Coherent modelling of electromagnetic scattering from three-dimensional sea surfaces at grazing incidence .

Modélisation cohérente de la diffusion électromagnétique par des surfaces de mer tridimensionnelles en incidence rasante.

Yaël Demarty (1)

1 SONDRA - Sondra, CentraleSupélec, Université Paris-Saclay (COmUE)

This thesis deals with the analysis of the electromagnetic interactions between surface waves at HF frequencies, and a time-evolving sea surface. A simulator comprising three specific elements has been developed. The first one enables the user to model a time-varying sea surface in three dimensions, by the application of the linear wave theory. The second one simulates the interaction between the electromagnetic wave at grazing incidence and the sea surface using an exact model based on the method of moments. Lastly, a post-processing tool allows the plotting and the analysis of the resulting Doppler spectra. Validation tests are presented. Various simulations on static and dynamic surfaces (sinusoids and sea surfaces) reveal the Bragg resonance phenomenon and the Doppler effect respectively. The influence of the sea surface and the radar configuration is investigated. The simulation results show a good fit with published data and ONERA measurements. Finally, a film of pollutant on the surface is introduced in the model by the addition of a surface pressure (corresponding here to an attenuation of the heights of the waves). The effect of the presence of the film on the Doppler spectra is analyzed.

Cette thèse repose sur l'analyse des interactions électromagnétiques (EM) entre les ondes de surface, aux fréquences HF, et une surface de mer évoluant dans le temps. Un simulateur comprenant trois modules spécifiques est développé. Le premier élément permet de modéliser une surface de mer en 3D variant dans le temps, par application de la théorie linéaire des vagues. Le second fait interagir une onde EM en incidence rasante avec une surface de mer grâce à un modèle exact qui s'appuie sur la méthode des moments. Enfin, un outil de post-traitement offre la possibilité de tracer et d'analyser des spectres Doppler (SD) résultants. Une étude portant sur des surfaces statiques puis dynamiques est menée. Elle fait apparaître respectivement le phénomène de résonance de Bragg et l'effet Doppler. Des données déjà publiées ou mesurées indiquent une bonne adéquation avec les SD simulés. Finalement, l'effet sur les SD, de la présence d'un film de polluant sur la surface de mer, est analysé.

Mots clés: HFSWR; Modeling & Simulation; Electromagnetic Scattering; Doppler frequency shift

Mots clés: Radar HF à Onde de Surface; Modélisation et Simulation; Diffusion électromagnétique; Fréquence Doppler

Domaines: Electromagnétisme; Traitement du signal et de l'image [eess.SP]

Yaël Demarty. Modélisation cohérente de la diffusion électromagnétique par des surfaces de mer tridimensionnelles en incidence rasante. : Application aux radars HF à ondes de surface.. Electromagnétisme. Université Pierre et Marie Curie, 2008. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01286590⟩