OPTIMISE, une plateforme de positionnement et de navigation dans des environnements où les systèmes mondiaux de navigation par satellite sont défaillants ou indisponibles

Depuis les années 90, les systèmes de navigation par satellite font partie intégrante de nombreux aspects de notre vie. Il est toutefois important de disposer d’alternatives fiables en matière de positionnement lorsque cet outil n’est pas disponible. Ces avancées sont, pour la plupart, axées sur l’innovation militaire et en matière de défense, afin de garantir le déplacement des aéronefs, des véhicules et des troupes dans des environnements de guerre électronique.

Que sont les systèmes mondiaux de navigation par satellite?

Les systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS, selon l’acronyme anglais) sont des systèmes de positionnement et de navigation qui utilisent un réseau de satellites en orbite autour de la Terre pour déterminer l’emplacement précis d’un récepteur partout dans le monde. Ces systèmes sont conçus pour fournir des informations sur la position tridimensionnelle d’un objet, sa vitesse de déplacement et le temps qu’il passe à un endroit donné, avec une très grande précision.

Le GNSS le plus connu et le plus largement utilisé est le Système de positionnement global (GPS), développé par les États-Unis. Il existe également d’autres systèmes GNSS, tels que le GLONASS russe, le Galileo de l’Union européenne et le Beidou chinois. Ces systèmes fonctionnent grâce à une constellation de satellites qui transmettent des signaux de navigation à des récepteurs situés sur Terre. Ces récepteurs utilisent les signaux qu’ils reçoivent de plusieurs satellites pour calculer leur position avec une précision de quelques mètres, voire de quelques centimètres, en fonction de la qualité du récepteur et du nombre de signaux reçus.

Les systèmes GNSS ont révolutionné la manière dont nous nous orientons et nous déplaçons à travers le monde. Aujourd’hui, ils sont utilisés dans une grande variété d’applications civiles, industrielles et militaires, telles que la navigation maritime, l’aviation, la cartographie, les services d’urgence et l’agriculture de précision.

Alternatives aux GNSS

Lorsqu’il n’est pas possible d’utiliser les systèmes mondiaux de navigation par satellite, que ce soit en raison de leur indisponibilité ou de leur manque de fiabilité, comme dans les environnements urbains denses, à proximité de ports où la saturation des équipements de positionnement complique l’accostage des navires, ou en cas d’attaques électroniques, il existe une série de technologies alternatives expérimentales.

L’une de ces alternatives est la navigation inertielle, qui utilise des capteurs tels que des accéléromètres et des gyroscopes pour mesurer les variations de vitesse et l’orientation d’un objet en mouvement. Ces capteurs permettent de déterminer la position relative et la trajectoire de l’objet, bien qu’ils puissent accumuler des erreurs au fil du temps à mesure que les mesures s’accumulent.

Une autre alternative consiste à utiliser des balises terrestres et les radiofréquences. Cette méthode repose sur la réception de signaux émis par des stations terrestres, qui contiennent des informations sur la position et l’heure. Les récepteurs peuvent mesurer le décalage temporel entre les signaux et calculer la position. Cependant, cette approche nécessite une infrastructure terrestre considérable ainsi qu’une bonne connaissance de l’emplacement et des caractéristiques des balises.

Dans le même ordre d’idées, il existe des systèmes basés sur la radiogoniométrie, qui utilisent des antennes directionnelles pour mesurer la direction d’arrivée des signaux radio provenant d’émetteurs connus. Leur portée est toutefois limitée à des zones très spécifiques et dépend entièrement de l’infrastructure disponible.

Ces alternatives présentent des limites en termes de précision et de fiabilité par rapport aux systèmes GNSS ; leur utilisation dépend donc du contexte et des besoins concrets de chaque cas.

Le projet OPTIMISE

Dans le but d’offrir une alternative précise et améliorée pour le positionnement et la navigation sans dépendre des GNSS, Skylife Engineering a coordonné le projet de R&D et d’innovation OPTIMISE. L’objectif principal est de mener des travaux de recherche visant à améliorer le positionnement, la navigation et la mesure du temps dans les zones où l’accès aux systèmes GNSS est impossible, grâce à une architecture innovante combinant les données de différents signaux et capteurs.

La plateforme OPTIMISE fusionne diverses technologies pour le PNT (positionnement, navigation et temps) qui, une fois combinées, visent à obtenir un résultat plus fiable. Outre l’utilisation de capteurs plus modernes et plus efficaces, une grande partie du projet consiste à tester une large gamme d’outils basés sur des technologies émergentes destinés à des situations spécifiques, associés à un logiciel central qui les intègre et les fusionne pour obtenir une solution plus précise et plus robuste.

Les technologies impliquées dans le projet sont les suivantes :

• Une étude de faisabilité visant à intégrer la technologie magnéto-inertielle à la plateforme aérienne.
• Système de positionnement basé sur des signaux d’opportunité (SoOp) avec traitement parallèle.
• Intégration avancée d’un radar à synthèse d’ouverture (SAR) sur des plateformes aériennes afin de tester la faisabilité technologique du système.
• Horloge atomique MEMS et unité de mesures inertielles (IMU) atomique.
• Système de navigation stellaire.

Dans un premier temps, plusieurs ateliers ont été organisés avec des experts tout au long de l’année 2021 afin de définir les exigences et les contraintes, ainsi que de réaliser une étude de l’état de l’art des technologies et méthodes actuellement disponibles. Sur cette base, les scénarios et la feuille de route pour le développement des différents systèmes ont été définis. Par la suite, la conception des prototypes pour chaque technologie a été réalisée, et entre juin 2022 et avril 2023, divers essais d’intégration et de validation ont été menés tant au sol qu’en vol à l’aéroport de Žilina, en Slovaquie. Afin de mesurer les résultats, une trajectoire de référence de l’aéronef a été définie.

OPTIMISE est une nouvelle preuve de l'implication active de Skylife dans l'innovation et le développement de nouvelles technologies dans des domaines tels que le développement des technologies PNT au sein des programmes de défense de l'Union européenne. Ce projet, coordonné par Skylife, a réuni MBDA, Sener Aeroespacial, l’ONERA (Office national de la recherche aérospatiale), SYRLINKS, STARNAV, SYSNAV, l’université de Žilina et l’AICIA (Association andalouse pour la recherche et la coopération industrielle).

OPTIMISE s'inscrit dans le cadre du programme de l'Union européenne intitulé PADR (Action préparatoire en matière de recherche de défense) (GA n° 884134) et ses résultats seront pris en compte pour l'attribution des fonds destinés à la recherche au titre du Fonds européen de défense (FED).