Traitements spatio-temporels adaptatifs en radar

Les traitements adaptatifs spatio-temporels, en anglais Space Time Adaptive Processing (STAP), sont des traitements qui exploitent conjointement les deux dimensions spatiale et temporelle des signaux recus sur un reseau d'antennes, contrairement au traitement d'antenne classique qui n'exploite que la dimension spatiale, pour leur filtrage/separation. Cette structure de traitement permet de tirer parti des proprietes specifiques bidimensionnelles spatio-temporelles, ou dans le domaine dual, angle-frequence, des signaux recus. Cela s'avere particulierement interessant notamment dans le cas d'une propriete de couplage angle-frequence des signaux recus, ou, si les signaux sont etendus dans les deux espaces pris separement, ils n'occupent cependant qu'une dimension 1D dans l'espace 2D. Leur filtrage/separation devient alors possible par traitements STAP, alors qu'elle ne l'etait pas par traitement mono-dimensionnel spatial ou temporel. Cette problematique se rencontre en particulier dans le cadre du filtrage des signaux d'echos de sol recus par un radar aeroporte, pour lesquels il existe un lien direct entre direction d'arrivee et frequence Doppler. Ces echos de sol, ou fouillis, sont classiquement filtres en radar par un traitement spatial (filtrage spatial par le lobe d'antenne) suivi d'un traitement Doppler (filtrage frequentiel). Ces echos, etendus dans les deux domaines spatial et frequentiel, ne sont ainsi qu'imparfaitement filtres, et leurs residus limitent encore fortement les performances en detection. Dans ce contexte, l'emploi de traitements STAP est d'un apport majeur, et leur implantation dans des produits operationnels est maintenant rendue possible par l'arrivee d'antennes actives a reception multi-voies, associee a l'accroissement des capacites de calcul des machines embarquees. Les deux applications principales a court et moyen terme en radar aeroporte sont la detection des cibles terrestres mobiles lentes en mode air-sol (cible en competition avec les echos de fouillis entrant par le lobe principal de l'antenne) et l'amelioration de la detection des cibles aeriennes sur les zones de la carte radar distance-Doppler polluees par le fouillis en mode air-air (cible en competition avec les echos de fouillis vus a travers les lobes secondaires de l'antenne). Ces deux contextes serviront de canevas applicatif dans l'article. Le choix d'une architecture precise de traitement, notamment pre- ou post-analyse Doppler, reste cependant tres complexe en raison de la variete a la fois des architectures possibles et des contextes operationnels, ainsi que des arguments parfois contradictoires qui president a ce choix. Cet article est destine a l'ingenieur non specialiste du STAP mais maitrisant les bases du radar et du traitement de signal. L'objectif est d'expliciter les principes fondamentaux des differentes architectures de traitements STAP, et les criteres de choix en faveur de l'une ou l'autre, pour une application radar aeroporte. Il n'existe en effet pas une architecture globalement optimale de traitement, mais plutot des architectures plus ou moins bien adaptees aux cas pratiques a traiter. Par ailleurs, de nombreuses questions restent encore ouvertes et doivent etre tranchees sur donnees reelles. L'objectif de cet expose n'est pas de repondre a ces questions en suspens, mais plutot de presenter differents points de vue a considerer. Dans une premiere partie, l'article presentera plus en detail l'interet et la problematique du traitement STAP dans le contexte radar aeroporte. Deux configurations canoniques mettant en evidence l'interet des traitements STAP seront etudiees : la configuration radar a antenne a implantation laterale (application air-sol pour la detection des cibles lentes sur avion d'affaires) et la configuration Radar a antenne a implantation frontale (application air-air et detection des cibles aeriennes sur avion d'armes). L'accent sera mis sur la localisation du fouillis dans le domaine distance-Doppler-angle, a l'origine de l'interet des traitements STAP et de leurs specificites en fonction de l'application. Une deuxieme partie presentera les principes generaux du traitement STAP, puis une troisieme partie s'attachera a decrire les differentes architectures de traitement STAP pre- et post-Doppler. Une quatrieme partie analysera les avantages et inconvenients des deux types de macro-architectures (pre- ou post-Doppler), et une synthese de ces analyses sera enfin fournie dans une cinquieme partie.