MIMO Radar with colocated antennas : theoretical investigation, simulations and development of an experimental platform

Un radar MIMO (Multiple Input Multiple Output) est un systeme radar qui utilise plusieurs antennes emettrices et receptrices, dans lequel les formes d'ondes emises peuvent etre independantes. Par rapport aux radars utilisant des antennes en reseaux phases, les radars MIMO offrent davantage de degres de liberte, ce qui permet d'ameliorer les performances du systeme en termes de detection et localisation. La technique MIMO offre egalement la possibilite de synthetiser un diagramme de rayonnement desire par une definition judicieuse des formes d'ondes emises. Dans la mesure ou les parametres des cibles (positions, vitesses, directions d'arrivee (DOA), ...) sont estimes a partir des echos des signaux emis, on comprend aisement que les formes d'ondes employees jouent un role cle dans les performances du systeme. Cette these porte sur l'estimation de DOA et sur la conception des formes d'ondes pour un radar MIMO. Le cadre d'etude est restreint au cas ou les antennes sont colocalisees et les cibles sont immobiles et supposees ponctuelles. La plupart des travaux anterieurs (au commencement de la these) portaient sur le radar MIMO bande etroite et faisaient l'hypothese d'emetteurs-recepteurs ideaux et independants. Cette these contribue a elargir le cadre d'etude en s'interessant d'une part au passage en large bande et d'autre part a la modelisation et a la prise en compte de la non-independance des emetteurs-recepteurs et autres imperfections. Dans la mesure ou le recours a des signaux large bande est necessaire lorsqu'une resolution importante est souhaitee, nous nous sommes attaches dans cette these a adapter le modele d'un systeme de radar MIMO au cas large bande et a proposer de nouvelles techniques visant a ameliorer les performances d'estimation de DOA dans le cas de signaux large bande. Cette these analyse egalement l'influence de conditions non ideales comme l'impact des phenomenes de couplage electromagnetique sur les diagrammes de rayonnement dans un reseau d'antennes. Cette etude est menee dans le cas bande etroite. En particulier, nous etudions l'influence du couplage direct entre les reseaux d'antennes d'emission et de reception (appele « crosstalk ») sur les performances des techniques proposees. Nous etablissons un modele du signal permettant de prendre en compte ce phenomene et proposons une technique de reduction du « crosstalk » qui permet une estimation efficace des DOA des cibles. Nous montrons par ailleurs comment ameliorer les performances d'estimation de DOA en presence de diagrammes de rayonnement incluant le couplage entre antennes. Le dernier apport principal de cette these est la conception et realisation d'une plateforme experimentale comportant une seule architecture d'emetteur-recepteur, qui permet de simuler un systeme MIMO utilisant des antennes colocalisees en appliquant le principe de superposition. Cette plateforme nous a permis d'evaluer les performances des techniques proposees dans des conditions plus realistes