Tourelle anti-drone : une protection anti-drone autonome, adaptable et abordable

L’accessibilité des drones et les risques associés : contexte d’un outil populaire //

Avec la démocratisation des appareils numériques, les drones deviennent de plus en plus fréquents dans notre paysage et faciles à se procurer. Ils offrent de nombreuses applications récréatives et productives, aussi bien pour des novices que des professionnels, pouvant aller du simple pilotage à la capture vidéo aérienne à haute résolution.

La popularisation de ces appareils a pour conséquence de générer également des risques d’utilisation malveillante. En effet, les drones peuvent mettre en danger la vie privée, la sécurité informatique ainsi que la sécurité physique des personnes. Dans cet article les équipes d’Apside Industrie, en particulier Jad A. et Antonin M., proposent de traiter l’une des solutions les plus en vogue pour lutter contre les drones : les tourelles de défense.

Un système en plein essor pour contrer les drones : les tourelles défense //

En outre, des systèmes de défense anti-drone voient le jour et sont déployés pour prémunir les risques évoqués ci-dessus. Afin de faire face à ces risques, les pays du monde entier cherchent des solutions de défense efficaces contre ces technologies : par exemple la France porte un certain intérêt sur le sujet en particulier à l’aube des JO de Paris en 2024 et de la coupe du monde de rugby.

Fortes de ce constat, nos équipes Industrie décident de créer une tourelle de défense anti-drone « low tech » grâce à une solution de défense capable de détecter, reconnaître et suivre un drone dans les airs.

À défaut de déployer des moyens de neutralisation de drone, le système doit pouvoir pointer le drone cible avec un pointeur laser afin de prouver son acquisition.

Dans un premier temps, il sera nécessaire de découvrir les différentes technologies de détection, de reconnaissance, d’identification, de localisation et de neutralisation des drones déjà présentes dans l’industrie.

Qu’entend-on par « drone » et la défense anti-drone ? //

Le terme drone nous évoque le plus souvent les appareils radiocommandés multicoptères disponibles dans le marché civil. En réalité, il existe une grande variété d’appareils pouvant appartenir à cette dénomination. Plus précisément, en français, le terme désigne les appareils autonomes ou pilotés à distance, cela inclut tant les drones terrestres que les drones sous-marins.

Dans le cadre du projet de l’équipe Apside Industrie, la limite est fixée aux drones multicoptères courants sur le marché civil. Dans le domaine de la défense, ce type de drone est souvent qualifié de RPAS (Remotely Piloted Aircraft System).

Les systèmes de défense anti C-RPAS (Counter Remotely Piloted Aircraft System) remplissent les fonctions suivantes :

• Détection : repérer la présence d’un drone dans l’espace opérationnel ;
• Reconnaissance : être capable de reconnaître les traits caractéristiques d’un drone pour s’assurer que l’objet détecté est bien une cible ;
• Identification : identifier les caractéristiques de la cible et la catégoriser/identifier le modèle de drone via une base de données ;
• Localisation : obtenir les coordonnées précises du drone cible dans l’espace ;
• Neutralisation : rendre inopérant le drone cible, aussi bien par capture que par brouillage ou destruction.

Selon les différents types de systèmes C-RPAS, toutes ces fonctions ne sont pas nécessairement disponibles simultanément. En revanche, la détection est la partie la plus importante du système. En effet, sans elle, aucune des autres fonctions ne peut être effective de manière fiable.

Les systèmes présents dans l’industrie font appel, pour la plupart, à plusieurs technologies de détections comme des caméras IR (infrarouge), des ultrasons, ou encore des radars acoustiques. Cette diversité de technologies offre un large choix pour les entreprises ainsi que pour leurs appareils, et a un impact sur bon nombre de caractéristiques du système global (la portée, les conditions d’utilisation, la résolution, etc.).

Technologie choisie : le radar //

La technologie radar est utilisée pour des applications militaires. Il s’agit d’une technologie a très longue portée (dizaines de kilomètres) qui est efficace pour des appareils de grande taille, toutefois elle devient plus capricieuse pour les appareils de plus petite dimension comme les drones. L’efficacité de celle-ci dépend de différents paramètres comme la géométrie, le matériau ainsi que le déplacement/position de la cible ou encore les signaux urbains ambiants (par exemple les connexions wifi).

Les radars présentent un taux de fausses alertes élevé dû à la présence d’oiseaux (ou autre objet volant) et montrent des signes de faiblesse lorsqu’il s’agit de détecter des micro-drones voire des nano-drones. La solution devient, dans ce cas, trop coûteuse par rapport à sa fiabilité. De plus, ils peuvent interférer avec des communications ambiantes.

Les systèmes de détections RF (radars passifs) peuvent également être utilisés. Différents des radars traditionnels, il s’agit d’antennes à gain élevé réglées sur les radios fréquences les plus couramment utilisées pour le pilotage de drones. Ils sont plus utilisés pour des drones de petite taille. Ces derniers ont la capacité de localiser le pilote du drone et peuvent également détecter plusieurs drones à la fois. Cependant, la géolocalisation d’un drone devient difficile si celui-ci fonctionne en automatique (ce qui est plutôt rare dans le commerce). Ce système de détection rend également possible l’identification du modèle de drone et du fabricant. Ces systèmes sont plus résistants aux interférences mais peuvent être moins efficaces à cause de la pollution radio ambiante.

La solution qui aurait été retenue par notre équipe aurait été un radar à imagerie pour localiser précisément les drones, mais dans une volonté de construire une tourelle “low-tech”, un radar doppler est sélectionné en guise de détecteur de mouvement.

Technologie choisie : le réseau de microphones //

Afin de poursuivre le choix des éléments, la prochaine technologie envisagée est le microphone. L’utilisation de microphones est assez répandue afin de reconnaître les fréquences sonores et, dans le cas présent, il s’agit de détecter celles propres aux moteurs de drones.

Toutefois, cette solution peut s’avérer complexe dans les environnements urbains notamment en raison de l’agitation sonore qu’ils présentent. De plus, les évolutions technologiques rendent certains drones relativement silencieux et il devient alors de plus en plus difficile de les détecter.

Les microphones sont une technologie qui nécessite la présence d’outils de traitement du signal en temps réel. Cette solution, bien que gourmande en ressources, permet d’identifier les modèles de drones en fonction des bruits émis grâce à « la signature sonore » de ces derniers. Chaque drone est référencé dans une base de données répertoriant les sons de drones connus.

Pour le projet de l’équipe, le calcul de la distance se fait grâce à une triangulation des signaux à l’aide d’un réseau de plusieurs microphones. L’installation est facile, a une basse consommation énergétique et il s’agit d’une technologie passive. Elle ne pose donc pas de problème d’interférences.

Technologie envisagée : la caméra //

Après le choix du radar et des microphones, le dernier outil de détection envisagé pour ce système de défense est la caméra.

Les caméras font partie des technologies de détections les plus couramment utilisées dans les systèmes anti-drone. En effet, les caméras dites classiques (domaine visible) sont très répandues et offrent une bonne résolution pour avoir une qualité d’image satisfaisante. La capture, l’enregistrement, la lecture et l’exploitation des données ne posent pas ou peu de restriction pour l’utilisateur. Par ailleurs, une caméra peut détecter plusieurs drones à la fois, ce qui en fait un atout non-négligeable. Un autre point fort des caméras est qu’elles ont l’avantage unique de pouvoir discerner si le drone porte une charge potentiellement dangereuse.

Cependant, elles peuvent avoir un taux de fausses alertes élevé, et leurs performances peuvent être influencées par la météo ainsi que la lumière. En effet, la détection de drones de petites dimensions est plus délicate avec cette technologie surtout si le temps devient une contrainte. Ces caméras ne fonctionnent pas de nuit et possèdent un taux d’erreur relativement élevé dû au bruit ambiant très important.

C’est pourquoi des caméras infrarouges sont couramment utilisées en conjonction avec les caméras classiques. Elles offrent une moins bonne résolution d’image mais fonctionnent de nuit comme de jour.

Pour l’acquisition d’image, l’équipe opte pour une caméra IR et visible pour ce projet.  Ce système de défense doit être opérationnel en tout temps c’est pourquoi ce choix s’impose de lui-même.

Les moyens de neutralisation //

Une fois les questions de reconnaissance et d’acquisition de cible posées, il est important d’identifier si une élimination est nécessaire ou non.

Les moyens de neutralisation peuvent être classés selon deux grandes catégories :

⦁          Le soft-kill (neutralisation douce)

Il consiste à rendre la cible inopérante dans le but de la détruire ou l’endommager gravement. Cette méthode peut notamment être utilisée pour capturer le drone cible. On y trouve par exemple le brouillage RF pour couper la liaison avec le pilote du drone, des filets ou autres dispositifs de capture.

⦁          Le hard-kill (neutralisation forte)

Il consiste à abattre l’appareil cible quitte à le détruire définitivement. Ces systèmes sont restreints à des « no-flight zone » que des appareils ou personnels civils ne sont pas censés traverser.

Dans le cadre du projet de l’équipe d’Apside Industrie et de son système anti-drone, l’élimination de l’objet volant cible n’est pas une priorité mais reste une part incontournable de tout système de défense. Le choix est donc de ne pas équiper la tourelle de moyen de neutralisation. En revanche, elle est équipée d’un pointeur laser pour confirmer l’acquisition de la cible.

Conclusion //

Ce sujet s’inscrit dans un stage conventionné afin de faire monter en compétences les ingénieurs de demain. En effet, grâce à ce projet, Antonin M. et Jad. A. nous démontrent qu’avec une solution « low tech » des enjeux sont présents sur l’ensemble du cycle du projet afin de proposer un produit abouti répondant à la demande émise.

La recherche et le développement ainsi que la veille technique sont la clé de ces sujets toujours plus innovants ! Un grand bravo à l’équipe d’Apside Industrie pour ce projet accompagné par nos spécialistes. Vous souhaitez en apprendre davantage sur le monde de la défense ? Contactez nos experts à ce lien.