agrem et ser: harmonisation des outils numériques et...

DGA/CEG et CELAR AG GDR Ondes - 03/11/09 Diapositive N°1MINISTÈRE DE LA DÉFENSE

AGREM et SER: AGREM et SER: Harmonisation des outils numériques et perspectives.Harmonisation des outils numériques et perspectives.

BernardBernard PECQUEUX, Philippe POULIGUENPECQUEUX, Philippe POULIGUEN (DGA/CEG) (DGA/CELAR)(DGA/CEG) (DGA/CELAR)

Novembre 2009Novembre 2009


CIBLE / survivabilitéMENACE / efficacité

Signature

SER )(lim 22

2

2 mE

ER

i

d

R

πσ 4=∞→

SER et signature radar

Signature radar = SER + Effets environnementaux

Grandeur intrinsèque à la cibleDomaine fréquentiel


Problématique des calculs de signatures radar

Composantes SER « passives »- Cavités et conduits- Antennes (structures)- Bords d’attaques et bords de fuites (périmètre)- Matériaux (revêtements absorbants, radômes….)- Réseaux de fentes, jonctions et discontinuités- Emports (interactions multiples)

Composantes SER «scintillantes »- Raies moteurs (rotors, aubes de réacteurs, hélices)- Dispositifs actifs ou rétroactifs- Antennes (circuits hyper)

Composantes «Environnement »- Clutters (mer, terre, végétations…)- Trajets multiples- Propagation

Problème de l’incidence rasante Problème de l’illumination « champ proche »


Problématique des calculs de signatures radarJonctions et fentespanneaux / matériaux

[Dassault Aviation]

[mesure CELAR]: Image holographique bande C; plaque PEC 100cm x 50cm avec fente. Polarisation normale à la fente - Incidence 20° / plan plaque

[Mesure CELAR]

Raies moteurs

Prolifération des antennes

[Dassault Aviation]


Cavité: Illustration de la dispersion des résultats des codes SER

Z

Y

X

θ

φ

k̂

Z

Y

X

θ

φ

k̂

θ̂φ̂

Z

Y

X

θ

φ

k̂

Z

Y

X

θ

φ

k̂

θ̂φ̂

Z

Y

294

mm

300 mm

150

mm

75 mmX

Z

Y

294

mm

300 mm

150

mm

75 mmX

71 mm

73 mm

Target CAD2


[Workshop EM – signatures radar - ISAE - Novembre 2008]

SER cavité : F=9.2 GHz - Pol. VV



Ordres de grandeurs des temps de calcul avec une méthode de rayons sur un seul processeur PC Pentium 4 (2,8 GHz – RAM 1 Go)

15 jours

40 heures

10 minutes

Modèle de points brillantsPar hyper-résolution

Bande X sur 360°

30 jours

3 jours

1 heure

SER en Mode imagerie Bande X sur 360°

(échantillonnage à Shannon)

10 joursNavire 140m

1 jourMissile 6m

15 minutesTrièdre 1m

Diagramme de SERà 10 GHz sur 360°

CIBLES

[Calculs CELAR]


Problématique - AGREM Problématique - AGREM

IEMN

MFP, CHAMPS FORTS FOUDRE

Domaine temporel


Expertises IEMN - GENECExpertises IEMN - GENEC

CAO MAILLAGE Champs externes et internes

Histogrammes de contraintes

conduites ou rayonnées

Champs internes BF et HF

p

Ep

E

Support des aîles fente

Renforcements du champ En

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Points de mesure

20.lo

g(En

/Eo)

(dB

)

Cas 1

Cas 2

Cas 3

Cas 4

Cas 5

Cas 6

Cas 7

Cas 8

Cas 9

Cas 10FOL Outlet

Round Hole

METAL PLASTICS PCB’s

Power Supply Unit

Wings

Main Board

TransmitterBoard

Wires

Battery connectorhole

Head aperture

Angles maxima de couplage

Code DFDT 3D: GORF3D


Comportement EM bâtiments civilsComportement EM bâtiments civils

- matériaux de construction des bâtiments

- réseaux externes et internes

σ = 1E-4

σ = 1E-3

1315 x 915 x 245 ~ 295 M mailles ; 20 processeurs

Tcpu ~ 230hBâtiments fer et verre

Bâtiments béton ferraillé

Propagation / atténuation Wifi en fonction du mobilier



EnergieShelters

shelters

noeud Interconnection

Déploiement militaire

Études générales

Fonction de transfert : Icc (en dBA) / Eincident (en V/m)

-160

-140

-120

-100

-80

-60

-40

0.E+00 2.E+09 4.E+09 6.E+09 8.E+09 1.E+10

10cmcc

20cmcc

2cmcc

3mmcc

8mmcc

10 mA

1 mA

100 µA

10 µA

1 µA

0,1 µA

Fréquences en Hz

Constat: effets observés sur la piste de reset à ~1,5 GHz

➥ quelle est la contribution du couplage ou de la susceptibilité de l’électronique ?



Thèmes de travaux en cours

Modélisation de circuits linéaires ou non , hybridation forte SPICE/GORF3D (DPF, filtres, …)

Les défauts de faradisation et les matériaux (GORF3D) modèles calibrés de joints, grillages, …. (thèse JM Lopez Univ Limoges - CEG)

Nouveaux codes, nouvelles méthodes et hybridations Eléments finis volumiques domaine temporel FEMGD (marché ONERA/INRIA - câbles,

joints EM, matériaux, sol réel, hybridations, ...) + REI DIGATOP (Nuclétudes/ONERA/INRIA/XLIM)

Fils en biais et jonctions complexes dans GORF3D (XLIM) Méthode de KRON --> REI VULCAIM et projet de REI DIAMANTS (GERAC/XLIM) Prise en compte de l’incertain dans les codes EM --> REI PRINCE (Université Clermont) Optimisation des interfaces en EM -->projet RAPID OSELEM (AXESSIM/IETR/XLIM/GERAC) Application du Retournement Temporel pour Maxwell (LOA Paris) --> REI AORTE

⇒ capitalisation dans QUERCY

*REI: Recherche Exploratoire et Innovante et procédures RAPID (DGA/MRIS)


QUERCY

QUalification ElectRomagnétique pour la Conception des sYstèmes

Investissement DGA

Plate-forme de simulation, modélisation et capitalisation pour l’analyse de la vulnérabilité des systèmes d’armes

face aux agressions électromagnétiques

QUalification ElectRomagnetique pour la Conception de sYstèmes


Enjeux techniques de QUERCY Enjeux techniques de QUERCY Marquer des étapesMarquer des étapes

Maintenir le niveau atteint

par les numériciens

Faire utiliser l’acquis

aux experts EM

Augmenter la réactivité

de la simulation

Franchir une étape dans le

traitement de la

complexité des expertises

Ajustement de la convivialité générale à l’efficacité

individuelle de chaque code

Valorisation

QUERCY, une plate-forme unique:Les conditions nécessaires pour

une simulation qualifiante.• Gestion des interactions• Comparaison de méthodes• Caractère prédictif


Attentes extrêmement fortes du monde industriel et universitaire (Cf. enquête AGREM/SER par CELAR et CEG)

Vulnérabilité

Pre -processing Post-processing

Menaces Environnements

Outilsd’ingénieur

BDD Susceptibilité

Système

GO

RF

3DG

OR

F3D

GO

RF

3D

EL

SE

M3D

EL

SE

M3D

EL

SE

M3D

MA

RIE

LL

EM

AR

IEL

LE

MA

RIE

LL

E

MA

UD

EM

AU

DE

MA

UD

E

RA

ND

OM

OP

RA

ND

OM

OP

RA

ND

OM

OP

CR

IPT

EC

RIP

TE

CR

IPT

E

LID

IEL

IDIE

LID

IE

VV

FV

VF

VV

F

EIV

EE

IVE

EIV

E

GT

MG

TM

GT

M

FA

CT

OP

OF

AC

TO

PO

FA

CT

OP

O

ML

AY

ER

ML

AY

ER

ML

AY

ER

Connecteur

PR

OT

HE

US

PR

OT

HE

US

Bus ORB-CORBA

Description fonctions

PF informatique

Outils EM

Informatique de QUERCY Informatique de QUERCY

• Mission

• Équipements critiques

Données de susceptibilité

Contraintes de couplage


Les atouts de QUERCYLes atouts de QUERCY

La diversité des codes: des codes adaptés à chaque sous-domaine

Présentation unifiée de tous les codes La gestion des interactions entre codes par surfaces d’échange Un format d’échange commun (Amelet Amelet-HDF) Un outil de post-traitement unique Une base de données de susceptibilité Un outil de calcul de vulnérabilité intégré Une base de données de capitalisation des simulations Un outil commun à la DGA, Thales, GERAC, ONERA Une méthodologie adaptable à différentes menaces


État des lieux QUERCYÉtat des lieux QUERCY

< 2000: Projet et spécifications 2002 - 2006: Investissement DGA - Marché THALES/ONERA (APTUS -

ESI - GERAC - IEEA) 2007: Livraison Quercy

--> validation informatique de la plate forme

--> validation scientifique des outils 2009: Entrée en production

Marché complémentaire et création AxesSim 6 Novembre 2009: Workshop « Journée QUERCY 2009 » au CEG

Présentation de cas de simulation systèmes par les industriels

et la DGA


État des lieux QUERCYÉtat des lieux QUERCY

Références QUERCY Déploiement DGA (CEG,CEAT,CTSN), THALES, ONERA, CEA/IDF, …. Plate-forme informatique:

- du PEA MOVEA (Dassault, Eurocopter, Airbus, EADS, Thales, Onera)

modélisation de la vulnérabilité EM des aéronefs - pour l’intégration codes EM allemands «Protheus»- du projet européen «HIRF-SE»

Travaux en cours Atelier de développement et d’intégration automatique de logiciels SDK MCO correctif, adaptatif et évolutif (évolution de l’architecture informatique) Visualisation des gros volumes de données 3D (Paraview) Mailleur NASH - DFDT pour les gros volumes (>1Md mailles) et Meshshaper Interfaçage avec mailleur de forme simples GID Nouvelles fonctionnalités de visualisation 1D et 2D en Python (PyVisu) Parallélisation du code ELSEM3D


Perspectives pour QuercyPerspectives pour Quercy

Financements DGA

Financements hors DGA

Projet européen, ANR

Apports industrielsAXESSIM, Onera, Gerac

New

Nouveau module de post-traitement (Paraview, Python)

Nouvelle architecture logicielle de la plate-forme

Nouveau format pivot (Amelet-HDF)

Visualisation des gros volumes de données

Ebauche d’outils de pré-traitement « libres »

Outils optimisés par métiers

Vers un outil de certification - validation - qualification

Nouvelle structure utilisateurs / développeurs


Objectifs:- Assurer les évolutions des méthodes et des logiciels- Définir une structure d’exploitation des codes- Partage des codes DGA / Industries / Institutionnels

Les travaux sur l’harmonisation des codes SER/AGREM

PEAREI, RAPID

Thèses

DGA

Codes de référence partagés

DASSAULT

THALES

EADS

INDUSTRIEONERA

CEA

Écoles

Universités PMEs, Autres

*REI: Recherche Exploratoire et Innovante et procédures RAPID (DGA/MRIS)


Etat de l’art des codes de calcul de SER au niveau national

MOCEM_V2 SERMAILCELAR

AMEONERA

Antenna DesignTHALES TAS

SE-RAY-EM (FERMAT)OKTAL SE

DIFFRA-RC DIFFRA 3 SERCAD V2 PROMETHEE V3MOTHESIM

SERMAT/INFOVISION DESCARTES DECLICMBDA

ICARE IDRA ZEPHIRIEEA

ASERISEADS/CCR

SERMERDCNS

SPECTREDASSAULT AVIATION

LanceRayonsSFGCELUM

SHFC ARLENE ODYSSEE SOPHIE CEA/CESTA

CodesOrganismes consultés

Enquête menée en 2008 sur codes SER 21 codes recensés :- 9 codes asymptotiques « méthodes HF »

- 9 codes de discrétisation « méthodes rigoureuses BF » - 3 codes « hybrides »


Etat des besoins en calcul de SER au niveau national

• Codes SER = investissements propres importants sur plus de 20 ans• Modules spécifiques intégrés dans un processus « métiers » ou dans une famille d’outils• Besoin de conserver une stratégie indépendante (développement, pérennisation des codes…)

FAVORABLES :au partage de modules / méthodesau développement de « briques logicielles » de base, pour de nouvelles fonctionnalitésà un benchmark sur cible complèteà investir sur les outils de modélisation géométrique (CAO, mailleurs…).

Réactions des principaux organismes consultés

Plus favorables à la notion de standard pour interfacer et faire collaborer les outils qu’à celle de plateforme pour les fédérer


Parallélisation massive / PO /GO

Appendices fixes / braquables

Parties mobiles / voilures tournantes

Interactions multiples (cavités, analyse multi-objets…)IPO / approximation FaFFAOP multi-niveaux / OP sur carreaux de Béziers

Méthodes HF / Algorithmes accélération

Courants asymptotiques (ondes rampantes / modes de gallerie)

SER en champ proche

Environnement : réflexions de surfaces naturelles (mer…)

Rugosités : réflexions sur cibles en millimétrique

Diffractions d’arêtes (approche MCE/TID)surfaces finies / surfaces avec condition impédance de surface

Diffraction des faisceaux Gaussiens

SER d’antennes (et dispositifs actifs)

Diffractions par les fentes et jonctions

Méthodes HF / contributeurs supplémentaires :

Interfaces et formats d’échange

Utilitaires de visualisation et de présentation

Nettoyage des maquettes géométriques

Outils CAO et maillage

Architectures antennes

Parallélisation

Galerkin discontinu

Généralisation PML / systèmes de coordonnées curvilignes

Pôles de Lorentz pour matériaux dispersifs

Evolutions codes de discrétisation « temporels »

Surfaces rugueuses en incidence rasante

Matériaux faible épaisseur

Architecture hyper des antennes

Traitement de contributeurs spécifiques

Utilisation de maillages non conformes / non connectés

Parallélisation multi échelle

Pré-conditionnement des solveurs

Eléments finis d’ordres supérieurs

Couplages entre méthodessurfaciques / volumiques - axisymétrique / 3D

Amélioration des méthodes Multipôlesconvergence / accélération par pré-conditionnement matriciel

Optimisation des méthodes de décomposition de domaine

Solveurs méthodes de discrétisation harmoniques

Les travaux sur l’harmonisation des codes SER

1. Evolutions des méthodes de calcul SER / liste macroscopique


Les travaux sur l’harmonisation des codes SER

2. Evolution des codes SER vers le calcul collaboratif

Démarche progressive en 2 grandes étapes :

Etape 1 : Mise en capacité de calcul collaboratif des principaux codes industriels, via un réseau de lignes sécurisées :

Standard commun de travail et d’échange

Logiciel de gestion pour exécution et synchronisation des différents calculs.

Etape 2 : Intégration dans plateforme de type QUERCY


Etat de l’art des codes de calcul AGREM au niveau nationalEnquête menée en 2008 sur codes AGREM 16 réponses

- des codes «maison» avec des méthodes diverses - des codes dans des domaines (T ou F) différents suivant les besoins - des codes «commerciaux» - besoin d’une plate forme informatique

Organismes Codes Commentaires

CEA SOPHIE Intérêt pour QUERCY

CISTEME Codes maison; codes commerciaux /

DASSAULT AVIATION MOVEA ; SPECTRE ; ASERIS Intérêt pour QUERCY complément MOVEA

EADS-CCR ASERIS /

EADS-Nuclétudes DFTR Besoin plate forme informatique

ESI France PAM-CEM/FD ; PAM-CEM/FE ; CRIPTE Editeur de logiciels - Intérêt pour QUERCY

GERAC QUERCY /

IEEA ICARE ; IDRA ; ZEPHIR ; QUERCY Intérêt pour QUERCY

IETR Codes maison Besoin plate forme informatique

LASMEA Codes maison; codes commerciaux /

LGEP Codes maison; codes commerciaux Besoin plate forme informatique

OKTAL SE SE-RAY-EM (FERMAT) /

ONERA AME ; QUERCY /

PSA Codes maison; codes commerciaux Besoin plate forme informatique

THALES-DIS QUERCY /

XLIM TEMSI Demande QUERCY en cours

CEG QUERCY /

Mais il en existe beaucoup d’autres ………


Matériaux complexes (méta matériaux, ….) Prise en compte de la susceptibilité et approche comportementale Méthodes multi échelles (Kron), multi physiques - Macro modèles Prise en compte d’autres menaces EM (CEM, CRE, ….) Prise en compte des faisceaux de câbles complexes et références Outils simplifiés de prédiction (niveau expert de QUERCY) Optimisation des interfaces pour des scènes complexes, hybridations fortes Parallélisme massif des maillages, données et post processing Suites FEMGD, méthode temporelle HF rapide, méthodes stochastiques Problématiques très BF (chemin de moindre résistance, CLA, diffusion, …) Problèmes non linéaires 1D et 3D Traitement du signal et des images, problèmes inverses, extrapolation CP/CL ………………………….

Etat des besoins en calcul AGREM au niveau national


Capitalisation dans QUERCY- définition d’un format unique d’échange de données entre

tous les codes AGREM- développement d’une plate forme informatique avec surfaces

d’échanges

--> Harmonisation AGREM/SER

QUERCY «industriel» --> «Métiers EM» QUERCY «universitaire» --> recherche et enseignement

L’harmonisation des codes AGREM


Définition d’un standard commun d’échanges de données AGREM/SER Étude de l’adéquation des méthodes asymptotiques SER (dont l ’Optique

Physique, les faisceaux gaussiens, ...) aux calculs en champ proche et dans les structures en temporel pour les applications AGREMs

Étude de l’adéquation des méthodes AGREMs aux calculs de SER Atelier complet d’outils communs de pre et post

Amélioration des outils de CAO (spécificités EM par rapport aux CAOs mécaniques pour le 2D et 3D, prise en compte des CAOs câbles, nettoyage des géométries) et des mailleurs (évaluation des mailleurs de tout type: pour les hybridations et pour le maillage multi-échelles, développement si besoin de mailleurs pour les très gros maillages)

parallélisme massif des maillages, données et post-traitement

Définition d’une plate forme informatique commune AGREM/SER Pool de méthodes numériques T et F avec hybridations et optimisation des interfaces ……

Étude d’une méthodologie commune avec la prise en compte des normes des deux domaines (par exemple les normes de susceptibilité qui pourraient être la première contribution pour la qualification virtuelle globale)

…………….

Vers une harmonisation des outils AGREM et SER

agrem et ser: harmonisation des outils numériques et...

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