Démonstrateur franco-britannique "IRM" : gestion intelligente et homéostatique des radars multifonctions

21/10/2017
Publication REE REE 2005-3
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-3:20555
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Démonstrateur franco-britannique

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LES RADARS Démonstrateur franco-britannique «) R) Vt : m m gestion intelligente Ir et homéostatique des radars multifonctions Par Frédéric BARBARESCO Thales Air Defence, Bagneux Mots clés flj t3CI1 E'S N 1 lëlllle cliili 1 l'el] \ et t* (ilili-, ',.iu' : ; Ili ! I7iV' : IIIW'S'ic' ; IIIII ; IUIIWIts'.Il u.ï' sysicnic f/'< : -'f//.s c'/ (7/ ? \' ..' ; 7'L'. L'///.S J/'/'/'/f./f.... rëLjllt'fes/J ( ; 1 OJh_'FO/l. ! lIr,... i\t'.le, il Il ;] \ c, le l ctlï'li.'.5 aU OW fYrIE'1ll'.... f liC?II1711 2lIIlCI (>12Cuc :.` ;vC ? II>->\'>S'II1's l',lu : llIfl..'Cfll :'iu ce luf7t'1/r) 177lulîtLl7i u'1 t-Îu CI iîlf7 (l'u, Ol:.71717C111 :.'u197171.1f) YN1C)lïC%i S , " Fiult ; -e 1. Objcctf tle li gestioti « iiitelligeiite » i-adcii-. action positive, des interactions fortes entre des éléments interconnectés, des causalités non-linéaires qui génèrent l'émergence de comportements globaux du système parfois contre-intuitifs. En cela, notre attitude épistémo " logique penchera plus vers l'holisme que le réductionnisme, en considérant que le système complexe, que constitue un radar multifonction, possède des caractéristiques émer- gentes liées ilsa totalité,et dont les propriétés ne sont pas réductibles à, et déductibles de celles de ses éléments. Si le concept de système n'est pas nouveau et date des années 40 avec les apports conjoints de L. von Bertalanffy, N. Wiener, C.E. Shannon, Mc Culloch, J.W. Forrester et H. Simon, la gestion des radars multi- fonction nous confronte à des problématiques nouvelles et complexes, qui dépassent le cadre classique de la science des systèmes. Nous essaierons cependant de conserver des liens avec les concepts de la systémique et en particulier avec la notion d'homéostasie. Le terme « homéostasie », du grec « homios » (le même) et « stasie » (la mise au repos) fut introduit en biologie par Claude Bernard au milieu du XIX'siècle puis développé par le physiologiste Walter Cannon dans les années 1920, pour décrire la capacité de l'organisme à maintenir un état de stabilité relative des différentes composantes de son milieu interne, et ce, malgré les changements constants de l'environnement externe. Dans ce pro- cessus, le centre de contrôle averti des déséquilibres par son réseau de communication, décide d'une réponse compensatrice qu'il achemine, toujours par l'intermé- diaire de son réseau de communication, vers certains de ses éléments constitutifs qui par leur action, permettent la satisfaction des besoins en relation directe avec la situation provoquée par la modification du départ, afin de créer un retour vers un équilibre dynamique. Dans le domaine physiologique, les processus en jeu peuvent être très complexes : maintien de la tension artérielle, de la température corporelle, du débit sanguin, des volumes lipidiques, du pH, etc. En résumé, l'homéostatie est la propriété de stabilité dynamique de systèmes complexes, et signifie le maintien d'un équilibre par le jeu des régu- lations internes. En particulier, un système homéosta- sique résiste aux changements et perturbations. Par analogie, nous parlerons dans la suite de radar « homéo- statique » pour les radars devant s'adapter à la surcharge tout en assurant des performances dégradées mais dont la stabilité permet de les relier à des performances opérationnelles. Ainsi, un radar « homéostatique » devra dégrader de façon régulière et homogène ses perfor- c c mances en présence de surcharge (c'est-à-dire lorsque le radar dépasse son point de fonctionnement). Le concept d'homéostasie a été largement développé par certains scientifiques. Je ne finirai pas cette introduction sans parler des apports de Henri Laborit, qui a appliqué à la biologie l'approche de la théorie des systèmes, et a donné une définition plus large que celle de Couffignal ( « la cybernétique, c'est l'art de rendre efficace l'action ») en ces termes dans son ouvrage Binlogie et Structvre : « La cybernétique serait bien l'art de rendre efficace l'action. Mais ce n'est là qu'envisager la finalité de l'action. Par contre, du point de vue de sa significa- tion générale, on pourrait aussi bien dire qu'elle repré- sente la science de la dynamique des structures. » (les mathématiques, étant elles, la science des structures). Pour conclure, plus récemment à la fin des années 80, Peter Sterling a introduit la notion d' « allostasie » (la REE N'' Mars2005 Démonstrateur franco-britannique « IRM » : gestion intelligente et homéostatique des radars multifonctions MMI u = ACCS Radar/ Environ- ment simulator mya 3n "çe CI ci r Figures of Merit Estimat- Ion - \-... LL Synchroniser Sti-ii (titi-e Élii Éléiiioiisti- (itei (i- IRM (ii gaiiclie) et les t (iiigcige.ç cissot-ié,s UML-JIVA (ii (li-oite). stabilité à travers le changement), étendant le principe d' « homéostasie » (la stabilité à travers la constance) de Claude Bernard. La notion d'allostasie suppose l'antici- pation, l'utilisation d'information a priori, pour prévoir la demande. Dans cette approche par anticipation, les senseurs adaptent leur sensibilité à la dynamique prédite des entrées, et les effecteurs préparent leurs sorties à la dynamique prévue de la demande. L'homéostasie apparaît ainsi comme une approche « tactique » de la régulation des systèmes, l'allostasie étant son extension dans le domaine « stratégique », d'adaptation anticipée de la « riposte » à l'agression. 2. Le démonstrateur « IRM » (Intelligent Radar Management) L'approche systémique et cognitive de la gestion des radars multifonction est l'aboutissement d'une étude Eurofinder de 5 ans, intitulée « IRM » (Intelligent Radar Management), fruit d'une collaboration franco-britan- nique entre Thales Air Defence (Bagneux, France) et Alenia Marconi Systems (BAE Systems, Ile de Wight, Royaume-Uni), financée du côté français par le DGA/SPAé et du côté anglais par le UK MoD/DSTL. L'objectif de rendre « intelligent » le radar a pour principale finalité de rendre efficace son action par rap- port à son environnement (fouillis, brouillage, conditions de propagation), aux menaces (les cibles) et aux missions (les requêtes des centres). Le nouveau paradigme est de concevoir la gestion radar comme un processus réactif permettant d'utiliser au mieux les capacités du radar. En effet, les radars de nouvelles générations, en particulier les radars multifonction à balayage électronique deux tD plans, sont de plus en plus complexes et offrent de plus en plus de degrés de liberté. Un opérateur humain n'est plus capable d'utiliser pleinement, efficacement et rapi- dement les capacités totales des radars pour faire face à des environnements de plus en plus hétérogènes et hos- tiles (contextes opérationnels hybrides : zones littorales, milieu urbain, activités civiles...), à des menaces de plus en plus diverses (avions, hélicoptères, drones, missiles anti-radar, missiles de croisière, missiles balistiques...) et à des missions de plus en plus protéiformes (requêtes de centre de commandement, C4ISR...) intégrant le radar dans l'architecture de système de systèmes et participant à la boucle OODA (Observation, Orientation, Décision, Action). Dans ce contexte, le radar apparaît comme un système complexe, ouvert sur le plan informationnel et organisé en niveau de complexité (la structure qui sous-tend son architecture). Allouer au mieux les ressources du radar, c'est avant tout trouver l'ordonnancement optimal des tâches dans le temps (contraintes temporelles), en maximisant l'emploi de ces tâches (contraintes de performances) et en jouant prioritairement les tâches considérées comme les plus importantes (contraintes de priorités). 3. Description du démonstateur « IRM » Le démonstrateur IRM. développé conjointement par Thales Air Defence et Alenia Marconi Systems, grâce à une documentation commune (SSS, SSDD, SRS, IRS) intégrée aux outils de développement UML/Objecteering, a été codé en langage JAVA avec un traçage efficace et a e e e CI performant des spécifications de la phase de conception à F-- REE N''D Mars 2005 'QJ ",,JJ ",)'-\ : p LES RADARS la phase de tests et de validation (documents STD et STR). Le coeur du démonstrateur IRM repose sur deux modules principaux « supervisor » et « scheduler », que nous détaillerons dans la suite, intégrés dans une archi- tecture de simulation permettant de simuler l'IHM radar (module MMI), le centre C2 de commande et de contrôle (module ACCS), l'environnement (fouillis, brouilleur, propagation) et les fonctions élémentaires du radar TS/TD (module Radar Environment simulator), et égale- ment les fonctions nécessaires au calcul des perfor- mances (module Figures of Merit) et à l'activation et la synchronisation des modules de la simulation (module synchroniser). La gestion « intelligente » du radar a été structurée en deux modules principaux : le supervisor et le scheduler (cf. figure page 55). Thales Air Defence a pris en charge la spécification complète et le développement du module « scheduler ». Pour le module « supervisor », les spécifi- cations ont été développées en commun par les deux industriels, mais le développement du code a été confié à AMS. Les concepts développés lors de la spécification du simulateur ont donné lieu au dépôt de 5 brevets par Thales Air Defence. 3.1. Le maillage adaptatif de la veille dans le module « supervisor » Le module supervisor a pour objectif (stratégique de haut niveau) d'évaluer et de décider. L'évaluation (module « situation assessment ») consiste à analyser, caractériser et synthétiser l'environnement du radar (les cibles, les brouilleurs, les fouillis, les conditions de propagation). Cette fonction est entre autres mise en oeuvre grâce à des traitements basés sur des techniques de traitement d'ima- ge pour la cartographie des fouillis par exemple. La fonction de décision doit permettre de comprendre, d'apprendre, d'anticiper et d'être capable de proposer, de décider, de commander et d'allouer les ressources du radar (génération des requêtes de pointages). Cette tâche est faite par trois modules ( « priority allocation », « waveform selection » et « request generator »). En fonction des missions provenant de centre de commande- ment (requêtes dédiées de veille et de pistage, découpe du domaine de surveillance en niveau de menace, secteurs de silence demandés...) et sa compréhension de l'envi- ronnement fourni par la fonction d'évaluation ( « situation assessment »), le radar alloue au mieux les ressources en générant des requêtes de pointages auxquelles on associe des priorités et des formes d'ondes en fonction de la char- ge du radar et du scénario (cible/fouitlis/brouilleur/mis- sion) en présence. Le générateur de requête est susceptible de mainte- nir l'homéostasie du radar de plusieurs façons : . adaptation du maillage de veille en fonction de la charge, . choix des stratégies et des politiques de l'ordon- nancement des pointages, . le réglage des cônes gérés par type de pointage et par secteur azimutal pour lisser plus ou moins la charge. c Le maillage adaptatif de la veille est un des maillons- clef du processus du maintien d'homéostasie radar dans l'étude IRM. La plupart des radars actuels multifonction présentent en cas de surcharge locale/globale, une dégra- dation de la veille qui se traduit par un effet de « mitage » de leur volume de surveillance (les pointages de veille sont retardés et ne sont plus joués à la période requise, ce qui rend la veille non-opérationnelle). Cet effet de « mitage » est subit, c'est pourquoi nous proposons préférentiellement dans IRM d'adapter le maillage de veille à la charge pour assurer des performances opérationnelles, même si pour ce faire il faille réduire la portée du domaine veillé mais en évitant l'effet délétère du « mitage ». Le maillage adaptatif pourrait être affiné, mais dans IRM nous avons favorisé une solution pragmatique, peu gourmande en temps de calcul, et valable en première approximation. Le compromis fondamental qui sera réalisé est basé sur l'équation simple suivante : Temps demandé par la veille = durée d'un pointage c x surface à veiller/surface couverte par un pointage. c Pour un secteur azimutal donné, la surface à veiller étant fixée, le temps minimum de scrutation de ce volume est donné en minimisant le rapport « durée d'un pointage/surface couverte par un pointage ». La durée du pointage est déduite de la forme d'onde requise et la sur- face couverte par un pointage est directement proportion- nelle à la surface à 3 dB du pointage considéré (l'indice de proportionnalité sera effectivement fixé, lorsqu'on aura également choisi le taux de recouvrement entre poin- tages : Lattice ? Spaciiig). L'idée est de disposer préa- lablement d'un tableau croisé de pointages disponibles de différentes surfaces et de différentes formes d'onde. Suivant le temps réservé à la veille en fonction de la char- ge induite, en particulier par le pistage, on sélectionnera par secteur azimutal le pointage et la forme d'onde la plus adaptée. Evidemment, la combinaison « largeur de poin- tage/forme d'onde » sera également contrainte par le gabarit de veille (pour une SER de cible donnée, assurer une probabilité de détection supérieure à 90 % jusqu'à une certaine distance de détection). Le processus de sélec- tion du maillage de veille est alors le suivant : . Charger les paramètres de portée minimale, maxi- male et SER de cible pour le secteur considéré. Sélectionner les couples « largeur de pointage/forme d'onde » qui vérifient les contraintes de portée à SER donnée. REE No 3 Mars 2005 Démonstrateur franco-britannique « IRM » -1 gestion intelligente et homéostatique des radars multifonctions 1 - À L + + v 1 F le ,= + 1 r e' " Figiti-e 2. Pcii-cli7iéti-cige d'iiiie jiaille éléiiieiitai.ie C> Sélectionner parmi ces couples celui qui minimise le rapport : durée d'un pointage/surface couverte par un pointage. Si aucun couple " largeur de pointage/forme d'onde " ne vérifie la contrainte de portée, une alerte sera transmi- se à l'opérateur indiquant que le radar a dépassé les capa- cités de ses ressources par rapport à la charge actuelle et la mission de veille demandée. Une seconde étape est ensuite activée afin de déter- miner le taux de recouvrement et la période de rafraî- chissement des pointages de veille (suivant une conven- tion de maille triangulaire). Les taux de recouvrement seront définis comme proportionnels à la largeur des pointages à l'émission, et nous déterminerons le coeffi- cient de proportionnalité associé. L'algorithme de base est alors le suivant : . Evaluer le temps disponible T,,,,,il pour scruter le secteur en veille. Déterminer le coefficient de proportionnalité du taux de recouvrement N,,,, et la période de rafraîchissement. La largeur de pointage AOel augmentant avec la déflection en azimut, nous nous plaçons dans le référentiel pour lequel cette variation est compensée. Dans ce réfé- rentiel, la surface angulaire de ce volume de veille est 0 a7,V, avec V = sin (Oel, iiiax - (Ytilt) - sin (0.1, min - Utilt). Les largeurs en azimut et en élévation étant respective- ment AO,7 et Au " sin (AOel) (approximation admissible si Aoel est faible). La maille angulaire d'espacement est donnée par Oa7et v. Les ellipses représentant le pointage à 3 dB, lors- qu'elles se touchent, nous avons : n - 3 A 0... = AO, az 1 az et V = 2 Av Cet espacement des mailles de veille peut être ajusté par un facteur : z= et y= 2 .s'A Le temps requis pour couvrir la surface en fonction de la durée de forme d'onde T,,,, et le multiple de période de rafraîchissement : A (i'' T = T\v 0,-V eii : Ni e, -3- 2 s2AO,,,Av Un secteur pouvant être constitué de plusieurs volumes en élévation : A, volumes avec et Al,il et les durées de forme d'onde Tv, n pour ii = 1, K, N,,,, alors le temps total est donné par : Ta\ ail = 1 ii=l , d 1 Tv 0 tizv NI'C\ 3 2 1 ( " AO Av 2 az.f7/ ? On contraindra par une valeur minimale et maximale. L'algorithme final de sélection de s et N,.,,, est alors r' défini comme suit : . Initialiser la période de rafraîchissement à N,,,, = 1 0 Calculer REE NC 1 D Mars 2005 LES RADARS T u IIIVIIIiI IIY11111111 ............ rrrrrrr®r Figvre 3. Adctl) tcitioii du iiaillage de yeille eii foiictioiï de la cliai-ge. 1.) - 20 v -\,,,l 1 (1 : X-1 . avait rev-3- AO,,,.,Av ilz.) i il ou augmenter N,,,, poui- rester dans des intervalles admis- sibles. Nous donnons dans ce qui suit un exemple d'adaptation du maillage de veille en fonction de surcharges locales induites par une bouffée de fausse alarme dans un secteur. On observe que la maille a été modifiée dans les secteurs [450, 900] et [1350, 180°] (la maille de veille a été élargie dans le premier secteur, et le taux de recouvrement réduit dans le second afin de relaxer la contrainte de charge sur la veille). Lorsque le générateur de requêtes ( « Request Generator ») a constitué la liste exhaustive des demandes de pointages à réaliser en fonction de sa connaissance de l'environnement ( « situation assessment ») et de sa connaissance de la charge radar, ces requêtes doivent être habillées par un certain nombre de champs parmi lesquels : la priorité, la forme d'onde (nous verrons que dans IRM, il s'agit en fait de plusieurs formes d'onde candidates), les contraintes temporelles (date d'activa- tion, date d'échéance, date jouable sans déflexion, pério- de de rafraîchissement). 3.2. La fonction d'ordonnancement des tâches radar par le module « scheduler » Le module « scheduler » qui réalise l'ordonnance- ment temporel des pointages en fonction de leurs contraintes temporelles (durée de forme d'onde, date d'échéance, période de rafraîchissement...) et de leur priorités assignées préalablement par le module « Priority Allocation », est divisé en trois fonctions de base : . Le module « Plamzer » La fonction principale du module « Planner » est de tester « à long terme » (sur plusieurs tours d'antenne) c l'ordonnançabilité des pointages périodiques en simulant les taux statistiques de pointages urgents courants estimés. ZD Le module « Oii-line Scheduler » Le module « On-line Scheduler » fonctionne sur le principe d'un test d'ordonnançabilité mais sur un horizon plus court. Si ce test est négatif, le module « On-Line Scheduler » peut appliquer également une stratégie de relaxation des contraintes temporelles. . Le module « Load Handler » : Le module « Load Handler » estime la charge radar par secteurs azimutaux de taille fixe et transmet cette informa- tion au « Supervisor », et en particulier au « Request Generator » qui prendra des mesures de plus haut niveau. Ordrir1bàuemnt de tâche temps reel heuristique : R&te oMioRic \ \ statique dynmuque /l/ A l^ tX,Uf optirntd heuiùtieli » rIBound EDF LU HI 1 1 1 Utilisation de deux files d'attentes Affectations des piiorités par réseaux ère npumnes Lttilisation d'uns éc'héance viriuelle Litilisat'ron d'une Balsnce tempoxalle Figrrre 4. Méthode d'ordonnancement temps-réel (EDF,'Earliest Deadline First, LLF,'Least laxit)'First, HPF,'High Priorit)'First). REE N'1 Mirs 005 Démonstrateur franco-britannique « IRM » : gestion intelligente et homéostatique des radars multifonctions Processeur Fréquenceutilisation Ratiod'augmentation Tempsnécessaire de vitesse pourordonnancerls de pointages PentiumIII PentiumIV 450 M Hz 2400MHz 1 5,3 Is 0,32s Tcible (ili 1. Test (I'iiiiplaiit (itioii reiîl) s i-éel (le la çti-citégie d'oi-cloiiii (iii (-eiiieiit itéi-ctii,e. Htgh ijowaircraft aircraft obscui byterrain l.% ,Asseiarea lokni da, " " fltP' e-nir .' 111 ; n ircraft obscurey te 1 1, 1, ", . >, k 1. £a.4l'l'I'. Aic p ra ( a, 1 $, - carr - ! ,j .vàm,, d,. -s ";!'T !mg Aircr speec : ï Aircrafion " racetrack ;' carryingjammer Aircraft : varrous speeds& heights '/'/'','\-'.--- ",,..'' "'/''J.. " ""---''._ "''.''' "' ftehMr2.3&4 ' "'''. ''''-'. ' /,, " -- , / :>,,_.' "'''''''''' ", . ". ", . - ... !,, ! ..A.'' : . ":...''.,. ;''' i" " -''-''''.' ;.'''. i F v ,',-/-. Fighter 7 ehau d'êt t ` l 9l :aR A_ epn 141 '.' e MIS Raid of " ghter 9&11 f· [Fro116x186.'ff WR.$·1-d (o-f'flghttr I '-$, . yry. 9&11 lncluchng ortt Fightt Fighier 13 FI r20'reY_ L - I - Fl9htsr 27 Fi,giti-e5. A giii (,Iie, s (-éiicii-io eiz -.oiïe littoi- (ile de AMS ei à di-oite, Y (-éiicii-io de dfilise aéi-ieiiiie (le TAD. De nombreuses techniques d'ordonnancement exis- tent pour un système en temps réel. Cela dépend si l'on considère un système multiprocesseur, ou si les tâches sont préemptives ou non, par exemple. On peut résumer les techniques existantes par l'arbre donné en figure 4. Dans l'étude IRM, nous avons utilisé des techniques dite « Best Effort » couplant des heuristiques temps réel (EDF ou HRDF : High Relative Delay First) avec des stratégies itératives de relaxation des contraintes temporelles basées sur les puorités des pointages (cf. article [38] de la REE). L'implautation temps-réel de cette stratégie d'ordon- nancement pour le module « On-line Scheduler » a été testé sur des scénarios avec plus de 1000 pointages de veille et une rotation d'antenne de ls. Il apparaît que le code JAVA qui a été benchmarké (sans optimisation du code) fonction- ne en l'état en temps réel sur un Pentium III, et est trois fois plus rapide que le temps réel sur un Pentium IV. Plus de détails, sur ce module sont donnés dans l'article [38]. 4. Résultats du démonstateur IRM sur des scenarii opérationnels Afin de valider le démonstrateur IRM, Thales Air Defence (TAD) et Alenia Marconi Systems (AMS) ont en parallèle simulé un radar générique MFR multifonction et ont testé les performances des nouveaux principes de gestion sur deux scénarios opérationnels : un scénario en zone littorale pour AMS et un scénario de défense aérienne pour TAD. Les deux scénarios qui ont servi de tests sont illustrés en figure 5. c Sur le scénario de défense aérienne, nous avons calculé des paramètres de performances relatifs au pistage. Un premier paramètre calcule la qualité de pistage, il s'agit du ratio entre le nombre de pointages de pistage engagés, joués sur la cible, et le nombre total de pointages joués sur cette même cible (incluant le pointage de veille, de confirmation, de Track Init et de réacquisition). Si le pistage est cor- rect, ce critère est proche de 1, sinon il se rapproche de 0,5 ; cas limite oL'i l'on perd en permanence la cible et on la réacquiert par un cycle Veille/Confirmation/Track Init. De façon intermé- diaire entre 0,5 et 1,0, il s'agit de pistes incluant des manques et générant des pointages de réacquisition urgents. Le second critère calcule l'énergie émise sur la cible. Dans le cas d'un pistage correct, ce critère doit augmenter régulièrement. En cas de perte de c piste, ce critère reste constant dans le temps. Ces deux critères sont illustrés sur les figures suivantes c RF.1- N. 1 Mars 1-005 LES RADARS 1 > -T., r 1 1 zlut «1 : * UMM ow 1 0 Ë « N, Iffl " 3 .'.,' o> 4 "., e 1 "' ( e el 1 mmamowm çm " .ap%i7. à 1 - -....,.. 1 , -'e #e il m e.* - M ie. M.a -J .-] z .e 1,,>, q it * a.& t'l'â,e - t b " 14i 1 " Me CftMttïaw*) fDtI. n : ,'.î'- < ltftex _e- mi@ $ " Mf t< $ ; 490mwl : lfpnl (.11hW_l.YpS g l* 1 ..........---+- ''.. Figure 6. Evolutiora temporelle de,s deu.x cr-itères r-elatifs au pistage, ev I2nut avec rane nppr-oche de gestioiz radar classiqt (e et eu bas avec iiiie zllgroche de gestioii -ada- iiitelligeiite (à gauche, le ci-itère relatif au ratio eiiti-e le iioiiibi-e de poiiitciges joues et à droite le c-itèi-e relatif à l'éiiergi.e éiîil.se sur la cible). 1,, , , --." '-' M c-t MtOfMt9*'Nt'*.*-t M'''Mt h' j< ! t, fm n Orcn d 4ddsveu txr,yg5,i, ; ( : Ui' ;' : : !,r " " i : ; ": h ; : : 1', S` "Sï9sF.n yx` r v h ' .·.'rJ,·. : an : iSI llnï i4lt t ·a in6 < ui64 i.,ri'Jt Yvü·ilüts. ,- -, -' t.. ! - S " ' Figure 7. A gauche, le critèt-e de gualité de la veille à l'intérieur du gabarit eii distaiicelélévatioii potir iiii sectetti- azii ? ït (t doiine, et à droite la répartition des teiips daiis la traiiie eiti-eles di es. üëi-eizts t ? 1) es de poiiitages oi-cloiiiiaiic' REE N'i Mars 2005 Démonstrateur franco-britannique ·· IRM » : gestion intelligente et homéostatique des radars multifonctions suivantes : .. " ",, ! : _....,......''''.h..''''' -.. -.1 ,. " ",-,_t._- ... jttt.t.- vYCVap.'LyyFypaqàq..y,vyy,yv·Sa2ëwa. y m.r.N :-N'k Nt.·ire..o . ... .. . W. l -...,. C,,.-,., .. . SfW.'J'Ltct-'--- 1 1. 11.11,, t,<... e ; a.av. W -. tfi3 :eft °° ;v' Ill 11, m Ill ye, _ie*ffl - 1 1 ", Il 1 1 1 1 1 ".. , 1... 1,, n ".v " "' ... 1 Figure 8. A qab (che, l'hi.çtogi-,iiiiiiie de clfl (xioii des poiiitciges de h7) e « Veille » I) oiii- iiii se (teii- a,-,iiiii (tcil doiiiié ii illi totti, d'aiiteiiiie a fi flvé, et'gaitclie l'histogi- (-iiiiiiie de la Éléflé,-vioii des poiiiiciges de t.\7e « CO " ». :. ! T. FJ.t !) tSF' CB C P "' II.WELOF ! NG CCGhllTi\Hi c " eàei i A, 0 ee c 0 , 4 nI' -q f Tratüinnad Tsskim Colabar,ttive i Flqxlble i 1 Oporational 1 Ili 1 Il i conceptu IL commancl&Control DeclîdânWklng',-- ;1 1 Dimt1f but:ti ! sar'../J : 1 ECrn ! ;;= . U ; /) NEC Ii Quanty 01 L e eol tamade Rzdm informmdion Shadng .., ..-'f \'' ! S&P' (, CiLater Contrelzed WRE sf Y.-- "'iii . \ afng " " " !'.. \ --/..-' ! .. OfULfîtW 'Csifid j "' j -'',-' " ---. Wtob Tempo " P'r lsciated Sens6- Corf systom Easzical Ti-eat I Gxerfaatixed 1I ' P » qmmem e, -Ici i Idnntit^,ad I - _ { 'Tpa OParationaf i__ isolaied $"" ,ir'3. Yzi ``ri Corephp Sansâ /Glasaicall'reat r j i ,i f. I\ :$Pi" SOCt"J Î Fixed Raftr Clutter Depencbnt '-_ Figure 9. Ei,olittioii d'IRM i,et-s la gestioiz iiiiiltiseiiseiii- eii i-éseétit (NEC : Netit'oi-k Eiicibleti en comparaison d'une approche de gestion intelligente c et de gestion classique. On remarque que l'approche de type IRM permet de pister plus de cible et avec une meilleure qualité (continuité de la piste). A ces critères de performances ont été également ajoutés des critères indiquant la qualité de la veille, c'est-à-dire, les performances en probabilité de détec- tion à l'intérieur du gabarit de veille, mais aussi la c répartition du temps dans la trame des pointages ordon- c nancés entre les différents types de pointages, comme illustrés en figure 7. c Nous avons également ajouté des statistiques relatives c à l'histogramme de la période de rafraîchissement des pointages périodiques (veille et pistage) par secteur azi- L- n REE N 1 c Mars2005 LES RADARS mutal et dans le temps, l'histogramme des déflexions des pointages périodiques et urgents (confirmation et réac- quisition). Ces critères sont illustrés dans les deux images de la figure 8. 5. Conclusion La force des systèmes de défense aérienne futur reposera donc sur les capacités d'allocation dynamique des ressources des radars par le centre, les capacités de partage d'une image synthétique commune de la situation tactique et de l'environnement (fouillis, brouillage, conditions météorologiques de propagation...) entre les radars et le centre, et enfin les capacités des éléments du système à inter-opérer. Les futurs radars MFR devront de plus pouvoir, en coordination avec le centre, maintenir leur équilibre homéostatique, c'est-à-dire maintenir leur niveau de charge locale/globale compatible avec leurs capacités et avec les contraintes technico- opérationnelles (capacité de mise en piste de nouvelles cibles, distance de mise en piste, qualité de pistage, capacité de NCTR...). Il s'agit de « NEChaniser (NEC : Network Enabled Capability) en étudiant la prise de décision collaborative (CoIIaborative Decision Making) radar/centre et en développant la mise en com- mun de la situation tactique et de l'environnement global (SharedAwareness). Cette évolution est illustrée figure 9. Dans, l'étude IRM, nous avons privilégié la notion d'homéostasie, il resterait à étendre les outils de gestion radar à la notion plus charge d'allostasie, qui étend les concepts au niveau stratégique, d'anticipation et d'adap- tation de la riposte à l'aggression. Il faudrait examiner dans quelles mesures le radar serait capable d'anticiper à moyen terme l'évolution de la demande en ressources (variation de charge, bouffée de fausse alarme, pistage de densités locales importantes de cibles) afin de prévoir et préparer l'allocation de ses ressources et de réduire la durée de l'état transitoire du régime de régulation dyna- mique du système. Mieux sera anticipée la menace, plus rapide sera la riposte, et plus courts seront les états transitoires sous-optimaux du point de vue opérationnel. Références [1] CS SHIH, S GOPALAKRISHNAN, P GANTI, M CACCAMO & L. SHA, " Template-based Real-Time Scheduling with Energy Constraints ", RTAS 2003, [21 C.S. SHIH, S. GOPALAKRISHNAN, P. GANTI, M. CACCAMO & L. SHA, " Scheduling Real-Time Dwells Uslng Tasks with Synthetic Periods ", RTSS 2003 [31 C.G. LEE, PS KANG, C.S. SHIH & L. SHA, " Radar Dwell Scheduling Considering Characteristics of Phased Array Antenna ", RTSS 2003. [41 P. GANTI, " Radar Owe/l Schedu/ing ", Master Thesis, University of Illinois, October 2003. 151 161 71 181 191 01 11 [121 [13] (141 [15] [16] [171 [18] [19] [201 [211 [22] S. GHOSH, J. HANSEN, R. RAJKUMAR & J. LEHOCZKY, " Adaptive Resource Management for Radar Tracking ", submitted te ICDCS 2004, J. STANKOVIC, JP HANSEN, R, RAJKUMAR, C.G. LEE, M. CACCAMO & L. 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Il est responsable de l'équipe « Gestion/ Détection Radar » au sein de l'unité Franco-Hollandaise JRS (Joint Radar Sensors), dans le service FAA/Functional Chain & Algorithms) du département P&E (Projects & Engineering) Il est membre senior de laSEE dont 11 ! est égaiement vice-président du Club 29 A ce titre, il a organisé la première édition de ! a confé- rence SEE COGIS (Commande, Optimisation, Gestion Intelligente & architecture des Senseurs pour les systémes) en juin 2003. Il fait partie du comité d'organisation de son édition internationale 2006 (COGIS'06 COGnitive systems with Interactive Sensors). Il a été Responsable chargé d'Etudes puis Responsable Chargé d'Affaires de l'étude EUROFINDER IRM en collaboration avec ALENIA MARCONI SYSTEMS de 1998 à 2003. REE No 3 Mars 2005 ,Pl IV' Résumés RÉSUMÉS ABSTRACTS Feature : Radars Par M. Lesturgie, J.P Eghzeaud, G. Auffl-ay, D. Muller, B. Olivier, C. Delhote REE, ISSN 1265-6534, n'3,mars2005,p. 27 Mots clés : Basse fréquence, surveillance de l'espace, over the horizon (OTH), antifurtivité. espace, over L'utilisation des basses fréquences en radar permet de lutter contre l'évolution des menaces, notamment en matière de furtivité des cibles. Ainsi de nombreuses activités de recherche et de développement ont été menées en France dans ce domaine depuis une vingtaine d'années. L'ONERA et Thales ont contribué à ces travaux. L'activité "radars basse fréquence " de l'ONERA fait suite à des tra- vaux sur la caractérisation des plasmas de corps de rentrée, au début des années 70. Depuis, les travaux en radar basse fréquence n'ont pas cessé. Thales identifiait également dans les années 70 les évolutions prévisibles des menaces et la nécessité de trouver de nouvelles solutions pour maintenir les capacités de détection des systèmes radar, à un coût raisonnable. Différentes études et expérimentations ont été menées pour carac- tériser les capacités des senseurs basse fréquence et préparer leur introduction dans les réseaux de surveillance aérienne. L'article décrit les étapes importantes du développement des radars basse fréquence, met l'accent sur l'originalité des concepts et sur leur validation expérimentale, les radars de surveillance sol-air (RIAS, PARASOL, SACHEM, RABIT, ROMA), le radar transhorizon (NOSTRADAMUS),) le radar d'observation de l'espace (GRAVES) sont décrits en détail. Les orientations sont données sur l'utilisation future et les évolutions des différents concepts. 1 -- eFl s. , XE " e, By M Lesturgie, J. P Eglizeaud, G. Auffray, D. Muller, B. Olivier, C. Delhote REE, ISSN 1265-6534, ri'3,March2005,p 27 Keywords : Low frequencies, Space surveillance, Over The Horizon (OTH), Counter stealth. Low frequency radar will contribute to counter threats evolutions for surveillance and air defence systems. So different research and development activities were conducted in this field in France during the last decades. For many years ONERA and THALES are contribu- ting to the development of this radar activity in France. Within the scope of its mission in aerospace research, ONERA star- ted to work on low frequency radar from the research on plasma physics in the Seventies. Radar activity was then developed, until now. THALES pointed out in the 70's that target evolutions will lead to find out new radar solutions to maintain air defence capabilities at a reasonable cost. Different studies and developments were conducted to characterise low frequency sensor capabilities and to prepare their introduction in air defence networks. This paper describes some important steps of the low frequency radar, highlights the originality of the concepts, studied and valida- ted through demonstrators. Ground to air surveillance radar (RIAS, PARASOL, SACHEM, RABIT, ROMA), over the horizon radar (NOSTRADAMUS}, space surveillance radar (GRAVES) are descri- bed in details. Orientations are given on the future use or evolutions of the different concepts, already demonstrated by those radars. li- ce ti,-lï,ist ou,,re ar, Il ,,,, a d - j x p, v, E>,, i - é'e o e, e l, p a 0 T Plï> -R y : i r 1 - 1 -1 - D Il 9-- - 1 ! hH , L, , s e p-, - - ,i t E,-Â f r r, à e c, c- E x c5 s ,o n 1: ; i £ :9'Ë.. er'L,Nfl..e CSf10 ! 11 Par T Wu, M. Xing, S. Wu, Z Bao REE, ISSN1265-6534,n'3, mars2005,p. 41 Mots clés : Transhorizon, interférence transitoire, éclair, trainées météoriques. Le radar transhorizon à onde de ciel recherche les cibles après réflexion sur l'ionosphère. Il est doté d'une grande portée et couvre une large zone, mais il reçoit de forts échos du terrain et de la mer, et il est soumis à de fortes interférences : interférences radiofré- quences, bruit industriel, bruit impulsif, échos sur les trainées météoriques, etc. Les interférences peuvent être divisées en deux classes : long terme et transitoire ; les interférences transitoires sont courtes, mais de forte intensité. Dans cette communication, on commence par analyser les caractéris- tiques des interférences, puis, en situation de fouillis de mer, on utili- se une décomposition en éléments propres pour séparer le fouillis de mer et le filtrer, ou bien, en situation de fouillis de terre, on filtre le fouillis de terre dans le domaine fréquentiel puis on revient dans le domaine temporel ; ensuite l'interférence transitoire est détectée, puis excisée des échos reçus ; finalement, les échos de cibles et de fouillis excisés sont prédits par l'algorithme de prédiction linéaire de Burg. Cette méthode de traitement a été appliquée avec succès à des don- nées réelles du radar expérimental transhorizon chinois. By T Wu, M. Xing, S. Wu, Z Bao REE. ISSN 1265-6534, n'3,March2005,p. 41 Keywords : Over the Horizon Radar (OTHR), Transient interfe- rence, Lightning impulsive, Meteor trail echoes High-frequency (HF) skywave in over-the-horizon radar (OTHR) looks down at its targets from the ionosphere, so it has a large ope- rating range and a large cover areas, but it receives a large-multitu- de of backscatterer echo form the terrains and the seas, and strong interference, such as, radio frequency interference, industrial inter- ference, impulsive noise, lightning impulsive, meteor trail echoes and so on. Interference can be divided into long-timed interference and transient interference, transient Interference lasts a short time, but its intensity is great. This paper first discussed the character of the transient interference, and used eigen- decomposition to sepa- rate the sea clutter subspace and filter it, or filtered terrestrial clut- ter in frequency domain and back to time domain, then the transient interference was detected, after that the transient Interference was excised from the original echoes. Finally, the excised clutter and tar- get echoes were predicted by Burg linear prediction algorithm. This processing method has been successfully applied to the real data from China experimental OTHR. REE NI 1 Mars2005 Résumés RÉSUMÉS ABSTRACTS ni Par F Le Chevalier, L Savy REE, ISSN 1265-6534,n° 3, mars2005,p. 48 Mots clés : Antenne active, codage, spat ! o-tempore, ambiguïté, balayage électronique, directivité. Les antennes actives permettent une rupture fondamentale dans la gestion des ressources espace-temps du radar, grâce aux possibilités qu'elles offrent en matière de gestion de la puissance, du facteur de forme, et des pointages de faisceau. Cet article se focalise sur le codage intra-pulse spatio-temporel, ou émission colorée. Cette tech- nique de gestion du faisceau est spécifique des antennes actives. L'objectif de l'émission colorée est de retrouver une directivité à l'émission, par traitement en réception, et ce malgré une émission dans un large secteur angulaire. By F Le Chevalier, L. Savy REE, ISSN1265-6534, n° 3, March2005,p 48 Keywords : Active antenna, Coding, Space-tlme, Ambiguity, Electronic scanning, Directivity. Active Antennas introduce a fundamental breakthrough in Radar space-time management, due to their capacities of power, duty cycle, and beam management. The paper will focus on intra- pulse space-time coding, or coloured transmission. This tech- nique of beam management is specific of active antennas. The aim of coloured transmission is, while using a broad transmit beam for simultaneous coverage of a given angular sector, to recover transmit directivity on receive, by processing. Par F Barbaresco REE, ISSN 1265-6534, n'3, mars2005,p. 53 Mots clés : Radar multlfonctlon, gestion radar, ordonnancement temps réel, allocation des ressources radar, analyse de la mena- ce, allocation des priorités, sélection des formes d'onde, moni- toring de la charge radar, budget temps radar, homéostasie, allo- stasie. Les besoins opérationnels des radars multifonction modernes de défense aérienne ne peuvent plus être complètement satisfaits en utilisant les stratégies classiques de gestion et de contrôle, car la technologie offre de nouveaux et nombreux degrés de libertés et l'environnement tactique s'est drastiquement complexifié. L'objectif premier de la gestion radar consiste alors à optimiser en temps réel l'allocation dynamique des ressources en tenant conjointement compte de l'environnement radar (fouillis, brouilleur, propagation) et des requêtes de missions tactiques fournies par un centre exter- ne. Il s'agit de réguler de façon homéostatique ou allostatique le budget temps radar dans un contexte de guerre info-centrée en réseau où le radar est plus profondément intégré au centre C41SR grâce à des moyens de communication bi-directionnels et des boucles de rétroaction. Nous présentons les résultats de l'étude EUROFINDER IRM qui a donné lieu au développement d'un démonstrateur entre les partenaires industriels THALES AD et AMS. By F Barbaresco REE, SSN 1265-6534, n'2, March2005,p. 53 Keywords : Multifunction Radar, Phased Array Radar, Radar Management, Real Tme Beamscheduling, Radar Ressources Allocation, Threat Assessment, Priority Assignement, Waveform selection, Radar Load Handling, Radar Time Budget, Homeostaty, Allostasy. The capabilities of modern ground based military multifunction radars cannot really be fully satisfied by using older sensor control strategies, due to the advance in radar technology and the com- plexity of the tactical environment. The most obvious radar mana- gement objective is the real-time optimisation of radar functionality according to an assessment of the current environment conditions, taking into account tactical requests from an external centre, in order to manage as well as possible, radar operational missions by homeostatic regulation of radar time budget in the framework of Network Centric Warfare where the radar is closely integrated in the C41SRsystem with full duplex communication and control loops. We present The Intelligent Radar Management EUROFINDER Study that has led to the development of a demonstrator between indus- trial partners composed of THALES Air Defence and AMS. Repères : L'éclairage (2e partie) Features : Lighting (part 2) Par E. Roaux REE, ISSN 1265-6534,no 3, mars2005,p. 69 Mots clés : Lampe à induction, système d'éclairage à induction, lampe à très grande durée de vie, décharge excitée à fréquence radioélectrique. La lampe à induction met en jeu une technologie nouvelle dans le domaine des sources de lumière : combinaison de la technique de l'induction électromagnétique pour exciter un plasma basse pres- sion. Cet article décrit tout d'abord le principe de fonctionnement, puis donne les caractéristiques électriques et photométriques - durée de vie exceptionnelle, qualité de la lumière émise équivalente By E. Roaux REE, ISSN1265-6534,n'3, March2005,p. 69 Keywords : Induction Lamp, Induction Lighting System, Long Life Lamp, Radiofrequency Discharge. The induction lamp systems make use of a revolutionary technolo- gy of light generation by combining basic principles of electroma- gnetic induction and low pressure gas discharge. This paper relates the operating principle, electric and photometric features - excep- tional long life and colour characteristics of today's modern fluo- rescent lamps - and etectromagnetic compatibifity of the Philips QL REE N,, Mars 2005 o Résumés RÉSUMÉS aux tubes fluorescents actuels - et enfin expose la compatibilité électromagnétique de la lampe à induction Philips QL. L'article se termine par quelques applications spécifiques. ABSTRACTS lamp. Some specific applications are presented as a conclusion. Par P Albou REE, SSN 1265-6534, n 3,mars2005,p. 74 Mots clés : Projecteur, éclairage, alimentation électrique, convertisseur, calculateur, bus, moteur, diode électroluminescente, lampe à décharge. L'éclairage automobile fait depuis plusieurs années massivement appel à l'électronique. En sus de divers dispositifs de commande automatique, qui ne sont pas toujours intégrés aux projecteurs, on trouve désormais dans ces derniers, non seulement des convertis- seurs statiques (plus ou moins complexes -très complexes dans le cas des lampes au xénon), mais aussi des actionneurs munis de leurs commandes et de leurs alimentations. A terme, les projecteurs devront mettre en oeuvre un bus interne et le système de gestion adapté, afin de maîtriser leur complexité électrique croissante. By P Albou REE, ISSN1265-6534, n'3, Marcli 2005, p. 74 Keywords : Headlamp, Lighting, Povver Supply, Povver Converter, Control Unit, Bus, Motor, Light Emitting Diode, Discharge bulb Automotive exterior lighting has been heavily using electronic devices for many years. In addition to various automatic control units, which are not systematically embedded in the headlamps, one can now find there many electronic power supplies and conver- ters (some of them very complex like discharge bulbs switching- mode power supplies) together with several motors and their dri- vers. In the near future, headlamps will use an internal data and power bus and the proper control unit in order to control their increasing complexity. e, ,. : ;) i I ; Par J.F Sergent HEL, ISSN 1265-6534, n'3, mars 2005, p 89 Mots clés : Étude de systèmes, éclairage, transposition didac- tique, similitude, invariants. L'enseignement technique dans les classes préparant aux baccalau- réats privilégie largement les activités pédagogiques expérimen- tales. Pour l'option « Génie Électrotechnique », les thèmes retenus concernent toujours des procédés ou systèmes liés à l'utilisation de l'énergie électrique. Parmi les applications possibles, l'éclairage constitue un domaine riche en perspectives et qui couvre divers aspects du programme à enseigner. Le support technique de réfé- rence étant défini puis analysé, il convient d'envisager la transposi- tion didactique sur une maquette dont l'échelle de similitude devra évidemment tenir compte des contraintes d'encombrement, de coût et de sécurité. A travers un exemple concret, le présent article décrit un outil de caractérisation permettant de tester et de valider la transposition à échelle réduite. Une fois cette étude terminée, on peut envisager certaines activités pédagogiques sans toutefois perdre de vue l'ap- plication réelle. By J.F Sergent REE, ISSN 1265-6534, n'3,March2005,p. 89 Keywords : System or Processes Study, Lighting, Technical Education, Scale Model, nvariants. Technical education in the preparatory classes for the technology- based " baccalauréat " prioritize experimental teaching activities. With the option " Génie Electrotechnique ", the subjects always deal with systems or processes connected with the use of electrical energy. Among the differents topics, a lighting system brings to many prospects which cover various points of the teaching syllabus. After defining and studying the technical object, it is necessary to consider the educational adaptation by a model whose reduction scale must take into account the dimensions, cost and security constraints. Thanks a concrete example this paper describes a tool that brings to test and confirm the small scale model. Some teaching activities can be then considered but never losing touch with the actual application. REE No 3 Mars2005