Un rendez-vous spatial est une manœuvre au cours de laquelle un véhicule spatial, appelé chasseur, s’approche d’une cible située dans le même plan orbital. Cette étude doctorale se concentre sur le radar qui pourrait équiper le chasseur pour estimer son mouvement relatif à la cible. À cette fin, une chaîne de traitement radar est proposée pour détecter la cible et estimer ses paramètres, à savoir la distance, la vitesse radiale (ou Doppler) et sa direction. La chaîne de traitement intègre deux nouvelles méthodes : l’une pour interpoler précisément la distance et la vitesse radiale de la cible à partir des détections, l’autre pour estimer l’erreur de la direction mesurée.
Les données acquises par le radar au cours d’observations prolongées sont ensuite utilisées pour estimer le mouvement relatif entre le chasseur et sa cible, en supposant que la trajectoire soit décrite par le système d’équations de Clohessy-Wiltshire. Les performances de ce traitement sont alors étudiées et pourraient contribuer à l’architecture d’un radar pour les rendez-vous orbitaux.
Enfin, une spécificité de l’environnement, à savoir sa faible densité en cibles radar, est exploitée pour résoudre le problème du corner-turn rencontré lors de l’implémentation du traitement radar dans un calculateur, et pour économiser l’énergie grâce à une forme d’onde interrompue en temps et en fréquence. |
A space rendezvous is a maneuver in which a spacecraft, called the chaser, approaches a target located in the same orbital plane. This doctoral study focuses on the radar that could equip the chaser to estimate its relative motion to the target. To this end, a radar processing chain is proposed to detect the target and estimate its parameters, namely the distance, the radial velocity (or Doppler), and the direction. The processing chain integrates two novel methods : one for precisely interpolating the distance and radial velocity of the target from detections, and the other for estimating the angular error.
The data acquired by the radar during a larger period of time are then used to estimate the relative motion between the chaser and its target, assuming that the trajectory is described by the Clohessy-Wiltshire equations. The performance of this processing is then studied and could contribute to the architecture of a radar for orbital rendezvous.
Finally, a specific characteristic of the environment, namely its low density of radar targets, is exploited to address the corner-turn problem encountered during the implementation of the radar processing in a computer, and to save energy through a time- and frequency-interrupted waveform. |