Le cadre de cette thèse est centré sur l'étude d'un radar ultra large bande (ULB) en mode impulsionnel, pour la « vision » à travers les murs (VAM), qui présente de nombreuses applications tant dans le domaine militaire (lors des assauts, des prises d’otages, …) que dans le secteur de la sécurité civile (recherche de personnes dans des décombres, dans un incendie, ...). Pour ces utilisations, l’image réelle de la scène observée n’est pas nécessaire, seules certaines informations pertinentes suffisent : nombre de personnes, position, vitesse de déplacement, etc. C'est dans ce contexte que nous avons développé un dispositif expérimental de détection et des techniques de localisation de cibles derrière un mur. Le radar développé est constitué d’un émetteur impulsionnel couvrant la gamme de fréquence de 3 GHz à 6 GHz, et de trois récepteurs indépendants, associés à des algorithmes de localisation et de reconstruction d'image.Le premier algorithme repose sur une technique de trilatération. Une fois, le modèle théorique présenté, plusieurs méthodes de résolution sont étudiées pour l'estimation de la mesure de la distance de propagation du signal. La méthode de Brent-Dekker a été retenue pour sa rapidité de convergence et son faible nombre d’itérations. Bien que cette technique soit précise, elle ne permet pas d’obtenir une image de la scène, mais juste de localiser les cibles, sans apporter des informations sur ses dimensions. C’est pourquoi une seconde approche, basée sur une « formation de faisceau », a été étudiée, afin d'obtenir une représentation 2D de la scène. Nous avons choisi de développer une méthode de rétroprojection non cohérente, technique la plus simple qui ne nécessite pas de contrainte forte sur la phase du signal ni sur le positionnement des antennes. Différentes variantes de rétroprojection ont été proposées : la rétroprojection avec cross corrélation, la rétroprojection cross corrélation améliorée et la rétroprojection bicross corrélée. Ces trois méthodes reposent sur une fusion d'informations capturées par l'antenne réceptrice avec celles obtenues sur des antennes dites de référence. Cette fusion a permis d'améliorer progressivement le rendu des images.Pour conclure ses travaux, une perspective est ébauchée afin de minimiser le taux de fausse détection, elle s'appuie sur la collaboration de la technique de trilatération avec la technique de rétroprojection bicross corrélée. Cette collaboration permet de mettre en correspondance les détections estimées par la technique de trilatération et celles utilisant la rétroprojection bicross corrélée. Les cibles non appariées sont alors supprimées selon des critères spécifiques à chacune des deux approches. / The content of this thesis is focused on the study of an UWB pulse radar for through the wall vision which has many applications in the military domain (assaults, hostage rescue,…) and in the civil security domain (people search in the rubble, in a fire).For these uses, the real observed scene image is not necessary, only some relevant information is enough: number of persons, position, velocity of movement, etc. It’s in this context where we have developed an experimental detection device and some through the wall targets localization techniques. The developed radar consists of a pulse transmitter covering the frequency range from 3GHz to 6GHz, and three independent receivers, combined with some localization algorithms and image reconstruction.The first algorithm is based on a technique of trilateration. Once the theoretical model is presented, many resolutions methods are studied for estimation of the signal propagation distance measurement. The Brent-Dekker method has been chosen for its fast convergence and low number of iterations. Although the trilateration technique is accurate, it does not allow obtaining a scene image, but just locate the targets, without providing their dimensions. Therefore a second approach, based on a “beam forming”, has been studied, in order to obtain a 2D scene representation. We have chosen to develop a non-coherent backprojection method, it is the most simple technique which does not require a strong constraint on the signal phase nor on the antenna positions. Different backprojection methods have been proposed: the backprojection with cross correlation, the improved backprojection with cross correlation and bi-cross correlated backprojection. These three methods are based on a fusion of captured information by the receiving antennas and with the obtained information on the “referenced” antennas. This fusion allows improving the image quality progressively.To conclude this work, a perspective is initiated in order to minimize the false detection rate, it is based on the cooperation of the trilateration technique and bi-cross correlated backprojection. This cooperation allows matching the estimated detection by the trilateration technique and the bi-cross correlated backprojection technique. The mismatched targets are removed according to some specific criterias to each approach.

The Ultra-Wideband (UWB) channel is a dense multipath channel. The system performance and design complexity issues of selective-Rake receiver (SRake) are studied. Rake receiver has difficulties achieving desired system performance in the dense multipath environment. The main ideas of SRake receiver are to obtain the SNR level on known multipath channel and determine the desired number of Rake fingers. In the implementation of the SRake, the CLEAN algorithm is used in selecting the paths with relatively high energy. We can improve the performance of SRake receiver by increasing the accuracy of path selection. By the property of local maximum peak within the smaller partition, Two-Stage CLEAN algorithm acquires the more accurate delay time of multipath. In order to mitigate the sidelobe effect and noise interference, the key assumption in the Deng¡¦s Modified CLEAN algorithm is that using average amplitude around the considered data change as the criterion to determine if the data value is a true path. In this thesis, we investigate CLEAN, Two-Stage CLEAN and Deng¡¦s Modified CLEAN algorithm in three different systems including UWB-Impulse Radio, Pulse Radar and DS-UWB. From the performance comparison, it can be seen that the Two-Stage CLEAN algorithm that has the highest accuracy of path selection in UWB system.

La « vision » à travers les milieux opaques (murs, cloisons, décombres, ou plus généralement tout milieu qui occulte la vision humaine) est l’un des problèmes clefs du contrôle et de la sécurité. Il apparaît à l’heure actuelle un réel besoin de disposer de dispositifs d’observation à travers ces milieux pour des applications tant militaires (lors des assauts, des prises d’otages, etc.) que civiles (recherche de personnes enfouies dans des décombres, dans un incendie, etc). Les avancées sur cette problématique ont conduit à mettre en place des systèmes radars à très courte portée, opérationnels pour la détection et le tracking de personnes dans des environnements simples. Cependant ils nécessitent que les cibles soient en déplacement afin de les différencier des objets statiques. Cette limitation constitue un défaut majeur pour un certain nombre de scénarii réels où des personnes, par stratégie ou par contrainte, restent immobiles. Ces travaux de thèse visent à explorer les mécanismes de détection de personnes statiques par le biais de leurs micro-mouvements, e.g. des mouvements induits par le thorax lors de la respiration. Nous avons étudié - d’un point de vue théorique - les principes physiques sous-jacents à la détection de ces micro-mouvements par radar UWB impulsionnel à partir du mécanisme Doppler impulsionnel. Ce dernier s’appuie sur des mesures consécutives des phases des impulsions réfléchies. La compréhension de ce phénomène a permis de définir une architecture radar impulsionnelle et de la positionner, en termes de contributions, au regard des différents radars UWB proposés dans la littérature : le FMCW et le radar de bruit. Deux dispositifs radars ont servi de support à ce travail. Le premier, de type démonstrateur académique, repose sur l’utilisation d’un oscilloscope rapide pour numériser les impulsions UWB de 3 à 6 GHz de bande. Il a permis de mettre en place une chaîne de traitement complète de vision à travers les murs. Le second dispositif est un prototype radar développé autour d’une plateforme de numérisation ultra-rapide (100 Gsps par échantillonnage équivalent) de fréquence de rafraîchissement très élevée (100 Hz). Il est construit autour d’un FPGA, d’un ADC rapide (1,25 GHz) et d’un T&H très large bande (18 GHz). Il permet ainsi la détection des micro-mouvements par traitement Doppler impulsionnel. / "Vision" through opaque environments (walls, partitions, rubble, or any environment that obscures human vision) is one of the key issues of control and security. Advances on this issue have led to operational shortrange radar systems for people detection and tracking in simple environments. However, most of them require the targets to move in order to differentiate them from static objects. This requirement constitues a major shortcoming for a certain number of real scenarios where people, by strategies or by constraints, remain motionless. Hence, this thesis aims to explore the mechanisms of detection of static people through their micro-movements, e.g. movements induced by the thorax during breathing. We have studied - from a theoretical point of view - the physical principles underlying the detection of these micro-movements by pulsed UWB radar with the pulsed Doppler phenomenon, which relies on consecutive measurements of the reflected pulses phases. The understanding of this phenomenon made it possible to define a radar architecture and to position it, in terms of contributions, with regard to the different UWB radars proposed in the literature : the FMCW and the noise radar. Two radar devices served as support for this work. An academic demonstrator based on the use of a fast oscilloscope to digitize the pulses. It allowed to set up a complete processing chain for the application of vision through the walls. The second device is a radar prototype developed around a high-speed scanning platform (100 Gsps perequivalent sampling) with a very high refresh rate (100 Hz). This prototype is built around an FPGA, a fast ADC (1.25 GHz) and a very wide band T&H (18 GHz). This thereby enables to detect micro-movements by pulsed Doppler processing.

During the last century, various countries' armed forces have used unmanned aerial vehicles, commonly known as drones. In recent years, strives have been made to develop small commercial drones that have allowed the general public to afford and use them for recreational purposes. The availability of drones has led to immoral applications of the technology. Such applications need to be faced with anti-measures and effective detection methods. Therefore, this thesis aims to develop a mobile reconnaissance robot that can detect commercial drones with radar. It describes integrating radar sensors with single-board computers to detect and localise air-bound objects. The finished product aims to be used for educational and exhibition purposes at the Swedish Armed Forces technical school to increase awareness of the technology. / <p>Försvarsmaktens tekniska skola i Halmstad var intressenter för uppsatsen.</p>