Défense

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L’importance de la détection radiofréquence

Les experts Debbie Nielsen, Morgan Allison et Alan Wolke de Tektronix discutent des tendances technologiques affectant les applications militaires.

Dans les applications de défense, comprendre l’environnement RF en temps réel n’est pas seulement important, cela peut parfois signifier le succès ou l’échec de votre opération. Les communications, la navigation, la détection électronique (ES, Electronic Sensing), la protection électronique (EP, Electronic Protection) et l’attaque électronique (EA, Electronic Attack) exigent toutes une excellente intelligence situationnelle en temps réel, ainsi qu’une bonne compréhension du spectre RF à un instant T. En effet, la situation peut changer très rapidement.

« Le principal objectif dans l’évolution des TSCM (contre-mesures de surveillance technique) est de déterminer l’environnement RF d’une gamme de fréquences données, en un lieu précis », explique Morgan Allison, ingénieur Tektronix. « Ces informations servent de référence, et vous pouvez ensuite faire appel à des techniques de détection en direct pour comparer l’environnement RF réel à l’environnement connu. »

Les nouveaux équipements offrent davantage d’informations sur l’environnement RF, permettant aux ingénieurs de détecter des éléments auparavant invisibles.
Pour diverses raisons, le processus de détection RF devient de plus en plus complexe, et de nouveaux outils sont aujourd’hui nécessaires pour suivre le rythme de ces exigences en évolution. Dans certaines applications, ces nouveaux outils doivent présenter des lignes de transmission RF haute qualité et une excellente résolution, pour offrir aux opérateurs système une bonne compréhension des signaux sur leur portion du spectre. Dans d’autres applications, un réseau de capteurs à faible SWaP (Size, Weight and Power) est suffisant. De nombreuses applications de détection intègrent la problématique de préservation des systèmes, notamment pour les systèmes sensibles aux interférences électromagnétiques (EMI, Electromagnetic Interference) ainsi qu’aux niveaux de radiofréquences élevés (risques d’irradiation ou RADHAZ), qui peuvent gravement endommager les récepteurs présentant une forte vulnérabilité électromagnétique (EMV, Electromagnetic Vulnerability).

« Les opérations sur le spectre en temps réel sont critiques pour la mise en œuvre de la boucle OODA (Observe, Orient, Decide, and Act / observer, s'orienter, décider et agir) qu’utilisent les combattants et qui, dans l’environnement dynamique actuel, est de plus en plus courte », explique Debbie Nielsen, de Tektronix. « Que l’on utilise un capteur automatisé pour la surveillance EMCON ou RADHAZ, ou une solution de détection intelligente et dynamique pour définir la disponibilité de l’accès au spectre, bénéficier d’une compréhension situationnelle en temps réel de l’environnement électromagnétique permet non seulement de préserver les systèmes coûteux et les équipements sensibles, mais favorise également le succès des missions dans un environnement qui sans cela ignorerait le spectre. »
 
 

Une détection RF plus complexe que jamais

Pourquoi la détection RF est-elle de plus en plus complexe ? Les principales raisons incluent une congestion du spectre et l’agilité des systèmes. Le nombre de systèmes a énormément augmenté ces dernières années et ceux-ci fonctionnent sur une bande passante plus étendue qu’auparavant. D’autres complications sont dues au fait que la façon dont les fréquences du spectre sont attribuées a changé, ainsi qu’à une modification de la disponibilité des technologies RF. Récente illustration de ce phénomène, la décision du gouvernement américain de restructurer les bandes LTE et de permettre l’utilisation des bandes de services sans fil évolués AWS-3 pour un usage partagé entre les entités fédérales et les entités commerciales non fédérales.

« Cette décision aura un impact sur tous les systèmes de la défense qui occupent actuellement cette portion du spectre », explique Mme Nielsen. « Un gros travail a été réalisé côté militaire et côté commercial pour garantir l’absence d’interférences », précise M. Allison.

RFEn outre, la gestion du spectre est aujourd’hui soumise à un nouveau paradigme avec la prise en charge des systèmes intégrant l’accès dynamique au spectre (DSA, Dynamic Spectrum Access) au lieu des traditionnelles 1 494 attributions des fréquences du spectre. Selon Debbie Nielsen, cette situation affecte de deux façons le processus de détection RF : premièrement, vous ne pouvez plus vous contenter d’une détection à bande étroite ; deuxièmement, vous subissez des interférences involontaires et davantage d’ambigüité, du fait d’une congestion et d’une agilité opérationnelle excessives du système.

La détection RF est également compliquée par la prolifération des technologies RF bon marché. Non seulement ces technologies sont plus simples d’accès, mais elles deviennent l’outil de premier choix dans un nombre croissant d’applications. Ce paradigme (le fait d’ajouter des fonctionnalités de communication sans fil à un nombre croissant d’objets et d’appareils) est connu sous le nom d’Internet des objets (IoT, Internet of Things) ; ce que décrit l’ingénieur Tektronix Alan Wolke par « un élément perturbateur majeur des communications sans fil ». De nombreux dispositifs IoT utilisent le spectre RF sans licence, dans la bande ISM (industriel, scientifique et médical).

« La bande ISM, et plus particulièrement les régions 2,4 et 5 GHz, est de plus en plus congestionnée », explique M. Allison. « Il est aujourd’hui réellement difficile de savoir si un signal provient simplement de l’un des innombrables routeurs sans fil, ou si quelqu’un tente de pénétrer dans un réseau ou de dérober des informations. Il est donc extrêmement important de pouvoir détecter automatiquement de quel type de signal il s’agit. »

Outre le fait que l’IoT accroît le nombre de signaux RF, l’accessibilité croissante des drones constitue un risque majeur pour de nombreuses applications militaires. « Ils doivent être capables de déterminer instantanément si un drone transporte une charge donnée et d’où provient son signal de commande, puis d’appliquer les contre-mesures nécessaires et de prendre le contrôle du drone », explique M. Allison. « Ainsi, à l’accessibilité croissante des dispositifs de communication sans fil s’ajoute l’accessibilité croissante d’équipements potentiellement dangereux, contrôlés par le biais de technologies sans fil. »

Guerre électronique

Une autre application militaire, la guerre électronique (GE), est concernée par les radars et la génération de contre-mesures électroniques. Tout comme la détection RF et les applications SATCOM, le secteur de la guerre électronique doit aujourd’hui s’adapter à la demande.

D’une part, les menaces sont de plus en plus complexes. L’agilité large bande et les radars intégrés aux algorithmes d’intelligence et de discrimination, pour résister au brouillage, en sont deux exemples. Par le passé, les ressources utilisées pour tester ces systèmes EA étaient à base matérielle, et ne pouvaient être facilement mises à niveau pour faire face à l’évolution des menaces. Les capacités de génération de menace anciennes se résumaient souvent à des trains d’impulsions, peu représentatifs des environnements physiques et électromagnétiques réels. Pour pouvoir tester de façon solide les systèmes de guerre électronique (GE), les stimuli de menace doivent être aussi réalistes que possible.

Autre tendance en matière de guerre électronique, la nécessité croissante de caractériser avec précision les contre-mesures électroniques (CME). Les CME peuvent être affectées par la distorsion de l’émetteur ou de l’amplificateur, la batterie, le partage de puissance entre diverses techniques, les problèmes de temporisation du système, le temps de latence DRFM et les effets électromagnétiques de la plate-forme. C’est pourquoi il est si important de vérifier les CME, régulièrement et dans divers scénarios, à la fois dans les domaines temporel et fréquenciel. La caractérisation des effets globaux du système ou de la plate-forme sur les techniques appliquées est un processus crucial pour comprendre les performances réelles des CME et identifier les capacités et limitations potentielles que le système peut rencontrer en conditions réelles de fonctionnement.

Comment réussir avec les applications SATCOM

Outre la détection RF, une autre application clé du secteur de la défense à connaître aujourd’hui une phase de transition est celle des communications satellite (SATCOM). Utilisées pour envoyer des vidéos, des images, des données radar, des informations confidentielles, et bien plus encore, les applications SATCOM génèrent des problématiques uniques en matière de radiofréquence.

« La majorité des applications satellite ont généralement en commun des bandes passantes de transmission très larges, et parfois des capacités de transmission très complexes », explique M. Wolke. « L’évolution aujourd’hui est qu’il existe de plus en plus de satellites. La capacité de ces satellites est donc de plus en plus mise à contribution. Le nombre de satellites déployés ne fera qu’augmenter, de même que l’utilisation de la bande et les bandes passantes requises. »

La hausse du nombre de satellites s’accompagne d’une demande croissante pour tester leurs fonctionnalités de communication. Traditionnellement, il suffisait de tester la couche physique des signaux SATCOM, en déterminant des valeurs telles que le taux d’erreurs binaires (BER) et l’amplitude du vecteur d’erreur (EVM). Aujourd’hui, cependant, la couche de protocole devient également une zone d’intérêt.

« Nous ne nous sommes jamais vraiment intéressés à la couche de protocole, mais je pense que celle-ci gagne en importance du fait que le nombre d’émetteurs sans fil augmente, que les systèmes se complexifient et que les dispositifs IoT se multiplient », affirme M. Allison. « Nous pouvons aujourd’hui utiliser certaines technologies auparavant destinées aux applications de défense en les adaptant aux besoins commerciaux. »

RFSelon M. Allison, l’un des principaux protocoles des applications SATCOM est l’implémentation en perpétuelle évolution des normes DVB (Digital Video Broadcasting), et plus particulièrement de la norme DVB-S2. « J’ai observé un intérêt certain aujourd’hui pour les tests de démodulation vidéo numérique et les communications ultra-rapides, probablement entre satellites », explique-t-il.
Pour être efficaces, les applications SATCOM doivent combiner des fréquences très élevées, un très faible bruit et une bande passante extrêmement large. Dans un tel contexte, tester les équipements SATCOM peut être un défi. « Nombre de solutions ont soit une gamme de fréquences suffisamment élevée mais pas assez de bande passante, soit la fréquence et la bande passante requises, mais pas la résolution nécessaire », observe M. Allison. « Ou bien elles répondent à tous ces critères, mais ne disposent pas de la fonctionnalité nécessaire pour générer des signaux que l’on puisse tester à ces fréquences. Pour résumer, nous sommes capables d’identifier précisément les points faibles de nos clients et, heureusement, nous disposons des équipements nécessaires pour quasiment tous les prendre en charge. »
Dernier facteur majeur des applications SATCOM, les propriétés physiques des récepteurs et des émetteurs. La taille, le poids et l’autonomie des applications déployées ne doivent pas non plus être négligés, selon M. Allison. « Certaines de ces applications peuvent tenir dans un sac à dos qu’un soldat d’infanterie peut facilement transporter ou se présenter sous la forme d’un capteur RF installable sur un drone ou tout autre appareil du même type », explique-t-il. « Ainsi, dans la majorité des cas, la taille, le poids et l’autonomie sont des critères essentiels. »

Aider les clients à s’adapter

De la détection RF à la guerre électronique en passant par les communications SATCOM, les applications de défense connaissent aujourd’hui un vrai tournant, qui impose l’utilisation de solutions nouvelles, fiables et puissantes. Un accès facilité à la technologie RF, une évolution dans l’attribution des fréquences du spectre, un nombre de drones et de satellites croissant, et des menaces de guerre électroniques plus nombreuses ne sont que quelques-unes des raisons qui motivent ce changement. « Je pense que nous allons être très occupés à aider ces clients à faire face à ces nouvelles menaces, dans les prochaines années », affirme M. Allison.

Et c’est une perspective passionnante. Le modèle commercial et l’engagement de Tektronix auprès de ses partenaires gouvernementaux sont aujourd’hui en train d’évoluer, dans le but de découvrir et de comprendre les problématiques quotidiennes des forces de défense nationales. Nous souhaitons offrir les outils technologiques nécessaires, qui protégerons nos combattants sur le champ de bataille. Notre objectif est de favoriser le succès de leur mission de toutes les manières possibles, et de devenir un partenaire de confiance.

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