Télécommunications avec des projectiles

Les missions de l'ISL peuvent se regrouper sous les domaines de la défense et la sécurité du territoire. Les travaux menés peuvent également concerner la sécurité et la lutte contre le terrorisme. Dans le cadre de ces missions, le groupe STC travaille à l'instrumentation de projectiles tirés au canon pour la collecte de données de vol et la mise en place de radiocommunications bidirectionnelles optimisées et sécurisées entre le projectile et des stations alliées, au sol ou aériennes [27, 57, 58]. Ces travaux visent entre autres au développement de munitions "intelligentes" dans le futur, permettant de réduire les dégâts collatéraux en situation de combat, de s'aranchir des systèmes de brouillage et d'écoute adverses, etc. Les projectiles tirés au canon sont soumis à des accélérations pouvant aller jusqu'à 20000 G pour une vitesse de pointe en vol entre Mach 1 et Mach 6, suivant les projectiles, et une rotation pouvant dépasser les 1000 Hz suivant les calibres. Ces contraintes très particulières séparent ce domaine d'application des applications plus connues de la communauté des télécommunications, et l'ISL possède un savoir-faire historique dans ce domaine. Les parties suivantes présentent des exemples

de solutions mises en place à l'ISL pour le suivi et les communications bidirectionnelles avec un projectile.

1.4.1 Les antennes à diagramme xe

Historiquement, la première solution consiste à placer une unique antenne directive alignée avec l'axe de tir, une antenne dont le diagramme de rayonnement est directif et xe. La directivité de l'antenne de la station alliée permet alors de capter les signaux provenant du projectile ou d'émettre vers le projectile. Cette solution présente évidem-ment de nombreux désavantages : aucune adaptabilité n'est possible en fonction de la situation réelle, et les conditions de bonne réception sont tributaires de la trajectoire du projectile, de la position et de l'orientation de l'antenne embarquée par rapport à la station au sol (gure 1.22).

Figure 1.22  Antenne directive xe utilisée pour les télécommunications avec un pro-jectile en vol.

Rapidement, de telles antennes ont été placées sur des structures mécaniques mobiles (gure 1.23). Une estimation de la trajectoire du projectile permet alors d'orienter mé-caniquement l'antenne en direction du projectile. Il devient ainsi possible de suivre un projectile malgré la trajectoire balistique de celui-ci, mais la réactivité du système est dépendante de la structure mécanique et si la trajectoire estimée n'est pas correcte, il est possible que les conditions de la liaison RF ne soient pas satisfaisantes.

Figure 1.23  Antenne parabolique à diagramme xe. Un moteur monté sur le trépied permet le suivi mécanique du projectile.

1.4.2 Les solutions à base de réseaux intelligents

Les réseaux intelligents permettent de s'aranchir des limitations précédentes. Le suivi électronique permis par les techniques de formation de faisceaux est bien plus rapide qu'un suivi mécanique et, en le combinant avec des algorithmes de DOA, ore

une bien meilleure exibilité dans les cas où la trajectoire dière des prédictions. Si les composants sont capables de résister aux accélérations subies au coup de canon, des réseaux intelligents peuvent être embarqués sur le projectile en vol et déployés au niveau de la station au sol pour assurer une directivité bidirectionnelle pendant tout le vol du projectile. A notre connaissance, peu de travaux de suivi à l'aide de réseaux phasés concernent des applications aux contraintes aussi spéciques que le suivi de projectile, et dans ce cas les architectures développées (RADARs actifs [59], stations passives de télémesures [60]) sont, qu'elles soient analogiques [61] ou numériques [62, 63], développées spéciquement pour l'application visée.

1.4.3 Etat de l'art des travaux menés à l'ISL

Le groupe de recherche STC de l'ISL travaille avec des RADARs Doppler actifs (la trajectoire du projectile est calculée en post-traitement en intégrant la courbe de sa vi-tesse) et des stations de réception de données passives situés derrière le canon, alignés avec l'axe de tir, basés sur des antennes directives au diagramme généralement xe. Ces stations de réception utilisent des radios logicielles pour enregistrer les données reçues par une unique antenne lors des tirs instrumentés. Des recherches sont également menées sur des antennes [64] et réseaux d'antennes [65] destinés à la conception de stations au sol ainsi qu'au projectile lui-même. Ces études portent sur des liaisons unidirectionnelles et bidirectionnelles en bandes S et C, et sur la réception de signaux GNSS. Un système de contrôle de réseaux d'antennes intégrés à une pointe de projectile, basé sur une archi-tecture analogique et des déphaseurs numériques 4 bits (gure 1.24a) a ainsi été l'objet d'étude dans le cadre de la thèse de Vincent Jaeck [9].

(a) Pointe de projectile et sous-réseaux confor-més à la surface conique.

(b) Circuit d'alimentation à base de déphaseurs 4 bits développé pour piloter les réseaux pendant le vol.

Figure 1.24  Système de contrôle d'antennes embarqué dans une pointe de projectile développé par Vincent Jaeck dans le cadre de sa thèse [9].

Le système fonctionne à une fréquence de 5,2 GHz, permet 16 congurations pré-calculées pour le diagramme de rayonnement de 4 sous-réseaux linéaires de 3 éléments, activés tour à tour pour rayonner constamment dans la direction de la station alliée

mal-gré le roulis du projectile, et a fait l'objet d'essais en conditions réelles [65]. Ces travaux ont permis de valider le fonctionnement du système, qui limite les émissions de données du projectile en vol à la seule direction de la station alliée. Néanmoins, le système a été conçu spéciquement pour l'application visée à 5,2 GHz et le nombre limité de congu-rations permis par les déphaseurs crée des directions de l'espace dans lesquelles il n'est pas possible de diriger le lobe principal du sous-réseau activé. Ces limitations constituent une partie des motivations des travaux présentés ici.