Etude et amélioration des performances d’un système IFF (Identification Friend or Foe) dans un environnement perturbé

Study and Enhancement of the Performance of an IFF (Identification Friend or Foe) System in a Disrupted Environment

• Auteur / Autrice : François Le Neindre
• Direction : Dominique Dallet, Guillaume Ferré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Productique, Signal et Image, Ingénierie cognitique
• Date : Soutenance le 28/11/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Christelle Aupetit-Berthelemot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Chadi Jabbour, Vahid Meghdadi Neyshabouri

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar

Identification des systèmes

Traitement du signal

Mots clés libres

Traitement du signal

Identification ami ennemi

Interférence

Radar secondaire

Signal processing

Identification Friend and Foe

Interference

Secondary radar

Résumé

L'Identification Ami-Ennemi désigne un ensemble de systèmes permettant la reconnaissance de véhicules alliés, généralement aériens, dans le cadre d'opérations militaires, mais aussi la surveillance de la situation aérienne et l'anti-collision dans un contexte aussi bien militaire que civil. Elle repose sur un principe d'interrogation-réponse : l'interrogateur, qui cherche à obtenir des information d'un véhicule, va envoyer un signal sur une porteuse à 1030MHz et attendre une réponse sur la bande à 1090MHz. Différentes formes d'ondes, transportant différents types d'informations avec différents niveaux de protection sont regroupée par "modes". Toutefois, la coexistence des modes sur ces bandes, ainsi que les fortes densités d'aéronefs dans certains contextes, conduisent à une augmentation significative de la probabilité de collision de réponses non sollicitées avec la réponse d'intérêt. On parle alors d'interférence. Certains modes, parmi lesquels on retrouve les modes "SIF" et "S", en sont plus vulnérables et utilisent des contremesures matérielles et algorithmiques pour en limiter les effets. Cependant, ces dernières ne traitent que certains cas et ne prennent pas en compte certaines particularités observées des signaux mais rarement évoquées dans la littérature. L'objet de cette thèse est donc d'améliorer le taux de bonne réception des réponses des modes SIF et S dans des environnements denses. Pour cela, un modèle de réception s'appuyant sur la littérature, les documents normatifs et des observations en environnement réel est introduit. Ensuite, une focalisation sur le récepteur mode S est menée, avec la proposition de divers algorithmes améliorant les différentes étapes de la chaîne, tout en se basant sur le modèle précédemment établi. Cela passe notamment par la détection et synchronisation des réponses, à l'aide de leur préambule, ou en utilisant les propriétés de leur forme d'onde impulsionnelle, ainsi que de leurs décodage et correction binaires. Enfin, nous proposons un récepteur capable de simultanément décoder des réponses mode S et SIF, en utilisant le principe d'annulation successive d'interférence, avec des étapes originales d'estimation des paramètres nécessaires à la reconstruction / annulation de l'enveloppe complexe des signaux.

The Identification Friend or Foe designates the systems which enable the recognition of friendly vehicles, generally aircrafts, in a military context, but also the surveillance of the airborne situation and avoidance of collisions, also in a civilian context. It relies on an interrogation-reply basis. The interrogator device, which seeks information about an aircraft, sends a signal on the 1030MHz carrier and waits the aircraft transponder to reply on the 1090MHz band. Different waveforms transport various types of information and are grouped as "modes". However, their co-existence on the cited frequency bands leads to a higher probability of overlapping of unsolicited replies on the reply of interest. This is known as interference. Some of the modes, among which are the modes "SIF" and "S", are more vulnerable to these. That is why modes use material and algorithmic countermeasures to alleviate its effects. Nevertheless, they do not take into account some reception cases, as well as specific waveform features which we observed, but were seldomly mentioned in the literature. The goal of this doctoral thesis is then to enhance the reception rate of mode S and SIF replies in a disrupted environment. To this end, a reception model based on the literature, the normative documents and empirical observations is established. Then, focus is brought on the mode S receiver, whith various contributions that address reply detection, though the exploitation of a preamble pattern or the pulsed modulation scheme, as well as binary decoding and correction. Finally, a receiver capable of simultaneously decoding modes S and SIF replies has been developed, using the successive interference cancellation principle and featuring original signal parameter estimation for the complex enveloppe reconstruction and cancellation.