FR3038472A1 - Dispositif de detection du passage de drones utilisant les ondes radioelectriques emises par les satellites de geolocalisation - Google Patents

Abstract

Dispositif de détection du passage de drones utilisant les ondes radioélectriques émises par les satellites de géolocalisation.

Description

La présente invention concerne un procédé ou dispositif de surveillance de zones de l’atmosphère pouvant être traversées par des drones dangereux, par exemple susceptibles de provoquer un accident nucléaire ou de déverser sur des rassemblements humains des aérosols extrêmement toxiques aux effets dévastateurs. Une petite quantité de ces aérosols, de l’ordre du kilogramme, convenablement dispersée, peut tuer plusieurs centaines de milliers d’êtres humains.

Un repérage de la présence de ces drones, afin de procéder à leur neutralisation est nécessaire.

Plusieurs procédés sont proposés, mais ils nécessitent tous une infrastructure lourde et coûteuse ce qui les rend difficilement exploitables. L’invention résout ces problèmes :

Elle est constituée de plusieurs détecteurs miniaturisés et autonomes, très peu coûteux, mis en place en quelques secondes ou minutes qui transmettent à un organe de centralisation le passage d’un drone dans leur zone de surveillance.

La figure 1 représente schématiquement un détecteur (1) : la vue A est une vue de coté, la vue B et une vue de la disposition interne des éléments constitutifs, la vue C est une vue de dessus.

La réalisation matérielle, selon de niveau de miniaturisation adopté, peut inclure toutes ces fonctions dans une seule puce.

Chaque détecteur (1) représenté schématiquement figure 1, comporte un bloc de détection (2), un récepteur GPS (3) et son antenne (8), un transmetteur GSM ou autre système de transmission (4) et son antenne (7), une pile ou un accumulateur (5) une prise d’alimentation extérieure non représentée et selon les versions un capteur solaire (6).

Un dispositif de fixation, par exemple un ou plusieurs aimants (9), permet une fixation rapide sur tout support en acier, tels que les pylônes d’éclairage, les panneaux publicitaires, les mats d’antenne, les toits de véhicules, etc. Dès que le passage d’un drone est détecté, le transmetteur GSM transmet les coordomiées géographiques du détecteur, calculées par le récepteur GPS.

Par leur facilité d’installation et de transmission de leur coordonnées géographiques, ils sont parfaitement adaptés à la protection des zones de rassemblements forains, tels que les concerts en plein air, les stades sportifs, les réunions ou manifestations de tout ordre ainsi que les meetings de personnalités ou les transports de matières dangereuses.

Un exemple d’installation destinée à la protection d’un stade est visible figure 2. Le rayon d’action (10) de chaque détecteur (1) est de 100 mètres. L’ensemble des détecteurs qui envoient leur alarme à la station mobile (11) surveille le stade (12). Le dispositif de neutralisation des drones ne fait pas partie de cette description. Il doit intervenir dans l’espace (13) délimité par le stade et les zones couvertes par les détecteurs.

Ils sont tout aussi aptes à protéger des zones urbaines ou des établissements publics critiques en étant fixés à demeure.

Chaque détecteur exploite les perturbations des ondes radioélectriques émises par les satellites de géolocalisation provoquées par l’écho parasite engendré par le passage d’un objet réfléchissant, pour détecter leur survol par un drone au comportement susceptible d’être agressif.

La figure 3 et le calcul ci après expriment l’effet d’un écho sur le champ électromagnétique reçu par une antenne qui reçoit la composition de deux ondes, directe et réfléchie. Un objet réfléchissant (14) supposé cylindrique et d’axe perpendiculaire se déplace horizontalement à une hauteur h du plan de captation de l’antenne (8). Les rayons parallèles de l’onde rayonnée par le satellite sont repérés (15). Il existe une différence de marche entre les rayons directs CO et les rayons réfléchis BO. Cette différence de marche crée des interférences d’amplitude fluctuante selon le déplacement de l’objet (14).

Si v est la vitesse de l'objet, h sa hauteur, ang l'angle entre les ondes du satellite et la verticale, /la fréquence des ondes soit 1.5 GHz, co=2*n*f\à pulsation soit 6.28*1.5*109, C=célérité de la lumière, h= hauteur du mobile par exemple 50 m xo la projection horizontale de la position initiale de l’objet, par exemple 100 mètres x= xo-v*t la position à l’instant t de l’objet la relation exprimant la fluctuation du signal est donnée, en posant

par :

*abs(sin(cp))/ sin((p)

La figure 4 est le résultat d'une simulation du signal reçu par l'antenne (8), pour une vitesse de déplacement uniforme de l'objet à une distance h. Il existe une symétrie entre les signaux amont et aval, le point de l'axe de symétrie est repéré (16). C’est le traitement de ces interférences qui va permettre de repérer le passage d’un drone.

Ce calcul est l'expression simplifiée de la signature d’un drone. En effet, l’onde incidente et les formes de l’objet ne sont que rarement dans cette configuration. L’écho réel est tridimensionnel et est la résultante des diffractions dues aux variations géométriques de l’objet à laquelle s’ajoutent les effets d’extrémités, formant un nuage de réflexions omnidirectionnelles. L’utilisation des systèmes GPS ou Galileo ou Glonass ou autres est nécessaire, car la présence simultanée de plusieurs ondes d’angles d’incidence différents provenant d’émetteurs répartis sur la sphère céleste propose toujours une onde de trajectoire optimale, générant un écho d’amplitude plus importante, comme le montre très schématiquement la figure 5, En A, l’écho est optimal, en B l’écho n’est du qu’à la diffraction des arêtes du cylindre. La figure 6 montre que 4 ondes d’incidences différentes provenant de 4 satellites vont résoudre cette ambiguïté. L'unité de traitement de chaque détecteur se compose d'un boîtier (17) incluant - un sous ensemble (18) de traitement des données GPS de technologie connue, c'est à dire comportant une antenne (20), un amplificateur haute fréquence (21), un amplificateur moyenne fréquence précédé d'un étage d'hétérodynage entre la fréquence captée et une fréquence stable fO (24) et suivi d'un deuxième étage d'amplification variable asservi (26) destiné à maintenir im signal de sortie d'amplitude constante avant sa numérisation et le traitement des signaux conforme au processus d'identification des données des satellites GPS. Ces données, qui sont les coordonnées géographiques du détecteur sont transmises au bloc émetteur-récepteur GSM (38) et (39) qui les transmet lorsque l'information de détection provenant du sous ensemble de détection lui parvient. - un sous ensemble de détection appelé aussi bloc de mesure (19), comportant un amplificateur moyenne fréquence (29) précédé d'un hétérodynage entre la fréquence captée et une fréquence stable fl (30), de préférence différente de fO pour éviter la confusion par rayonnement des signaux provenant du bloc de traitement GPS.

Dans cette description,le signal traité provient du signal capté par l’antenne (20) et amplifié par l’amplificateur (21) commun aux deux traitements.

Une variante possible consiste, si nécessaire, pour éviter la confusion des signaux, d'utiliser une antenne et un amplificateur haute fréquence différents des éléments (20) et (21) utilisés par le sous ensemble GPS. Cet étage est suivi d'un étage de contrôle automatique de gain à grande constante de temps fournissant un signal d'amplitude de moyenne non fluctuante (32), et d’un démodulateur d’amplitude dont les valeurs sont converties en données numériques par le convertisseur analogique numérique (33) dont les données vont être stockées dans un registre à décalage intégré dans le bloc d'identification du mobile (35), constamment rafraîchi, ce dernier utilisant un procédé d'autocorrélation miroir revendiqué qui sera décrit ultérieurement. L'examen des résultats de ce bloc déclenche une alarme (37). Les repères (23), (25), (27), (31), (34), (36) sont une représentation visuelle des signaux à chaque étape des traitements.

Le signal d'alarme déclenche l'émission par le bloc émetteur-récepteur GSM (38) et son antenne (39) qui transmet alors les coordonnées géographiques du détecteur à l'organe de centralisation qui décide de la procédure à utiliser.

Bien entendu le système constitué par l’ensemble des détecteurs est en dialogue permanent avec l'organe de centralisation qui teste ainsi son bon fonctionnement. L'invention utilise un procédé de traitement de signal qui lui est spécifique, et qui est décrit figure 8, 9, 10. La figure 8A représente le signal numérisé brut. L'amplitude moyenne (40) mesure l'amplitude du signal reçu par l'antenne, sur lequel s’ajoute une ondulation caractéristique (41) provoquée par le déplacement horizontal d’un objet, par exemple un drone. Un filtre passe haut non représenté supprime la composante continue du signal. La figure 8B est une version dilatée du signal (41) sans composante continue, telle que celle en cours d’enregistrement dans le registre à décalage, l'amplitude moyenne (40) ayant été éliminée. La partie du signal temporel (41) située entre les points A et C est donc le bloc mémorisé par le registre à décalage qui est rafraîchi à chaque instant.

La zone entre A et C, figure 8C représente l’état du registre à décalage un peu plus tard,

Il en est de même de la figure 8D.

Le bloc AC est scindé en 2 parties égales AB et BC visibles figure 8E et 8F. L'un de ces deux blocs et inversé temporellement, comme par exemple montré figure 8G qui est la représentation du bloc 8F inversé.

Selon l'invention, le dispositif numérique effectue la corrélation dès qu’une nouvelle acquisition de domiée est mémorisée entre les blocs 8E et 8G. Dans le cas de la figure, cette corrélation est quasi nulle.

Il en va autrement lorsque le registre à décalage est positionné selon la configuration de la figure 9A. Ici, le bloc BC figure 9C inversé figure 9D et en concordance avec le bloc 9B. La corrélation est alors maximale.

La figure 9E exprime le résultat de la corrélation pour un registre à décalage représentant 5 secondes, d'un passage de drone à lOm/s , et cela pendant 20 secondes.

La figure 10A représente le même signal bruité et la résultat de la corrélation figure 10B. la figure 10C représente un signal composite émanant de 10 réflecteurs situés de manière aléatoire en X et Z dans un domaine de 20cm par 20cm. La figure 10D est le résultat de la corrélation.

Ces figures 8, 9 et 10 montrent l'efficacité du procédé de corrélation miroir, revendication principale de cette invention.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1- Dispositif de surveillance de zones de l’atmosphère en vue de détecter la présence de drones, utilisant les ondes radioélectriques émises par des satellites de géolocalisation.
2. 2- Dispositif selon revendication 1 caractérisé par l'utilisation d’un bloc de mesure des ondes incidentes directes et réfléchies par un objet se déplaçant dans la zone de contrôle constitué d’une antenne (20) d’un amplificateur (21), d’un amplificateur moyenne fréquence et d’un étage d’hétérodynage (24) un démodulateur d’amplitude associé à un convertisseur analogique digital (33), un registre à décalage constamment rafraîchi (35).
3. 3- dispositif selon revendication 2 caractérisé par le procédé de détection utilisant^ une méthode d’autocorrélation miroir, qui effectue la corrélation d’une moitié des données enregistrées dans le registre à décalage avec l’autre moitié des données enregistrées dans le registre à décalage temporellement inversées effectuée dans un bloc d’identification de mobile (35).
4. 4- dispositif selon revendication 2 de détection du drone basé sur le résultat de cette autocorrélation miroir, dont le pic d’amplitude est caractéristique du passage d’un drone.
5. 5- dispositif selon revendication 1 caractérisé par l’utilisation d’une transmission par GSM (38) de l’alerte et simultanément des coordonnées géographiques du détecteur.
6. 6- dispositif selon revendication 5 caractérisé en ce que la réception s’effectue vers un organe de centralisation (11) apte à déclencher les contre-mesures.
7. 7- dispositif selon revendication 1 caractérisé en ce que les détecteurs sont autonomes, autoalimentés par capteur solaire (6), accumulateurs (5) ou par une alimentation extérieure.
8. 8- dispositif selon revendication 7 caractérisé en ce que les détecteurs peuvent se fixer par aimants (5) sur les pylônes, toitures, et autres installations en matériaux ferromagnétiques.
9. 9- dispositif selon revendications 1, 5 et 6 constitué de détecteurs en constant dialogue avec l’organe de centralisation