ÉVALUATION DU PROFIL DE TERRAIN POUR UNE LIAISON EN …

ÉVALUATION DU

PROFIL DE TERRAIN

POUR UNE

LIAISON EN VISIBILITÉ

Denis HEITZ – F6DCD

MJC Annemasse – F8KCF – 16 mars 2019

Denis Heitz – [email protected] 2

SOMMAIRE

Introduction

Bilan d’une liaison et types de propagations

Liaison en visibilité

Outils pour l’évaluation d’un profil

Exemple d’évaluation d’un profil

Conclusion


INTRODUCTION

Dans le cadre d’essais de réflexions radioélectriques à 10 GHz

via le Mont-Blanc, on souhaite vérifier si un point haut sélectionné

pourrait convenir.

On se limite à une approche simplifiée :

→ Pas de quantification du niveau du signal

→ Pas de calcul de probabilités

Illustration avec le cas qui a induit cette démarche :

« Mont-Blanc depuis le Haut-Koenigsbourg (67) en août 2018 »


BILAN DE LIAISON

Aux VHF, UHF et SHF on utilise, pour les liaisons terrestres, la

propagation par :

→ réfraction

→ diffusion

→ réflexion

→ diffraction

→ liaison en visibilité

ou toute combinaison de ces types de propagation.


BILAN DE LIAISON

Pr /dBm = Pt /dBm + Gt /dB - L /dB + Gr /dB

Gt et Gr : gains isotropes des antennes (on y inclut les pertes)

L : affaiblissement de la transmission

Exemple : Pt = 10 W → +40 dBm, Gt = Gr = 38 dBi (environ 1m à 10 GHz)

→ Pr = 40 + 2 . 38 – L = (116 – L) dBm si Pr_min = -130 dBm il faut L < 116 – (-130) = 246

→ D’où l’affaiblissement maximum autorisé : Lmax = 246 dB

TX RX

Pt Pr

Gt Gr

L


BILAN DE LIAISON : espace libre

L’affaiblissement en espace libre sert de référence

L0 /dB = 20 log(4π d / λ)

ou

L0 /dB = 32,4 +20 log F /MHz + 20 log d /km

Exemple :

F = 10,4 GHz et d = 400 km

→ L0 = 32,4 + 20 log 10,4.103 + 20 log 400 = 165 dB < Lmax = 246 dB

→ D’où un excès de signal de 81 dB


Diffusion troposphérique

Ce type de propagation est dominant dans nos liaisons

transhorizon quotidiennes.

Ldt /dB = 30 log F /MHz + 30 log d /km + 1,5 G + 102

avec : G = dN/dh = -39 unités N/km ; gradient du coïndice de réfraction

dans la zone de diffusion (relation empirique approximative)

Exemple :

F = 10,4 GHz et d = 400 km

→ Ldt = 30 log 10,4.103 + 30 log 400 + 1,5.(-39) + 102 = 242 dB et pour d = 200 km, Ldt = 242 – 30 log(400 / 200) = 233 dB

→ On obtient dans chaque cas : Ldt < Lmax = 246 dB


Réflexion diffuse

C’est le type de propagation pour les liaisons via le Mont-Blanc

On utilise le modèle du radar bistatique

d : distance radar – cible (on suppose dr = dt)

σ : surface équivalente radar (RCS)

on peut considérer que σ = k r2

avec r, une dimension de la surface commune vue par les 2 antennes et k, un coefficient

complexe qui dépend de nombreux facteurs

Pr = Pt Gt Gr σ λ2 / (4 π)3d4


Réflexion diffuse

On en déduit :

Lrd = (4 π)3d4 / σ λ2

ou

Lrd /dB = 20 log F /MHz + 40 log d /km - 10 log σ /m2 + 103

Exemple :

F = 10,4 GHz et d = 200 km

→ Ldt = 20 log 10,4.103 + 40 log 200 - 10 log σ /m2 + 103

= (275 - 10 log σ /m2) dB

Il faut que : 10 log σ > 275 – 246 = 29 dB soit σ > 794 m2


Réflexion diffuse

Conclusion :

Pour assurer la liaison par réflexion, il faut σ = k r2 > 794m2.

k est estimé à quelques % au maximum ; la surface réelle doit donc

être bien supérieure.

Pour k = 1 %, r > (794 / 0.01)1/2 = 282 m

Ceci est approximatif mais montre que pour réaliser une liaison

la cible doit être en visibilité pour les 2 stations.

On ne peut pas se permettre des affaiblissements supplémentaires

sur les trajets « station – cible ».


LIAISON EN VISIBILITÉ

C’est une liaison dont la diffraction est négligeable

On peut utiliser les principes de l’optique géométrique

Pour que 2 points puissent être considérés en visibilité, il faut

que le 1er ellipsoïde de Fresnel soit dégagé

d = d1 + d2 ; si d1 = d2

rmax = 0,5 (d λ)1/2

d1

r

d2


OUTILS POUR L’ÉVALUATION

1. Cartographie en ligne avec relief et vue satellite

→ localiser des sites possibles pour la liaison

→ observer l’environnement proche (végétation, dégagement visuel, accès, etc.)

2. Outil de tracé de profil d’altitude → évaluer grossièrement la faisabilité

→ relever les données (distances, altitudes) des points terminaux et des potentiels points d’obstruction

N.B : les 2 outils précédents peuvent se retrouver dans un unique

3. Feuille de calcul spécifique

→ calculer les dégagements et la hauteur visible de la cible

→ observer l’effet de dN/dh et htx sur ces derniers


FEUILLE DE CALCUL EXCEL

h1

dmax

h2

k.R

1 - Calcul de dmax

4 - Conversion dN/dh ↔ k

3 - Calcul du rayon maximum du 1er

ellipsoïde de Fresnel

2 - Calcul du dégagement et de

la hauteur visible

s’2 h2 h’2

h1

dégagement

k.R

s2

hauteur

visible

d’2 d2


FEUILLE DE CALCUL EXCEL


POURQUOI PAS RADIOMOBILE ?

Est prévu pour des liaisons point à point

Ne renseigne pas sur les dégagements


EXEMPLE : Ht-Koenigsbourg – Mt-Blanc

Étude réalisée pour la JA d’août 2018 et couronnée de succès

(voir BULLETIN HYPER N° 250 septembre 2018)

Pour la cartographie et le tracé du profil, le site

http://www.geocontext.org/publ/2010/04/profiler/en/

avait été utilisé. On pouvait suivre l’altitude en tout point du trajet

à l’aide d’un curseur. Est malheureusement désactivé actuellement.

J’utilise maintenant (mars 2019)

http://www.heywhatsthat.com/

un peu moins pratique



Le tracé Haut-Koenigsbourg

jn38qf - 600 m asl

Mont-Blanc

jn35kt - 4800 m asl

d = 271 km

azimut = 188°



L’environnement proche



Accès et type de végétation



Profil grossier



Pour encadrer les altitudes des obstructions

N’était pas nécessaire avec geocontext



Relevés précis des altitudes d’obstructions

N’était pas utile avec geocontext


3

4

5

1

2


Saisie sur la feuille de calcul selon la progression indiquée

N.B : 1, 4 et 5 sont optionnels



Résultats



Remarques :

Nous constatons que, pour des conditions troposphériques standard, le dégagement minimum au-dessus des obstacles est de 149 m et la hauteur visible du Mont-Blanc vaut 329 m ; rmax = 44 m (1er ellipsoïde de Fresnel)

La visibilité s’annule pour un coefficient multiplicatif du rayon

terrestre K = 1,18

Cette valeur correspond à un gradient du coïndice de réfraction

dN/dh = -24 unités N/km ; l’indice de réfraction n = 1 + N 10-6

dN/dh = -39 → atmosph. normale et si < -39 → superréfraction La fenêtre (5) permet la conversion entre K et dN/dh

Pour K = 1,33 le Mont-Blanc disparait à 330 m asl

Des essais en réel ont permis de valider cette démarche


QSO réalisés le 12 août 2018

JN38QF

JN35KT

JN26FK

JN37NV

199 km

232 km

271 km


CONCLUSION

La démarche présentée permet d’avoir une meilleure idée sur la

probabilité de réaliser une liaison par réflexion sur une cible qu’un

calcul point à point

Elle est à recommander dans les cas de liaisons potentiellement

difficiles (distance et dégagement aux limites)

Elle permet aussi de sélectionner un point haut offrant une

bonne probabilité de succès sans que l’on n’ait à se déplacer sur le

site avant les essais


BIBLIOGRAPHIE

• Propagation des ondes radioélectriques dans l’environnement

terrestre - Lucien Boithias

• Measurement of Radar Cross Section Using the “VNA Master”

Handheld VNA - Martin I. Grace - Anritsu

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