Apprenti Etude et conception d’un système radar sur une antenne à onde F/H

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Déployant ses formations auprès de 55 000 étudiantes et étudiants dont 4000 doctorantes et doctorants et 12300 étudiantes et étudiants étrangers, elle regroupe plus de 3300 enseignantes et enseignants, enseignantes-chercheuses et enseignants-chercheurs, chercheuses et chercheurs, près de 4 000 enseignants-chercheurs et enseignants partenaires, environ 3 000 personnels de bibliothèque, administratifs, technique, sociaux et de santé (BIATSS) et 2000 ITA partenaires. Son budget est de plus de 700 M€.

Située au cœur de Paris, elle présente une organisation avec des directions interfacultaires et trois facultés de « Lettres », « Santé » et « Sciences et Ingénierie » et est présente dans plus de 27 sites en Île-de-France et en régions 

Contexte :

Dans les phases critiques d’Entrée, Descente et Atterrissage des missions planétaires, la perception de l’environnement constitue un élément central du Guidage, Navigation et Contrôle (GNC), et toutes les missions de rovers reposent sur une fusion de capteurs afin de garantir robustesse et redondance. Les missions historiques telles que Viking

program, Mars Exploration Rovers, Mars Science Laboratory, ou encore Mars 2020 ont toutes utilisé des radars altimétriques et Doppler comme capteurs principaux pour estimer l’altitude et la vitesse lors de la phase terminale de descente. Bien que des technologies plus récentes aient été introduites, comme la navigation relative au terrain par vision sur Perseverance ou les systèmes lidar de détection d’obstacles développés dans le cadre de ALHAT, le radar demeure un élément incontournable. Contrairement aux systèmes optiques ou lidar, dont les performances dépendent fortement des conditions d’éclairage, de texture ou de la présence de poussières, le radar offre des mesures directes, absolues et robustes de distance et de vitesse, indépendamment de l’environnement (obscurité, panaches de poussière, faible contraste). Les centrales inertielles (IMU), bien qu’indispensables pour la propagation de l’état, souffrent de dérive et nécessitent une correction par des capteurs absolus. Ainsi, les architectures modernes reposent sur une fusion multi-capteurs, dans laquelle le radar joue le rôle de capteur de référence fiable, garantissant la sécurité de la mission même en cas de dégradation des autres modalités de perception.

Dans ce contexte, les recherches actuelles s’orientent vers une nouvelle génération de radars plus compacts et basse consommation, notamment basés sur des technologies FMCW (Frequency Modulated Continous Wave) issues de l’automobile, actuellement évaluées pour les applications d’atterrissage planétaire par l’ESA. 

Dans ce contexte, l’utilisation d’une antenne à ondes de fuite (Leaky-Wave Antenna, LWA) opérant en mode radar constitue une alternative particulièrement prometteuse aux radars conventionnels de type automobile. Contrairement aux architectures à balayage mécanique ou aux réseaux à commande de phase, les LWA permettent un balayage angulaire par variation fréquentielle, ce qui réduit drastiquement la complexité électronique en limitant le nombre de composants actifs et de chaînes radiofréquences. Cela se traduit directement par une réduction de la masse, de la consommation énergétique et du coût, tout en améliorant la fiabilité, des critères essentiels pour les applications spatiales soumises à des contraintes sévères lors du lancement et de la descente. Par ailleurs, la nature planaire et légère des LWA facilite leur intégration sur les plateformes d’atterrissage, y compris sous forme conforme. La simplification matérielle contribue également à une meilleure robustesse mécanique et tolérance aux environnements sévères. D’un point de vue fonctionnel, une LWA en mode radar est capable de fournir des estimations pertinentes d’altitude et de vitesse, avec une capacité de discrimination angulaire suffisante pour les besoins du GNC. Cette approche ouvre ainsi la voie à des systèmes radar compacts, robustes et économiquement viables, particulièrement adaptés aux futures missions distribuées (petits atterrisseurs, essaims de rovers), pour lesquelles les solutions radar classiques restent trop complexes ou coûteuses.

Fonction : Apprenti Étude et conception d’un système radar sur une antenne à onde

Corps : Apprenti-e

Durée : 2 ans ; à pourvoir à compter de Septembre 2026

Diplôme préparé : Master

Missions :

La mission de l’apprenti.e sera donc d’étudier et de concevoir un système radar basé sur une antenne à onde. Pour cela, un plan prévisionnel du travail sur les quatre semestres des deux années de Master de la mission d’apprentissage est présenté ci-dessous. Ce plan tient compte du fait que certaines notions théoriques nécessaires au cœur du sujet ne sont vu qu’au S2 et au S3 du programme de Master. Les missions, déclinées par semestre conformément aux exigences de la formation de Master en apprentissage, sont donc prévues pour apporter un apprentissage graduel en phase avec la formation de l’apprenti.e.

Plan prévisionnel de travail sur les deux années :

Semestre S1 : La personne recrutée mettra en place les spécifications systèmes, ce qui inclut : la définition des performances en mesure d’altitude et de vitesse (précision, portée), la caractérisation du balayage angulaire, ainsi que l’analyse des contraintes de consommation, masse et robustesse… 

Semestre S2 : En utilisant un modèle de rayonnement simplifié de l’antenne à onde de fuite, des algorithmes d’estimation de Doppler, range, en fonction de l’angle, seront développés. Des simulations seront menées pour évaluer les performances requises par la chaine RF (puissance, facteur de bruit…) et l’antenne  (largeur du faisceau, gain/efficacité de rayonnement…) pour atteindre les spécifications estimées au S1.

Semestre S3 : L’apprenti.e travaillera sur la mise en place du banc de mesure de test, ce qui inclut la chaine radiofréquence d’émission/réception avec du matériel de laboratoire, et une antenne à onde de fuite développé pour les télécommunications déjà disponible au laboratoire. Une mesure radar en chambre anéchoïque sera effectuée avec un objet pour simuler la surface d’atterrissage.

Semestre S4 : Ce semestre sera dédié à la conception de l’antenne à onde de fuite répondant aux spécifications déterminée pendant l’année 1. L’antenne sera fabriquée et mesurée grâce que banc de mesures développée au S3.

L’apprenti.e sera intégré au sein du laboratoire GeePs (SU, Campus Pierre et Marie Curie, Paris) et travaillera dans l’équipe Ondes et Propagation (17 membres permanents) et plus particulièrement dans un groupe de 4 enseignants-chercheurs (M. Casaletti, J. Sarrazin, G. Valerio, T. Karamanos) travaillant sur les structures rayonnantes pour les télécommunications, le radar et le domaine spatial. Ce groupe encadre actuellement trois apprentis M1, 1 apprenti M2, 3 post-doctorants et 4 doctorant.e.s sur le même campus, et reçoit régulièrement des (post-)doctorant.e.s internationaux pour des visites de quelques mois. Bien que l’apprenti.e aura son propre projet, il bénéficiera, en plus du soutien de ses encadrant.es, des interactions de tout le groupe (dont certains travaillent pour des applications spatiales, notamment avec Thales TRT). Des réunions de groupe sont organisées très régulièrement ce qui facilitera également l’intégration de l’apprenti.e.

L’équipe encadrante de l’apprenti.e se réunira chaque semaine avec l’étudiant.e afin d’assurer le bon déroulement des missions. Ainsi, l’apprenti.e bénéficiera d’un environnement favorable qui lui permettra une large exposition au monde de la recherche. Au terme des deux ans, la personne recrutée possèdera un bagage conséquent pour prétendre aux missions d’un ingénieur radiofréquence ou pour débuter une thèse de doctorat.

Connaissances transversales requises :

• L’apprenti.e devra suivre un Master avec une forte composante en électromagnétisme, où les systèmes antennaires et radiofréquences sont enseignés
• Des notions en traitement du signal sont un plus

Savoir-faire :

• Électromagnétisme appliqué, antenne et propagation
• Maîtrise d’au moins un langage de programmation
• Solides bases en mathématiques