]~TUDE DES RI~FLEXIONS SUR LA MER AU MOYEN D'UN GONIOM]~TRE* par

Lucien B O I T H I A S

Andr6 $ P I Z Z I C H I N O

et

IngSnieur des T616communications **

Ing6nieur en Chef des T616communieations **

A l'aide d'un goniorndtre qui mesure les angles d'arrivde d'une onde (X = 3 cm) se r~fl$chlssant sur 1,* sur/ace de la mer, on met en gvidence les propridt~s difr de la rg[lexion spdculaire et de la r~[lexion diffuse. On dtudle ggalement la d@olarisatlon de ees deux rdflexions.

SOMMX:aE. --

PLAN. 9 l . P B u t

d e I ' d t u d e . 9 2. D e s c r i p t i o n de ia liaison. 9 ~3. L e g o n i o m ~ r e . 9 4. L e s r d s u l t a t s e x p d r i m e n t a u x e t l e u r i n t e r p r d t a t i o n . --(4.1). L'a~rien d'gmission est point~ vers le bas et dans l'axe de la liaison et le goniom~tre analyse verticalement l'angle d'arrivge. - - (4.2). L'adrien d'~mission est point3 ~ers le bas et le gonlom~tre analyse horizontalement l'angle d'arrivge. - - (4.3). L'adrlen d'dmission est point$ vers le bas et d@oint~ horizontalement de 4% 9 5. D g p o l a r i s a t i o n . 9 Bibliographie (1 rg/.).

1.

BUT

DE

L'I~,TUDE.

3. L E

Par une s6rie d'exp6riences originales sur la r6flexion en onde centim6trique, on a tent6 de v6rifier que la r6flexion diffuse ob6it ~ des lois propres diff6rentes de la r6flexion sp6culaire. Un goniom~tre s6pare les deux composantes r6fl6chies et permet de d61imiter les zones d'o5 elles proviennent. On 6tudie 6galement leur d6polarisation.

GONIOM~,TRE.

L'onde dont on v e u t mesurer l'angle d'arriv6e est revue dans deux a6riens peu directifs (cornets): dispos6s soit sur une mgme horizontale, soit sur um mgme verticale. Ceux-ci sont reli6s par des guides d'onde h deux d6phaseurs tournants, qui tournent en sens inverse (fig. 2). A la sortie des d6phaseurs, ces deux ondes sont additionn6es dans un t6magique, et leur somme entre dans un r6ceoteur.

Re'cepteur (la l:~te de chien)

I

530mI

Emetteur

(Anfibes) 70~I

28,6 km l:~g.

2. D E S C R I P T I O N

DE

I.

-

-

-

Profil de la liaison Cap d'Antibes. La T&e de Chien.

LA LIAISON,

Le champ regu par ce r6cepteur commande le m o u v e m e n t radial du spot d'un oscillographe, tandis que ce spot tourne a u t o u r du centre de

La liaison radio61ectrique utilisant une longueur d'onde de 3 cm est 6tablie au-dessus de la met, entre deux points cbtiers situ6s sur des hauteurs (fig. 1). L ' 6 m e t t e u r dont l'a6rien est t r & directif a 6t6 install6 au cap d'Antibes h 70 m au-dessus du niveau de la met. L'ouverture de l'antenne de 2 ~ 10'/~ 3 dB permet de s6parer le rayon direct du rayon r6fl6chi. L'6misslon peut se faire en polarisation verticale ou horizontale. L'6quipement de r6ception comprend un goniom&re et est situ6 ~ la Tgte de Chien h 530 m au-dessus du niveau de la met.

[ emit ~e l'onde i

, cC~.q mag,qae ',~ , I r iiik,.ki~~ ij'l - '

*~t

Re'ceple~r - __

_]

Oscillscope

FIc. 2. -- Sch&na du goniom6tre.

* Texte d'une c o m m u n i c a t i o n pr6sent~e au (c S y m p o s i u m on Electromagnetic T h e o r y & A n t e n n a s * de Copenhague (aofit 1962), reproduit avec l ' a u t o r i s a t i o n de l'6diteur du recueil des t r a v a u x du s y m p o s i u m (Pergamon Press Ltd, Londres). ** Au C. N. E. T. D 6 p a r t e • e p t TR~NSMrSSIOr~.

tt7

L.

BOITHIAS

ETA.

4. L E S B ~ . S U L T A T S EXP~.I:tIMENTAUX ET LEUB INTERPR~.TATION.

Lorsqu'on utilise ce goniom~tre pour analyser l'onde r6fl6chie par la surface de l a m e r , on pourrait s'attendre h ce que l'onde regue ne soit p a s plane toutes les fois qu'elle r6sulte de plusieurs composantes. En fait, il n'en est pas ainsi : chacune des composantes fluctue et, h chaque instant, l'une l'emporte sur l'autre. Aussi, sur l'6cran de l'osciloscope on ne volt que des courbes en forme de 8 ! reals, t a n t 6 t ces 8 ont une amplitude 61ev6e et une direction fixe qui coincide exactement avec la direction d'arriv6e d'une onde r6fl6chie sp6culairement, t a n t b t ils ont une amplitude faible et proviennent de diff6rentes directions (r6flexion diffuse). La liaison exp6rimentale qui vient d'gtre d6crite a permis de faire plusieurs s6ries de mesures.

l ? = 27: ~ sin ~. ou, lorsque r est petit :

~

=

2rdor

;~ est la longueur d'onde utilis6e. A l'instant t, les d6phaseurs tournants d6phasent d e - - - ~ t et q- ~ t les deux signaux, qui entrent dans le t6-magique avec une diff6rence de phase 6gale h : 2s % Puisque l'onde incidente est suppos6e plane, les champs regus par les deux a6riens ont la m~me amplitude E. La somme de ces deux champs, qui commande la d6viation radlale du spot, e s t : E I cos s

+ cos (-- s

+ {p) J = 2E I cos (s

-- s

[ANNALE$ DES TI~LI~.COMMUNICATIONS

obtenue n'a plus la forme d'un 8 (deux cercles 6gaux et tangents) et devient une courbe du 4 e d e ~ 6 sans point double.

l'6cran h une vitesse 6gale h la vitesse de rotation des d6phaseurs tournants (qui 6tait de 10 t/s dans nos exp6riences). Supposons qu'une onde plane soit regue, provenant d'une direction qui fait l'angle ~ avec le plan de sym6trie des deux a6riens. Si ceux-ci sont distants de l, la diff6rence de phase ~ entre les ondes qu'ils regolvent est :

(I)

SPIZZICHINO

I.

L'angle polaire 0 du spot 6rant 6gal h ~t, puisque la rotation est synchronis6e sur celle des d6phaseurs, il d6crit sur l'6cran de l'oscilloscope la courbe dont l'6quation en coordonn6es polaires est : = 2El cos (0 -- ~/2)I. Cette courbe se compose de deux cercles 6gaux et tangents (fig. 3) dont le diam6tre est propor-

4.1. L'a6rien d'fimission est pointfi vers le bas et dans l'axe de la liaison et le goniom6tre analyse verticalement l'angle d'arriv~e. En analysant verticalement l'angle d'arriv6e du champ r6fl6chi, le goniom~tre permet d'6tudier la participation des points de la surface de l a m e r h la r6flexion. Les r6sultats d'un grand hombre d'observations ont 6t6 group6s dans la figure 4. En abscisse

B o_~

~n sp~culair e

- - - -

~5

x .

2L

FIG, 3. - - Figure a p p a r a i s s a n t sur l'6cran de l'oscilloscope.

tionnel h E et dont la ligne des centres fait avec l'horizontale un angle 6gal h ~ [2, donc proportionnel

28.8

25

20

15

.

.

I0

.

.

.

.

5

0

Distance au r~cept{:ur

FIG. 4. - - P a r t i c i p a t i o n des points de la surface de la mer h la r6tlexion.

h0~.

Avec les valeurs num6riques utilis6es k=3,15cm,

1

1,80m

on a sensiblement

~12 -

180~,

s pouvant ~tre lu sur le cadran de l'oscilloscope avec une pr6cision de l'ordre de quelques degr6s, ~. peutg~re connu h une minute pr6,s. Si l'onde incldente n'est pas plane, la figure

118

on a port6 la distance du point de r6flexion au r6cepteur d6duit de l'orientation du 8 observ6 sur l'oscilloscope et en ordonn6e le niveau du champ regu d6duit de la grandeur de ce 8. On remarque une famille de points correspondant h une r6flexion sp6culaire, group6s dans un ~ntervalle de longueur qui est la zone de Fresnel. Une autre famille de points plus dispers6s sur l'axe de Ia liaison correspond h la r6flexion diffuse. En plus de la s6paration des composantes sp6cu-

t. 1.%no, 5-(;, 1964]

~TUDE

DF.S

Ill'FLEXIONS

laire et diffuse ce premier ensemble de mesures fournit deux r6suhats int6ressants : t) contrairement h la composante sp6culaire, la composante diffuse provient d'une portion 6tendue de la surface r6fldchlssante. Dans notre exp6rience, compte tenu des masques naturels, elle provenait de la portion de surface de l a m e r 6clair6e par les deux a6riens ; 2) la pattie de la surface de la met qui participe pour la plus grande part h la r6flexion diffuse est celle qui est la plus 61oign6e du point de r6flexion sp6culaire. Cela eonfirme les r6suhats th6oriques (Beckmann et SpizzichTno, 1962). 0

I

SUI{

valeurs est tr~s grande. L'6tat de la met ne semble pas avoir une grande influence sur la valour du champ r6fleehi. 5. D~.POLAI:tISATION. Dans un premier temps, l'onde 6mise est polaris6e verticalement, et l'a6rien d'6mission dirig6 vers le r6cepteur. L'a6rien de r6ception est successivement polaris6 verticalement et horlzontalement. Lorsqu'il est polaris6 horizontalement le champ rec~u est inf6rieur d'environ 25 dB h celui que l'on regoit lorsque les

2

\,,,

Profi] du trojet Fro.

5. - -

G6om6trie

de l a l i a i s o n .

On

3/4

LAMER

/ a repr6sent6

de la mer

sur la surface

les z o n e s ~ c l a i r 6 e s p a r l ' a 6 r i e n

d'6mission

lorsqu'il est dirig6 vers le r6eepteur el lorsqu'il est d6point6 de 4 ~ En g~s la zone d'o~ semble p r o v e n i r la r6flexion ditfuse ; en .~ris lone6 la zone (t'ol'l provient une r6flexion diffuse plus importante ; en noir l'ellipse de Fresnel d'ofJ

provient la r6flexion spgeulaire.

4.2. L'afirien d'4mission est point4 vers le has et le goniombtre analyse horizontalement l'angle d'arriv4e.

a6riens ont la mSme polarisation et le goniombtre indique qu'il provient d'une direction diff6rente. I1 s'agit donc d'une r6flexion parasite et l'on pout

o

Ces mesures mettent aussi en 6vidence une composante sp6eulaire provenant d'une direction presque fixe (ee qui est en accord avee la tr~s faible largeur de l'ellipse de Fresnel) et une eomposante diffuse provenant d'une zone beaueoup plus large (fig. 5).

4.3. L'a~rien d'~mission est point4 vers le bas et fl4pointfi horizontalement de 4 ~ De cette manlbre l'a6rien 6claire une autre partie de la surface de la met (fig. 5). Le goniom~tre analyse v e r t l c a l e m e n t l ' a n g l e d'arriv6e du rayon r6fl6chl. On constate en premier lieu la disparition de la composante sp6culaire ce qui est normal puisque la premibre ellipse de Fresnel n'est plus 6clair6e par l'a6rien d'6mission. En second lieu, la r6flexion diffuse provient d'une pattie 6tendue de la surface de la met mais sans que la zone la plus 61oign6e de l'6metteur participe davantage ~ la r6flexion. La figure 6 donne un exemple des r6sultats obtenus. On pout remarquer que le coefficient moyen de r6flexion diffuse est 16gbrement plus petit que lorsque l'a6rien d'6miss~on n'est pas d6point;~, mais que la dispersion des

t

!I

Or*de direcfe

I1!

I reflexion speculoire

o

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L.

.

~flexion , diffuse ~ ~ ' x /<<, ~

.

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-20 9

Bruil

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i-

c~ - -

-30 25

o Mer r "Met

{0 o 2)

o

20

I 15

Distance du r~cepteur en km

ogit~e ( 3 ~ 5)

Fro. 6. Los zones hachur6es repr6sentent la limite des points correspondant & la r6flexion sp6eulaire ct ~ la r6flexion diffuse lorsque l'a6rien d'6mission n'est pas d6point6. Les points (0 O) indiqu6s ont 6t6 obtenus en d6pointant l'a6rien d'6mission de 6~

119 - -

L. BOITHIAS ET A. SPIZZICHINO

~/4

affirmer que si l'onde 6mise comprend une faible composante polaris6e horizontalement elle est au moins inf6rieure de 25 dB h la composante verticale. Dans un second temps, l'onde 6mise est toujours polaris6e verticalement, mais l'a6rien d'6mission est dirig6 vers le point de r6flexion sp6culaire. Le champ regu en polarisation verticale provient du point de r6flexion sp6culaire, le coefficient de r6flexion 6rant de l'ordre de 0,6. En polarisation horizontale, le champ r6fl6chi est inf6rieur de 15 h 20 dB h celui r e t u en polarisatlon verticale, mais le goniom6tre indique alors que le champ r6fl6chi provient d'une autre direction que celle du point de r6flexion sp6culaire : il semble s'agir de r6flexion diffuse. Ceci est en bon accord avec les pr6dictions th6oriques [l] : le champ r6fl6chi sp6culairement n'est

COMPTES RENDUS DE LIVRES

T616m6eanique *

de V. S. M A L O V L'auteur d6finit la t616m6canique comme la branche de la science et de la technique qui traite de la transformation et de la transmission h distance d'une information en rue de commander un processus de production. Cette d6finition doit ~tre prise dans un sens tr~s large. La t616m6canique intervient dans de nombreuses branches de l'6conomie : en 61ectrotechnique (contr61e et commande de centrales 61ectriques), dans l'industrie, dans les transports (ehemins de fer), dans les services publics (6clairage urbain, alimentation en eau et en gaz), dans l'extraction et le transport du p6trole et du gaz, etc... Son utilisation dans l'alimentation 6!ectrique des grandes entreprises se d@eloppe sans cesse. Enfin l'automatisation de l'industrie est 6troitement li6e h une lar.ge utilisation des moyens t616m6caniques. L'implantartan de syst~mes automatiques complexes et la t61dcommande d'usines dispers6es sont bas6es sur la transmission d'informations sur des distances parfois consid6rables. Les livres existants pr6sentent en g6n6ral un grave inconv6nient. Ils sont consacr6s principalement h une description d6taill6e des nombreuses m6thodes disponibles, qui sont extrgmement vari6es, alors que les principes g6n6raux sont'relativement peu abord6s. En outre, les'diverses branches tclles que la t61dcommande, la t616mesure, less t616communications, sont l~ai~des s6par6ment. L'auteur se propose donc d'exposer bri6vement les principes et les m6thodes les plus importantes. Quelques descriptions de syst6mes concrets ne sont donn6es qu'~ titre d'exemple. Ce mat6riel est pr6sent6 ~ ]'inten-

[ANNALES DES T~L~COMMUNICATIONS

pas d6polaris6. Au contraire le champ de r6flexion diffuse est fortement d6polaris6. Le champ de r6flexion diffuse regu en polarisation horizontale semble gtre du mgme ordre (h quelques dB pros) que celui qu'on aurait regu en r6flexion diffuse et en polarisation verticale si on avait pu s6parer la r6flexion diffuse de la r6flexion sp6culaire. L'exp6rience a aussi 6t6 faite en inversant les polarisations e t a donn6 des r6sultats comparables. M a n u s c r l t regu le ~2 septembre ~1963.

BIBLIOGRAPHIE [~] B~CKMANN (P.) et SPizzicHiNo (A.). The scattering of electromagnetic waves by rough surfaces. (La diffusion des ondes 61ectromagn6tiques des surfaces irr6guli~res.) Pergamon Press. G. B. (1962).

tion de lecteurs non sp6cialistes, mais int6ress6s potentie'lement h la t616m6canique, par exemple les ing6nieurs et techniciens travaillant dans ]e domaine de l'automatisation. Ils y trouveront l'essen~iel de ]a lh6orie et de la technique, et les livres cit6s leur donneront des informations pratiques d6taill6es. Cette bibliographic est toutefois limit6e h des ouvrages russ es ou bien h des livres ou recueils traduits en russe. Bien entendu, le faible volume du livre n'a pas permis de discuter tous les sujets et seuls les r6sultats fondamentaux sont donn6s pour certains probl~mes. Un premier chapitre d'introduction est consacr6 aux concepts et d6finitions et h u n bref expos6 de la th6orie de l'information. Le deuxi6me chapitre discute les signaux utilis6s en 1616m6canique: signaux continus et discrets, codes augmentant la prolecdon contre le bruit, s@aration de~ 616ments de s:gnal. Le c.hapitre suivant traite des syst~mes de t616mesure: s~gnaux continus, signaux discrets (modulation cod6e), multiplexage des voles. Le dernier chapitre est consacr6 h la t616commande et il la t616signalisation : principaux blocs fonetionncls d'un 6quipement de t616commande, syst~mes ~ s6parafion 61ectrique (ou h plusieurs conducteurs), h r@artition en fr6quenee, et /~ r@artition dans le temps, protection contre l'ex6cution de signaux d6form6s. Le livre se termine par un index alphab6tique et par trois tables : conversion des nombres d6cimaux jusqu'h 63 en nombres binaires, logarithmes h base 2 des nombres cutlers ;usqu'h 50 spectres de fr6quence d'un certain nombre de signaux non p6riodiques, p6riodiques et quasip6riodiques. J. ScHwoB. * Collection ~cInternational series o[ monographs on automation and automatic control ~. Ed. Pergamon Press, Oxford, London, New-York, Paris (1966) ; I vol. reli6 tt~ • 22 ; Tx + 100 p., 4t~ fig., bibl. (t7 r 6 f . ) - - P r i x : 35 S H . - Ouvrage recu en service de presse ; annonc6 dans le Bulletin signaldtique des tdldcommunications (avril t966) sous la cole L 7210.