Contrôle du front d'onde pour des scénarios d'agression électromagnétique à distance et de communications en environnement à trajets multiples

Wavefront control for remote electromagnetic aggression and multipath communication scenarios

• Auteur / Autrice : Katiembiéyaha Brahima Yeo
• Direction : Philippe Besnier, Matthieu Davy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 07/03/2023
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes ; 2022-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : Cyril Nicolas Decroze
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Besnier, Matthieu Davy, Cyril Nicolas Decroze, Pierre Bonnet, Claire Prada, Erwan Nogues, José Lopes Esteves
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Cyril Nicolas Decroze, Pierre Bonnet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique

Métasurfaces

Matrice S, Théorie de la

Brouillage électromagnétique

Systèmes informatiques -- Mesures de sûreté

Mots clés libres

Interférence électromagnétique

Couplage électromagnétique

Non-Invasive

Matrice de diffusion

Opérateur de Wigner-Smith généralisé

Métasurfaces

Intentional electromagnetic interference

Electromagnetic coupling

Non-invasive

Scattering matrix

Generalized Wigner-Smith operator

Metasurfaces

Résumé

Dans le contexte de la cybersécurité, l’illumination d’une cible par des sources d'interférence électromagnétique intentionnelle vise à maximiser le couplage vers cette cible. Les techniques de pré-codage conventionnelles nécessitent une coopération directe de celle-ci. Toutefois ces approches ne sont pas envisageables dans un scénario d’agression électromagnétique réaliste. Dans cette thèse, nous démontrons de nouvelles approches de pré-codage qui s’appuient sur les propriétés de diffusion du milieu, caractérisées par la matrice diffusion, afin de maximiser le couplage vers la cible de manière non-invasive. Dans un premier temps, nous nous basons sur l'opérateur de Wigner-Smith généralisé (WSG) appliqué à la modulation d'impédance de la cible. Cet opérateur nous permet en effet de déterminer le front d’onde, en régime harmonique, à injecter dans le milieu afin d’optimiser l’excitation de la cible sur la seule perception de ce changement d’’état. Nous avons ensuite étendu cette technique au régime transitoire pour des applications large bande. La technique de pré-codage basée sur l'opérateur WSG peut avoir de nombreuses applications en plus de la cybersécurité, notamment dans le domaine des communications où nous démontrons la transmission d'une image à un récepteur sans connaissance préalable de l’information du canal. Dans un second temps, plutôt que de façonner le front d’onde en émission, nous démontrons une nouvelle technique de pré-codage basée sur la modification de la matrice de diffusion à l'aide de métasurfaces reconfigurables, afin que tout front d'onde incident défini arbitrairement puisse maximiser l'intensité focalisée au même titre que la technique précédente. Cette nouvelle technique facilite la transition vers des protocoles de pré-codage plus simple ouvrant ainsi un grand panel d’applications dans l’ingénierie ondulatoire.

In the context of cybersecurity, the illumination of a target by intentional electromagnetic interference sources is aimed to maximize the coupling to that target. Conventional precoding techniques require direct cooperation from the target. However, these approaches are not applicable in a realistic electromagnetic aggression scenario. In this thesis, we demonstrate new precoding techniques that rely on the scattering properties of the medium, characterized by the scattering matrix, to non-invasively maximize the coupling to the target. First, we rely on the generalized Wigner-Smith operator (GWS) applied to the target impedance modulation. This operator allows us to determine the wavefront, in harmonic regime, to be injected in the medium in order to optimize the excitation of the target on the only perception of this change of state. We then extended this technique to the transitional regime for broadband applications. In addition to cybersecurity, the precoding technique based on the GWS operator can have numerous applications, including the communications domain where we demonstrate the transmission of an image to a receiver without prior knowledge of the channel state information. In a second step, rather than shaping the wavefront on the transmission side, we demonstrate a new precoding technique based on the modification of the scattering matrix using reconfigurable metasurfaces, so that any arbitrarily defined incoming wavefront can maximize the focusing intensity as in the previous technique. This new technique simplifies the transition to simpler precoding protocols, thus opening up a wide range of applications in wave engineering.