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Thème Modélisation

par Olivier Pigaglio - publié le , mis à jour le

Les activités du groupe dans ce cadre s’entendent au sens du développement de modèles et pas seulement de leur exploitation. Elles sont sous-tendues par deux catégories d’objectifs qui visent à l’amélioration des méthodes numériques existantes ou bien au développement de méthodes dédiées à des applications innovantes.

Améliorations des méthodes numériques existantes

Dans la continuité des travaux déjà réalisés avant 2009 et qui concernaient les fondements théoriques et logiciels, le GRE a poursuivi le développement d’outils adaptés à la résolution de problèmes électromagnétiques complexes.

Ainsi, pour enrichir la WCIP (Wave Concept Iterative Process), une méthode “historique” du groupe introduite par le Professeur Henri Baudrand pour le calcul dans des circuits planaires multicouches, des couplages avec d’autres techniques numériques (Finite Element Method, Hybrid Discontinuous Galerkin et Finite Difference Transmission Line Method) ont été développés afin de pouvoir traiter facilement des couches de substrats hétérogènes. Ces travaux pour étendre le spectre des applications de la WCIP (comme pour les structures SIW et SINRD) sont principalement réalisés en collaboration avec l’équipe NACHOS de l’INRIA dans le cadre d’une thèse débutée en 2011.

Afin que les méthodes développées se comparent favorablement à l’existant (principalement les logiciels commerciaux), le groupe travaille aussi sur l’optimisation des algorithmes de résolution en utilisant principalement des techniques de pré-conditionnement. Ces travaux ont notamment concerné :

  • La WCIP avec la mise en œuvre d’une méthode par sous-espace de Krylov combinée avec un pré-conditionnement adapté (collaboration INRIA-CERFACS).
  • Les équations intégrales pour des applications basse fréquence dans le cadre d’une collaboration avec le G2ELab (projet SEEDS avec un stage de master) et en interne avec l’équipe GREM3. Notre principale contribution a été le développement d’algorithmes de matrices dites “hiérarchiques”.









Technique de matrices hiérarchiques






  • La diffraction par les surfaces rugueuses, dans le cadre d’une thèse en collaboration avec l’ONERA. Un pré-conditionneur physique pour les équations intégrales de frontière a été développé. Dans le cadre de cette thèse, des conditions d’impédances pour une rugosité périodique sur une interface diélectrique ont aussi été proposées.



Diffraction par une surface rugueuse




















Outils de simulation dédiés à des applications innovantes

Dans le cadre des nouvelles problématiques de propagation posées par les systèmes de télécommunication ou de radar, le GRE a réalisé en partenariat avec l’ONERA des avancées significatives sur deux points :

  • Le premier concerne la modélisation temporelle et spatio-temporelle des affaiblissements troposphériques. Des modèles stochastiques originaux du canal de propagation troposphérique, nécessaires pour le dimensionnement des futurs systèmes de Télécommunication opérant au-delà de 10 GHz, applicables en tout point du globe, ont été développés. Par ailleurs, des travaux ont été conduits sur l’estimation de la variabilité interannuelle et des intervalles de confiance associés aux statistiques de propagation dérivées de mesure ou de modèle. Ces travaux constituent aujourd’hui la recommandation ITU-R P.678 de l’Union Internationale des Télécommunications.
  • Le second point concerne la modélisation des effets de la turbulence troposphérique ou ionosphérique sur la propagation des ondes électromagnétiques. Une résolution analytique des équations de propagation en milieu turbulent a été conduite pour des configurations 3D et 2D. En parallèle, des schémas numériques 3D/2D qui reposent sur un couplage équation parabolique / écrans de phase ont été développés. L’ensemble permet l’évaluation des effets de scintillation atmosphérique ainsi qu’une paramétrisation analytique des conséquences de la réduction dimensionnelle 3D/2D.

Distribution de la probabilité d'atténuation due à la pluie Modélisation de l'atténuation troposphérique sur l'Europe















Distribution de la probabilité d’atténuation due à la pluie (à gauche)
- Modélisation de l’atténuation troposphérique sur l’Europe (à droite)

Les efforts entrepris dans la modélisation des ondes focalisées, à travers plusieurs doctorats et stages, ont été soutenus par le CNES et ont conduit à des réalisations significatives en partenariat avec l’ENAC et l’ONERA. Ils ont en effet permis de lever le verrou des surfaces sélectives en fréquence pour développer un logiciel exploitable dans la conception de systèmes quasi-optiques. Des retombées complémentaires concernent également le couplage antenne / structure et la propagation en milieu inhomogène dans le cadre de très grandes scènes.

En 2011, le CNES a sollicité l’expertise du GRE sur le sujet polémique des ondes à Moment Orbital Angulaire (OAM) qui seraient susceptibles d’accroître les capacités de communication et ainsi de briser les contraintes spectrales. La structure originale de ces faisceaux a été analysée et a abouti à la réalisation de deux contributions significatives :

  • La première porte sur le comportement asymptotique d’une communication OAM et propose de nouveaux concepts de gain et de pertes en espace libre.
  • La seconde démontre la capacité de détecter localement les ordres quantifiés orbitaux en présence de Moment Angulaire de Spin (SAM).

OAM
Nous participons également, avec d’autres partenaires locaux (CNES, ENAC, ISAE), au développement d’une démonstration de liaison OAM pour début 2015 en direction du grand public.




Posters A4 sur ces activités

Matrices hiérachiques
Filtres SIW et SINRD