Proposition de thèse au département Micro

Proposition de thèse au département Micro-ondes de Telecom Bretagne
Bourse de thèse à pourvoir en 2015
Sujet : Détection des sources d'émission HF par les techniques de géolocalisation passive
Description
La transmission radioélectrique à longue distance dans la bande HF permet de couvrir de vastes zones
géographiques à l’aide d’infrastructures légères et mobiles. Elle est donc bien adaptée pour établir des
communications lors d’opérations militaires ou pour le déploiement rapide d’un réseau de communication
agile lors d’opérations humanitaires. Dans ce cadre, il est important de pouvoir déterminer la position
géographique des émetteurs par l’analyse des signaux électromagnétiques de communication.
Pour des transmissions HF à des distances autour du millier de km, le signal radioélectrique se propage via
une réflexion sur l’ionosphère. Les caractéristiques de cette couche atmosphérique sont très variables en
fonction de l’activité solaire, de la position géographique et de l’heure locale. L’une des techniques de
localisation disponibles, dite Localisation à Site Unique (LSU) [1, 2], consiste à utiliser un large réseau de
goniométrie à antennes multiples, ce qui permet d’obtenir la direction d’arrivée du signal. Cette méthode a été
testée avec succès dans le Programme d’Etudes Amont ALIBABA de la DGA. Les points durs de cette
méthode résident dans la nécessité de déployer un réseau d’antennes et de disposer d’un modèle précis de
profil ionosphérique, ce qui nécessite d’estimer la hauteur de réflexion ionosphérique à l’aide d’un logiciel de
prévision ou d’ionosondes.
L’objectif de la thèse est de développer une technique de localisation complémentaire, intitulée Time
Difference of Arrival (TDoA). Cette technique est généralement utilisée pour la localisation dans le cas de
transmission en ligne directe [3], mais n’a été que très peu étudiée pour la transmission HF par rebond via le
canal ionosphérique. Basée sur le temps de propagation du signal, elle peut s’appliquer dès lors que l’on
dispose de quelques récepteurs mono-antenne non co-localisés. Une étude préliminaire de la localisation par
temps d’arrivée [4] a montré que moyennant certaines hypothèses, la localisation pouvait être établie sans
connaissance explicite de la hauteur de la couche ionosphérique. Une expérimentation est actuellement en
cours à Telecom Bretagne afin de valider ce concept en collectant les données de plusieurs stations
d’émission et de réception HF.
Au cours de la thèse, la technique de localisation TDoA sera d’abord analysée afin de proposer des
améliorations pour son application aux transmissions HF ionosphériques En particulier, on cherchera à
optimiser l’algorithme de simulation en prenant en compte de variations dans la structure de l’ionosphère. Une
méthode de calibration sera étudiée en utilisant des signaux HF dont l’émetteur est identifié [5], comme les
réseaux de balises NCDXF ou WSPR. Dans un second temps, on cherchera à mettre en œuvre cette
technique par le développement de démonstrateurs basés sur des modules de radio logicielle. Les mesures
expérimentales collectées permettront de définir l’approche opérationnelle la plus pertinente, par exemple en
termes de positionnement du réseau de réception ou du nombre de stations requises. Enfin, la méthode
proposée sera confrontée aux autres méthodes existantes. En particulier, on cherchera comment ces
différentes méthodes peuvent être combinées afin d’optimiser les performances de géolocalisation.
Technopôle Brest-Iroise CS 83818 – 29238 Brest Cedex 3 – France · Tél. +33 (0)2 29 00 11 11 · Fax +33 (0)2 29 00 11 00 · Siret : 180 092 025 00030 · APE : 8542Z
www.telecom-bretagne.eu
Références
[1] Y. Erhel et F. Marie, “An Operational HF System for Single Site Localization,” in IEEE Military
Communications Conference, 2007. MILCOM 2007, 2007, pp. 1–5.
[2] G. Fabrizio et A. Heitmann, “Single site geolocation method for a linear array,” in 2012 IEEE Radar
Conference (RADAR), 2012, pp. 0885–0890.
[3] D. J. Torrieri, “Statistical Theory of Passive Location Systems,” IEEE Transactions on Aerospace and
Electronic Systems, vol. AES-20, no. 2, pp. 183–198, Mar. 1984.
[4] P. Pagani, R. Fleury, et al., "A Study of HF Transmitter Geolocation Through Single-Hop Ionospheric
Propagation", in 2014 8th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 2014, pp. 2689–
2693.
[5] K. Khoder, R. Fleury, et P. Pagani, “Monitoring of ionosphere propagation conditions using opportunistic
HF signals,” in 2014 8th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 2014, pp. 2697–2701.
Profil du candidat :
Le candidat devra être titulaire d’un Master 2 Recherche ou équivalent dans le domaine de
l’électromagnétisme, du traitement du signal, ou des télécommunications.
Connaissances requises
- Compétences requises en propagation électromagnétique, traitement du signal, et statistique.
- Capacité de mettre au point des modèles mathématiques représentatifs des phénomènes physiques,
avec une analyse critique de leurs performances et de leurs limites
- Compétences solides en programmation (logiciels de simulation numérique, de pilotage d’équipement
de mesure, Matlab).
- Aptitude à concevoir et déployer un dispositif expérimental permettant de valider les hypothèses
théoriques
- Autonomie et capacité à se mettre en relation avec des partenaires internes et externes pour
résoudre des problèmes complexes
- Expérience du traitement et de l’analyse de données expérimentales.
- Une expérience (projet, stage) de la transmission HF longue distance serait un plus.
Lieu de réalisation de la thèse :
Telecom Bretagne
Laboratoire Lab-STICC UMR CNRS 6285
Département Micro-ondes
Technopôle Brest-Iroise
CS 83818
29238 Brest Cedex 3
France
Date de début de contrat : septembre 2015
Contact : Pascal PAGANI, Telecom Bretagne, [email protected]
Technopôle Brest-Iroise CS 83818 – 29238 Brest Cedex 3 – France · Tél. +33 (0)2 29 00 11 11 · Fax +33 (0)2 29 00 11 00 · Siret : 180 092 025 00030 · APE : 8542Z
www.telecom-bretagne.eu