Mémoire de Master Recherche ATIAM présenté par Aro Ramamonjy

Localisation angulaire de sources acoustiques. Application au suivi de drones aériens.

Résumé :

L'utilisation des drones aériens de petite taille est aujourd'hui au centre des préoccupations des pouvoirs publics : ces drones sont à la fois porteurs de progrès, mais introduisent également de nouveaux risques qu'il s'agit d'anticiper au moyen de réponses opérationnelles, juridiques et techniques appropriées.

Les systèmes existants pour la protection de sites sensibles sont relativement inefficaces vis à vis d'un survol à faible altitude par ces aéronefs sans pilote. Les capacités de détection, de localisation et de suivi ne sont pas optimisées face aux drones qui présentent une variabilité en termes de taille, de vitesse, de comportement, et de charge utile. Pour toutes ces raisons, il est nécessaire d'établir une stratégie technique et opérationnelle, et d'évaluer les réponses techniques qui peuvent être apportées à court et moyen terme.

Pour remplir cet objectif, le travail de recherche décrit dans ce document vise à développer un nouveau système de localisation et de suivi par méthodes acoustiques de sources en mouvement. Dans la première partie du document, la problématique sous-jacente est détaillée précisément, permettant ainsi de dresser un cahier des charges concernant la méthode développée ainsi que le capteur associé.

Un état de l'art des grandes classes de méthodes de localisation développées ces dernières décennies est également dressé, de manière à situer ce travail par rapport à la littérature scientifique disponible à ce jour. La volonté de développer un capteur compact et efficace nous a ainsi orienté vers le développement d'un algorithme de localisation à partir de données de pression et de vitesse particulaire. Pour des raisons de coût de développement et de flexibilité du dispositif, les composantes vectorielles de la vitesse particulaire seront estimées grâce à des capteurs de pression disposés de manière à respecter les contraintes de précision, dans une gamme de fréquence la plus large possible. Par ailleurs, nous détaillerons la méthode de localisation proposée dans le cadre de ce stage, visant à être menée exclusivement dans le domaine temporel, sans faire d'hypothèse particulière sur le signal émis par la source à localiser. L'algorithme est modulaire, faisant appel à des traitements en sous-bandes fréquentielles et en trames temporelles, et à une estimation de rapports d'amplitudes et de retards sur les capteurs du dispositif.

L'approche proposée consiste à inscrire cette stratégie de localisation acoustique dans une approche multimodale, qui consiste également à tirer partie de détecteurs radiofréquences et optroniques et de leur complémentarité face à la signature des drones. Une partie du document est entièrement dédiée à la description des dispositifs de captation, du prototype de laboratoire à la version à base de MEMS numériques en cours de production suite aux résultats obtenus dans le cadre de mon stage.

Dans la dernière partie du document, les capacités du capteur développé seront testées expérimentalement de manière approfondie, pour des sources fixes et en mouvement, dans des environnements allant du plus contrôlé (salle semi-anéchoïque du laboratoire) aux environnements les plus complexes (gymnase très réverbérant avec un bruit de fond particulièrement élevé). Une simulation originale de trajectoire de drone sera également réalisée grâce à un environnement de spatialisation 3D par méthode ambisonique à ordre élevé, de manière à tester le capteur en reproduisant une trajectoire reproductible et réaliste, tout en tirant partie d'un environnement contrôlé. Les résultats très encourageants et les limites observées ont également permis de dresser un plan de travail précis pour le début de ma thèse de doctorat, dont le sujet représente une continuité par rapport à ce travail de Master.



Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés - LMSSC