Censée améliorer la connaissance et accroître la rapidité de son partage auprès de différents niveaux décisionnels, l’observation continue du champ de bataille (connu sous le nom de surveillance persistante ou PS-ISR) permet de détecter, collecter et caractériser une activité sur le champ de bataille.

Que ce soit aux niveaux opérationnel ou tactique, la PS-ISR est aujourd’hui considérée comme indispensable pour la conduite d’opération efficaces et modernes, elle a changé la manière d’observer le champ de bataille en facilitant la prise de décision, réduisant ainsi la boucle de décision OODA (Observer, s’Orienter, Décider et Agir).

Les systèmes ISR traditionnels bénéficiant de capacités de surveillance persistante laissent généralement aux opérateurs le choix entre l’observation d’une zone étendue mais peu résolue ou avoir une vision détaillée d’un objectif précis mais coupé de son contexte. Cette deuxième alternative souffre d’un  « effet-paille » et ampute les capacités d’analyse des opérateurs qui ne distinguent alors qu’un fragment d’une situation opérationnelle.

Pour pallier aux insuffisances des moyens face aux besoins opérationnels croissants et intenses des forces armées en matière de PS-ISR, le Pentagone à œuvré pour le développement de solutions ISR intégrant à la fois des capacités de surveillance jour/nuit sur de vastes étendues et sur une plateforme aérienne unique.

La révolution de l’ISR tactique

C’est de cette impulsion qu’est né le concept de la Wide Area Persistant Surveillance (WAPS), là où les systèmes traditionnels sont limités, un système WAPS permet de collecter des données vidéo de haute résolution sur une large étendue. Egalement nommé WAAS (Wide Area Aiborne System) ou encore WAMI (Wide Area Motion Imagery) ce type de système offre l’avantage de maintenir le contexte d’un environnement opératif aux yeux de l’opérateur permettant de traquer de multiples cibles mobiles ou objectifs fixes (Individus, véhicules, infrastructures, etc…) simultanément ainsi que d’en faire l’analyse détaillée dans le temps.

« Avec le système Gorgon Stare capable de surveiller une ville complète, l’adversaire n’aura plus la possibilité de savoir ce que nous surveillons et nous pourrons tout voir », a confié au Washington Post en 2011, le Général James Poss, responsable du renseignement à l’état-major de l’US Air Force.

Les conflits à dominante irrégulière nécessitent d’investiguer selon un angle plus large [5], les systèmes WAPS permettent d’observer l’adversaire dans la durée, mais aussi à comprendre des intentions ou des comportements.

gorgon-stare-image01

La forte implication des laboratoires américains et des entreprises privées ont permis de développer des technologies révolutionnant véritablement l’ISR ainsi que de répondre aux différents défis soulevés par ces systèmes. En effet, le volume colossal de données générées a nécessité la mise au point d’algorithmes pour optimiser la transmission d’informations à l’utilisateur tactique ainsi que le développement de solutions de stockage adaptées pour la récupération et l’exploitation des données.

Employés en Irak et en Afghanistan dans le cadre de soutien de missions opérationnelles, ces systèmes ont démontré des capacités de surveillance incomparables aux autres systèmes actuellement en service et ont effectué plus de 10 000 heures de vol entre les mois de mars 2011 et juillet 2014.

Les systèmes WAPS en service

Gorgon Stare – Increment 1

Initialement lancé en 2009 par l’US Air Force, le développement du système Gorgon Stare a abouti sur sa mise en service en 2011. Le système Gorgon Stare permet la surveillance continue d’une zone d’environ 16km². Constitué de deux pods, un pour les capteurs électro-optiques et infrarouge (respectivement composés de 5 caméras EO et quatre autres IR) et le traitement de l’image, l’autre contenant les équipements de communication, le système équipe des Reaper MQ-9 de l’US Air Force. Le système Gorgon Stare génère à lui seul environ 2To de données vidéo par jour pour une fréquence vidéo de deux images par seconde.

Si l’arrivée de ce système a eu un impact médiatique important, les performances du système n’ont en revanche pas été à la hauteur des attentes de l’US Air Force. Différents problèmes techniques liés à la qualité de la vidéo, aux logiciels d’exploitation, dont notamment sur le suivi des véhicules et personnels en milieu urbain et surtout la limitation de la liaison de données n’ont pas permis d’exploiter le plein potentiel du système.

Gorgon Stare – Increment 2

Entré en service dès 2014, l’évolution du système Gorgon Stare permet de surveiller en temps réel une zone de 100km² avec ses capteurs électro-optiques et infrarouge, soit l’équivalent d’une petite ville. Pour réaliser cette prouesse, le système intègre une nouvelle technologie développée conjointement par la DARPA (Defense Advanced Rearch Projects Agency) et BAE systems baptisée ARGUS-IS (Autonomous Real-Time Ground Ubiquitous Surveillance Imaging System).

Basé sur des technologies existantes, le système ARGUS-IS embarque 368 capteurs electro-optiques de 5 millions de pixels chacun (de même type que ceux utilisés dans nos smartphones) associés à quatre lentilles télescopiques ce qui lui permet de générer des images totalisant 1,8 milliards de pixels. La résolution permet de détecter le vol d’un oiseau à 6000m d’altitude. Avec une fréquence vidéo de 12 images par seconde, le volume de données vidéos généré par le systèmes est estimé à environ 2 000 To par jour d’utilisation.

« Le système ARGUS-IS équivaut à 60 à 100 MQ-1 Predator opérants conjointement sur une même zone » a déclaré le Dr Yiannis Antoniades, directeur du groupe technique ISR Exploitation Technologies chez BAE Systems

Baptisé Persistics, le logiciel développé pour exploiter les données vidéo produites par le système ARGUS-IS permet de traquer et suivre automatiquement plusieurs milliers d’objets mobiles (environ 40 000 véhicules ou personnels) en les taguant dans des box colorées. Le logiciel offre la possibilité d’afficher simultanément jusqu’à 65 « fenêtres » vidéos pour permettre aux analystes d’explorer les données collectées et/ou archivées.

Constant Hawk

Développé par l’US Army en 2006, le Constant Hawk est un système WAPS offrant des capacités d’observation jour/nuit. Comme pour le système de l’US Air Force Gorgon Stare, le Constant Hawk permet de collecter des données vidéo de haute résolution sur de vastes étendues géographiques. Pour cela il intègre un capteur d’une résolution de 96 megapixels avec une fréquence de capture estimée à une image par seconde.

Conçu dans le but de lutter contre la prolifération des mines et des IED, le système utilise des algorithmes de détection de changement pour détecter des « anomalies » qui feront l’objet de vérifications approfondie par les analystes. Si le système Constant Hawk a équipé de multiples plateformes aériennes (avions légers de type MC-12), il a également été utilisé pour la surveillance d’axes de communication ou pour sécuriser la proximité de camps depuis des plateformes terrestres (tours ou mâts d’observation).

L’étroite collaboration du MIT avec l’US Army a permis d’optimiser progressivement l’exploitation et la dissémination des données produites par le système ainsi que d’améliorer les performances du capteur. C’est grâce à cette coopération qu’a été intégré le capteur Multi-Aperture Sparse Imager Video System (MASIVS) développé par le MIT qui permet aujourd’hui au système Constant Hawk de collecter des données vidéo couleur plus hautement résolues et traitées en temps réel à bord de l’avion.

Des défis technologiques démesurés

Si l’emploi des systèmes WAPS ont prouvé leur utilité en opération, les données qui en sont issues ont encore besoin d’être optimisés. En effet, particulièrement complexes, les défis technologiques soulevés par ces systèmes donnent du fil à retordre aux Persistant surveillance systemingénieurs qui misent sur l’innovation et la recherche afin de trouver des solutions efficaces. Vous l’aurez compris, le défi majeur de ce type de systèmes concerne principalement la gestion du volume colossal de données générées, que ce soit pour leur traitement, leur exploitation ou leur transmission.

Exploiter les masses de données

Les volumes de données accumulés par les systèmes WAPS compliquent considérablement la tâche des analystes, leur exploitation consomme beaucoup trop de temps et demande des efforts très importants. De plus, sans solution de compression des données brutes, il serait presque impossible aux analystes de manipuler des images de cette dimension et d’en extraire des informations.

discover-innovate-circle-black-arl-logoPlusieurs laboratoires civils et militaires concentrent leur efforts sur l’optimisation de la gestion et du traitement des données produites par la surveillance persistante, c’est notamment le cas de l’Army Research Laboratory (ARL). Les chercheurs étudient différentes pistes pour optimiser la gestion des données issues des systèmes WAPS ainsi que d’automatiser les outils de traitement.

Presque indispensable pour gérer de tels volumes d’informations, le recours à l’intelligence artificielle (IA) permet d’optimiser l’exploitation des informations recueillies et assister les experts dans leur travail d’analyse. l’IA va par exemple permettre d’identifier et de suivre automatiquement les objets mobiles et détecter des comportements inhabituels ou suspects.

Une solution des plus évidentes sur laquelle travaille les chercheurs consiste à réduire au maximum le volume de données produit afin d’en faciliter l’usage et la transmission. L’identification des objets fixes (tels que les bâtiments ou infrastructures routières) permet par exemple de  focaliser la transmission d’informations sur les objets mobiles en conservant des mise à jour moins régulières des objets fixes.

Ce type de solution nécessite l’utilisation d’algorithmes spécifiques dans le domaine de la détection de changements afin de détecter automatiquement les modifications réelles d’une image à une autre en minimisant autant que possible les fausses alarmes. Si de nombreux progrès ont été fait en la matière ces dernières années, ces traitements nécessitent toujours de fortes capacités de calcul.

Une autre alternative oriente les chercheurs vers l’utilisation de nouveaux formats de compression d’images plus performants que les formats traditionnels (JPEG2000, Mr Sid, etc…). C’est dans cette optique que la société Pixia a développé un format spécifique à ce type de données permettant de faciliter la dissémination (via des webservices standards) et la manipulation d’images ou vidéos de très haute résolution en minimisant le temps d’accès aux données images. La collaboration de l’entreprise avec la National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) à permis d’optimiser les performances pour la gestion des données issues de la surveillance persistante au sein de l’agence.

Les liaisons de données

Problématique lorsque l’on manipule de tels volume de données, le dimensionnement des moyens de communications est un point central pour permettre le fonctionnement de ce type de système.

Les déboires de la mise en service du système Gorgon Stare parlent d’eux-mêmes, la limitation des moyens de communications mis en oeuvre n’ont pas suffit à transmettre les données produites par le système créant un certain nombre de problèmes dont notamment la dégradation de la qualité des données ce qui a directement affecté l’efficacité des algorithmes d’analyses ainsi que des délais d’acquisition des données trop élevés.

La généralisation des systèmes WAPS

Loin de répondre aux seuls besoins des forces armées, les systèmes WAPS ont trouvé un large champ d’applications dans le monde civil, notamment dans le domaine du maintien de l’ordre et de la surveillance mais aussi dans la recherche. La police et les entreprises privées ont massivement investi dans la surveillance vidéo depuis les attentats du 11 septembre 2001. Aujourd’hui, plusieurs sociétés privés offrent des services de surveillance persistante sur de larges étendues aux municipalités de grandes villes américaines (Washington, Baltimore, Dayton, etc…) pour appuyer les forces de police ou encore renforcer les dispositifs de sécurité lors de grand événements publics.

Véritable machine à remonter le temps pour la police, les systèmes WAPS permettent de reconstituer images par images les événements qui précédent et suivent un acte criminel. Les caméras Gigapixels montées sur des aéronefs à voilure fixe volant à 3000m peuvent fournir beaucoup plus renseignements utiles que les hélicoptères de la police, et ce pour un coût bien plus raisonnable.

Cependant, malgré leur efficacité, leur utilisation croissante fait couler beaucoup d’encre sur le respect de la vie privée et des libertés civiles aux Etats Unis. La capacité de ces systèmes opérés par des sociétés privées et permettant de surveiller de vastes zones sur de longues périodes soulève effectivement de nombreuses questions.

Vers le développement de nouvelles plateformes

Inspiré par l’expérience américaine dans le domaine des systèmes WAPS, plusieurs pays travaillent actuellement sur le développement de systèmes ayant des capacités similaires en s’attardant sur l’endurance en vol des plateformes.

Du retour des dirigeables aux pseudos-satellites

bluedevil2-660x491En effet, si l’intégration du système Gorgon Stare sur le drone MQ-9 Reaper a finalement été couronnée de succès, le drone s’est néanmoins retrouvé amputé d’une partie de son autonomie, la faisant passer de 17 à 14 heures de vol. Pour s’affranchir des contraintes d’autonomie de vol, l’US Air Force avait prévu d’équiper le futur ballon dirigeable BLUE DEVIL II d’un système semblable à Gorgon Stare accompagnés d’autres systèmes multi-INT mais le projet fût abandonnée en 2012 pour des raisons budgétaires.

Si les ces dernières années ont vu le grand retour des dirigeables, elles ont également été marquées par l’émergence des systèmes HAPS (High Altitude Pseudo-Satellite), des plateformes évoluant au niveau stratosphérique – c’est à dire à 20km d’altitude – dont l’endurance et le coût d’exploitation en font des outils de choix pour des missions de surveillance sur de longues périodes.

En France, le développement du Stratobus par le groupe Thales ou encore du Zephyr par Airbus souligne l’engouement actuel pour ce type d’aéronefs. Le démonstrateur du Zephyr est actuellement détenteur du record d’autonomie avec 14 jours de vol consécutifs sans ravitaillement. Le Zephyr a récemment été présenté comme intégrant des capacités de surveillance persistante sur de vastes étendues lui permettant de couvrir jusqu’à 600km². Bien que le Stratobus n’ai pas encore réalisé son premier vol, ses concepteurs annoncent une charge utile à 250kg (contre 5Kg/20kg pour les Zephyr S/Zephyr T) et une autonomie de 5 ans, de quoi embarquer de multiples équipements de surveillance ou de communication et assurer des missions de surveillance sur de longue périodes.

Les plateformes terrestres

Comme nous avons pu le constater, les systèmes WAPS ne se limitent pas seulement à un emploi aéroporté. L’utilisation du système Constant Hawk de l’US Army sur des tours d’observation en est l’exemple concret.

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De nouveaux systèmes WAPS terrestres (comme le système GroundEye présenté à l’Eurosatory par Elbit Systems en 2016) font leur apparition et sont en passe d’équiper les forces armées modernes. Les systèmes terrestres offrent (comme pour les systèmes homologues aéroportés) des capacités de surveillance permettant de détecter et traquer automatiquement des objets mobiles de jour comme de nuit, dans le but de sécuriser des infrastructures tactiques ou d’améliorer la connaissance de situations.

L’avenir de la surveillance persistante

La généralisation des systèmes de surveillance persistante et leur évolution vers les systèmes WAPS nous font entrer dans un monde nouveau en offrant des capacités d’observation et de collecte massive d’informations en temps réel encore inégalées. Si plusieurs systèmes sont opérationnels aujourd’hui, les systèmes WAPS n’en sont qu’a leurs débuts et l’essor des capteurs ainsi que l’innovation en la matière sont amenés à décupler leurs capacités à l’avenir.

Seul véritable frein à ce développement, les limitations techniques des matériels permettant la transmissions et le traitement des imposants volumes de données produits par ces systèmes. Cependant, les différents partenariats existants entre les monde de la recherche et l’armée assureront le développement de nouvelles technologies et outils à même rationaliser la surcharge informationnelle générée par les systèmes WAPS.

L’arrivée de nouvelles plateformes aériennes telles que les HAPS pouvant effectuer des missions de surveillance sur de grandes étendues et sur de longues périodes et l’intégration de systèmes WAPS multicapteurs (Electro-optiques/IR/Radar, ELINT, etc…) valoriseront ce concept. Ces futurs systèmes permettront de collecter davantage de données et de les fusionner en temps réel, en vol comme au sol, augmentant ainsi la confiance et la rapidité des analystes dans l’identification positive de cibles d’intérêt ou encore dans la compréhension de situations opérationnelles.

Jean-Philippe Morisseau

Bibliographie:

  1. Doug Beizer, « BAE to Develop Surveillance System » http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2007/11/11/AR2007111101348.html
  2. Sebastian Anthony, « DARPA shows off 1.8-gigapixel surveillance drone, can spot a terrorist from 20,000 feet » https://www.extremetech.com/extreme/146909-darpa-shows-off-1-8-gigapixel-« surveillance-drone-can-spot-a-terrorist-from-20000-feet
  3. George I. Seffers, « Researchers Stimulate State-of-the-Art Persistent Surveillance » http://www.afcea.org/content/?q=Article-researchers-stimulate-state-art-persistent-surveillance
  4. Ellen Nakashima, Craig Whitlock, « With Air Force’s Gorgon Drone ‘we can see everything » http://www.washingtonpost.com/wp-dyn/content/article/2011/01/01/AR2011010102690.html?hpid=topnews
  5. [5]Joseph Henrotin, « Les mutation du renseignement militaire – Dissiper le brouillard de guerre ? « 
  6. Sensor Processing, Implementation and Research for Exploitation (SPIRE) Group, https://www.udri.udayton.edu/SensorsAPEX/SPIRE/Pages/home.aspx
  7. « Gorgon Stare » http://en.wikipedia.org/wiki/Gorgon_Stare
  8. Winslow Wheeler, « The problems with the Gorgon Stare Surveillance System » http://www.counterpunch.org/2011/01/25/the-problems-with-the-gorgon-stare-surveillance-system/
  9. Daniel Gouré, « Wide Area Persistent Surveillance Revolutionizes Tactical ISR » http://lexingtoninstitute.org/wide-area-persistent-surveillance-revolutionizes-tactical-isr/
  10. USAF Press release, « Increment 2 Gorgon Stare Gets Operational Clearance from USAF » http://www.uasvision.com/2014/07/04/increment-2-gorgon-stare-gets-operational-clearance-from-usaf/
  11. Axe David, Shachtman Noah, « Air Force’s ‘All-Seeing Eye’ Flops Vision Test » https://www.wired.com/2011/01/air-forces-all-seeing-eye-flops-vision-test/
  12. Winslow Wheeler, « The Problems with the ‘Gorgon Stare’ Surveillance System » http://www.counterpunch.org/2011/01/25/the-problems-with-the-gorgon-stare-surveillance-system/
  13. Hari Sreenivasan, « Wide-area surveillance technology triggers privacy concerns » http://www.pbs.org/newshour/rundown/wide-area-surveillance-technology-triggers-privacy-concerns/
  14. Craig Timberg, « New surveillance technology can track everyone in an area for several hours at a time » https://www.washingtonpost.com/business/technology/new-surveillance-technology-can-track-everyone-in-an-area-for-several-hours-at-a-time/2014/02/05/82f1556e-876f-11e3-a5bd-844629433ba3_story.html?utm_term=.95e3e7e35aa8
  15. Elbit Systems, « Elbit launches wide-area and persistent intelligence gathering system » http://www.defencetalk.com/elbit-launches-wide-area-and-persistent-intelligence-gathering-system-68596/
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