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An Approach for Assessing Autonomous and AI-Enabled Capabilities within Weapons Systems
No full textFor over a decade, policy makers, members of militaries, and civil society organisations have tried to come to agreement on various legal, ethical and definitional issues around “autonomous weapon systems” (AWS). Participants in these international debates have tried to determine how to define “autonomous weapons systems” as a class of weapons, which can then be regulated. However, the definition of “autonomy,” which is generally “to self-govern,” is too vague and broad, and attempts to define autonomous weapons systems in such a way that could enable meaningful regulation have also been too vague and broad to be legally implemented or technically developed. Using the terms “autonomy” or “autonomous” to describe these systems is inherently flawed. Rather than describing weapons as “autonomous” or “human controlled,” the focus should be on defining the capabilities–and the associated risks–that have been designed into weapons systems that allow for autonomous or highly-automated functionality, an approach which is presented in this brief
Reinforcement-learning-based aircraft handling qualities testing with uncertainty modeling
No full textInternational audienceClimate neutrality objectives require the rapid introduction of novel technologies in the aviation sector, a fact which is set to challenge current aircraft test and certification methods and procedures. In this perspective, this article presents a new methodology for reinforcement-learning-based testing of aircraft handling qualities (HQ), aimed at complementing and enhancing established existent techniques. The proposed method relies on a backpropagation-through-time scheme to calculate optimal control sequences corresponding to state trajectories that, in accordance with test objectives, satisfy or purposely violate output constraints to evaluate selected system limits. Contrary to similar techniques, our methodology includes an explicit treatment of uncertainty, which helps mitigate the effects of the simulation models’ ‘reality gap’: state and output uncertainties are equally propagated in time and used for a probabilistic evaluation of constraint satisfaction, based on the distance from the generated covariance ellipsoids. This approach is shown to produce solutions that are robust to the approximation errors of the models used for training. Finally, the temporal backpropagation method outputs analytic gradients that allow for optimizing control sequences with very high dimensionality at low computational cost. A case study on aircraft HQ testing is presented, focusing on aircraft longitudinal dynamics. In a number of examples and without access to pre-coded information, the algorithm is shown to reproduce well-known test sequences, highlighting its ability to explore high-dimensional input spaces. The latter represents an important asset for improving the future test and validation procedures of novel, unexplored, aircraft configurations
Eye-hand coordination during sequential reaching to uncertain targets: the effect of task difficulty, target width, movement amplitude, and task scaling
No full textInternational audienceWhen making reciprocal hand movements between two fixed/known targets, Fitts’ law states that movement time (MT) is a linear function of the index of difficulty (ID) set by the ratio between movement amplitude (A) and target width (W). Crucially ID also impacts eye-hand coordination. However, because known/fixed targets limit the usefulness of eye movements, and because hand dynamics changes drastically with ID (either continuous or discrete), we reexamined this issue using a variant of the Fitts task in which the next target position was assigned randomly and unveiled only when the ongoing target was reached. Practically, hand and eye movements were recorded in participants (N = 25) who had to successively reach 12 circular targets of width W (0.3, 0.6, or 1.2 cm) separated by an amplitude A (5, 10, or 20 cm), allowing to examine IDs ranging from 2.36 to 6.08 bits. Introducing target uncertainty did not alleviate the linear relationship between MT and ID (R2 = 0.99), neither the impact of ID on hand kinematics. Importantly, the influence of ID on eye-hand coordination persisted. Notably, by cross-correlating eye and hand signals, we show a trade-off between its temporal and spatial aspects. Finally, we found that eye-hand coordination was influenced to a larger extent by A than W, making it prone to task scaling effects (differences in AW combinations resulting in similar ID). Altogether these results reinforce the critical role of task difficulty on eye-hand coordination and the need to simultaneously consider its temporal and spatial aspects
Hypersustentation des avions : Principes / Applications / Effets collatéraux
No full textInternational audienceLes phases de décollage, d’approche et d’atterrissage sont des points importants de la mission d’un avion de transport, non pas tant du point de vue de la consommation de carburant, mais sur le fait qu’il faut piloter un appareil conçu pour des grandes vitesses en altitude dans des conditions basses vitesses à faible altitude. Nous verrons que les niveaux de performances nécessaires peuvent être atteints grâce à des effets aérodynamiques (relativement) simples et que des améliorations sont possibles par l’utilisation de systèmes actifs (soufflage principalement).Les différentes configurations abordées serviront de base à la discussion sur l’application de ces systèmes sur les futures architectures d’avion envisagées (ailes volantes, avion « décarboné ») et sur l’impact des évolutions de la règlementation
Étude théorique des courbes de lumière Infra-Rouge d'ENVISAT
No full textInternational audienceThe fast increase of abandoned objects in space is becoming a dangerous threat preventing to launch new missions or to guarantee operational standards. Hence, it is crucial to follow and track space debris. Optical techniques offer cheap alternative relatively to their radar counterpart. Especially, when low resolution imaging is exploited to get fast object tracking from telescopes. Nevertheless, optical tracking in the visible spectrum suffers the limitation related to the Sun illumination conditions in order to get enough light to detect the object. We therefore study the possibilities offered by thermal infrared optical detection in the MWIR and LWIR bands in order to be able to ensure the tracking in the absence of direct solar light. Hence, we developed a 3D thermal model for space objects. This model is based on COMSOL (https://www.comsol.com/) and exports temperature maps to feed the emitted radiance calculation for all the parts lying on the space-pointing external surface of a satellite. We used the SIRIUS code [1] for the evaluation of the optical signature of the space objects in the thermal bands (taking into account the Sun and Earth radiative contributions and the emitted thermal flux of the satellite). This tool based on GPU implementation generates hyperspectral images highly spectrally and spatially resolved. In particular we focus on a theoretical study of the tracking of ENVISAT as maybe the most known European debris. We then evaluate light curves in the visible and in the MWIR-LWIR bands in order to study the gain of information carried by infrared telescope observations. Until now, very few studies have been performed in the IR range focusing especially on near earth objects [2] but these relevant results lead to believe that it is an interesting way of investigations also for debris and satellites [3]. We will in particular study the part of the scenario where ENVISAT lies in the shadow of the Earth and consider the effects of the Earth emission on the MWIR-LWIR light curves. The reflectivity of ENVISAT is modeled by the Spectral Bidirectional Reflectance Distribution Function (sBRDF) for each material with physical modelling of geometry wrinkling for MLI. Emissivity spectra are also taken into account for the different materials. The radiative environment is composed by the Sun and the Earth. Finally, the orbit is calculated through the use of TLE files.To summarize, the paper will study theoretically the gain of information related to a spatially non-resolved optical detection of a satellite from a ground telescope in the thermal infrared bands in order to understand the type of information that can be obtained in the IR bands and to track the satellite when it lies in the shadow of the Earth. The key quantity that will be considered is the IR light curve and its dependence on the Earth emissivity map and atmosphere, the thermal/optical materials on ENVISAT, the transient between the solar lighting and shadow phases and the (possible) thermal effect of electronics onboard the satellite.L'augmentation rapide du nombre d'objets abandonnés dans l'espace devient une menace dangereuse pour les nouvelles missions ou pour la garantie des normes opérationnelles. Il est donc crucial de suivre et de repérer les débris spatiaux. Les techniques optiques offrent une alternative bon marché par rapport à leur équivalent radar. En particulier, lorsque l'imagerie à basse résolution est exploitée pour obtenir un suivi rapide des objets à partir de télescopes. Néanmoins, le suivi optique souffre des limitations liées aux conditions d'illumination du Soleil afin d'obtenir suffisamment de lumière pour détecter l'objet. Nous avons donc étudié les possibilités offertes par la détection optique infrarouge thermique dans les bandes MWIR et LWIR afin de pouvoir assurer le suivi en l'absence de lumière solaire directe. Nous avons donc développé un modèle thermique 3D pour les objets spatiaux basé sur COMSOL (https://www.comsol.com/) et exporté des cartes de température pour alimenter le calcul de la radiance émise pour toutes les parties se trouvant sur la surface externe orientée vers l'espace d'ENVISAT. Nous avons utilisé le code SIRIUS [1] pour l'évaluation de la signature optique des objets spatiaux dans les bandes thermiques. Cet outil génère des images hyperspectrales hautement résolues spectralement et spatialement grâce à son implémentation GPU. Nous nous concentrons en particulier sur une étude théorique de la poursuite d'ENVISAT, qui est peut-être le débris européen le plus connu. Nous évaluons ensuite les courbes de lumière dans le visible et dans les bandes MWIR-LWIR afin d'étudier le gain d'information apporté par les observations des télescopes infrarouges. Jusqu'à présent, très peu d'études ont été réalisées dans le domaine de l'infrarouge, en particulier sur les objets proches de la terre [2], mais ces résultats pertinents permettent de penser qu'il s'agit d'une méthode d'investigation intéressante pour les débris et les satellites [3]. Nous étudierons en particulier la partie du scénario où ENVISAT se trouve dans l'ombre de la Terre et nous examinerons les effets de l'émission terrestre sur les courbes de lumière MWIR-LWIR. La réflectivité d'ENVISAT est modélisée par la fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle spectrale (sBRDF) pour chaque matériau, avec une modélisation physique des plis géométriques pour MLI. Les spectres d'émissivité sont également pris en compte pour les différents matériaux. Enfin, l'orbite est calculée à l'aide de fichiers TLE.En résumé, l'article étudie théoriquement le gain d'informations lié à une détection optique non résolue dans l'espace d'un satellite à partir d'un télescope terrestre dans les bandes infrarouges thermiques afin de comprendre le type d'informations qui peuvent être obtenues dans les bandes IR et de suivre le satellite lorsqu'il se trouve dans l'ombre de la Terre. La quantité clé qui sera considérée est la courbe de lumière IR et sa dépendance à la carte d'émissivité de la Terre et à l'atmosphère, aux matériaux thermiques/optiques sur ENVISAT, à la transition entre les phases d'éclairage solaire et d'ombre et à l'effet thermique (possible) de l'électronique à bord du satellite
TMD Engineering of 2D-Magnetic Tunnel Junctions – From Barriers to Electrodes: ADICT
No full textNational audienceSpintronics has revolutionized data storage, notably through the development of highly sensitive hard-drive read-heads based on Giant Magnetoresistance (GMR), and later Tunnel Magnetoresistance (TMR) technologies. These are at the core of Magnetic Tunnel Junctions (MTJs), nowadays composing the latest generation of ultra-fast and low power Magnetic Random Access Memories (MRAMs) and fueling post-CMOS unconventional electronics strategies (including spin logics, stochastic, neuromorphic and quantum computing). In this direction 2D materials [1] have unleashed a multitude of previously unexploited possibilities for spintronic devices. As such, graphene has already demonstrated impressive performance, achieving record spin polarization of up to -98% in a MTJ [2]. But more recently, a new class of materials, 2D ferromagnets, have emerged as particularly promising for spintronics, as they could pave the way to gate-controllable 2D magnetic tunnel junction (2D-MTJ) spin valve devices. However, a 2D ferromagnet efficiently working at room temperature remains a clear challenge. In this work, we focus on the development of room temperature 2D ferromagnets and their integration as electrode into 2D-MTJs. Specifically, we have engineered 2D ferromagnets based on Fe4GeTe2. To achieve this, we have recently developed novel in-situ processes based on large-scale pulsed laser deposition (PLD) techniques to allow the growth and heterostacking of different 2D materials [3]. We will discuss how to reach one step further with the large-scale integration of these materials into tailored 2D heterostructures
Imagerie ISAR multistatique : formation d'images, analyse de structures et estimation du mouvement
No full textMonostatic ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) imaging provides high-resolution images of object based on their relative motion to a radar. These images can be used for identification and classifications tasks. The addition of distant bistatic receivers can complement monostatic imaging by providing different observation geometries. This PhD aims at deriving information on the structure and the rotational motion of aircraft and satellites using multiple ISAR observers. More specifically, the difference between ISAR images can be used to identify non-isotropic features, such as solar panels, that are only visible through specific aspect angles. Furthermore, other features visible on multiple images can be exploited to estimate the rotational motion of the imaged object and to retrieve 3-Dimensional information. To meet these objectives, a formalism based on frames is developed to define accurately 3D motions and the ISAR projections provided by the different observers. Based on this formalism, two methods for 3D estimation are developed. The first method matches flat areas of a stabilized object to estimate their normal. The second method estimates the coordinates of linear features of an object by matching their projections in the ISAR images. This method also enables the estimation of the spin of the object. Uncertainty formulas are derived to assess the accuracy of these estimations. Both methods are validated with real satellite and aircraft data. The aircraft data were gathered during bistatic trials conducted near Orly airport, while the satellite data were collected during long-baseline bistatic trials between France and Germany. To generate images from the recorded data, a robust ISAR processing adapted to the bistatic geometry and to low SNR data is developed. With the aircraft images, the complete attitude of an aircraft is estimated. With the satellite images, the length and relative orientation of features of the satellites SWARM-B, Kosmos 1300 and ENVISAT as well as the spin of ENVISAT are estimated.L'imagerie ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) monostatique fournit des images haute résolution d'objets en utilisant leur mouvement relatif par rapport à un radar. Ces images peuvent être utilisées pour des tâches d'identification et de classification. L'ajout de récepteurs bistatiques distants peut compléter l'imagerie monostatique en fournissant des géométries d'observation différentes. Cette thèse utilise la diversité d'images fournie par des configuration ISAR multistatiques dans le but d'obtenir des informations sur la structure et le mouvement de rotation d'avions et de satellites. Plus précisément, la diversité d'images peut être utilisée pour identifier des éléments non isotropes qui ne sont visibles que sous certains angles, et donc uniquement sur certaines images. D'autres éléments sont visibles sur de multiples images. En mettant en correspondance leurs projections sur les différentes images, le mouvement de rotation de l'objet ainsi que les coordonnées de ces éléments peuvent être estimés. Pour atteindre ces objectifs, un formalisme utilisant des bases orthogonales est développé pour définir précisément le mouvement 3D d'un objet et les projections ISAR fournies par les différents observateurs. Sur la base de ce formalisme, deux méthodes d'estimation 3D sont développées. La première fait correspondre des zones planes d'un objet stabilisé pour estimer leur normale. La seconde estime les coordonnées d'éléments linéaires d'un objet en faisant correspondre leurs projections dans les images ISAR. Cette méthode permet également l'estimation du spin de l'objet. Des formules d'incertitude sont calculées pour évaluer la précision de ces estimations. Les deux méthodes sont validées avec des données réelles de satellites et d'avions. Les données sur avions ont été recueillies lors d'essais bistatiques menés près de l'aéroport d'Orly, tandis que les données sur satellites ont été acquises lors d'essais bistatiques à longue distance entre la France et l'Allemagne. Pour générer des images à partir des données numérisées, un traitement ISAR robuste, adapté à la géométrie bistatique et au faible SNR est développé. Les images d'avions ont permis de déterminer l'attitude complète d'un avion. Les images satellites ont été utilisées pour estimer la longueur et l'orientation relative des différents éléments des satellites SWARM-B, Kosmos 1300 et ENVISAT, ainsi que pour déterminer le vecteur de rotation d'ENVISAT
Gestion des ressources de communication pour satellites dans une fédération de constellations d'observation de la Terre
No full textSoumis dans les 17 Journées Francophones de Programmation par Contraintes (JFPC) 2025International audienceCet article aborde le problème nouveau, découlant du concept novateur de fédération de missions dans le domaine de l'observation de la Terre grâce au développement de réseaux de stations terrestres, rencontré par le système de communication et de gestion des ressources des satellites (SCRMS). Ce problème décisionnel est celui de la sélection des contacts, sous contraintes de satisfaction des besoins de communication des satellites, en minimisant le coût et les brouillages. Nous avons développé plusieurs méthodes de résolution : un programme linéaire, des schémas de recherche incomplète et des schémas d'allocation gloutonne
A Discontinuous Galerkin Method based on Compact Smoothness-Increasing-Accuracy-Conserving (SIAC) Reconstruction
No full textInternational audienceIn this paper, we introduce a new high-order Discontinuous Galerkin (DG) scheme based on a reconstruction method enhanced by Smoothness-Increasing-Accuracy-Conserving (SIAC) filters, named SR-DG (SIAC Reconstruction-DG), for the discretisation of convection and diffusion equations. The high-order filters are built in a compact multi-element framework to reconstruct the DG solution and its gradient at quadrature points and interfaces when assembling the residual using a convolution operation. This approach is investigated in order to improve both continuity in the inter-element regions which leads to a better behavior of the scheme for coarse mesh resolutions, while maintaining the global high-order accuracy of the DG scheme. The method not only meets the fixed objectives but also offers several additional and highly interesting advantages. These include the capability to reconstruct a unique state on each face, thereby eliminating the need for numerical fluxes. Added to that, a relaxation of the CFL constraints on the time step is observed for convection-diffusion problems. Furthermore, the method enables an accurate and efficient reconstruction of gradients through the derivative of the filter, offering a compelling alternative to existing diffusion schemes