Techniques d’adressage multi-antennes pour l’imagerie microonde ultra large bande

Sujets de thèse 2014

Intitulé de la thèse
Techniques d’adressage multi-antennes pour l’imagerie microonde ultra large bande
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : non connu à ce jour
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
XLIM – département OSA
UMR CNRS 7252
12 rue Gémini
87068 LIMOGES Cedex 03
Laboratoire d’accueil : XLIM/OSA

Présentation de l’équipe de recherche
Equipe Signaux et Systèmes Multi-antennes:
Les axes de recherche abordés concernent de manière générale le domaine des systèmes de transmissions multi-antennes pour les communications et les radars, ainsi que le sondage de canal. Ils s’appuient sur une forte partie expérimentale par la mise en œuvre de bancs de mesures permettant la caractérisation active d’algorithmes liés aux traitements multi-antennes (codages MIMO, formation de faisceau, imagerie radar, …), en environnement maîtrisé (chambre réverbérante à brassage de mode, chambre anéchoïde multicapteurs) et en environnement réel.

Résumé de la thèse en français
L’objectif de cette thèse est d’étudier des systèmes d’imagerie microonde (détection de sources EM, d’objets ou personnes), grâce à la mise en œuvre d’un sondeur de canal composé de plusieurs antennes d’émission et réception (système MIMO: Multiple Input – Multiple output). L’avantage par rapport aux solutions radar existantes (formation de faisceau, SAR) est de pouvoir réaliser un sondage simultané sur NxM voies, et donc de gagner en degrés de liberté (notion de réseau d’antennes virtuelles), grâce à la transmissions de formes d’ondes indépendantes sur chaque voie. Cette approche, associée à des algorithmes de balayage numérique de faisceau permettront de gagner en résolution angulaire, tout en minimisant la complexité du réseau d’antennes pour des applications d’imagerie microonde 3D.

Résumé de la thèse en anglais
The objective of this thesis is to study microwave imaging systems through the implementation of a multiple antennas channel sounder (MIMO: Multiple Input – Multiple output). The advantage compared to existing radar solutions (beamforming, SAR) is to achieve a simultaneous sounding on each antenna, and thus increase the degrees of freedom (concept of virtual antenna array) through the transmission of independent waveforms on each channel. This approach combined with digital beam forming algorithm yields very attractive features for achieving improved angular resolution for 3D microwave imaging applications, while maintaining low antenna array complexity.

Description complète du sujet de thèse
Les techniques Ultra Large Bande (ULB) sont largement utilisées pour des applications d’imagerie microonde (scanners champ proche, vision à travers les murs, …) ou de géo-localisation Indoor. Les systèmes actuels d’imagerie ULB sont basés sur des approches SAR (Synthetic Aperture Radar) ou de réseaux à commutation d’antennes (acquisition séquentielle sur chaque antenne du réseau).
Le travail réalisé dans cette thèse permettra de proposer des solutions techniques novatrices, basées sur la mise en œuvre de systèmes MIMO. En effet la notion de radar MIMO est assez récente, et fait l’objet de nombreux concepts théoriques, mais peu de mise en application sur des dispositifs expérimentaux existent actuellement. Les solutions proposées sauront l’avantage (par rapport aux solutions classiques à commutation) de réaliser un sondage simultané sur NxM voies, et donc de gagner en degrés de liberté sur du MIMO distribué (notion de réseau virtuel), grâce à la transmissions de formes d’ondes indépendantes sur chaque voies. Cette approche permettra d’enrichir le contenu d’information à traiter et d’augmenter les résolutions angulaires. Ces analyses MIMO seront complétées par la mise en œuvre d’algorithmes numériques d’imagerie microonde.
D’un point de vue pratique, l’adressage indépendant des antennes du réseau sera réalisé par des répartiteurs focalisant à retournement temporel en cours de développement au laboratoire. Ce type de répartiteur ULB, entièrement passif utilise une seule voie d’émission et offre l’avantage de simplifier fortement l’architecture du système de transmission MIMO. L’utilisation d’une forme d’onde adaptée au niveau du signal d’entrée permet de focaliser le signal désiré sur les différentes antennes, sans avoir recours à des composants actifs ou à des déphaseurs.
Dans le contexte de la thèse, cette approche sera appliquée au concept de RADAR MIMO, basé sur la transmission de forme d’ondes orthogonales sur plusieurs voies. Les composants focalisant seront étudiés pour jouer le rôle de multiplexeur passif au niveau de l’émetteur (en focalisant les signaux appropriés vers chacune des antennes), et de démultiplexeur passif en réception.
Les différents concepts, développés au cours de la thèse, seront testés expérimentalement sur une plateforme de transmission large-bande multivoies.

Objectifs scientifiques de la thèse
– Comprendre et développer des algorithmes d’imagerie microonde MIMO en fonction d’architectures originales de réseaux d’antennes (minimisation des lobes de réseaux et des lobes secondaires)
– Analyser leurs performances en termes de résolution spatiale dans des contextes d’imagerie champ proche et champ lointain.
– Validation expérimentale des algorithmes développés sur une plateforme large bande multivoies.
– Réaliser des répartiteurs passifs à retournement temporel pour l’adressage indépendant des différentes antennes du réseau.
– Mise en œuvre de démonstrateurs pratiques en environnement réel pour des applications concrètes (positionnement indoor, vision à travers les murs, scanners microondes à haute résolution, …)

Compétences à l’issue de la thèse
Radar, traitement du signal, antennes, électromagnétisme.

Mots clés (séparés par des virgules)
RADAR MIMO, imagerie microonde, retournement temporel
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Directeur de thèse
Cyril Decroze
Adresse mail du directeur de thèse : cyril.decroze@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 05 55 42 60 59

Co-directeur de thèse
David Carsenat
Adresse mail du co-directeur de thèse : david.carsenat@xlim.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : 05 55 42 60 59
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON
Thèse pour Action transverse : NON

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