L’environnement maritime du littoral implique de nombreux processus complexes, mais le manque de données en haute résolution couvrant une large zone sur une longue période est souvent l’obstacle principal à des recherches plus approfondies. Le radar haute-fréquence (HF) est un moyen de faire de la télédétection afin d’obtenir pratiquement en temps réel de l’information sur la surface de la mer et sur une large zone. Ainsi l’étude de l’inversion des paramètres marins à partir de données issues de radars HF est réellement porteuse de sens. Cette thèse fait l’usage d’un jeu de données collectées durant 13 mois par deux réseaux de radar HF à commande de phase pour étudier les caractéristiques de signaux d’échos de la mer, étudier les données à traiter et les méthodes d’inversion, calculer les paramètres de la surface de la mer et évaluer la précision de l’inversion radar des paramètres de la houle.Cette thèse se réfère à l’onde de sol radar HF, dont les ondes radio interagissent avec l’océan du fait de la diffraction de résonance de Bragg. Nous passons en revue l’historique et les applications du radar HF. Nous rappelons les bases de la théorie des ondes électromagnétiques. Nous décrivons les principes d’inversion des courants de surface de la mer, direction du vent et paramètres de houles. La faisabilité de l’inversion de paramètres de houle est examinée. A partir de l’analyse théorique et des études statistiques de nombreux échantillons de données, cette thèse propose une série de méthodes sur le traitement du signal brut et le contrôle de qualité, ce qui inclut la détermination du niveau de bruit, le moyennage des données dans l’espace et le temps, l’identification correcte des pics spectraux, le seuil de largeur de pic, etc. Respectant les caractéristiques de différents processus physiques, les inversions de courant et de vent utilisent des spectres collectés toutes les 20 minutes ; l’inversion des paramètres de houle utilise des spectres moyennés sur 1 heure. Les statistiques des spectres utilisés pour le calcul des paramètres de houle sont présentées pour chacune des stations. Un ensemble de programme efficaces de calculs automatiques avec une complexité algorithme réduite sont développés pour réaliser le traitement et en tirer les paramètres marins.Les vitesses de courants radiales sont obtenues à partir d’une unique station radar. Les champs de vecteurs de courants sont obtenus en combinant chaque station. On montre une année de débit moyen dans la mer d’Iroise, ainsi que le calcul de la vorticité et de la divergence. On étudie un ensemble de données d’un mois du radar SeaSonde de Qingdao. Les schémas de débit moyen, ainsi que la vorticité et la divergence sur un mois sont présentés.La direction relative du vent par rapport à la direction de visée du radar est mesurée à travers le ratio des amplitudes des pics de Bragg. Différents modèles empiriques sont employés pour obtenir la vitesse relative du vent par inversion radar. Les résultats présentés sont en accord avec les estimations prédites par le modèle. Différents modèles de distribution directionnelle sont utilisés pour mesurer le facteur de diffusion pour la mer d’Iroise.Cette thèse se concentre sur l’étude des paramètres de houle. Les résultats sont validés à l’aide de bouées et de données du modèle de vagues (Wavewatch III). L’estimation montre que la précision de la fréquence de houle est très bonne, la précision sur la hauteur significative de houle est très raisonnable et la précision sur la direction absolue de la houle est faible. La cohérence des mesures par chacune des stations radars est vérifiée par comparaison entre les deux. L’utilisation conjointe des échantillons est également prise en charge pour réaliser l’inversion. L’utilisation de deux radars n’améliore pas seulement la précision, mais résout aussi l’ambiguïté de direction relative de houle à partir d’une unique station et donne la direction absolue de vague avec une certaine précision. / Nearshore marine environment contains many complex processes, but the lack of high-resolution data over a large area during a long time is often the primary obstacle to further research. High-frequency (HF) radar is a mean of remote sensing which obtains continuous near-real time sea surface information over a large area. Thus the study of inversion of marine parameters from HF radar data is very meaningful. Thisthesis makes use of a 13-month-long dataset collected by two phased array HF radar to investigate the characteristics of the sea echo signals, study the data processing and inversion methods, compute sea surface parameters and evaluate the accuracy of radarinversion of swell parameters.The thesis refers to the ground wave HF radar, whose radio waves interact with ocean by Bragg resonance scattering. The development history and applications of HF radar is introduced. The basic theory of electromagnetic wave is reviewed. The principles of inversion of sea surface current, wind direction and swell parameters are described. The feasibility of the swell parameter inversion is investigated. Based on theoretical analysis and statistical studies of a large number of samples, the thesis proposes a series of methods on raw signal processing and quality control, including the determination of the noise level, data averaging in space and time, the proper identification of spectral peaks, the peak width threshold, etc. Respecting the characteristics of different physical processes, inversions of current and wind use spectra collected every 20 min; inversion of swell parameters uses one-hour averaged spectra. The statistics of qualified spectra for swell parameter calculations are presented for both stations. A set of efficient, with a reduced computational cost, automatic computing programs are developed to do the processing and derive marine parameters. Radial current velocities are derived from single radar station. Current vector fields are obtained by combination of both stations. One-year mean flow field in the Iroise Sea is shown, together with the computation of vorticity and divergence. A one-month SeaSonde radar dataset off Qingdao is studied. One-month mean flow pattern together with vorticity and divergence are presented.Relative wind direction with respect to radar look direction is measured through ratio of Bragg peaks amplitudes. Different empirical models are employed to derive radar-inverted relative wind direction. Results show reasonable agreement with model estimations. Different directional distribution models are used to measure the spreading factor for the Iroise Sea. The thesis focuses on the study of swell parameters. Results are validated by buoy and wave model (WAVEWATCH III) data. The assessments show that the accuracy of swell frequency is very good, the accuracy of swell significant waveheight is reasonable, and the accuracy of relative swell direction is low.Consistency of measurements by both radar stations is verified by comparison between the two. This also supports the use of double samples to do the inversion. Use of two radars not only further improves the accuracy but also solves the ambiguity of relative swell direction from single station and gives the absolute wave direction to a certain precision. The thesis proposes a constant relative directionmethod to derive swell significant waveheight, based on the studies of radar integral equation and the inverted results of relative swell direction. This proposal is demonstrated to improve the agreement of radar inversion and buoy/model provided significant waveheight and increases significantly the number of samples. The thesis investigates the accuracy of swell parameters obtained by HF radar. Contributions of random errors in radar observations are quantified. Comparing the differences between radar and buoy/model estimations gives assessments of the contribution of radar intrinsic uncertainty and contribution of other factors.

<p>The objective of this diploma work is to investigate a set of Multiple Input Multiple Output (MIMO) channel models compatible with the emerging IEEE 802.11n standard. This diploma work validates also advanced, innovative tools and wireless technologies that are necessary to facilitate wireless applications while maximizing spectral efficiency and throughput. </p><p>MIMO channel models can be used to evaluate new Wireless Local Area Network (WLAN) proposals based on multiple antenna technologies. </p><p>The purpose of this thesis is to investigate means of channel models and their implementation in different environments such as: Matlab, C++ and Advanced Design Systems (ADS). The investigation considers also a comparison between the channel models based on theoretical data and parameter setup to the channel models based on statistical characteristics obtained from measured data. </p><p>Investigation and comparison of a MIMO channel models consider steering channel matrix H, spatial correlation coefficients, power delay profiles, fading characteristics and Doppler power spectrum.</p>

The objective of this diploma work is to investigate a set of Multiple Input Multiple Output (MIMO) channel models compatible with the emerging IEEE 802.11n standard. This diploma work validates also advanced, innovative tools and wireless technologies that are necessary to facilitate wireless applications while maximizing spectral efficiency and throughput. MIMO channel models can be used to evaluate new Wireless Local Area Network (WLAN) proposals based on multiple antenna technologies. The purpose of this thesis is to investigate means of channel models and their implementation in different environments such as: Matlab, C++ and Advanced Design Systems (ADS). The investigation considers also a comparison between the channel models based on theoretical data and parameter setup to the channel models based on statistical characteristics obtained from measured data. Investigation and comparison of a MIMO channel models consider steering channel matrix H, spatial correlation coefficients, power delay profiles, fading characteristics and Doppler power spectrum.

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La surveillance des turbulences de sillage par radar en temps de pluie présente un intérêt à la fois pratique et scientifique. Cette thématique a été traitée à travers trois étapes successives.Tout d’abord, le mouvement et la distribution des gouttes d’eau dans les vortex ont été modélisés et simulés. A partir de l’équation de la dynamique appliquée sur une goutte d’eau, une méthode de calcul de la trajectoire des gouttes d’eau et de leur concentration dans les turbulences de sillage a été proposée. Ensuite, deux simulateurs de réponse radar des gouttes d’eau dans et autour des vortex ont été proposés. Ces deux simulateurs ont été utilisés pour reproduire des configurations expérimentales, et une comparaison préliminaire avec les mesures a montré une concordance intéressante entre mesures et simulations en bande X et W. Enfin, l’interprétation de la signature radar des gouttes de pluie dans les vortex a été présentée. La dépendance de la signature envers différents paramètres, à savoir l’intensité de précipitation, la circulation des vortex et les paramètres radar, a été étudiée pour des turbulences de sillage générées par différents types d’avions. Une méthode de détection des turbulences de sillage basée sur la largeur du spectre Doppler des gouttes de pluie et un algorithme permettant d’estimer les caractéristiques des turbulences de sillage ont été proposées. La signature radar des turbulences de sillage par temps de pluie a été modélisée et analysée dans cette thèse. Les résultats de simulations ont démontré les capacités du radar pour la détection de ces turbulences. Les méthodes développées dans cette thèse pourront être utilisées pour le dimensionnement de systèmes radar dédiés à la surveillance des turbulences de sillage par temps de pluie. / Nvestigation on radar monitoring of wake vortices in rainy weather is of both scientific and practical interests. This topic hasbeen tackled through three successive steps during this thesis.Firstly, the motion of raindrops in wake vortices has been modeled and simulated. The equation of the motion has been derived and the methodology to compute the raindrops' trajectory and distribution in the flow induced by the wakevortices has been proposed. Secondly, two simulators have been developed for evaluating the radar signatures of raindropsin wake vortices. Those simulators have been used to reproduce experimental configurations and the comparison betweenmeasured and simulated signature has shown an interesting agreement at X and W band. Lastly, the interpretation of radarsignatures of raindrops in wake vortices has been presented. The dependence of radar signatures on rain rate, vortexcirculation and radar parameters has been studied. A wake vortex detection method based on the analysis of Dopplerspectrum width of raindrops and a methodology to estimate the wake vortex characteristics have been proposed.The radar signatures of wake vortices in rainy weather have been modeled and analyzed in this thesis. The simulationresults have demonstrated the capability of radar to detect wake vortex in rainy weather. The methodologies developed inthis thesis can be further exploited for designing new wake vortex radar systems.

La chambre réverbérante à brassage de modes (CRBM) est une cavité métallique fermée surdimensionnée, équipée d’un brasseur de modes. Le brassage de modes rend le champ électromagnétique homogène et isotrope à l’intérieur de la CRBM (dans son volume utile). Cette thèse illustre tout d’abord une nouvelle méthode pour évaluer les performances d’un brasseur de modes (via le spectre Doppler). Ensuite, elle présente une nouvelle méthode permettant de mesurer la surface équivalente radar (SER) d’un objet canonique en utilisant la technique de fenêtrage temporel ou time-gating. Enfin, elle présente une nouvelle méthode permettant de mesurer le diagramme de rayonnement d’une antenne dans une cavité surdimensionnée via la technique de time-gating. / The reverberation chamber (RC) is an oversized closed metal cavity, equipped with a mode-stirrer. The mode stirring makes the electromagnetic field homogeneous and isotropic inside the RC (in its useful volume). This thesis illustrates firstly a new method for evaluating the performance of a mode-stirrer (via the Doppler spectrum). Then, it presents a new method for measuring the radar cross section (RCS) of a canonical object using the time-gating technique. Finally, it presents a new method for measuring the antenna radiation pattern in an oversized cavity via the time-gating technique.

L’incidence rasante est un problème spécifique, qui apparaît notamment lorsqu'une antenne est placée sur un mât (télécommunications, défense…) ou sur la côte (surveillance environnementale ou militaire de l'espace maritime). Elle rend la modélisation du problème de diffraction difficile, de par le faible niveau de rétrodiffusion et l’importance de phénomènes complexes comme la diffusion multiple. La question reste importante même si l’écho est très faible, puisqu’il est potentiellement suffisant pour perturber le bon fonctionnement de systèmes antennaires microondes sur un navire. Il porte de plus des informations intéressantes sur l’état de la mer, comme cela a été démontré aux bandes HF et VHF. Un modèle rigoureux de diffraction tridimensionnelle précédemment développé est étendu au calcul des quatre polarisations fondamentales (polarisations Horizontale et Verticale des ondes incidente et réfléchie). Il permet désormais de prendre en compte la conductivité finie de la surface, point crucial dans le cas d'une polarisation incidente Verticale. L’opérateur hyper-singulier impliqué dans l’équation intégrale discrétisée par la méthode des moments est étudié pour évaluer la précision des calculs numériques.Les méthodes approchées de diffraction permettent des calculs numériques beaucoup plus rapides, et sont donc en pratique incontournables. Le modèle rigoureux est donc utilisé, en conjonction avec des données expérimentales, pour servir de référence permettant d’étudier la précision, en incidence rasante et dans le cas de la surface de la mer, de ces méthodes approchées. Nous étudions en particulier la méthode à deux échelles GOSSA, et proposons une correction à son comportement aux angles rasants.Le mouvement de la surface de la mer crée un décalage de fréquence radar dans l’onde rétrodiffusée (effet Doppler), décalage mesuré expérimentalement et que l’algorithme de méthode des moments permet de simuler. Nous étudions par des simulations bidimensionnelles l’évolution du décalage Doppler micro onde avec l’incidence, et l’influence des nonlinéarités de la surface de la mer. Le comportement limite en incidence rasante est précisé, et les contributions respectives des phénomènes électromagnétiques et hydrodynamiques discutées. / The grazing incidence is a specific problem, which appears especially when an antenna is placed on a mast (telecommunications, defence...) or on the coast (environmental or military maritime spatial monitoring). The modelization of the scattering process in such a configuration is difficult, due to low backscattering and to the importance of complex phenomena such as multiple scattering. The issue remains important even if the echo is very low, because it is potentially sufficient to disturb the proper functioning of microwave antenna systems on a ship. Moreover, it carries interesting informations about the sea state, as was demonstrated in HF and VHF bands.A rigorous model of the three-dimensional scattering process, previously developed, is extended to the computation of the scattered fiel in the four fundamental polarizations (Horizontal and Vertical polarization of incident and reflected waves). It is now possible to take into account the finite conductivity of the surface, a crucial point when the incident field is vertically polarized. The hyper- singular operator involved in the integral equation discretized by the method of moments is studied to evaluate the accuracy of numerical calculations.The approximate methods of diffraction allow much faster numerical calculations, and are therefore essential. The rigorous model is used in conjunction with experimental data, as a reference to study the accuracy of such approximate methods, in the case of the sea surface at grazing incidence. We study in particular the two-scale method GOSSA and propose a correction to its behaviour at grazing angles. The motion of the sea surface creates a frequency shift in the radar backscattered wave (Doppler effect). This offset can be measured experimentally, our algorithm allows us to simulate it. We proceed to two-dimensional simulations showing the evolution of the Doppler shift with respect to the grazing angle, and show the influence of the nonlinearities in the sea model. The limit of the mean Doppler shift at very low grazing angles is studied, and the respective contributions of electromagnetic and hydrodynamic phenomena are discussed.

Cooperative wireless communication is an attractive technique to explore the spatial channel resources by coordination across multiple links, which can greatly improve the communication performance over single links. In this dissertation, we study the cooperative multi-link channel properties by geometric approaches in body area networks (BANs) and cellular networks respectively.<p><p>In the part of BANs, the dynamic narrowband on-body channels under body motions are modeled statistically on their temporal and spatial fading based on anechoic and indoor measurements. Common body scattering is observed to form inter-link correlation between links closely distributed and between links having synchronized movements of communication nodes. An analytical model is developed to explain the physical mechanisms of the dynamic body scattering. The on-body channel impacts to simple cooperation protocols are evaluated based on realistic measurements. <p><p>In the part of cellular networks, the cluster-level multi-link COST 2100 MIMO channel model is developed with concrete modeling concepts, complete parameterization and implementation methods, and a compatible structure for both single-link and multi-link scenarios. The cluster link-commonness is introduced to the model to describe the multi-link properties. The multi-link impacts by the model are also evaluated in a distributed MIMO system by comparing its sum-rate capacity at different ratios of cluster link-commonness. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished