Présentation des plateformes aéroportées

Présentation des plateformes aéroportées

Des avions aux navires en passant par les hélicoptères, les véhicules et les drones aériens, tout appareil possède des senseurs lui permettant de percevoir l’environnement afin de naviguer, recueillir des informations et agir sur ce dernier. Les recherches dans la suite du document seront concentrées sur deux types de plateformes aéroportées :
➤ Les plateformes aéroportées avec pilote
➤ Les plateformes aéroportées pilotées à distance .

Plateformes aéroportées avec pilote 

Aussi appelées avions pilotés, ces plateformes sont des avions mono ou biplaces, utilisés par les forces armées lors des opérations critiques. Les modèles les plus connus, le Mirage 2000 et le Rafale, ont tous deux été construits par Dassault Aviation. Ces deux plateformes sont entrées en service respectivement en 1984 et 2004 et ont été employées régulièrement lors des conflits de ces dernières années. Ces plateformes aéroportées pèsent une dizaine de tonnes à vide pour une dizaine de mètres d’envergure, peuvent atteindre Mach 2 (2450 km/h) à 50 000 pieds (15 240 mètres) et sont capables d’emporter plus de six tonnes d’équipements et d’armements. Par leurs caractéristiques, ces avions, extrêmement polyvalents, permettent de couvrir un panel de missions très variées : reconnaissance, intervention, recherche d’objets et protection de convois, patrouilles. La figure 2.1 montre deux plateformes aéroportées pilotées. Ces plateformes avec pilotes sont dotées d’un ensemble de senseurs afin de percevoir l’environnement pendant le vol, permettant ainsi au pilote et commandement de visualiser ces informations et prendre les décisions adaptées en temps réel. Les senseurs embarqués à bord de telles plateformes sont nombreux et très spécifiques aux missions que ces plateformes doivent accomplir : un radar multifonction, des détecteurs de menaces, des détecteurs de missiles, etc. De plus, certains équipements peuvent être ajoutés sur la plateforme pendant les phases de préparations de vol : des pods ou nacelles mettant en œuvre des caméras et lasers, des missiles, etc. Chacun de ces emports peut être considéré comme un senseur supplémentaire à disposition du pilote pour recueillir des informations sur l’environnement.

Plateformes aéroportées pilotées à distance : RPAS

Les RPAS (Remotely Piloted Aircraft System, plateforme aéroportée pilotée à distance) sont pilotées par une liaison radio permettant au pilote et au commandement, positionnés au sol, de contrôler la plateforme à distance. À l’instar des plateformes avec pilotes, les RPAS possèdent un ensemble d’équipement permettant de collecter les informations de l’environnement. Les senseurs à disposition sont capables de réaliser les mêmes fonctions que ceux présents sur la plateforme aéroportée avec pilote. Ainsi, le radar, les différents détecteurs et les antennes seront aussi présents à bord d’un RPAS. Les figures 2.2 montrent deux exemples de RPAS. Plus légères et avec des dimensions proches de celles des plateformes avec pilote, les RPAS étudiés ici pourraient demain les remplacer afin d’accomplir des missions périlleuses sans risquer la vie de pilotes. Une autre possibilité est de constituer des formations avec une plateforme habitée et plusieurs RPAS. Ainsi la plateforme pilotée a à sa disposition l’ensemble de l’équipement et de l’armement de la formation pour accomplir la mission. De plus, les distances entre les senseurs de la formation permettent une plus grande précision de mesures des angles et des distances suivant les algorithmes de traitement du signal utilisés, grâce aux différences de temps d’arrivées des signaux entre les senseurs. Voir [Merrill, 1990] .

Définition d’un système multi-senseur multifonction

Définition d’un senseur

Un senseur est un instrument permettant de recueillir des données provenant de l’environnement. Le terme senseur est le synonyme de capteur, mais ce terme inclut des notions particulières non couvertes par la définition d’un capteur. Dans ce document, un senseur est un instrument pouvant être composé de plusieurs émetteurs/- capteurs ainsi qu’une partie « traitement de signal » afin de traiter l’information brute provenant des capteurs. De manière générale en physique de capteurs, deux groupes sont à distinguer : les capteurs actifs et les capteurs passifs. Les capteurs passifs collectent des données de l’environnement sans le stimuler. C’est le cas des antennes permettant de recevoir les signaux provenant des objets sur le terrain ou d’une caméra. Contrairement aux capteurs passifs, les capteurs actifs nécessitent d’émettre des signaux pour pouvoir ensuite collecter des données. Un radar, un sonar ou un capteur de distance à ultrasons sont des capteurs de type actif. Avec la généralisation de l’utilisation des systèmes radio et l’avènement de l’électronique numérique et de l’informatique, l’art du combat aérien s’est transformé. Aujourd’hui, la réussite d’une mission relève de la faculté des différents acteurs à collecter et maitriser l’information sur le théâtre d’opérations. Ce type de combat s’appelle la guerre électronique (Guerre Électronique (GE), Electronic Warfare, guerre électronique (EW) en anglais). La Guerre Électronique consiste à analyser le spectre électromagnétique afin de détecter, brouiller et localiser des objets situés sur le théâtre d’opérations. La guerre électronique a aussi pour objectif de recueillir l’ensemble du spectre électromagnétique afin de procéder à un traitement ultérieur et préparer les prochaines missions (SIGnal INTelligence (SIGINT)). Sur un théâtre d’opérations, la localisation des objets peut se faire de manière passive par localisation de la source émettrice des signaux radio. Pour cette raison, correctement comprendre quand un senseur peut être utilisé est essentiel pour l’aspect stratégique de la mission. Dans le cas où la mission nécessite une certaine discrétion, il faut limiter l’utilisation des senseurs actifs afin de ne pas exposer la position de la plateforme. L’ensemble des informations concernant les objets du théâtre d’opérations constitue la SiTac (Situation Tactique). La SiTac peut être vue comme une carte du théâtre d’opération renseignée de la position des objets en temps réel. Cette carte peut rassembler les données de vitesse, d’altitude, de type, etc. de chaque objet connu du théâtre et constitue un des principaux centres d’intérêt pour la chaine de commandement opérationnelle. En effet, elle peut être partagée entre plusieurs plateformes de façon à profiter de la répartition géographique de ces dernières sur le terrain. L’ensemble des données remontées par les senseurs permettent de construire et contribuer à la SiTac propre à la plateforme et SiTac collective au fur et à mesure de la mission. Les senseurs sont caractérisés par une grandeur physique ainsi qu’un sous-ensemble de valeurs de cette grandeur sur laquelle ils sont effectifs. Dans le cas d’un radar aéroporté, cette grandeur physique est de type Électromagnétique-Radiofréquences (RF) et sur des bandes de fréquences qui dépendent des caractéristiques du radar, Bande X (≈ 10 GHz) pour le radar du Rafale RBE2 (Radar à Balayage Electronique 2 plans) .

Un senseur est aussi caractérisé par un type de fonctionnement. Deux types peuvent être énoncés : un type plage complète et un type spécifique. Les senseurs du type plage complète utilisent le senseur sur tout le sous-ensemble de la grandeur physique qui lui est propre, et ce à chaque instant. C’est par exemple le cas pour un détecteur infrarouge : le détecteur fonctionne sur l’ensemble du spectre à chaque instant. Le pilotage d’un tel senseur revient essentiellement à l’activer ou à le désactiver, sans autre instruction particulière. Un senseur ayant un mode de fonctionnement spécifique requiert plus d’instructions afin de fonctionner. C’est le cas d’un radar aéroporté : le radar fonctionne selon une bande de fréquence spécifique choisie en fonction de l’objectif. À chaque instant, le radar fonctionne sur une bande de fréquence particulière, donc plusieurs bandes de fréquences ne peuvent pas être utilisées en même temps par l’opérateur. La direction de pointage du faisceau radar est aussi une caractéristique spécifique. Chaque objectif de la mission peut requérir de pointer le faisceau dans des directions particulières. L’instruction à envoyer à un senseur de type spécifique peut donc contenir un grand nombre de paramètres comme l’angle de pointage, la fréquence de fonctionnement. Dans ce cas, il est dit de ce type de senseur qu’il fonctionne dans un mode donné. Un mode correspond à un ensemble de caractéristiques qui décrivent le fonctionnement du senseur de façon à abstraire l’ensemble des paramètres pour l’opérateur et ainsi faciliter son pilotage.

Un senseur peut être utilisé de deux façons : manuel ou autonome. Un exemple de pilotage manuel de senseur est l’utilisation d’une caméra de recul sur un véhicule. L’utilisateur souhaite obtenir une information de l’environnement, il active l’équipement et visualise le résultat. Au contraire, un altimètre à ultrasons sur drone est utilisé de manière autonome par la plateforme. L’utilisateur choisit dans ce cas l’attitude de l’appareil, l’algorithme de pilotage asservit les commandes de façon à respecter la consigne en utilisant l’altimètre. L’utilisateur n’utilise pas directement le senseur dans ce cas, mais décide uniquement d’un objectif de haut-niveau. Pour une plateforme aéroportée, avec pilote ou RPAS, le contrôle des senseurs se fait aujourd’hui manuellement. Cela signifie qu’un opérateur est assigné à cette tâche.

Table des matières

1 Introduction
1.1 Problématique générale
1.2 Présentation succincte du contexte
1.3 Évolution du contexte
2 Contexte applicatif et industriel
2.1 Introduction aux systèmes de senseurs
2.1.1 Présentation des plateformes aéroportées
2.1.1.1 Plateformes aéroportées avec pilote
2.1.1.2 Plateformes aéroportées pilotées à distance : RPAS
2.1.2 Définition d’un système multi-senseur multifonction
2.1.2.1 Définition d’un senseur
2.1.2.2 Définition d’un SMS multifonction
2.1.2.3 Exemple d’un senseur
2.1.2.4 SMS étendu
2.1.2.5 Explicitation du SMS étudié
2.2 Contexte industriel et opérationnel
2.2.1 Évolutions du besoin
2.2.1.1 Transformation du contexte stratégique
2.2.1.2 Transformation des besoins opérationnels
2.2.1.3 Nouveaux objectifs des concepteurs de systèmes
2.2.2 Évolutions des SMS de leur création à aujourd’hui
2.2.2.1 Apparition des systèmes de senseurs
2.2.2.2 Évolutions et mises-à-jour
2.2.2.3 Les SMS aujourd’hui
2.2.2.4 Avenir des systèmes
2.2.2.5 Des senseurs adaptables à différents contextes
2.3 Problématiques
2.3.1 Architecture des systèmes de senseurs
2.3.2 Contraintes de conception d’une architecture multi-senseur
2.3.2.1 Satisfaire les besoins opérationnels
2.3.2.2 Répondre aux exigences industrielles
2.3.2.3 Possibilité d’enrichir l’architecture avec d’autres technologies
2.3.3 Problématique de partage des ressources du SMS
2.3.3.1 Coordination et optimisation des senseurs par ordonnancement
2.3.3.2 Contraintes de partage des ressources
3 État de l’Art
3.1 Architectures multi-agent pour systèmes multi-senseur et multifonction
3.1.1 Système multi-agent (SMA)
3.1.1.1 Agent logiciel
3.1.2 Artefacts
3.1.2.1 Portée des SMA et applications
3.1.2.2 Agentification
3.1.3 SMA en ligne
3.1.4 Architectures multi-senseur
3.1.4.1 Transformations des systèmes de senseurs
3.1.4.2 Assistance au pilote
3.1.4.3 Systèmes multi-agent pour multi-senseur
3.1.5 Frameworks SMA
3.1.5.1 Vue d’ensemble
3.1.5.2 JACK®
3.1.5.3 Jiac V
3.2 Ordonnancement des ressources au sein d’une architecture SMS
3.2.1 Contraintes du contexte sur l’ordonnancement
3.2.1.1 Actions prioritaires et immédiates
3.2.1.2 Ordonnancement local aux senseurs
3.2.1.3 Classification du problème d’ordonnancement
3.2.1.4 Problème d’ordonnancement simplifié
3.2.2 Partage de ressources
3.2.2.1 Job-Shop
3.2.2.2 RCPSP
3.2.2.3 Complexité du problème
3.2.3 Techniques d’ordonnancement
3.2.3.1 Ordonnancement en ligne ou hors-ligne
3.2.3.2 Ordonnancement centralisé
3.2.3.3 Ordonnancement décentralisé
3.2.3.4 Ordonnancement par négociation
3.2.3.5 Ordonnancement par MILP
3.2.3.6 Ordonnancement par heuristiques
3.2.3.7 Synthèse des méthodes d’ordonnancement
4 Conclusion

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