes patch, chacune couvrant un secteur de 45°. Ces 45 ° sont balayés en approximativement 20 secondes par un faisceau de 8° d’ouverture en azimut et 20 ° d’ouverture en élévation. Il y a donc quatre zones éclairées en permanence. 


Tout mobile traversant une zone couverte renverra une partie de l’énergie émise, la mesure du Doppler permettra de tirer des informations de vitesse de défilement et corrélativement d’altitude tandis qu’un phasage des antennes de réception et du calcul temps réel permettront d’obtenir des informations de trajectoire. 
La réception est élaborée à partir d’un réseau de 100 antennes, chacune alimentant un récepteur indépendant. Chaque signal est numérisé pour être ensuite traité. Un système de phasage/déphasage des signaux permet d’obtenir virtuellement un lobe de réception très étroit. Entre l’étude, le prototypage, l’élaboration d’un démonstrateur et l’industrialisation, treize années se sont écoulées. Dans le peu de documentation que l’on peut se procurer sur ce projet, il apparaît que de nombreux choix technologiques ont été effectués en fonction de la disponibilité sur le marché d’éléments existants à coût réduit.


 

GRAVES et les radioamateurs, quelques expérimentations :

 

Avec ce radar, nous disposons, sur une fréquence très proche du 144 MHz d’une balise extrêmement puissante. La réduction des performances des installations sur 2m, liée à la différence de fréquence, qu’il s’agisse des récepteurs, préamplificateurs et antennes est dérisoire. Par ailleurs, bien que la fréquence de ce radar ne soit pas dans les bandes amateur, la couverture des appareils depuis quelques années permet de larges débordements, l’écoute du 143,050 MHz ne devrait pas être problématique.

Avant de passer en revue les quelques expériences que nous pouvons mener, il convient de s’intéresser aux outils, disponibles gratuitement sur le web, qui nous seront indispensables. 

Nous avons besoin d’un analyseur de spectre BF doté d’une fonction spectrogramme. De nombreux amateurs ont travaillé le sujet et nous n’avons que l’embarras du choix. Par ailleurs un logiciel de prévision de passage de satellites (naturels ou artificiels) complètera l’équipement logiciel. Notons qu’il convient, pour faire fonctionner ces programmes, de disposer d’un ordinateur muni d’une carte son et d’une interface BF. A titre indicatif vous pourrez télécharger aux adresses suivantes les plus connus :

Spectrum Lab de DL4YHF : http://freenet-homepage.de/dl4yhf/spectra1.html
C’est certainement le plus complet, le plus versatile.

Spectran de I2PHD : http://www.weaksignals.com/
Un pionnier, l’auteur est également le père de Winrad. Bien que cette fonction ne nous soit guère utile dans cette application, Spectran est doté d’un système de filtrage très efficace et d’utilisation intuitive. Par ailleurs, Spectran, tout en effectuant l’analyse graphique peut enregistrer au format Wav.

Orbitron de Sebastian Stoff : http://www.stoff.pl/
Outil simple et efficace

Sat Explorer de F6DQM : http://rivat.chez-alice.fr/logiciel.htm
Un produit français, complet et agréable d’utilisation.


Estimation de l’activité météoritique :

Cette puissante émission, balayant une large zone de ciel nous permet d’évaluer à tout instant l’activité météoritique. Ceux qui trafiquent en meteor scatter le savent, les rentrées atmosphériques sont nombreuses. Calez la fréquence sur 143,050 MHz, connectez l’interface à votre récepteur et votre ordinateur, lancer le programme d’analyse. Vous allez être surpris du nombre de réflexions que vous allez comptabiliser. 
Sur cette figure, vous pouvez observer une capture d’écran réalisée pendant le passage des Perséides le 13/08/2007. Notez la longueur de la réflexion qui a duré plus d’une minute. Avec la procédure adaptée et un opérateur efficace, en MS, sur une telle durée, on peut faire plusieurs QSO en phonie. La réflexion qui s’est produite à 00h45 est beaucoup plus courte mais est très facilement exploitable en FSK441ou CW rapide dans une moindre mesure. Les traits horizontaux sont des réflexions courtes marquées d’un effet Doppler importan
t.

 


 

Détection de satellites :

C’est ici que nous allons avoir besoin d’un logiciel de prévision de passage. Nous savons depuis que nous nous intéressons à la radioélectricité que si l’émetteur et le récepteur sont en mouvement l’un par rapport à l’autre, il apparaît un décalage de fréquence. Si l’émetteur et le récepteur se rapprochent, la fréquence tend à augmenter, inversement, s’ils s’éloignent, la fréquence tend à diminuer. Cet effet a été mis en évidence par Christian Doppler en 1842 et Hyppolite Fizeau en 1848. Il est fréquemment fait appel à lui pour tout ce qui touche aux mesures de vitesse comme vous avez peut-être déjà eu l’occasion de l’expérimenter… sur la route.

Concernant les objets en orbite autour de la terre, l’effet Doppler s’applique et c’est même grâce à lui que nous allons pouvoir identifier avec certitude un satellite. Pour commencer et ainsi mettre toutes les chances de notre côté, nous allons écouter un objet volumineux, ISS en l’occurrence, qui va provoquer un écho facilement écoutable avec une installation standard. L’installation standard sur 2m correspondant à une antenne en polarisation horizontale, d’au moins 3 m de long et d’un récepteur pourvu de la détection SSB, le tout relié par une longueur de câble de qualité raisonnable.
La procédure est simple, il faut choisir un passage d’ISS qui soit éclairé par le radar comme l’indique la figure 3, pointer l’antenne dans la direction du satellite (le pointage n’est pas très critique) et être vigilant.

Vous allez détecter le passage de la station orbitale par l’effet Doppler très notable que vous allez entendre d’une part et visualiser d’autre part. La figure 4 témoigne d’une réception d’un écho d’ISS le 13/08/2007 à 22h42 TU. Comme GRAVES est un radar à balayage, la station orbitale ne sera pas éclairée tout au long de son passage, spécificité que vous pouvez observer sur le spectrogramme.
Une fois que vous maîtriserez cette procédure, vous pourrez vous consacrer à la détection d’objets en orbite plus petits ayant une Surface Equivalente Radar (SER) moins importante.


 

Réflexion des signaux de GRAVES par la Lune - (EME) :

 

Nous ne disposons pas d’information sur la puissance et le gain des antennes de l’installation d’émission. On peut toutefois imaginer que la PAR résultante ne doit pas être négligeable. Il doit donc être possible, quand GRAVES illumine la Lune, d’écouter ses échos. De surcroît les échos doivent être facilement identifiables car, comme déjà évoqué, GRAVES balaye le ciel par secteur. On doit donc recevoir des signaux non pas continus mais intermittents.

Pour commencer, il faut trouver, grâce à un programme de prédiction, la position de la Lune.

Pour que l’expérience fournisse des résultats positifs, il faut que la Lune soit éclairée par le radar, que l’angle d’incidence de l’écho soit plus ou moins compatible avec ceux de vos lobes de réception, en d’autres termes que la Lune ne soit pas trop haute sur l’horizon, et que le soleil ne masque pas, par son bruit, le signal. Il va sans dire que ceux qui disposent de la capacité de régler en site leurs antennes auront des temps de poursuite et des signaux très largement supérieurs. D’après mon expérience, on reçoit encore correctement des échos, sans élévation, quand la Lune est à 20 ° au dessus de l’horizon avec une antenne de 5 m de long (9 el DK7ZB). 

Si vous recevez le radar en propagation troposphérique, ce qui doit être possible pour une grande partie du territoire, vous constaterez que les échos sont soit au-dessus de la fréquence, soit au-dessous, ceci en fonction des mouvements mutuels de la Terre et de la Lune. Par ailleurs, vous constaterez que le signal reçu est bien intermittent, comme l’indique la figure 6.

Bien que ce ne soit pas de prime abord extrêmement spectaculaire, il faut bien se représenter que le signal a parcouru une distance comprise entre 700 et 800 000 km. C’est un beau DX si le critère d’appréciation est la distance. 


 

En conclusion :

 

Grâce à cet émetteur puissant situé dans une gamme de fréquence proche du 144 MHz, nous pouvons, et ce de manière permanente et continue, nous livrer à quelques expérimentations intéressantes. Il y a certainement d’autres applications que celles décrites ci-dessus à mener et assurément tout aussi passionnantes. Certains pourront aussi recevoir pour la première fois des signaux réfléchis par la Lune ce qui représentait, il y a encore quelques années, un véritable challenge technique nécessitant la mise en œuvre de moyens importants.
Nous ne disposons pas malheureusement d’informations sur la puissance du ou des émetteurs ainsi que du gain des antennes. Bien que la vraie richesse de GRAVES se situe bien plus probablement dans son logiciel que dans son matériel, ces données, ne sont pas, à notre connaissance, publiées.
Il n’en demeure pas moins qu’il est plaisant pour l’esprit d’utiliser à des fins « amateur », un dispositif conçu et exploité pour la Défense Nationale. Bonnes expérimentations !


 

NB : les captures d’écran utilisées pour cet article proviennent pour ce qui concerne les spectrogrammes de Spectrum Lab et pour les prévisions de passages de satellites d’Orbitron

Bibliographie :
- Site de l’Onera http://www.onera.fr/vo-programme/2005-07.php
- Federation of American Scientists - The GRAVES sourcebook http://www.fas.org/spp/military/program/track/graves.pdf


[1] Office National d'Etudes et Recherches Aérospatiales
[2] North American Aerospace Defense Command
 


 
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