Dans ce mémoire, on utilise la résolution particulaire du filtrage non-linéaire optimal pour le traitement du signal radar. Cette méthode, dite Filtrage Particulaire, permet de traiter de modèles non-linéaires sans restrictions sur la nature des non-linéarités ou sur la distribution des processus aléatoires qui représentent la dynamique du modèle et le bruit d'observation. Le principe du filtrage particulaire est de construire la probabilité conditionnelle aux mesures des variables à estimer par un peigne de Dirac généralisé, dont les supports suivent le flot stochastique de la variable, et dont les masses sont issues de la correction Bayesienne due aux mesures. L'application de cette nouvelle méthode aux techniques radar d'ouverture synthétique inverse (ISAR) permet d'estimer conjointement la trajectoire et l'image d'une cible non-coopérative à de faibles rapports signal/bruit. Dans ce cas, chaque particule dans l'espace d'état est porteuse d'une grille rigide qui représente la cible et dont la vraisemblance fournit le poids. Selon la finesse de la grille, l'algorithme peut être adapté aux problème d'imagerie radar ou simplement de poursuite d'une cible en présence de glint.

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Approved for public release; distribution in unlimited. / An imaging radar, like ISAR, offers a combatant the capability to perform long range surveillance with high quality imagery for positive target identification. Extending this attractive feature to the battle damage assessment problem (BDA) gives the operator instant viewing of the target's behavior when it is hit. As a consequence, immediate and decisive action can be quickly taken (if required). However, the conventional Fourier processing adopted by most ISAR systems does not provide adequate time resolution to capture the target's dynamic responses during the hit. As a result, the radar image becomes distorted. To improve the time resolution, time-frequency transform (TFT) methods of ISAR imaging have been proposed. Unlike traditional Fourier-based processing, TFT's allows variable time resolution of the entire event that falls within the ISAR coherent integration period to be extracted as part of the imaging process. We have shown in this thesis that the use of linear Short Time-Frequency Transforms allows the translational response of the aircraft caused by a blast force to be clearly extracted. The TFT extracted images not only tell us how the aircraft responds to a blast effect but also provides additional information about the cause of image distortion in the traditional ISAR display.

Les méthodes traditionnelles de formation d'images ISAR supposent que la cible est rigide et ne tiennent pas compte de ses déformations géométriques. Ces mouvements, qui s'ajoutent au déplacement global de la cible, créent une modulation en fréquence sur le signal réfléchi. Ce phénomène, aussi appelé effet micro-Doppler, se traduit d'un point de vue spectral par un étalement des fréquences autour de la fréquence Doppler centrale. Comme les caractéristiques de ces modulations sont directement reliées aux propriétés géométriques et dynamiques de la cible, l'analyse de l'effet micro-Doppler peut apporter des informations complémentaires aux méthodes existantes de reconnaissance de cibles mobiles. Les travaux précédents ont principalement été consacrés à l'analyse temporelle de l'effet micro-Doppler sans tenir compte de la dimension spatiale. En outre, mis à part les cas d'étude théoriques, il existe très peu de modélisations et de données réelles de cibles déformables. A travers les exemples de la roue et du piéton, cette thèse consiste à caractériser finement les effets des déformations géométriques en imagerie radar, en combinant l'analyse en distance et en Doppler. En outre, un accent est mis sur l'influence de la géométrie relative entre le radar et la cible.\\ Ces travaux s'appuient sur un large volet expérimental où sont exploitées les données issues du radar HYCAM, un système d'acquisition large bande développé par l'ONERA. En complément des mesures, le développement d'un outil de simulation permet de faire le lien entre les données réelles et le modèle de l'objet afin d'extraire des grandeurs physiques du phénomène étudié.

L'objectif de la thèse est de créer une collection de roches et minéraux analogues pour calibrer et tester les futurs (et existants) instruments de vol, en accord avec la géologie de Mars afin de préparer les futures missions in situ (MSL-2011 et ExoMars-2018). Les échantillons sont caractérisés avec des instruments de laboratoire (microscope, Raman, IR, DRX, MEB, microsonde électronique, et ICP-MS), mais aussi avec des instruments de vol en développement (Mössbauer MIMOS II, les spectromètres ExoMars Raman et IR (MicroOmega)). L'ensemble des échantillons sont décrits sur une base de données en ligne à l'adresse : www.isar.cnrs-orleans.fr. Une partie de cette thèse est dédiée au développement d'un instrument de cathodoluminescence, qui peut être adapté au spatial. L'étude des processus d'altération des basaltes sur Terre montrant des similarités avec les processus de surface et de subsurface présent sur Mars, permet d'aider à mieux comprendre et interpréter les objets sur Mars. Pour cela, et pour compléter la collection, des basaltes altérés dans des conditions hydrothermales et acides ont été collecté dans la mine de Skouriotissa à Chypre. L'évolution minéralogique des basaltes à travers les différents facies d'altération a été étudiée. Parce que les basaltes terrestres sont plus pauvres en Fe et Mg que les basaltes martiens, deux basaltes artificiels ont été synthétisé. Ces deux échantillons sont différents en terme de refroidissement (~110°C/h et trempé). On note que le basalte refroidi lentement montre des textures spinifex similaires aux komatiites. Si ce type de basalte est présent sur Mars, et altéré en présence d'eau, ceci peut avoir d'importantes implications exobiologiques.

In Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) systems the motion of the target can be classified in two main categories: Translational Motion and Rotational Motion. A small degree of rotational motion is required in order to generate the synthetic aperture of the ISAR systems. On the other hand, the remaining part of the target&rsquo / s motion, that is any degree of translational motion and the large degree of rotational motion, degrades ISAR image quality. Motion compensation techniques focus on eliminating the effect of the targets&rsquo / motion on the ISAR images. In this thesis, ISAR image generation is discussed using both Conventional Fourier Based and Time-Frequency Based techniques. Standard translational motion compensation steps, Range and Doppler Tracking, are examined. Cross-correlation method and Dominant Scatterer Algorithm are employed for Range and Doppler tracking purposes, respectively. Finally, Time-Frequency based motion compensation is studied and compared with the conventional techniques. All of the motion compensation steps are examined using the simulated data. Stepped frequency waveforms are used in order to generate the required data of the simulations. Not only successful results, but also worst case examinations and lack of algorithms are also discussed with the examples.

In high range-resolution (HRR) radar systems, the returns from a single target may fall in multiple adjacent range bins which individually vary in amplitude. A target following this representation is commonly referred to as an extended target and results in more information about the target. However, extracting this information from the radar returns is challenging due to several complexities. These complexities include the single dimensional nature of the radar measurements, complexities associated with the scattering of electromagnetic waves, and complex environments in which radar systems are required to operate. There are several applications of HRR radar systems which extract target information with varying levels of success. A commonly used application is that of imaging referred to as synthetic aperture radar (SAR) and inverse SAR (ISAR) imaging. These techniques combine multiple single dimension measurements in order to obtain a single two dimensional image. These techniques rely on rotational motion between the target and the radar occurring during the collection of the single dimension measurements. In the case of ISAR, the radar is stationary while motion is induced by the target. There are several difficulties associated with the unknown motion of the target when standard Doppler processing techniques are used to synthesise ISAR images. In this dissertation, a non-standard Dop-pler approach, based on Bayesian inference techniques, was considered to address the difficulties. The target and observations were modelled with a non-linear state space model. Several different Bayesian techniques were implemented to infer the hidden states of the model, which coincide with the unknown characteristics of the target. A simulation platform was designed in order to analyse the performance of the implemented techniques. The implemented techniques were capable of successfully tracking a randomly generated target in a controlled environment. The influence of varying several parameters, related to the characteristics of the target and the implemented techniques, was explored. Finally, a comparison was made between standard Doppler processing and the Bayesian methods proposed. / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2013. / gm2014 / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted

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