FR2486662A1 - Dispositif de video-radiolocalisation aerienne, a haute densite d'informations, notamment pour geodesie et cartographie - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LA DETERMINATION DE POSITION, ET FAIT USAGE D'AU MOINS DEUX STATIONS FIXES AU SOL, AINSI QUE D'AU MOINS UN ORGANE EMBARQUE CAPABLE DE COOPERER AVEC LES STATIONS FIXES POUR DEFINIR SA POSITION EN COORDONNEES PLANIMETRIQUES. UN HELICOPTERE PORTE L'ORGANE EMBARQUE SYLO. IL PORTE AUSSI UNE CAMERA VIDEO VIC, EN POSITION DE VISEE SENSIBLEMENT VERTICALE VERS LE SOL. UN MAGNETOSCOPE MAGVID ENREGISTRE EN CORRESPONDANCE TEMPORELLE DES SIGNAUX VIDEO DELIVRES PAR LA CAMERA, AINSI QUE DES INFORMATIONS DE COORDONNEES PLANIMETRIQUES DELIVREES PAR L'UNITE EMBARQUEE SYLO. DE PREFERENCE, ON DETECTE ET ENREGISTRE EGALEMENT L'ALTITUDE (SRA). APPLICATION A LA RADIOLOCALISATION NOTAMMENT EN ZONE DE FORET DENSE.

Description

L'invention concerne la détermination de position.

On dispose maintenant à cet effet d'un arsenal de moyens assez riche. Mais, en certains endroits, aucun d'entre eux ne peut être utilisé : dans une zone de forêt dense, les vises (optique, infra-rouge, laser) sont impraticables ; et les ondes utilisées en radionavigation se propagent assez mal au sol. Faire une détermination de position précise est alors un serieux problème.

La présente invention y apporte une solution.

Cette solution fait appel a des moyens connus de radionavigation, du type comprenant au moins deux stations fixes au sol, et au moins un organe embarqué capable de coopérer avec les stations fixes pour définir sa position en coordées planimétriques.

Selon l'invention, l'organe embarqué est porté par un aéronef du genre hélicoptère, capable de vol quasistationnaire ; l'hélicoptère porte également une caméra vidéo en position de visée sensiblement verticale vers le sol, ainsi que des moyens pour enregistrer en correspondance temporelle les signaux vidéo délivrés par la caméra, et les informations relatives aux coordonnées planimétriques délivrées par l'organe embarqué, ce qui permet une radiolocalisation en référence au point du sol qui se trouve visé par la caméra. I1 est adjoint a la caméra une centrale de verticale, ce qui permet de connaitre' les erreurs de visée de la caméra par rapport à la verticale.

Ces erreurs de visée peuvent être enregistrées elles aussi en correspondance temporelle avec les autres informations précitées. En variante, ou en complément la caméra est montée sur une plateforme asservie par rapport à un signal représentant les erreurs de visée.

Dans un mode de réalisation particulier, les moyens d'enregistrement sont précédés de vidéo-mélangeurs aptes à une surimpression d'informations numériques de position et de temps sur l'image vidéo délivrée par la caméra, et il est prévu un écran de télévision de contrôle.

Très avantageusement, la caméra et les dispositifs associés - magnétoscope notamment - fonctionnent en couleurs.

De préférence, on prévoit trois stations au sol, pour la radiolocalisation proprement dite, et il est adjoint a la caméra un détecteur d'altitude, dont les informations sont également enregistrées de façon temporellement repérée. On peut ainsi établir la correspondance temporelle entre les informations d'altitude de l'hélicoptère par rapport au point visé sur le sol, et les informations de coordonnées planimétriques de l'hélicoptère et du point au sol. Il en résulte alors une détermination complète de la position du point visé au sol.

Dans un mode de réalisation particulier, le détecteur d'altitude comprend un détecteur de mesure fine, tel qu'une sonde radar altimétrique, et un détecteur grossier, de type barométrique ou accélérométrique, par exemple.

Avantageusement, il est prévu un moyen de traitement recevant les informations de position planimétrique, d'altitude et de cap, et apte à définir la route à suivre par l'aéronef en fonction d'un programme préétabli.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés uniquement pour illustrer à titre non limitatif un mode de réalisation actuellement préférentiel de l'invention, et sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique illustrant un aéronef survolant une zone ou se trouvent trois stations de radiolocalisation au sol ; et
- la figure 2 est le schéma de principe du dispositif embarqué à bord de l'aéronef de la figure 1.

Sur la figure 1, les références numériques TR1,
TR2 et TR3 illustrent trois stations de radiolocalisation implantées fixement au sol. De préférence, ces stations sont du type SYLEDIS en mode circulaire, vendu en France par la SOCIETE D'ETUDES, RECHERCHES ET CONSTRUCTIONS
ELECTRONIQUES - S E R C E L. A côté de la station fixe TR1, il est prévu un baromètre de précision BAR 1, associé a un enregistreur barométrique ENBAR 1, commandé par une horloge de précision HOR 1. Il en est de même avec les deux autres stations émettrices au sol. Un point du sol noté PSOL, situé de préférence entre les trois stations, est survolé par un hélicoptère HEL. On décrira maintenant en référence a la figure 2 les moyens installés à bord de l'hélicoptère.

La référence alphanumérique SYL représente l'unité embarquée du dispositif de radionavigation SYLEDIS circulaire trois stations. De manière connue, cette unité embarquée travaille en émettant sélectivement des signaux à l'adresse de chacune des stations au sol, lesquels répondent. Dans chaque cas, le temps d'aller-retour des signaux est représentatif de la distance de l'hélicoptère a la station fixe.-Un tel système de radionavigation est dit actif car l'organe embarqué est à la fois émetteur et récepteur. Bien entendu, on peut utiliser tout autre système de radionavigation circulaire ou hyperbolique, en particulier des systèmes de radionavigation utilisant comme organe embarqué un récepteur pur et simple (système passif).L'hélicoptère porte aussi une caméra vidéo VIC, qui est maintenue en position de visée sensiblement verticale vers le sol, et ce pratiquement à la verticale de l'antenne de l'unité embarquée SYLEDIS.

La caméra vidéo va donc viser le point PSOL de la figure 1. En meme temps, l'unité SYL détermine les coordonnées planimétriques d'un point situé à la verticale du point
PSOL. Ces coordonnées planimétriques seront donc également valables pour le point PSOL lui-même.

A chacun de ses cycles de mesure, l'unité SYL adresse trois blocs d'informations numériques à une mémoire re de position MEMSYL, qui comorte par exemple une capacité de 96 multiplets. Cette mémoire sert de mémoire tampon. Les informations vidéo issues de la camera VIC sont appliquées séquentiellement a trois vidéo mélangeurs VM1, YM2 et VM2. Le dernier de ceu-ci, par exemple délivre des informations de synchronisation à 50 Hz à la mémoire tampon MEMSYL.Et il est également prévu une horloge pour le positionnement, notée CLS, dont les informations sont appliquées à la mémoire tampon 4SYL, comme commande, et également indiquées sous forme numérique par un circuit MULE, qui prépare le mélange de ces informations avec d'autres informations numériques issues de la mémoire tampon.Les trois blocs numériques contenus dans la mémoire tampon MEMBYL sont appliqués respectivement aux trois vidéo-mélangeurs VM1, VM2 et VM3; le troisième V43 ajoute à la fois des informations numériques de position et les informations numériques de temps issues de l'horloge de position CLR. On obtient de la sorte un signal vidéo composite comprenant des informations vidéo relatives à la vue du point au sol, des informations numériques de radionavigation, définissant des coordonnées planimétriques, ainsi que des informations de temps. Ce signal vidéo composite est à la fois affiché sur un écran de contrôle MON, et appliqué à un magnétoscope MAGVID, pour enregistrement. Le magnétoscope reçoit également, sur la piste son, des signaux phoniques provenant de l'interphone de bord INTPH, et également des signaux phoniques provenant d'un micro, lequel peut être activé sur commande.

A partir de l'enregistrement ainsi réalisé, on peut retrouver les coordonnées planimétriques du point visé au sol. Bien entendu, la précision dépend de la verticalité de la visée. La voie phonique peut permettre au pilote ou à un assistant d'indiquer le ou les moments où la visée sera bien verticale. En pratique, on couple rigidement a la caméra VIC une centrale de verticale
CVERT. Le pilote peut s'inspirer des indications de cette centrale pour définir le moment ourla visée est verticale.

En même temps, on enregistre de manière temporellement repérée les informations délivrées par la centrale de verticale. On verra plus loin un moyen de réaliser cet enregistrement. Une autre variante consiste à monter la caméra vidéo sur une plateforme asservie pour compenser ces erreurs de visée, et ce par rapport aux indications de la centrale de verticale.

Comme le montre la figure 2, il est très avantageux que les informations de la centrale de verticale
CVERT soient également appliquées à un circuit de mise en forme MFSV, relié à son tour à une unité VM comprenant d'autres vidéo-mélangeurs. En utilisant par exemple un microprocesseur, le circuit MFSV définit une position de spot vidéo liée aux informations de verticale, et l'unité
VM va mélanger ce spot aux signaux vidéo de la caméra (avec des signaux numériques de cap et d'altitude, comme on le verra plus loin). Ainsi, le pilote va disposer, sur l'écran de contrôle MON, d'une information de verticalité.

Par ailleurs, il est très avantageux que la caméra vidéo, l'écran de contrôle, le magnétoscope et leurs annexes travaillent en couleurs. La demanderesse a observé que cela permet une exploitation beaucoup plus riche des images du sol prises à la cadence de 25 par seconde ; en particulier, la discrimination des points du sol à reconnaître est beaucoup plus facile. I1 n'est pas nécessaire à cet égard que les couleurs soient naturelles.

Avec un mode de radionavigation circulaire, deux stations au sol suffiraient en principe. Cependant, il est préférable d'utiliser trois stations au sol, de manière à obtenir une certaine redondance, qui permet notamment de tenir compte, pour la détermination des coordonnées planimétriques, du fait que l'hélicoptère ne se trouve pas au sol.

En complément, il est avantageux d'adjoindre à la caméra vidéo un détecteur d'altitude, dont les informations sont également enregistrées de manière temporellement repérée.

Pour le mode de réalisation de la figure 2, le détecteur d'altitude comprend une sonde radar altimétrique SRA, couplée rigidement à la caméra, et située à un niveau aussi voisin que possible de celui de l'antenne de l'unité embarquée SYLEDIS. La sonde radar altimétrique délivre des informations précises mais ambiguës à l'égard de l'altitude, informations qui sont disponibles au niveau de l'interface de sonde radar ISRA. Ces informations, transformées en numérique, sont appliquées à une unité centrale de traitement UCM. La détection grossière d'altitude est assurée par un baromètre BAR, associé a un enregistreur de précision commandé sur horloge, noté BAR0. Les informations numeriques issues du baromètre sont également appliquées à l'unité centrale de traitement.

Avec des informations d'altitude précises mais ambiguës, et des informations grossières, non ambiguës mais imprécises, on sait définir exactement l'altitude à l'aide de moyens de traitement appropriés. Une horloge de précision
HOR est également connectée à l'unité centrale de traitement, pour assurer le synchronisme et le repérage temporel des différentes informations acquises. Et les informations d'altitude sont enregistrées dans un appareil à cassette ENRA, avec indication de temps délivrée par l'horloge HCR. Si cela est nécessaire, on enregistre avec la même correspondance temporelle les signaux issus de la centrale de verticale CVERT. Cet enregistrement se fait à travers l'unité centrale de traitement UCM.De préférence, avant application à l'unité centrale UCM, les signaux de la centrale de verticale sont appliqués à un circuit de cap, qui détermine le cap présentement suivi par l'aéronef, et délivre cette information de cap en même temps que les informations non modifiées de la centrale de verticale à l'unité centrale de traitement. L'information instantanée de cap peut être comparée avec les informations de route à suivre définies à l'avance et stockées en mémoire dans l'unité centrale UCM. A partir de cela, l'unité UCM peut commander un organe d'affichage IDP, lequel indique au pilote si la route qu'il suit correspond bien à celle qui a été programmée. Il est avantageux, pour cela, que l'unité centrale UCM reçoive également les données numériques issues de l'unité embarquée SYL.

Par ailleurs, les informations de CAP sont également appliquées sous forme numérique aux vidéo mélangeurs VM, pour apparaître aussi sur l'écran de con trolle MON, a l'intention du pilote notamment.

D'un autre côté, la détection d'altitude est susceptible de plusieurs variantes : on peut supprimer les dispositifs barométriques associés aux stations au sol (BAR1, ENBAR1, et HOR1, etc ; fig. 1) et remplacer le bloc embarqué BAR, ENBAR par un dispositif cinétique fondé sur une double intégration à partir d'une détection de l'accélération verticale. Acôté de cela, la sonde radar ISRA peut être remplacée par un détecteur d'altitude fine à laser.

Les informations d'altitude, fine d'une part, grossière d'autre part, sont normalement enregistrées telles quelles dans l'appareil ENRA, à travers l'unité de traitement UCM. En parallele, il est avantageux de recevoir ces deux informations dans un appareil EAS, qui élabore localement une information numerique d'altitude, laquelle est à son tour appliquee aux vidéo-mélangeurs
VM pour affichage sur l'écran de contrôle.

En prospection géophysique sismique, il est nécessaire de connaitre à mieux que 10 mètres près la position d'un certain nombre de points au sol, et ce quelle que soit la zone des expériences. Et de telles expériences peuvent très bien prendre place dans des zones de forêt dense, ou d'autres zones peu propices à la détermination de position traditionnelle. L' instal- lation selon l'invention fournit un moyen très précieux en pareil cas . il suffit de définir la route de l'cela coptère pour qu'il suive un ehemlnement passant sensiblement à la verticale de l'ensemble des points dont la position doit être déterminée, et l'enregistrement repéré dans le temps des différentes informations de position et d'altitude permettra alors de déterminer avec la position requise les positions des points au sol, où sont par exemple installés des géophones.

Une expérimentation effectuée sur une zone déjà cadastrée a donné une précision moyenne meilleure que 5 mètres.

Bien entendu, l'invention n2est pas limitée au mode de réalisation ni a l'application décrits. Elle pourrait permettre par exemple d'effectuer une cartographie au 1/20000ème.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1) Ensemble de radiacalisation, du type comprenant au moins deux stations fixes au sol, et au moins un organe embarqué capable de coopérer avec les stations fixes pour définir sa position en coordonnées planimétriques, caractérisé par le fait que l'organe embarqué est porté par un aéronef du genre hélicoptère (HEL), capable de vol quasi-stationnaire, lequel porte également une caméra vidéo (VIC) en position de visée sensiblement verticale vers le sol, et des moyens (MAGVID) pour enregistrer en correspondance temporelle les signaux vidéo délivrés par la caméra, ainsi que les informations de coordonnées planimétriques délivrées par l'organe embar qué (SYL), et par le fait qu'il est adjoint à la caméra une centrale de verticale (CVERT), ce qui permet une radiolocalisation en référence au point du sol qui se trouve visé par la caméra, tout en connaissant les erreurs de visée de la caméra par rapport à la verticale.

2) Ensemble de radiolocalisation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la caméra (VIC) est montée sur une plate forme asservie pour compenser les erreurs de visée.

3) Ensemble de radiolocalisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les moyens d'enregistrement (MAGVID) sont précédés de vidéo-mélangeurs (VM) aptes à une surimpression d'informations numériques de position et de temps sur l'image vidéo délivrée par la caméra, et qu'il est prévu un écran de télévision de contrôle (MON).

4) Ensemble de radio localisation selon la revendication 3, caractérisée par le fait que sont prévus des moyens (MFSV) connectés à la centrale de verticale qui agissent sur les vidéo-melangeurs (VM) pour faire apparaître sur l'écran de télévision de contrôle un spot représentatif de la direction de la verticale.

5) Ensemble de radiolocalisation selon l'une des revendications 1 a 4, caractérisé par le fait que SOLIN prévues trois stations au sol (TR1, TR2, TR3), et qu'il est adjoint à la caméra un détecteur d'altitude (ISRA ; BAR), dont les informations sont également enregistrées de manière temporellement repérée.

6) Ensemble de radiolocalisation selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le détecteur d'altitude comprend un détecteur fin, tel qu'une sonde radar altimétrique (ISRA), et un détecteur grossier, de type barométrique ou altimétrique (BAR0).

7) Ensemble de radiolocalisation selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il est prévu un moyen de traitement (UCM) recevant les informations de position planimétrique, d'altitude, et de cap, et apte a définir la route a suivre par l'aéronef (IDP) fonction d'un programme préétabli.

8) Ensemble de radiolocalisation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la caméra vidéo (VIC) est une caméra couleur.