Le radar Horus est un radar météorologique expérimental tridimensionnel à balayage électronique et polarimétrique numérique monté sur camion, conçu et exploité par le Centre de recherche radar avancé de l'Université de l'Oklahoma en collaboration avec le Laboratoire national des orages violents. Le radar porte le nom du dieu égyptien du ciel Horus, dont l'œil est représenté sur le côté du véhicule..
Contrairement à d'autres radars de recherche mobiles à antenne réseau à commande de phase, notamment le Rapid-Scan DOW, le MWR-05XP et l'Atmospheric Imaging Radar (AIR), Horus est le premier à utiliser une architecture à réseau phasé entièrement numérique et l'un des premiers à avoir une double polarisation. Cela en faisait le radar de recherche le plus avancé au monde en 2024..
Historique et déploiement Le Centre de recherche radar avancé a commencé à travailler sur le développement de radars réseau à commande de phase météorologique au milieu des années 2000, avec un plan détaillé pour le radar d'imagerie atmosphérique (AIR) présenté à la Conférence sur la météorologie radar en 2007.
En 2011, l'AIR était terminé et a effectué son premier test opérationnel le 8 août. Il utilisait une architecture de formateur de faisceau à sous-réseau d'imagerie fixe à polarisation unique, qui offrait des coûts faibles au prix d'un faisceau de transmission en « éventail » fixe. gauche|vignette| Radar imageur atmosphérique. (AIR) Peu après l'achèvement du radar mobile AIR, le Centre de recherche radar avancé a commencé à travailler sur le développement de systèmes à réseau à commande de phase nouveaux et plus avancés. Ces efforts ont abouti au radar polarimétrique cylindrique (CPPAR) et à Horus, tandis que d'autres projets comme le radar imageur atmosphérique parabolique (PAIR) et le radar imageur volumétrique mobile à balayage rapide en bande Ka (KaRVIR) sont encore en développement en 2026.
Les travaux sur Horus ont commencé au début des années 2010 grâce à un financement de la NOAA, de l'Office of Naval Research et de l'Army Research Laboratory . En 2018, le Centre de recherche radar avancé avait obtenu plus de 15,2 millions de dollars de subventions gouvernementales spécifiquement liées au projet Horus, dont 6,4 millions de dollars provenant de la NOAA et 8,8 millions de dollars des deux autres.
Le premier prototype a été testé en 2019 et après plusieurs années de développement supplémentaires, Horus a été achevé à l'automne 2022 En décembre 2022, la radar est devenu le tout premier radar à balayage électronique entièrement numérique à collecter des données météorologiques.
Comme Horus est limité par son logiciel plutôt que par son matériel, il a bénéficié de mises à jour et de développements continus depuis son lancement initial, notamment le recalibrage des modes de balayage existants et l'ajout de nouveaux modes de balayage au début 2025.
Ce radar a sondé divers phénomènes météorologiques, notamment des traînées de foudre qui étaient auparavant inobservables à l'aide de radars à antennes paraboliques traditionnels. Ainsi lors d'un épisode orageux violent le 11 mai 2023, il a pu effectuer 582 relevés radar contenant des échos de foudre sur une période d'une heure. Ces analyses comprenaient des observations rares d'éclairs dans des canaux positifs se propageant à travers des couches chargées négativement, qui sont notoirement difficiles à détecter pour les réseaux de détecteurs de foudre.
Le 27 avril 2024, Horus a détecté sa première circulation tornadique, une tornade le long d'une ligne de grain quasi-linéaire (QLCS) de courte durée lors de l'éruption de tornades du 25 au 28 avril 2024. Le 3 juin 2025, le radar a analysé une tornade EF-1 se déplaçant vers le sud-est passant de Newcastle à Norman en Oklahoma.
À partir de 2026, Horus participera à un projet de recherche de 3 ans appelé Phased Array Polarimetry for Electrification and Lightning (PAPEL), qui vise à étudier la foudre en combinant la technologie de balayage rapide dHorus et de RaXPol avec l'Oklahoma Lightning Mapping Array, des capteurs de changement de champ électrique et des observations vidéo.
Caractéristiques Horus utilise un radar à réseau de 25 panneaux constitués de . Chaque élément est numérisé et combiné pour former un ou plusieurs faisceaux dirigés par logiciel, permettant à Horus de changer rapidement son mode de balayage sans qu'il soit nécessaire de modifier physiquement l'architecture radar. Cela signifie également qu'il n'utilise pas de déphaseurs et d'atténuateurs physiques, ces fonctions s'effectuant par logiciel configurable.
Le logiciel dHorus est composé de quatre couches principales, comprenant le traitement et le contrôle déterministes du signal radar effectués dans des réseaux de portes programmables sur site (FPGA), le logiciel embarqué contrôlant l'architecture du sous-panneau, le traitement des données en arrière-plan sur des serveurs et l'interface opérateur exécutée sur des ordinateurs..
+Spécifications du radar Horus. Fréquence Polarisation , , , Forme d'onde Tx Générateur de formes d'onde arbitraires Puissance crête Tx (élément unique) 10 W par polarisation Puissance crête de transmission (totale) 32 kW Largeur d'impulsion maximale de transmission 100 μs à un cycle de service de 10 % Bande passante maximale de transmission 100 MHz Espacement des éléments Nombre de panneaux 25 () Angle de balayage électronique maximal ±45° az, ±45° el Taille de l'ouverture Largeur de faisceau Tx/Rx à l'horizontale 2,58° (sans conicité) Détectabilité (1 impulsion) 9,9 dBZ à 50 kmHorus fonctionne en bande S, une gamme de fréquences qui offre une plus grande portée et souffre d'une atténuation nettement moindre que les bandes X et C, au prix d'une résolution inférieure. Cependant, les radars en bande S sont toujours capables de produire des résolutions suffisamment bonnes pour une analyse météorologique détaillée au prix d'antennes de plus grand diamètre comme avec NEXRAD et WSR-74-S.
Pour les radars à réseau à commande de phase, qui utilisent des éléments rayonnants plutôt que des antennes paraboliques, la largeur du faisceau et la résolution dépendent du nombre total d'éléments rayonnants et de la puissance qui leur est fournie. Du fait de sa taille et qu'il ne possède que rayonnants, la résolution et la largeur du faisceau d'''Horus sont nettement inférieures à celles des radars NEXRAD, produisant une largeur de faisceau de 3,1° contre 0,95° pour NEXRAD. Ajouté au fait que sa longueur d'onde est de 10 cm, la résolution globale qu'il produit est bien inférieure à celle de nombreux autres radars météorologiques, y compris d'autres modèles en bande S.
Malgré ces limitations, la version actuelle dHorus est toujours capable de fonctionner comme un radar météorologique performant et de réaliser des observations scientifiques utiles. Les futures versions, qui seront fixes, pourront atteindre une résolution beaucoup plus élevée avec un nombre de panneaux et d'éléments radiatifs installés qui ne seront plus limité par les contraintes liées au montage sur un camion.
Selon le mode de balayage utilisé, Horus peut effectuer des balayages de petits secteurs en seulement 2 à 4 secondes et des balayages PPI et RHI plus traditionnels en 60 à 90 secondes. Ces balayages sont nettement plus rapides que ceux des radars à antennes paraboliques et balayage mécanique traditionnels, le NEXRAD effectuant un balayage complet d'un volume de couverture sur 360° en 5 à 10 minutes. Ces balayages rapides permettent à Horus d'observer des changements rapides dans la structure des orages, ce qui est particulièrement utile pour comprendre la tornadogenèse et les phénomènes atmosphériques à petite échelle temporelle.
Pour calibrer le radar sur le terrain, un drone équipé d'une sphère métallique est utilisé servant de cible pour le signal émis et reçu. Cela permet à Horus de se recalibrer dans chaque environnement atmosphérique et topographie unique, évitant ainsi les imprécisions potentielles qui surviennent avec les méthodes d'étalonnage traditionnelles.
Modes de balayage L'architecture entièrement numérique dHorus lui permet de réaliser une grande variété de modes de balayage traditionnels et avancés, indisponibles pour les antennes paraboliques traditionnelles et même pour d'autres systèmes à réseau phasé.
Modes de balayage conventionnels
Vue panoramique à angle d'élévation constant (PPI) : Le faisceau radar est balayé électroniquement horizontalement sur 90° à une élévation fixe et sans rotation mécanique du radar. Cela crée un balayage radar bidimensionnel, mais le faisceau radar peut être balayé à plusieurs élévations pour créer un balayage volumique tridimensionnel. Horus peut créer un balayage tridimensionnel dans une plage d'élévation de 0° à 20° avec un azimut de 90° dans un laps de temps de 60 à 90 secondes, ce qui est nettement plus court que les radars traditionnels. Affichage Hauteur-Distance (RHI) : le faisceau radar est balayé électroniquement selon la verticale à un azimut fixe et sans rotation mécanique du radar. Cela crée une coupe verticale bidimensionnelle de la structure de l'orage, mais le faisceau radar peut être balayé verticalement selon plusieurs azimuts pour créer un balayage volumique tridimensionnel. Comme le PPI, un examen volumique tridimensionnel prend entre 60 et 90 secondes. Cette méthode peut limiter la résolution temporelle.
Faisceaux multiples
Faisceaux simultanés : le radar crée plusieurs faisceaux simultanés dans plusieurs directions. Cela permet à Horus de balayer simultanément plusieurs élévations ou azimuts et permet des mises à jour radar rapides à basse altitude, ce qui peut donner une meilleure résolution des zones de forts gradients de réflectivité et les environnements changeant rapidement comme le mésocyclone lors de la formation d'une tornade.
Cependant, la transmission simultanée de plusieurs faisceaux oblige Horus à répartir la puissance entre le nombre de faisceaux émis, ce qui dégrade le gain d'antenne et le signal minimal détectable par rapport à un balayage à faisceau unique effectué avec les modes de balayage traditionnels. Cette dégradation signifie que la radar ne transmet généralement que 3 à 7 faisceaux à la fois. Lorsqu'il est utilisé en mode de transmission simultanée, il est généralement associé à une rotation mécanique du radar, permettant un balayage haute résolution à 360° à une élévation de 20° en seulement 90 secondes.
Faisceaux de transmission quasi simultanés : le radar crée plusieurs faisceaux qui changent de direction d’impulsion en impulsion, la direction de pointage étant séparée par environ une largeur d’impulsion. L'avantage de ce mode est qu'il réduit la contamination du lobe principal par les lobes secondaires sur les gradients abrupts tout en préservant le gain d'ouverture maximal. Cependant, il présente l'inconvénient de diminuer la longueur de l'impulsion par azimut proportionnellement au nombre de faisceaux transmis, réduisant ainsi la détectabilité de l'écho.
Imagerie radar
Déformation unidimensionnelle : le faisceau d’émission est élargi de sorte qu’il soit plus large qu’un faisceau-crayon traditionnel. Pour le déjaugeage 1D, le radar pivote pour effectuer un balayage à 360° sur une élévation de 20°. Cela permet des mises à jour beaucoup plus rapides au détriment de la résolution angulaire, avec la possibilité de réaliser des analyses complètes en seulement 10 à 30 secondes. Ceci est particulièrement utile pour documenter l'évolution rapide des orages et collecter un échantillonnage vertical dense.