Soutenance de thèse de BAGNARA Pierre
Titre de thèse
Discrétion acoustique d'un drone
Acoustic stealth of an unmanned aerial vehicle
Résumé de la thèse
Le développement rapide des drones et l'élargissement de leurs domaines d'application
conduisent à envisager leur utilisation dans des environnements de plus en plus proches
des populations, où leur signature acoustique constitue une contrainte forte sur leur
acceptabilité. Cette thèse, suivant le développement du drone « RAPACE » au Centre de
Recherche de l'École de l'Air, explore les techniques de réduction active de bruit embarquées comme complément aux techniques de réduction passive pour rendre un drone silencieux.
D'abord, une première partie est consacrée à l'étude des systèmes de réduction active
de bruit : les architectures de contrôleur adaptatif, le positionnement des capteurs et
actionneurs acoustiques et les algorithmes de filtrage adaptatif. En particulier, les principaux algorithmes des moindres carrés sont obtenus à partir du filtre de Wiener par un raisonnement unifié, avec un point d'attention majeur sur les algorithmes à transformée de domaine et sur l'intérêt d'utiliser la Transformée en Cosinus Discrète de type 1 (DCTI). Ces algorithmes sont ensuite comparés à l'aide de simulations numériques.
Puis, le développement d'un système embarqué de réduction active de bruit intégré
sur un drone est présenté, depuis sa conception jusqu'à sa validation lors de campagnes
d'essais en vol. Ces essais ont notamment permis une première caractérisation expérimentale de la signature acoustique du drone, précisant le dimensionnement des actuateurs acoustiques à utiliser. Enfin, l'état actuel du système et les difficultés rencontrées lors de sa mise en œuvre sont discutés, ainsi que les perspectives d'amélioration envisagées.
Thesis resume
The rapid development of drones and the expansion of their application areas are leading
to their use in environments increasingly close to populated areas, where their acoustic
signature poses a significant challenge to public acceptance. This thesis, which follows the development of the “RAPACE” drone at the French Air Force Academy Research Center (CREA), explores onboard active noise cancellation techniques as a complement to passive methods for making the drone quieter.
The first part is dedicated to the study of active noise reduction systems: adaptive
controller architectures, the placement of acoustic sensors and actuators, and adaptive
filtering algorithms. In particular, the main least-squares algorithms are derived from the
Wiener filter using a unified approach, with a focus on transform-domain algorithms and
the benefits of using the Discrete Cosine Transform - I (DCT-I). These algorithms are then compared through numerical simulations.
Next, the development of an onboard active noise cancellation system integrated into
a drone is presented, covering everything from design to validation during flight test
campaigns. These tests enabled an initial experimental characterization of the drone's
acoustic signature, refining the specifications for the acoustic actuators to be used. Finally, the current state of the system and the challenges encountered during its implementation are discussed, along with potential avenues for future improvement.