Sondra : de la recherche fondamentale à l’identification en temps réel des aéronefs

Spécialisé dans les activités de recherche sur les observations par radar combinant la physique et le traitement du signal, Sondra fête ses 10 ans. Ce laboratoire implanté sur le campus de Supélec (Gif-sur-Yvette) est financé à hauteur de 80% par l’état Singapourien.

L’innovation phare développée par Sondra est un système de reconnaissance des avions basé sur l’utilisation des ondes radio ambiantes : cette technologie, utilisant l’« empreinte digitale » radar unique à chaque appareil, permet à Sondra de vérifier que l’avion qui se présente à la tour de contrôle est bien celui qu’il prétend être. Le système d’identification, effectué à partir de données réelles et non simulées, est en cours d’expérimentation sur des avions au voisinage d’Orly.

Aujourd’hui l’application est au stade fondamental mais le besoin concret est réel : Sondra devra avoir recours à un partenariat avec une ou plusieurs entreprises pour faciliter la transition de l’innovation à un produit, voire à un service au profit d’un pays ou d’un aéroport. De plus, à l’heure ou l’espace aérien n’est plus uniquement réservé aux avions, Sondra annonce que cette technologie unique sera prochainement adaptée pour l’identification, la caractérisation, l’évaluation de la dangerosité potentielle de plus petits appareils tels que les drones que tout le monde peut acheter aujourd’hui dans le commerce.

Le laboratoire Sondra a été créé en 2004. Il regroupe quatre partenaires complémentaires : l’alliance de l’Onera, Supélec, l’université nationale de Singapour et DSO, laboratoire de R&D de la défense de Singapour. 80 % des chercheurs sont français mais 80 % des fonds sont singapouriens. En France on a des idées, mais plus de moyens ! Or si les compétences sont essentielles pour gagner les marchés de demain, les moyens financiers sont indispensables. Avec Sondra, c’est l’état de Singapour qui contribue à financer des projets communs.

L’équipe franco-singapourienne, a doublé son effectif en dix ans. Elle compte aujourd’hui 9 chercheurs permanents et 10 doctorants (dont 2 singapouriens). Quelques trente étudiants doctorants y ont bénéficié d’une exposition académique et technologique internationale. À l’issue de leur parcours, environ 30 % d’entre eux choisissent de continuer au sein de l’alliance franco-singapourienne et 70 % sont courtisés par des entreprises de technologies de pointe.

L’objectif de Sondra pour ces 10 prochaines années est d’être à la pointe mondiale en matière d’innovation pour les radars, en continuant de faire déboucher les recherches sur des applications concrètes. En regroupant grandes écoles, universités, organismes de recherche et entreprises sur un même site, le laboratoire franco-singapourien préfigure ainsi le projet de Campus Paris Saclay.

La rédaction

Le système de contrôle d’identité en plein vol

L’avion qui se présente à la tour de contrôle est-il bien celui qu’il prétend être ? Pour le vérifier, l’ONERA et ses partenaires du laboratoire SONDRA développent un système de reconnaissance basé sur l’utilisation des ondes radio ambiantes.

Dans le cadre de cette expérimentation, l’antenne de réception radar « contrôle » les avions au voisinage de l’aéroport d’Orly. Elle se trouve sur le toit d’un des bâtiments de l’ONERA à Palaiseau.

Pour vérifier l’identité d’une personne, il suffit de lui demander une pièce d’identité. Et pour savoir quel avion va bientôt atterrir, le contrôleur aérien doit se contenter… de demander au pilote. Aussi surprenant que cela paraisse, la vérification de l’identité d’un avion repose uniquement sur la confiance. C’est pourquoi le laboratoire franco-singapourien SONDRA (ONERA, Supélec et deux institutions de Singapour), qui fête ses 10 ans en 2014, a lancé un projet de reconnaissance des avions, reposant sur l’utilisation passive d’ondes radar. Une première thèse de doctorat a été récemment défendue sur ce sujet par Jonathan Pisane (Automatic target recognition using passive bistatic radar signals).
Tel le loup qui se recouvre la patte de farine pour se faire passer pour la chèvre dans le conte du loup et des sept chevreaux, un pilote animé de mauvaises intentions peut facilement s’insérer dans le trafic aérien, en faisant croire qu’il est un autre avion. Par exemple, un avion de petite taille peut se faire passer pour un gros sans que les autorités s’en aperçoivent. Pour vérifier qu’il s’agit bien de l’avion déclaré, les chercheurs de la collaboration proposent d’utiliser les ondes radar déjà présentes dans l’environnement, dues aux antennes émettrices de télévision, de radio, de téléphonie mobile… « Cette détection par « radars passifs » ne nécessite pas d’autorisation, alors que nous aurions dû en obtenir une si nous avions installé notre propre émetteur radar », indique Sylvain Azarian, responsable de ce projet baptisé Automatic Target Recognition.

L’antenne passive reçoit le signal de l’émetteur dit d’opportunité par chemin direct et par réflexion sur l’avion en mouvement.

En se réfléchissant sur les avions, ces ondes sont déformées selon la forme de l’avion. En comparant ces signaux radio en présence et en absence d’avion, il est possible de détecter ce dernier. Et même de le reconnaître, à condition de pouvoir le comparer à une base de données de signatures radar pour chaque type d’avions. Habituellement, cette base de données n’est pas basée sur le signal réel des avions, mais sur des calculs à partir de caractéristiques techniques de l’avion (taille, forme…). « L’originalité de notre approche est de construire cette base de données à partir d’avions réels en situation : nous avons enregistré les signaux radar de tout ce qui décolle et atterrit de l’aéroport d’Orly pendant une dizaine de jours, explique Sylvain Azarian. Comme nous avions accès à l’identité de chaque avion à l’instar des contrôleurs aériens, nous avons pu affecter un type de signal à un type d’avion. »
Pour l’instant, cette méthode ne peut que classer les avions par taille : petit, moyen ou gros, avec un taux de réussite de 95 %. « Cela peut paraître peu, mais cela permet par exemple de reconnaître un avions de ligne d’un chasseur, ou de repérer un petit avion caché derrière un gros, précise le chercheur. On décèle également un avion qui ne répond pas au contrôleur, ou un autre qui s’écarte de sa trajectoire normale dans un couloir aérien, et on peut donner l’alerte. » L’objectif est bien sûr d’améliorer la sécurité en anticipant d’éventuelles actions terroristes.

L’avantage de cette méthode est son auto-apprentissage. Par exemple, si un nouvel avion arrive sur le marché, le système de reconnaissance le considèrera d’abord comme un avion inconnu, avant de l’intégrer dans la base de données si sa « signature » correspond au message d’identification qu’il émet (la totalité des cas si tout est normal). Cette technique peut s’adapter à n’importe quel aéroport. Mais comme les émetteurs radars sont disposés différemment à chaque endroit, il faut une dizaine de jours d’apprentissage au logiciel pour être opérationnel.

Au-delà de l’intérêt de ce système de reconnaissance automatique pour la sécurité, il est également parfait pour… démontrer les capacités de l’ONERA et de Supélec. En effet, pour des raisons pratiques, l’ensemble de l’acquisition des données 24 h/24 est contrôlable à distance via Internet. Les chercheurs français ont donc pu faire une démonstration de cette reconnaissance à Singapour : en temps réel, les Singapouriens pouvaient distinguer les avions qui décollaient ou atterrissaient à Orly ! « On voit les perturbations, c’est très visuel et très clair même pour quelqu’un ne connaissant rien aux radars », s’enthousiasme Sylvain Azarian.
Les responsables du projet sont aujourd’hui en discussion avec une entreprise française spécialisée dans le radar, pour industrialiser cette technique. « Nous avons fait la démonstration que notre stratégie de reconnaissance fonctionnait, le reste est du ressort des industriels », estime le chercheur. Avis aux amateurs !

Source : Sondra

++++Sondra

Laboratoire franco-singapourien de Supélec, commun à DSO, l’ONERA et NUS

Domaine : modélisation électromagnétique et traitement des capteurs radar ; s’agissant de technologies duales (civil/défense) la Délégation Générale de l’Armement est sollicitée pour donner son accord sur les sujets traités au laboratoire (CIEEMG)/ activités de recherche technologique sur l’observation par radar, combinant la physique des ondes et le traitement du signal.
Composition de l’équipe (2013) : 9 chercheurs permanents et 10 doctorants (dont 2 doctorants singapouriens)
Objectif à la création : prolonger vers l’amont les recherches appliquées en détection électromagnétique menées en partenariat DSO-ONERA et compléter le partenariat académique NUS-Supélec (accord de double diplôme)
Durée : accord quadripartite à durée indéterminée, résiliable par demande d’une partie Gestion : par Supélec, direction assurée par une personne l’ONERA (depuis 2006, Marc
Lesturgie, HDR, Prof. Rg A)
Ressources : CA de l’ordre de 1,2M€/an ; contrats couvrant les salaires des permanents / non permanents et le fonctionnement du laboratoire ; 80% financé par FSTD (via DSO) ; 20% (projets) financé par la France, comprenant 1EFT de l’ONERA, 1 thèse ONERA ou une thèse DGA tous les ans.
Destinataires de la production : toutes parties, mais plus particulièrement DSO, ONERA en vue de la spécification de nouveaux projets R&D
Conseil d’administration : composé du Directeur Scientifique de l’ONERA, du CEO de DSO (Chair), du Dean Faculty or Engineering NUS, du DG de Supélec (co-Chair), se réunit annuellement (alternance Fr/Sp). La DGA participe à la réunion.

SONDRA a été conçu sur un modèle unique permettant de couver, faire mûrir et démontrer à la fois technologie et intérêt du marché : en jetant un pont au-dessus de « vallées de la mort » des TRL1 – là où les projets trépassent faute de financements – SONDRA adresse un niveau de maturité de technologies bien plus en phase avec la demande opérationnelle.

Le laboratoire, qui vient de fêter ses 10 ans, préfigure une nouvelle forme d’écosystème, mixte, flexible et ouvert, qui esquisse les contours d’un tissu technologique industriel ambitieux dont les acteurs français ont tout à gagner : les entreprises françaises, grands groupes, ETI ou PME peuvent aujourd’hui s’appuyer sur les capacités R&D de l’alliance SONDRA pour concrétiser des recherches dans un domaine à haute valeur ajoutée et ainsi préparer les applications commerciales de demain, en France, à Singapour et au-delà.

Source : Sondra