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Programme de recherche 1 - Reconnaissance et surveillance

Le programme de recherche « Reconnaissance et surveillance » du domaine Sciences et technologies d’armasuisse traite de cinq champs de compétences axés sur les capacités dans le domaine ISTAR (Intelligence, Surveillance, Target Acquisition and Reconnaissance). Il présente de nouvelles opportunités en matière d’acquisition d’informations et met en place des compétences technico-scientifiques en lien avec les lacunes de capacités de l’armée à l’aide d’un réseau de coopération multilatéral.

Caméras


À l’avenir, les informations déterminantes pour la prise de décision pourront être obtenues de manière plus rapide et plus précise, même dans des conditions difficiles comme en cas de pluie et de couverture nuageuse, et ce pour de multiples raisons. Par rapport à aujourd’hui, le développement d’algorithmes intelligents permettra une meilleure identification et classification des cibles, notamment grâce à des technologies radar plus avancées pour la surveillance de l’espace aérien. Les derniers progrès dans le domaine des technologies radar cognitives et multistatiques permettent une détection améliorée des cibles aériennes sur la base d’informations issues de l’environnement. Les algorithmes intelligents jouent également un rôle important dans la fusion des données de multiples capteurs ainsi que dans la consolidation d’informations en vue d’établir un tableau pertinent de la situation.

Les progrès de l’électronique permettent de numériser et de traiter une quantité toujours plus importante de données de capteurs, comme en témoigne la reconnaissance fondée sur des images. Des images grand angle à très haute résolution, obtenues au moyen de systèmes faisant appel à plusieurs caméras, peuvent être prises en temps réel. D’autres progrès du domaine de l’électronique et des semi-conducteurs permettent de miniaturiser certains composants des capteurs, présentant un intérêt pour des applications dans des micro-drones et mini-drones. Le développement constant de l’électronique crée des plages spectrales que les capteurs actuels ne permettent pas encore d’exploiter, laissant présager de plus amples progrès en matière d’identification des cibles par des conditions météorologiques peu propices ou depuis des positions camouflées.

Les progrès technologiques actuels ayant une incidence sur les limites de futurs moyens de reconnaissance et de surveillance, les principaux objectifs du programme de recherche sont les suivants :

  • Identifier les technologies pertinentes ainsi que les tendances en matière d’acquisition d’informations (IMINT, RADINT, MASINT, ACCOUSTINT, SAR, GEOINT).
  • Mettre en avant de nouvelles opportunités technologiques.
  • Réunir les bases et les connaissances techniques nécessaires au conseil, à l’expérimentation et aux expertises.

Champs de compétences

Un capteur de reconnaissance de l'espace aérien dans le ciel
Surveillance de l’espace aérien

À l’avenir, les progrès des technologies des antennes, des hautes fréquences, des semi-conducteurs, des algorithmes et des circuits intégrés permettront d’accroître les performances des systèmes radar et fourniront de nouvelles applications. Les axes de recherche de ce champ de compétences ont trait aux systèmes radar adaptatifs, cognitifs, multistatiques, multifonctionnels et en réseau, mais aussi aux contre-mesures intelligentes visant à réduire les perturbations. Les systèmes radar modernes gagnant en agilité et en intelligence, il est impératif que leur pendant, à savoir l’exploration des systèmes radar, soit encore en mesure de rivaliser. Diverses expériences sont réalisées afin de poser les fondements de ce domaine. De plus, les progrès de la détection, de la poursuite et de l’identification des drones sont évalués, notamment pour les repérer dans les environnements bâtis.

Carte de Thoune
Technologie IMINT pour l’exploration à distance

Des capteurs hyperspectraux permettront à l’avenir de détecter des positions bien camouflées sur des distances importantes. Les capteurs hyperspectraux mesurent les propriétés des matériaux. Si les conditions météorologiques le permettent, ils permettent notamment de distinguer un filet de camouflage vert de la végétation qui l’entoure. Par ailleurs, les radars imageurs (Synthetic Aperture Radar, SAR) sont en mesure de fournir des images de reconnaissance haute définition même en présence d’une couverture nuageuse, ceci de jour comme de nuit, y c. à longue distance. Le développement de la technologie SAR promet la capture en temps réel des activités humaines au sol et l’identification du moindre changement. Équipant déjà des drones et autres aéronefs avec équipage, les systèmes SAR ne cessent de gagner en importance à bord de satellites grâce à la miniaturisation et à de nouveaux modèles commerciaux.

Surveillance intelligente d’activités au sol
Surveillance intelligente d’activités au sol

L’analyse intelligente proche des capteurs gagnera considérablement en importance au cours des années à venir. D’une part, les progrès des technologies des semi-conducteurs équipant les détecteurs entraînent une augmentation des quantités de données : celles-ci doivent être analysées localement et réduites. D’autre part, le développement de l’intelligence artificielle et des circuits intégrés ouvre la voie à des solutions techniques permettant l’intégration d’algorithmes modernes proches des capteurs. Il importe par conséquent de suivre et d’évaluer les progrès en matière d’intelligence locale, à savoir des technologies « edge » et « tiny edge ». En outre, la mise en réseau de capteurs hétérogènes est de plus en plus répandue. La fusion des données et des informations de tels capteurs gagne en importance, et de nouvelles solutions techniques sont requises, en particulier concernant les systèmes C2 (command and control) modernes. Ce champ de compétences consiste donc à identifier et à évaluer les tendances et les limites de la surveillance intelligente en réseau.

les progrès des détecteurs
Les progrès des détecteurs

Les progrès des détecteurs et des capteurs sont évalués sous l’angle des limites de performances. Cela concerne les capteurs multiples, la miniaturisation, les capteurs opérant dans de nouvelles bandes spectrales, ainsi que les nouvelles possibilités d'exploration grand-angle. De nouvelles approches d’augmentation des distances d’engagement des capteurs ou d’engagement en zone urbaine (Through Wall Sensing) sont également examinées.

Photo d'un lieu dans la forêt adapté à son environnement et donc camouflé
Détection de cibles et analyse du camouflage

L’évaluation des techniques modernes de camouflage et de détection requiert des connaissances sur les signatures des objectifs et de l’arrière-plan. On analyse par conséquent les signatures à l’aide de simulations et de mesures radar, visuelles, infrarouges et acoustiques. De plus, ce champ de compétences identifie et évalue les progrès du camouflage multispectral, mobile et adaptatif, y c. les nouvelles possibilités en matière de technologie des matériaux. On s’intéresse également au camouflage et à la tromperie face aux dernières technologies d’intelligence artificielle. Enfin, de nouvelles possibilités sont présentées en matière de détection des tirs et des tireurs dans les situations difficiles, p. ex. à l’aide de capteurs d’alerte installés sur des hélicoptères ou en zone urbaine.

Démonstrateurs technologiques

Capteur radar MIRANDA-35
Capteur radar MIRANDA-35

Le démonstrateur technologique MIRANDA-35 permet des prises de vue aériennes du sol, y c. en cas de mauvaises conditions météorologiques (p. ex. couverture nuageuse ou pluie), lorsque d’autres capteurs ne fournissent aucune information utilisable. Les images « quicklook », c.-à-d. les images de télédétection générées dans l’avion en basse résolution immédiatement après la prise de vue, peuvent être transmises à une station au sol par ondes radio. À l’issue de la mission, les données de mesure enregistrées dans l’avion peuvent être converties en images avec une résolution de 10 cm. Ce démonstrateur technologiques possède cinq canaux de réception permettant de déterminer les déplacements des cibles au sol et dans les airs, les propriétés polarimétriques des cibles terrestres, les changements les plus infimes, de même que les informations sur l’altitude du terrain et des grands objets.

Vue aérienne d'une hélicoptère

Les coups de fusil sont à peine audibles pour l'équipage, car ils disparaissent dans le bruit de l'hélicoptère. Il est donc d'autant plus important pour les pilotes d'obtenir des avertissements automatiques et des indications sur les zones de dangers en cas d'événement. Pour acquérir de la compétence d’appréciation dans ce domaine, un hélicoptère Cougar a été équipé de 14 microphones spéciaux à des fins de tests.

Demonstateur Multisensor
Demonstateur Multisensor

Souvent, un unique capteur ne permet pas d'obtenir le résultat souhaité de l'exploration. La plate-forme multicapteurs permet de tirer parti du potentiel qu'offre la fusion des données de capteurs.

Un drone à six rotors vole dans le ciel. Il est relié au sol par une longe.
L’hexacoptère est relié à une station au sol à l’aide d’un câble d’alimentation et de données.

Ce démonstrateur technologique comprend un hexacoptère, un câble d’alimentation et de données ainsi qu’une station au sol. Le drone se maintient typiquement à 80 m au-dessus du sol, au bout d’un câble de 100 m pesant 1,6 kg, soit 16 grammes par mètre. La vitesse du transfert de données peut atteindre 40 Mbit/s. Le drone ajuste automatiquement ses rotors afin d’assurer un vol parfaitement stable et stationnaire. Il est également équipé d’un parachute de secours pour des raisons de sécurité. À l’heure actuelle, un système de stabilisation Gimbal est combiné à une caméra optique et infrarouge. L’utilisation de ce dispositif à des fins de reconnaissance et de surveillance a notamment été présentée à la troupe dans des contextes de détection des drones ou de missions de surveillance. La détection et le suivi automatique de cibles aériennes et terrestres seront étudiés au cours d’une étape ultérieure.

Le microphone mesure les bruits à proximité et transmet les données de mesure.
Le microphone mesure les bruits à proximité et transmet les données de mesure.

Le démonstrateur technologique UDPD (urban drone presence detection) se compose de plusieurs microphones distants et d’une unité d’évaluation centrale. Les microphones sont alimentés par une batterie et ne sont pas affectés par le vent. Ils mesurent les bruits dans leur environnement et transmettent les données audio à une unité centrale à des fins de visualisation et de surveillance. Ce processus permet à l’unité de représenter en temps réel la situation en matière de bruit. Le dispositif détermine en outre automatiquement la présence éventuelle d’un drone à proximité d’un microphone et, le cas échéant, estime la distance qui le sépare du micro. Principales caractéristiques d’un microphone :

  • Spectre du signal : 10 Hz à 8 kHz
  • Niveau du signal : 25 à 130 dB
  • Précision de la synchronisation : < 1 microseconde
  • Débit de la communication sans fil : 256 kbps
  • Puissance : 0,8 W
  • Autonomie : 8 heures, possibilité de raccorder un panneau solaire

Un nœud radar agile se compose d’une antenne émettrice et de deux antennes réceptrices.
Un nœud radar agile se compose d’une antenne émettrice et de deux antennes réceptrices.

Quatre radars programmables de type « software-defined radio radar » sont pilotés par une unité centrale. Leur synchronisation repose sur les signaux GPS. Les axes de recherche suivants sont explorés à l’aide de ce démonstrateur :

  • Ondes radar non linéaires
  • Réseaux radar : fusion des détections radar de plusieurs dispositifs
  • Algorithmes radar cognitifs
  • Technologie de « radar à bruit » : méthodes de camouflage des radars
  • Thématiques RADCOM : bases de la coexistence entre les radars et la communication
  • Approche multistatique des radars
  • Détection des drones en milieu urbain

Chaque nœud radar présente les caractéristiques suivantes :

Antennes : une antenne émettrice et deux antennes réceptrices

Modes de fonctionnement : onde entretenue à modulation de fréquence et formes d’onde programmables selon les besoins

Fréquence radar : 8,2 à 10,6 GHz

Largeur de bande : 160 MHz pour l’onde entretenue et 80 MHz pour les formes programmables

Puissance délivrée : 2 W / 20 W

Une unité réceptrice se compose de 8 antennes WiFi.
Une unité réceptrice se compose de 8 antennes WiFi.

Les radars traditionnels fonctionnent selon le principe monostatique : une seule antenne est utilisée, ou les antennes d’émission et de réception se situent au même endroit. La séparation physique des antennes d’émission et de réception se traduit par une diversité accrue, notamment en matière de performances de réception des ondes radar renvoyées par la cible ou de vitesses Doppler. Un récepteur supplémentaire permet d’accroître encore cette diversité. Ce démonstrateur technologique présente les caractéristiques suivantes :

  • Bande de fréquence : bande C, 5,2 à 5,8 GHz
  • Largeur de bande : 50 MHz max.
  • Nombre d’antennes : une d’émission et deux de réception
  • Antenne d’émission : à commande de phase
  • Puissance de crête : 400 W
  • Plage angulaire électronique : 90°
  • Chaque antenne de réception se compose de huit antennes WiFi pilotant électroniquement huit directions de réception
  • Zone de recherche : 5 km x 5 km

Caméra acoustique équipée de 120 microphones
120 microphones intégrés localisent les sources de bruit en temps réel.

La caméra acoustique équipée de 120 microphones permet de détecter et de localiser plusieurs sources de bruit en temps réel. Il peut notamment s’agir de la détection et de la localisation/du suivi des bruits émis par les drones. Mesurées à l’aide de la caméra acoustique, les directions de l’azimut et de l’élévation des sources de bruit peuvent servir à l’orientation de capteurs supplémentaires (p. ex caméra installée sur une plate-forme orientable). La caméra acoustique est capable d’opérer une surveillance acoustique de l’environnement immédiat sur six fréquences au choix avec des bandes de fréquence individuelles.

Réseau

Le développement de compétences techniques repose sur un vaste réseau de partenaires issus du monde économique, de hautes écoles, d’universités et d’autres centres de recherche, en Suisse comme à l’étranger. Des contacts étroits sont en place et des informations sont échangées avec des utilisateurs et services de planification, d’acquisition et d’expérimentation du DDPS afin d’assurer la pertinence de l’affectation des capacités.


Sciences et technologies Gestion de la recherche
et de recherche opérationnelle
Feuerwerkerstrasse 39
CH-3602 Thun
Tél.
+41 58 468 28 10

Responsable de programme de recherche

Dr Peter Wellig

E-Mail