Conception de nouvelles architectures/techniques pour radar FMCW reconfigurable hautes performances

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Ajouté le: 25/04/2014
Directeur : Avignon-Meseldzija Emilie - eavignon@yahoo.fr
Titre : Conception de nouvelles architectures/techniques pour radar FMCW reconfigurable hautes performances
Thèmes : Électronique, opto-électronique, Nano-sciences, nanotechnologies
Automatique, Signal, Télécoms, Systèmes embarqués
Laboratoires : E3S Supélec Sciences des Systèmes EA 4454
Description :

Contexte et enjeux du sujet de thèse

Le radar FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) s’est imposé pour les applications embarquées car il nécessite une puissance émise en continu ce qui le rend plus aisément intégrable qu’un radar à impulsion pour lequel une forte puissance doit être émise dans un court laps de temps. Ainsi on retrouve le radar FMCW dans des applications embarquées très variées :
- Environnement et géophysique : mesure de l’épaisseur de la neige pour des études sur le réchauffement climatique, détection d’avalanche…
- Automobile : radar anticollision,
- Surveillance et sécurité : détection d’intrusion,
- Mesure sans contact pour les usines : mesure de volume de production. Les radars FMCW à ondes millimétriques sont adaptés à des milieux à forte concentration en vapeur et poussière,
- Jaugeage des réservoirs de carburant,
Pour ce type de radar la qualité de la réalisation électronique impacte fortement les performances. En particulier, la non-linéarité du signal chirp et le bruit de phase résultent dans un étalement spectral ce qui nuit à la résolution et risque de masquer des éléments de l’environnement prospecté. Par ailleurs, une architecture de radar dont on peut programmer la résolution en fonction du type de prospection permettrait de relâcher les contraintes de calculs et de conversion analogique-numérique à la réception.
Ainsi l’enjeu de ce sujet de thèse est double : les architectures/techniques proposées devront être reconfigurables et hautes performances. Ce sujet comprend un aspect modélisation haut-niveau avec le développement d’algorithmes d’amélioration des performances et un aspect conception électronique au niveau transistor.


Présentation du travail de thèse

Une première partie du travail de thèse consistera à concevoir et modéliser des architectures de radar FMCW reconfigurables et hautes performances. Ce travail pourra s’effectuer avec Matlab/Simulink et/ou Cadence VerilogA.
Concernant la reconfigurabilité, une approche intéressante à l’émission est de permettre la génération de différents signaux chirp. Par exemple un jeu de signaux à bande passante réduite permettrait d’effectuer une première reconnaissance de l’environnement avec un nombre d’échantillon réduit, puis un jeu de signaux à bande passante plus large permettant d’obtenir de meilleures résolution avec plus d’échantillons et plus de contraintes sur le convertisseur analogique-numérique. Le pendant de cette reconfigurabilité à la réception serait de réaliser un filtrage analogique à capacités commutées, reconfigurable par la fréquence d’horloge. Une autre approche intéressante pour la reconfigurabilité est celle d’une architecture de radar hétérodyne [1] car elle permet d’une part d’éviter les défauts classiques des architectures homodynes (composante DC et bruit basse fréquence) et d’autre part la fréquence centrale du signal de battement pourrait être choisie en fonction des performances du dispositif de réception.
Concernant les défauts qui dégradent les performances du radar, il existe pour les compenser des approches architecturales, comme l’utilisation d’un synthétiseur de fréquence à la place d’un VCO free-running [2]. D’autres méthodes repose sur du calcul numérique comme la génération de pré-distorsion ou la compensation en post-traitement du bruit de phase [3].
La deuxième partie du travail de thèse consistera à concevoir en technologie intégrée un bloc innovant précédemment identifié de l’architecture du radar. Ce travail pourrait s’effectuer en collaboration avec une entreprise Hollandaise dont l’activité est de concevoir des radars intégrés.


Prérequis
Master of Science avec bon background en traitement du signal, électronique analogique et numérique (notamment VHDL)


Références
[1] R. Feger, E. Kolmhofer, F. Startzer, F. Wiesinger, S. Scheiblhofer, and A. Stelzer “A Heterodyne 77-GHz FMCW Radar with Offset PLL Frequency Stabilization” in Proc. IEEE Topical Conf. Wireless Sensors and Sensor Networks, 2011, pp. 9-12.
Publications de l'équipe sur le sujet
[2] E. Avignon-Meseldzija, S. Azarian, S. Font, M. Lesturgie “Modeling and Optimization of a Dedicated FMCW Radar Frequency Synthesizer” IEEE 21st European Conference on Circuit Theory and Design, Dresden, Germany, September 8-12, 2013.
[3] E. Avignon-Meseldzija, W.Liu, H. Feng, S. Azarian, M. Lesturgie, Y. Lu, “Compensation of Analog Imperfections In a Ka-band FMCW SAR” EUSAR 2012 – 9th European Conference on Synthetic Aperture Radar, Nuremberg, Germany, Apr. 2012, pp. 60–63.