Au-delà du GPS - Solutions quantiques pour les systèmes radars multistatiques de prochaine génération

Le présent avis de défi est publié dans le cadre de l’appel de propositions (AP) 006 (W7714-248676/A) du programme Innovation pour la défense, l’excellence et la sécurité (IDEeS).
Référence des documents d'appel d'offres: Voir la section « Détails de l’offre ».
*Pour plus d'informations générales sur le Programme IDEeS, consultez: https://www.canada.ca/fr/ministere-defense-nationale/programmes/idees-d…
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Ce défi est ouvert à la soumission de propositions pour la composante 1a, la composante 1b et la composante 2. La solution que vous proposez pour ce défi doit se situer entre 1 et 9 sur l'échelle des niveaux de maturité technologique (NMT)
Étapes à suivre :
Étape 1 : lisez ce défi
Étape 2 : lisez l’appel de propositions : Voir la section « Détails de l’offre ».
Étape 3 : proposez votre solution ici : https://defence-innovation-portal.my.site.com/
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Financement maximal et période d’exécution

Ce défi pourrait donner lieu à de multiples contrats.

Le financement contractuel maximal individuel offert dans le cadre de la composante 1a (NMT 1 à 3) est de 250 000 $CAN (excluant les taxes applicables) pour une période d’exécution maximale de 6 mois.
Le financement contractuel maximal individuel offert dans le cadre de la composante 1b (NMT 4 et 5) est de 1 500 000 $CAN (excluant les taxes applicables) pour une période d’exécution maximale de 12 mois.
Le financement contractuel maximal individuel offert dans le cadre de la composante 2 (NMT 6 à 9) est de 5 000 000 $CAN (excluant les taxes applicables). La période d’exécution seront déterminés au moment de négocier le contrat.
Le financement contractuel maximal individuel et la période d’exécution maximale offert dans le cadre de la composante 3 sera déterminés par le Canada au moment de négocier le contrat.
Le fait de divulguer l’estimation du financement disponible n’engage aucunement le Canada à payer cette somme.
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Détails du défi

Titre du défi : W7714-248676/005 - Au-delà du GPS : Solutions quantiques pour les systèmes radars multistatiques de prochaine génération

Le ministère de la Défense nationale (MDN) et les Forces armées canadiennes (FAC) cherchent une solution d’optique quantique afin de synchroniser la phase des oscillateurs radar locaux d’un système de radars maillé dont les émetteurs et les récepteurs sont dispersés et séparés par de grandes distances, afin de détecter et mesurer précisément les cibles. Un système de radars maillé est un ensemble de radars divers répartis dans l’espace et dont les zones de couverture se chevauchent.

Historique et contexte

Les radars bistatiques (émetteur et récepteur distincts) et multistatiques (plusieurs paires émetteur-récepteur) présentent plusieurs avantages par rapport aux radars monostatiques (émetteur et récepteur au même endroit). Ils peuvent observer une cible sous plusieurs angles, ce qui permet d’obtenir des surfaces équivalentes radar souvent plus grandes que le ferait un radar monostatique. En combinant les données de plusieurs récepteurs (bistatiques, multistatiques ou monostatiques), on peut obtenir un vecteur complet décrivant le comportement de la cible; il est ainsi plus facile de la détecter et de la suivre. Ces améliorations de performances résultent de la collaboration et de la fusion des données entre des nœuds séparés en distance du système de radars maillé; mais, pour que cette collaboration et cette fusion des données soient utiles et efficaces, un certain degré de synchronisation temporelle et fréquentielle entre les nœuds est essentiel.

Pour résoudre le problème de synchronisation de phase entre des oscillateurs radar locaux distants, une solution économique est d’utiliser des oscillateurs pilotés par le système de positionnement global (GPS) [OPGPS] disponibles dans le commerce (COTS). Vu la prolifération des technologies de déni de GPS, il n’est toutefois pas possible de s’y fier dans les applications de défense. Sur ce plan, les technologies optoquantiques sont particulièrement intéressantes, car la physique quantique s’avère prometteuse pour offrir des solutions de synchronisation fiables sans dépendre du GPS.

Aux fins de défense, le vecteur complet décrivant le comportement de la cible doit être précis et instantané: précis pour déployer des contre-mesures efficaces, et instantané pour générer des renseignements exploitables assez vite pour appuyer la prise de décision. L’exactitude est requise pour un déploiement efficace des contre-mesures. Ces contre-mesures peuvent prendre diverses formes, comme lancer des avions d’interception, déclencher d’autres capteurs ou déployer des mesures d’autodéfense. De plus, l’utilité des renseignements générés ou des contre-mesures déployées dépend entièrement du degré d’exhaustivité et de précision du vecteur décrivant le comportement de la cible. Par ailleurs, un système radar multistatique synchronisé à l’aide de technologies optoquantiques pourrait mieux détecter des cibles de petite surface équivalente radar et ainsi alerter plus tôt en cas d’approche de menaces.

Résultats essentiels

Nous cherchons des solutions fondées sur l’optique quantique pour obtenir une synchronisation temporelle et fréquentielle précise et atténuer le bruit de phase dans des systèmes radars multistatiques en réseau connectés par fibres optiques dans lesquels les nœuds (c.-à-d. les radars) sont séparés par des dizaines sinon des centaines de kilomètres.

Critères pour les solutions proposées :
• utilisation d’une horloge quantique optique comme référence absolue avec un écart d’Allan ne dépassant pas 10-15 par seconde ;
• écart des fréquences du signal porteur de moins de 10-9 Hz ;
• erreur de synchronisation de phase d’au plus 1 degré ;
• erreur de synchronisation temporelle d’au plus 1 nanoseconde (ns).

Résultats souhaités

Les solutions proposées devraient tenir compte de caractéristiques suivantes, mais sans s’y limiter :
• facteur de qualité des oscillateurs de radiofréquences (RF) verrouillés supérieur à 109.
• distance entre les oscillateurs RF supérieure à 100 km.
• démontrer la distribution de phase à l'aide de fibres optiques entre deux différents oscillateurs RF locaux.
• sécurité quantique, c’est-à-dire solution sécuritaire et résistante aux attaques causées par les menaces que posent les ordinateurs cryptographiques quantiques.

Renseignements supplémentaires

Les défis posés par les radars bistatiques et multistatiques sont importants en raison des exigences strictes visant la synchronisation temporelle, fréquentielle et de phase. Ces exigences sont essentielles pour obtenir une résolution précise de la portée du radar et une résolution de l’effet Doppler (vitesse radiale) exacte de la cible. Par exemple, un système radar ayant un pouvoir séparateur en portée de 1 mètre nécessite une précision de synchronisation de 0,33 ns. De même, un écart de 1 Hz sur une onde porteuse de 1 GHz entraîne une erreur d’évaluation de la vitesse de la cible mobile de 0,3 m/s.