Projet ANR-12-ASTR-0005 – MIMOCHIC : Imagerie par macromodels des voies de couplage avec cogénération de champs forts
Programme : Accompagnement spécifique des travaux de recherches et d’innovation Défense (ASTRID)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Andrea COZZA (Ecole Supérieure d'Electricité)
Partenaires : DGA-TA DGA Techniques aéronautiques; CentraleSupélec
Montant : 209153.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 24 mois
Résumé : MIMOCHICImagerie par macromodels des voies de couplage avec cogénération de champs forts
Enjeux et objectifsCe projet a pour ambition d’introduire la première procédure expérimentale capable d’offrir une caractérisation complète de la susceptibilité électromagnétique d’un système sous test (SST), soumis à un interférent externe générique, et ceci sans avoir nécessité d’une approche expérimentale exhaustive. La contribution la plus importante viendra d’un changement de paradigme des essais CEM pour des SST complexes. Aujourd’hui, la réponse d’un SST à un interférent externe est mesurée dans des moyens d’essai, en observant la présence de modifications dans le comportement du SST. Les quelques configurations testées à cette fin représentent un compromis entre la durée totale des essais (reliée aux coûts de mise en œuvre) et la précision des résultats obtenus. Il en découle qu’il n’est pas possible d’extrapoler la réponse du SST à un scénario d’interférence spécifique, sauf si cette configuration a été testée préalablement. Cette limitation est due au fait que les tests actuels ne sont pas utilisés dans le but de comprendre la réponse globale du SST, mais plutôt comme une collection de réponses séparées. En effet, ces jeux de données ne sont pas choisis dans le but d’extraire de l’information sur le comportement du SST, par exemple dans le but de dériver un modèle équivalent imitant le comportement globale du SST.Le projet MIMOCHIC est au contraire conçu autour de l’idée d’appliquer des méthodes d’inférence statistique afin d’extraire un modèle équivalent de la réponse du SST ; ceci est réalisable grâce à un choix judicieux de configurations de test capables de sonder tout l’espace des réponses du SST. La performance du SST soumis à toute configuration réaliste pourra donc être estimée à partir de ce modèle comportemental, introduisant ainsi le concept d’essai virtuel.
Approaches proposéesCe projet vise à définir les outils nécessaires à ce changement de paradigme, grâce aux propriétés de la TREC (time-reversal electromagnetic chamber), un nouveau moyen d’essai récemment développé à Supélec . La TREC a permis de démontrer la possibilité de générer des fronts d’onde arbitraires, dans des conditions temps-réel, sans faire appel à des réseaux de sources coûteux, grâce aux propriétés des milieux diffusifs excités par des signaux ad-hoc soumis à retournement temporel. Toute combinaison des paramètres des interférents peut être générée par une seule antenne, y compris ceux reliés à des scénarii multi-trajets.La possibilité de générer des fronts d’onde arbitraires sera exploitée afin de sonder la réponse d’un SST soumis à des interférents externes. Une approche de type plan d’expérience permettra de collecter le plus grand nombre d’informations à partir de jeux de données de taille réduite.
Résumé de la soumission : Tout dispositif commercialisé dans le monde est requis satisfaire les contraintes imposées par la réglementation internationale en terme de performance CEM (compatibilité électromagnétique). Ces normes internationales visent à assurer une performance satisfaisante lors que le dispositif est, inévitablement, opéré dans un environnement pollué par des ondes électromagnétiques. Le cas des tests de susceptibilité rayonnée comporte des fronts d'ondes incidents sur l'EST (équipement sous test): c'est le cas d'un ordinateur à proximité d'un téléphone portable, ou d'un avion en phase d'atterrissage exposé à des ondes radar.Le niveau d'immunité est typiquement mesuré à l'aide de moyens d'essai où une ou plusieurs ondes incidentes sont générées et leur impact sur l'EST est mesuré. Tous les tests actuels sont basés sur une interprétation directe de ces résultats, étudiés comme des réalisations séparées. Ceci comporte une interprétation simplifiée des résultats, mais le nombre limité de configurations de test réalisées dans la pratique (coûts, délais) implique qu'aucun test ne saura être exhaustif et capable d'indiquer l'existence d'un scénario de pire cas absolu, mais uniquement d'un pire cas relatif au jeu de données considéré.Une approche plus efficace et robuste viserait à la définition de configurations de test telles à explorer le comportement propre de l'EST. Une telle opération est possible grâce à l'utilisation de modèles comportementaux de l'EST, comme fait dans un grand nombre d'autres domaines. L'avantage principal d'une telle démarche serait la capacité de prédiction du comportement de l'EST pour tout type de scénario, mais sans nécessiter des tests plus poussés, ou en nombre plus important. Deux conséquences directes peuvent être identifiées : 1) la réduction du nombre total de tests, car ne plus définis pour couvrir tout type d'incidence, mais pour extraire le comportement de l'EST (réduction des coûts de test); 2) la certitude d'avoir accès aux scénarii pire cas, sans avoir à les recréer en phase de caractérisation (gestion de l'incertain et du risque). Les approches actuelles sont incapables de donner accès à ces avantages, car les configurations de test sont définies séparément, plutôt que dans une optique globale (comportement de l'EST).Ce projet vise à introduire et définir les méthodes nécessaires pour ce changement de paradigme, grâce à l'exploitation des propriétés de la TREC (time-reversal electromagnetic chamber), un nouveau moyen d'essai récemment développé à Supélec, capable de générer de façon souple tout type de front d'onde (même multi-trajet), sans utiliser des coûteux réseaux de sources, mais en exploitant plutôt les propriétés des milieux diffusifs.Ce projet montrera comment extraire un macromodèle de l'EST, reliant une description paramétrique des scénarii d'incidence aux variable d'état de l'EST: une sorte de fonction de transfère généralisée du système, aussi capable de reproduire des comportements non linéaires.Les principaux outils dans cette démarche viennent de l'inférence statistique, largement utilisée dans des multiples domaines comme la sociologie et le data-mining, où des interactions complexes sont la norme. D'un point de vue pratique, l'approche proposée permettra une identification directe de la position et nature des  voies de couplage (e.g., défauts dans le blindage de l'EST), d'importance cruciale pour les phases de R&D d'un produit. Le macromodèle donnera un accès direct aux scénarii pire cas qui pourraient mettre en défaut l'EST: ceci est d'intérêt non seulement industriel mais aussi pour la défense, notamment dans l'aéronautique et pour la problématique de la guerre électronique. Les résultats de ce projet seront les bases pour la définition d'un nouveau domaine de recherche, l'imagerie CEM, ce qui conduira à l'intégration de techniques avancées de traitement du signal, comme celles employées en imagerie radar, dans le contexte encore trop fermé de la CEM.
Résultats : A partir d’un jeu de données réduit, le macromodèle permettra de prédire la réponse du SST soumis à des scénarii réalistes même complexes, comme le cas d’interférents multiples simultanés, typiques d’environnements multi-trajets ; ce type de configurations est rarement testée dans les moyen d’essais actuels, à cause des difficultés qui implique leur reproduction.
L’avantage principal des  méthodes retenues est de permettre une réduction du nombre d’essais expérimentaux requis pour l’extraction d’informations sur le comportement du SST.
Etant basée sur l’utilisation de chambres réverbérantes, la méthode proposée pourra générer des champs de forte intensité, ce qui est actuellement un obstacle important dans les essais d’immunité dans plusieurs domaines, comme l’aéronautique et la guerre électronique. Cette possibilité est particulièrement intéressante lors qu’on essaie de mettre en évidence des effets non-linéaires déclenchés uniquement par des très forts niveaux de champ.
Perspectives : Le projet MIMOCHIC est censé ouvrir le domaine de la CEM à l’utilisation de techniques d’imagerie. En particulier, l’extraction de macromodèles est à la base de la prédiction des performances d’immunité d’un SST et de l’identification des conditions dans lesquelles le SST subira la pire dégradation due à un interférent externe. Les prédictions du macromodèle peuvent être converties en images 3D, représentant, par exemple, la position des voies de couplage, ou la typologie de signaux qui comportent les pires cas.
Ce type de visualisation est un moyen simple d’identifier précisément  les réponses les plus critiques d’un SST , et représente donc un précieux feedback pour les ingénieurs R&D, sans nécessiter des essais exhaustifs visant à identifier expérimentalement les conditions les plus critiques ; une telle procédure comporterait des durée d’essai prohibitives.
Plus particulièrement, les macromodèles permettent d’introduire le concept d’essai virtuel, où des configurations d’interférents difficilement testables peuvent être prises en compte, obtenant une estimation de la réponse du SST sans avoir besoin de reproduire des environnements complexes, donc en réduisant les coûts globaux d’essais CEM exhaustifs.
Publications et brevets : Le dépôt de trois brevets est actuellement envisagé, portant principalement sur des procédures de focalisation optimales. Les résultats du projet seront publiés dans des revues à comité de lecture internationales de haut niveau et présentés lors de conférences internationales.Le nombre de publications de type journal est actuellement estimé à six papiers.