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 Nouveaux navires MCM : la communication avec les drones

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olivier
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MessageSujet: Nouveaux navires MCM : la communication avec les drones   Lun 21 Mai 2018 - 23:09

Nouveaux navires MCM : La communication et la transmission de données sans fil avec les drones.

On n'en sait toujours pas plus sur 'comment seront nos futurs navires MCM' (dont le 1er devrait 'normalement' entrer en service en 2023) puisqu'on ne connait rien du cahier des charges définitifs. Tout ce qu'on sait, suite à l'appel d'offres lancé officiellement par le ministère de la Défense le 5 févriers 2018, c'est que ce seront des navires « oceangoing » d'une longueur minimale de 70 mètres !

Mais si on n'en connait pas encore les caractéristiques, on sait que les futur navires MCM serviront de bateau-mère (ou de plateforme) à trois type de drones différents :

  • Le drone de surface (USV=Unmanned Surface Vehicle), qui est capable d’intervenir rapidement et de mettre en œuvre un sonar remorqué, et dès qu'une mine potentielle (mine like) est détectée il déploie un robot télé-opéré (ROV - Remoted Operated Vehicle) qui se rend à proximité du contact pour l'identifier au moyen d'une caméra, puis une fois la menace confirmée et classifiée, il la détruit en déposant tout près une charge explosive,
  • Le drone sous-marin sans pilote ou autonome (UUV=Unmanned Underwater Vehicle ou AUV=Autonomous Underwater vehicle), qui est équipé de nombreux capteurs et notamment de sonars permettant de balayer de grandes zones,
  • Le drone volant ou hélidrone (UAV=Unmanned Aerial Vehicle à décollage/atterrissage vertical), un hélidrone est une véritable caméra déportée qui permet au commandement du navire MCM de suivre en temps réel de jour comme de nuit ce qui se passe sur la zone d’opérations à plusieurs dizaines de km de là, l'hélidrone sert aussi de relais pour les transmissions de données (images vidéo du sonar, images vidéo du ROV, etc..) entre les USV's, UUV's et le bateau-mère.


Alors, pour mettre en œuvre à partir de la mer l’ensemble de ces drones, il faut donc des navires capables de stocker et entretenir les différents drones, les déployer et les récupérer facilement et en toute sécurité, tout en disposant de locaux permettant d’accueillir les opérateurs chargés de contrôler les opérations. Par rapport aux chasseurs de mines actuels, c’est un nouveau paradigme qui voit le jour, avec des bateaux qui n’ont plus besoin d’évoluer directement dans les champs de mines. Cela permet par exemple de disposer de bâtiments un peu plus grands et rapides, avec une autonomie plus forte et donc une capacité de projection bien supérieure aux moyens actuels. D’autant que les systèmes de drones sont conçus pour être conteneurisables et peuvent donc être déployés par avion, indépendamment des bateaux-mères.

Donc, le futur navire MCM devra être équipé de très gros moyens de transmission/réception de données afin de pouvoir réceptionner en temps réel l'énorme flux vidéo en haute résolution envoyé : par le sonar remorqué de l'USV, par le sonar de l'UUV (en relai via l'USV), par la caméra du ROV et par la caméra de l'hélidrone !!! Et quand on voit le nombre de capteurs qui vont travailler simultanément, il va falloir un très grand CIC très bien équipé avec beaucoup de consoles !

Voici les moyens de communications entre le bateau-mère (mothership) et les différents drones sur la zone d'opération :

1 - Communication entre le Mothership et un USV : l'opérateur dans le CIC du mothership peut depuis sa console manœuvrer à plusieurs dizaines de km de distance un USV sur la zone d'opération, c'est à dire que c'est lui qui dirige le USV (cap et vitesse) jusqu'à et sur la zone d'opération, et qui là-bas ordonne à l'USV de mettre à l'eau son sonar remorqué pour balayer la zone, et/ou de mettre à l'eau son ROV pour vérifier visuellement un contact et le neutraliser si c'est bien une mine. En même temps, l'opérateur reçoit sur sa console les images vidéos provenant du sonar remorqué (et/ou du ROV) de l'USV :

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Communication et transmission de données entre le Mothership (bateau-mère) et le USV qui a déployé son sonar remorqué (towed sonar)

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Communication et transmission de données entre le Mothership (bateau-mère) et le USV qui a déployé son ROV

[Seuls les administrateurs ont le droit de voir cette image]
Communication entre le Mothership (bateau-mère) et le USV qui a déployé sa drague à influence (influence mine sweep)

2 - Communication entre le Mothership et un UUV : pour permettre une communication et une transmission de données entre le UUV (drone sous-marin autonome), lorsque celui-ci est en plongée à plusieurs dizaines (ou centaines) de mètres de profondeur, et le bateau-mère qui se trouve à plus de 10 km de là, il faut utiliser un USV qui suivra le UUV à la verticale à la même vitesse et avec le même cap de manière à pouvoir communiquer entre-eux au moyen de modems acoustiques. Bref, dans ce cas-ci le USV sert de relais de communication, puisque le USV se trouve en permanence à quelques dizaines (ou centaines) de mètres à la verticale du UUV, de cette manière ils peuvent communiquer ensemble par modems acoustiques, et simultanément le USV retransmet par les airs au motership toutes les données reçues du UUV :

Citation :
Rappel : Les communications acoustiques entre un navire et un vehicule sous-marin autonome (UUV) en plongée ou entre deux véhicules sous-marins autonomes (UUVs) en plongée sont effectuées au moyen de modems acoustiques. Les phénomènes de réfraction, dispersion, réflexion, absorption et diffraction, sont autant d’obstacles a la bonne propagation du son. Ils sont a l’origine de chemins courbes, de multi-trajets, d’atténuations, etc. De ce fait, le débit des communications acoustiques et très limité et fortement lié a la portée et a la directivité souhaitée. Ainsi, les produits commerciaux actuels ne permettent pas de dépasser des débits de l’ordre de la trentaine de kilobits par seconde (38,4 kbps pour les modems LinkQuest High Speed et 31,2 kbps pour les modems EvoLogics) pour des portées inférieures a 10 km. On notera que ces valeurs maximales ne peuvent etre atteintes simultanément. En limite de portée, les débits sont donc souvent moindres. Des travaux de recherche ont permis d’atteindre des débits supérieurs dans des conditions d’utilisation particulières (par exemple transmission verticale en eaux profondes), mais ces dispositifs ne sont pas commercialisés. (cet extrait date de plusieurs années)

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Communication entre le Mothership et un UUV en plongée, via un USV (USV master UUV) qui sert de relai de communication entre les deux

3 - Communication entre le Mothership et un Hélidrone servant de relai pour USV et un UUV :

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Communication entre le Mothership et un UUV en plongée, via un Hélidrone (équipé d'un modem acoustique trempé) servant de relai entre les deux

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Communication entre le Mothership et un UUV en plongée, via un USV et un Hélidrone qui servent de relai de communication

marin barre

PS: durant la semaine, je vais chercher pour voir quelles sont les possibilités réelles (en kbps) des derniers modèles de modems acoustiques jap

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MessageSujet: Navires MCM   Mar 22 Mai 2018 - 7:25

Très intéressant comme toujours.
Mais face à la sophistication des moyens de recherche des mines, la technologie des mines évolue probablement en parallèle, non ?
On pourrait peut-être imaginer des mines amagnetiques en composite, des mines leurres ou même "tueuses" de drones etc.
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MessageSujet: Re: Nouveaux navires MCM : la communication avec les drones   Mar 22 Mai 2018 - 10:17

[Seuls les administrateurs ont le droit de voir ce lien] a écrit:
Très intéressant comme toujours.
Mais face à la sophistication des moyens de recherche des mines, la technologie des mines évolue probablement en parallèle, non ?
On pourrait peut-être imaginer des mines amagnetiques en composite, des mines leurres ou même "tueuses" de drones etc.

Tout à fait PAUL, la technologie évolue des deux cotés et des contre-mesures pour leurrer ou pour endommager les drones ne vont pas tarder à arriver jap

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MessageSujet: Re: Nouveaux navires MCM : la communication avec les drones   Mar 22 Mai 2018 - 12:33

Alors, pour ce qui est de la communication sans fil à l'aide de modems acoustiques entre le UUV en plongée et le USV qui est à la verticale quelques dizaines (ou centaines) de mètres au-dessus de lui à la surface, je suis allé voir sur le site d'un des leaders du marché des modems acoustiques (civil) pour avoir les spécifications du plus puissant des modems dans le catalogue.

Et c'est effectivement très faible comme débit ! Voici un exemple avec le modem acoustique

Citation :
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Medium Range, faible puissance
Transducteur directionnel
Environnements presque verticaux ou horizontaux
Range: jusqu'à 1000 mètres
Profondeur: jusqu'à 2000 mètres
Débit de données: 19.200 à 38.400 bits/sec

Donc, le débit de données varie entre 19.200 (= 0,0192 Mbps) et 38.400 bits/sec (= 0,0384 Mbps), c'est ridiculement bas comme débit !
Pour comparer voici le débit de données en réception et en émission de mon modem internet : 27.06 Mbps (= 27.060.000 bits/sec) et 9.28 Mbps (9.280.000 bits/sec) !

Ce qui fait qu'avec un débit aussi faible, dû aux contraintes de la propagation du son l'eau, le UUV en plongée ne saurait pas transférer les images vidéo en temps réel (qui sont biens trop lourdes) de son sonar haute résolution !

Donc, la liaison acoustique entre le UUV et le USV sera limitée à l'envoi de signaux courts comme l'envoi constant de la position gps ainsi que des ordres envoyés par l’opérateur  (par exemple, changer de vitesse, de cap, faire stopper le UUV, le faire remonter en surface, etc..) et de son coté le UUV, puisqu'il est autonome, devra détecter et classifier lui-même (via un logiciel pointu de chasse aux mines) les mines potentielles, et dans le cas où le UUV détecterait quelque chose qui pourrait être une mine, il envoie un signal (via le modem acoustique) au UUV pour prévenir l'opérateur à bord du bateau-mère, à ce moment-là l'opérateur ordonne au USV de mettre son ROV à l'eau et l'opérateur guide le ROV jusqu'au contact pour vérifier via sa caméra si c'est une mine ou pas ? Et si c'est le cas, l'opérateur fait larguer une charge par le ROV à proximité de la mine, et ensuite quand le ROV, le USV et le UUV sont à distance de sécurité, l'opérateur fait sauter la charge qui détruit la mine  tete marin

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MessageSujet: Re: Nouveaux navires MCM : la communication avec les drones   Mar 22 Mai 2018 - 14:53

Et si le UUV en plongée a des difficultés pour transmettre des données lourdes (comme les images vidéo du sonar en direct) avec les modems acoustiques, c'est tout à fait autre chose pour ce qui est de la communication dans les airs entre le USV et le bateau-mère, ou entre le USV, l'hélidrone et le bateau-mère.

Et pour se rendre comte des possibilités, voici un exemple d'un "transmetteur vidéo HD sans fil longue portée" vendu dans le civil :

Citation :
[Seuls les administrateurs ont le droit de voir ce lien]

Drones Accessories Type: Data Transmission
Numéro du modèle: KP-HDT25W
Modulation:: COFDM
RF power:: 25W
Encryptage: AES 128 bit / ALLTECH Basic scrambling
RF Bandwidth: 4/8MHz(adjustable)
Video input: HDMI, SDI, BNC
Video coding: H.264
Vidéo Résolution: 180 p/1080i @ 60fps, 1920*1080 définition
Transmission Distance: 40 km-50 km LOS distance (sur mer)

Donc, ce transmetteur peut envoyer de la vidéo full HD (1920 x 1080p) prise en direct et en continu à un récepteur se trouvant jusqu'à une distance de 40 à 50km Shocked

Bref, un USV, opérant à 30km du bateau-mère, peut lui envoyer en continu les images vidéo haute résolution que son sonar remorqué capture au fur et à mesure qu'il balaye la zone, et/ou les images vidéo de la caméra du ROV quand celui va vérifier un contact sur le fond tete marin

Et si il devait y avoir des difficultés avec la transmission pour une raison ou une autre, le USV peut alors envoyer les images de son sonar à l'hélidrone (qui est dans les airs à quelques centaines de mètres de lui) qui servira de relai de transmission (puisqu'il est bien haut) pour atteindre plus facilement le bateau-mère jap

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MessageSujet: Re: Nouveaux navires MCM : la communication avec les drones   Mar 22 Mai 2018 - 18:15

super
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MessageSujet: Re: Nouveaux navires MCM : la communication avec les drones   

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