Maîtrise de la CEM des drones

Objectifs

Les objectifs de la formation Maîtrise de la CEM des drones :

A l’issue de cette formation, le stagiaire sera capable de concevoir et intégrer des modules électroniques dans l’engin, en tenant compte des couplages et en limitant les effets des différentes sources, y compris les interférences radio et les brouillage fortuits ou hostiles.

Le but de cette formation est de :

• Savoir évaluer l'environnement CEM interne et externe à l’engin


• Maitriser une méthode pour une conception optimisée intégrant la CEM


• Savoir identifier les risques CEM en fonction de la source de perturbation externe ou interne


• Savoir choisir les solutions de blindage, neutralisation et filtrage CEM à prévoir


• Connaitre la réglementation et/ou cahier des charges en vigueur pour un drone

Programme

1. Introduction
• Bref rappel de fondamentaux CEM
• Définition des risques et contraintes des drones
• Que dit la réglementation sur les drones ?
• Prise en compte des techniques anti-drone (Counter-UAV)
• Exemple de budget US C-UAV


2. Vulnérabilité
• Distinction Susceptibilité/ Immunité
• Discrétion (indétectabilité, non-compromission)
• Stratégie d’analyse CEM en début de conception
• Bilan préalable PERTURBATEURS –> COUPLAGE –> VICTIME
• Identifier les caractéristiques des principaux perturbateurs 
• Type de fonctionnement : analogique, numérique, permanent, occasionnel.
• Niveau maximum du signal en sortie
• Bande Passante (ou temps de montée minimum) 
• Les principaux éléments vulnérables
• Type de fonctionnement (analogique, numérique, permanent, occasionnel…) 
• Niveau minimum détection (« seuil discernable ») en entrée de signal


3. Exemples de victimes types
• Éléments de navigation (récept. GPS, Galileo, Glonass, centrale gyro/inertielle, boussole, altimètre) 
• Autopilotage n’utilisant pas de signaux extérieurs : capteurs inertiels, accéléromètres
• Capteurs d’assiette, de vitesse, de rotation des moteurs
• Capteurs de 0° et état de charge batterie
• Étage d’entrée RF des signaux de télépilotage
• Identification ami/ennemi ? (IFF contrôlé par AI)
• Capteurs de références externes :         champ magnétique terrestre, constellations de satellites, altimètre, baromètre…


4. Vérification Basique, Auto-Compatibilité
• CEM interne préalable à toute analyse CEM générale
• MATRICE D’INTERACTION Perturbateurs --> Victimes (Internes)
• Fléchage d’incompatibilités possibles


5. Analyse Complète CEM extra-système vis-à-vis de menaces externes
• EXIGENCES D’IMMUNITÉ MAJEURES
• Immunité aux champs forts HIRF ou pulsés (Hi-Power Ultra Wide Band)
• Risque de susceptibilité conduite, en recharge directe ou induction (wireless)
• Enveloppe des plus fortes MENACES, BF ------- > 10GHz
• Forte impulsion non répétitive: DES, Foudre Indirecte ( non-prise en compte de l’impact direct)
• INDICE de SUSCEPTIBILITÉ des victimes = B-Passante / Seuil détection
• Fléchage des victimes à + forte susceptibilité
• Calculs simples de susceptibilité en champs forts
• Hypothèse couplages pires cas : Polarisation la + défavorable, réjection minimale hors-bande…
• Avant ajout de tout remède, Bilan en l’état : OK / NOK
• Pour chaque NOK : durcissements nécessaires : Δ dB / plage de fréquence ?


6. Validation d’immunité en configuration vol réel
• Comportement en cas de défaillance
• «Retour maison» en autopiloté ?
• Arrêt moteur et parachute ?
• Autodestruction (détection « homme mort ») ?.
• Prise en compte : présence simultanée de perturbateurs internes avec une menace externe
• Effets induits d’une DES ou Foudre indirecte durant le vol
• Cas d’emport de charge critique


7. Analyse CEM extra-système, Émissions rayonnées
• Emissions rayonnées
• Contrainte légale ou contractuelle
•  Causes des fréquents rejets aux essais d’émission EMI 
• Discrétion (Tempest), décodage pirate du télépilotage
• Analyse simple de l’émission RF rayonnée des principaux perturbateurs
• Spectres pire-cas des signaux rapides
• Spectre des champs rayonnés (dBµV/m) par cartes, câbles, moteurs de rotor, gros modules CI
• Calculs par modèles simples, maximalistes
• Pour chaque famille de signaux, noter dépassement ΔdB, NOK vis-à-vis de la norme


8. Compilation des besoins en Durcissement, Susceptibilité & Émission
• Enveloppe /cumul des + forts besoins Susceptibilité & Emission
• Feuille de route pour l’amélioration à la conception
• Introduction aux filtres HF passifs 
• Maitrise des Bandes passantes
• Réjections du Mode Commun
• Blindages : dernier ressort, si aucune autre solution 
• Filtrage de tous conducteurs entrants ou sortants
• Intégration sur PCB
• Évitement des effets parasites : selfs de connexions, diaphonies de contournement…
• Mini-blindages zonés sur PCB. Possibilités/limites des plastiques conducteurs
• Câbles blindés miniature
• Utilisation des structures et carénages en composites chargés, aidant à un blindage global


9. Validation en cours de conception
• Retour d’expérience de consultants lors des essais d’une première recette
• Essais en équivalents conduits sur maquette ou prototype représentatif
• Recherche de susceptibilité hors-bande, par injection sur entrées critiques
• Seuils susceptibilité par injection de courant sur les torons (BCI)
• Mesure d’émission à la pince des courants des torons


10. Revue des exigences, Montages d’essai et limites (Mil ou Civil)
• Tests existants applicables
• Personnalisations propres aux drones
• Prise en compte de la « cyber-vulnérabilité »
• Détecteur d’intrusion, d’attaque RF d’un téléguidage
• Vérifier qu’un détecteur « hard » ajouté n’est pas lui-même perturbable
• Critères d’acceptation / rejet
• Montages de test (set-up) spécifiques


11. Conclusion
• Synthèse générale
• Livres, revues ou sites internet