FR2707386A1 - Captive drone aerial observation system - Google Patents

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    • H01Q1/28Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
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Abstract

The invention relates to a system of aerial observation by a captive drone (12) which carries at least one electromagnetic sensor, radar or camera. The system comprises a fixed central point (1) which holds, by means of a cable (3), onto a drone (2) in captive circular flight around the central point (1). The drone (2) comprises at least one wing-shaped aerofoil (4) and an engine (6, 10) and an elevon (5) or stabiliser (9). It carries an active (7) or passive (12) radar antenna or holds taught at least one wire antenna (31, 32). It carries at least one optronic sensor (8) complementary to the antenna. Application to battlefield surveillance, site protection.

Description

SYSTEME D'OBSERVATION AERIENNE A DRONE CAPTIF
La présente invention concerne un système d'observation aérienne, en vol captif animé d'un mouvement autour d'un point d'attache.
AERIAL WATCHING SYSTEM WITH CAPTIVE DRONE
The present invention relates to an aerial observation system, in captive flight animated by a movement around a point of attachment.

Les moyens d'observation aérienne sont de type électromagnétiques, tels que radars ou caméras optiques, dans le visible ou dans l'invisible.The aerial observation means are of the electromagnetic type, such as radars or optical cameras, in the visible or in the invisible.

Les systèmes terrestres de surveillance et d'observation, tels que les radars, peuvent être améliorés en capacité de détection, c'est à dire en efficacité et en portée, par:
- la surélévation de l'antenne,
- la diversité des longueurs d'ondes utilisées,
- le mouvement relatif des antennes,
- la complémentarité optique.
Terrestrial surveillance and observation systems, such as radars, can be improved in detection capacity, i.e. in efficiency and range, by:
- the antenna elevation,
- the diversity of wavelengths used,
- the relative movement of the antennas,
- optical complementarity.

En effet, pour détecter des objets au sol (véhicules) ou volant à très basse altitude (avions), il est intéressant que les antennes du radar soient bien dégagées de la végétation, des constructions et des reliefs environnants, afin d'éviter le "fouillis de sol" qui est une conséquence de l'effet de sol. Indeed, to detect objects on the ground (vehicles) or flying at very low altitude (planes), it is interesting that the radar antennas are well cleared of the surrounding vegetation, constructions and reliefs, in order to avoid the " soil clutter "which is a consequence of the soil effect.

Par ailleurs, les objets que doivent détecter les radars de surveillance sont de plus en plus furtifs, et pour les détecter il est nécessaire, parfois, d'utiliser des fréquences basses pour lesquelles les surfaces équivalentes radar sont étroitement liées aux dimensions géométriques de l'objet et non plus à son état de surface et aux matériaux superficiels. Mais parfois il est plus intéressant d'utiliser des fréquences hautes lorsque les objets de petites tailles présentent des particularités de surface ou de forme. II est donc important de pouvoir changer dans des proportions importantes la fréquence électromagnétique d'observation. Furthermore, the objects to be detected by surveillance radars are increasingly stealthy, and to detect them it is sometimes necessary to use low frequencies for which the radar equivalent surfaces are closely linked to the geometric dimensions of the object and no longer its surface state and surface materials. But sometimes it is more interesting to use high frequencies when the objects of small sizes present peculiarities of surface or form. It is therefore important to be able to change the electromagnetic frequency of observation in significant proportions.

De plus, pour détecter et situer avec précision certaines cibles, pour examiner des détails, il est intéressant de se placer à des longueurs d'ondes appropriées et d'effectuer des traitements appropriés sur les données. Pour cela, il est nécessaire d'utiliser des antennes adaptées à ces traitements, en particulier dotées d'un mouvement relatif par rapport à L'objet illuminé. In addition, to detect and locate certain targets with precision, to examine details, it is advantageous to place oneself at appropriate wavelengths and to carry out appropriate processing on the data. For this, it is necessary to use antennas adapted to these treatments, in particular provided with a relative movement relative to the illuminated object.

Enfin, il est bon de pouvoir recouper les informations fournies par deux moyens d'observation différents dans leurs principes. C'est ainsi qu'une antenne radar permet de détecter un objet, en mouvement ou immobile, et qu'un capteur optique, tel qu'une caméra infrarouge par exemple, associé au radar, permettent de déterminer si le dit objet est chaud, si son moteur est en fonctionnement, ce qui fournit une bonne complémentarité optique aux données du radar. Finally, it is good to be able to cross-check the information provided by two different means of observation in their principles. Thus, a radar antenna makes it possible to detect an object, in motion or stationary, and an optical sensor, such as an infrared camera for example, associated with the radar, makes it possible to determine whether the said object is hot, if its engine is running, which provides good optical complementarity to the radar data.

Enfin, en ce qui concerne la vulnérabilité des radars aux attaques aériennes, les antennes d'émission et de réception d'un radar sont habituellement placées sur des infrastructures immobiles ou sur des porteurs maritimes, terrestres ou aériens. La position de l'antenne révèle la position de l'infrastructure ou du porteur et - en définitive la destruction de l'antenne entraîne l'impossibilité pour l'exploitant du radar de continuer à opérer. Finally, with regard to the vulnerability of radars to aerial attacks, the transmitting and receiving antennas of a radar are usually placed on stationary infrastructures or on sea, land or air carriers. The position of the antenna reveals the position of the infrastructure or of the carrier and - ultimately the destruction of the antenna results in the radar operator being unable to continue operating.

La réduction de la vulnérabilité à l'observation d'un système de radar passe par:
- la dispersion des éléments rayonnants, et leur mouvement,
- la mobilité de l'ensemble du radar, et de ses moyens
optroniques associés,
- le fonctionnement en mode passif, et la réduction de la vulnérabilité à la destruction passe par:
- le mouvement permanent
- I'utilisation des grandes longueurs d'ondes
Le système d'observation aérienne selon l'invention apporte une solution aux impératifs qui ont été cités, et il permet d'augmenter la capacité de détection et de diminuer la vulnérabilité pour un radar donné.
Reducing the vulnerability to observing a radar system requires:
- the dispersion of the radiating elements, and their movement,
- the mobility of the entire radar, and its means
associated optronics,
- operating in passive mode, and reducing the vulnerability to destruction requires:
- the permanent movement
- the use of long wavelengths
The aerial observation system according to the invention provides a solution to the requirements which have been mentioned, and it makes it possible to increase the detection capacity and to reduce the vulnerability for a given radar.

Ce système comprend comme moyen d'observation aérienne au moins une antenne radar1 volant autour d'un point central auquel elle est retenue par un câble. Pour voler, L'antenne est munie d'au moins un plan sustentateur et d'au moins un moteur, et elle est pilotée depuis le point central, qui fournit, par l'intermédiaire du câble, L'énergie nécessaire au vol ainsi que l'émission de signaux vers l'antenne et la réception des signaux en retour. This system comprises as aerial observation means at least one radar antenna1 flying around a central point to which it is retained by a cable. To fly, the antenna is provided with at least one lift plane and at least one motor, and it is controlled from the central point, which supplies, via the cable, the energy necessary for the flight as well as transmitting signals to the antenna and receiving signals back.

De façon plus précise l'invention consiste en un système d'observation aérienne caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen d'observation par ondes électromagnétiques, ce moyen étant porté par une surface portante dite drone, en vol captif animé d'un mouvement circulaire autour d'un point central, au sol, auquel il est retenu par un câble.  More precisely, the invention consists of an aerial observation system characterized in that it comprises at least one means of observation by electromagnetic waves, this means being carried by a bearing surface called a drone, in captive flight animated by a circular movement around a central point, on the ground, to which it is retained by a cable.

L'invention sera mieux comprise par l'exposé plus détaillé qui suit d'un exemple de réalisation et de quelques unes de ses variantes possibles, cet exposé étant appuyé sur les figures jointes en annexe, qui représentent:
figure 1 : schéma d'ensemble, vu dans l'espace, d'un système d'observation aérienne selon l'invention, dans une première forme de réalisation,
- figure 2 : vue selon une coupe longitudinale et verticale du drone de la figure précédente,
- figure 3 : schéma d'ensemble d'une première variante du système d'observation selon l'invention,
- figures 4 et 5: schéma d'ensemble d'une deuxième variante de l'invention, et organisation du drone correspondant,
- figures 6 et 7: représentation du mode d'orientation du drone,
- figure 8 : utilisation du mouvement de l'antenne pour créer un effet doppler.
The invention will be better understood by the more detailed description which follows of an exemplary embodiment and of some of its possible variants, this presentation being supported by the attached figures, which represent:
FIG. 1: overall diagram, seen in space, of an aerial observation system according to the invention, in a first embodiment,
FIG. 2: view in a longitudinal and vertical section of the drone of the previous figure,
FIG. 3: overall diagram of a first variant of the observation system according to the invention,
- Figures 4 and 5: overall diagram of a second variant of the invention, and organization of the corresponding drone,
- Figures 6 and 7: representation of the orientation mode of the drone,
- Figure 8: use of the movement of the antenna to create a Doppler effect.

Afin d'en rendre l'exposé plus clair et plus précis, I'invention sera expliquée en s'appuyant sur l'exemple d'un système aérien qui porte un radar et un capteur optronique, mais cette concision ne limite nullement la portée de l'invention, qui s'applique à un système dont le drone emporte au moins un moyen d'observation par émission etlou réception d'ondes électromagnétiques, dans les domaines radar, caméra dans le visible,
I'infrarouge ou l'ultra-violet, ou encore la détection de particules, par exemple. Le moyen d'observation est actif ou passif.
In order to make the presentation clearer and more precise, the invention will be explained by relying on the example of an air system which carries a radar and an optronic sensor, but this conciseness in no way limits the scope of the invention, which applies to a system in which the drone carries at least one observation means by emission and / or reception of electromagnetic waves, in the radar, visible camera fields,
Infrared or ultraviolet, or even particle detection, for example. The means of observation is active or passive.

On appelle drone un petit véhicule aérien, non habité et télécommandé. A small aerial vehicle, unmanned and remotely controlled, is called a drone.

La figure 1 donne une vue dans l'espace d'un système d'observation aérienne selon l'invention. Comme pour toutes les autres figures, les échelles relatives ne sont pas du tout conservées, mais au contraire adaptées de façon à permettre de mieux représenter le drone. FIG. 1 gives a view in space of an aerial observation system according to the invention. As with all the other figures, the relative scales are not preserved at all, but on the contrary adapted so as to allow a better representation of the drone.

Pour résoudre l'ensemble des problèmes qui ont été analysés précédemment, le système selon l'invention comporte un point central 1 auquel le drone 2 est retenu par un câble 3. Le point central 1 est par exemple un engin mobile terrestre, tel qu'un camion ou un char, et il est avantageusement muni d'un mât, prévu pour ie lancement et la récupération du drone. A ce mât est fixé le câble de retenue 3.  To solve all of the problems which have been analyzed previously, the system according to the invention comprises a central point 1 to which the drone 2 is retained by a cable 3. The central point 1 is for example a land mobile machine, such as a truck or a tank, and it is advantageously provided with a mast, intended for the launching and the recovery of the drone. To this mast is fixed the retaining cable 3.

Le drone à proprement parler comporte les moyens d'observation, utilisant les ondes électromagnétiques dans un large domaine de longueurs d'ondes englobant la lumière visible et infrarouge et les ondes radar, ces moyens étant actifs ou passifs et animés d'un mouvement à distance et autour du point central 1, dont le drone est captif. The drone itself comprises the means of observation, using electromagnetic waves in a wide range of wavelengths including visible and infrared light and radar waves, these means being active or passive and driven by a movement at a distance. and around the central point 1, of which the drone is captive.

Dans un premier exemple montré en figure 1, ce drone comporte:
- une surface portante 4, en forme de section d'aile, muni d'au moins un élevon 5,
- un moyen de propulsion 6, qui est, par exemple, une soufflante électrique ou un petit turbo propulseur, selon le poids et la dimension du drone,
- au moins un premier moyen d'observation, par exemple une antenne radar 7, fixée dans une position telle qu'elle permet d'observer une zone prédéterminée, sur laquelle on reviendra ultérieurement,
- ce premier moyen d'observation peut être complété par un autre mode d'observation, tel que par exemple au moins un capteur optronique 8, caméra de télévision ou capteur infra-rouge par exemple.
In a first example shown in Figure 1, this drone includes:
a bearing surface 4, in the shape of a wing section, provided with at least one elevon 5,
a propulsion means 6, which is, for example, an electric blower or a small turbo propeller, depending on the weight and the size of the drone,
- at least a first observation means, for example a radar antenna 7, fixed in a position such that it makes it possible to observe a predetermined area, to which we will return later,
- This first observation means can be supplemented by another observation mode, such as for example at least one optronic sensor 8, television camera or infrared sensor for example.

L'antenne radar 7 est préférentiellement orientée vers l'extérieur de la trajectoire circulaire parcourue par le drone 2, dans son vol captif autour du point central 1, et elle est orientée, comme montré en figure 2, par rapport à la surface portante 4, de façon à surveiller un horizon prédéterminé. Selon la position, ou l'éloignement de la zone à surveiller, le champ d'observation peut être défini:
-soit en faisant varier l'altitude du drone 2, donc son angle de vol par rapport à l'horizontale du lieu,l'antenne radar 7 étant fixe par rapport au drone,
- soit en modifiant l'angle de fixation de l'antenne radar 7 par rapport au drone, dont le vol est maintenu à altitude constante.
The radar antenna 7 is preferably oriented towards the outside of the circular path followed by the drone 2, in its captive flight around the central point 1, and it is oriented, as shown in FIG. 2, relative to the bearing surface 4 , so as to monitor a predetermined horizon. Depending on the position, or the distance from the area to be monitored, the field of observation can be defined:
either by varying the altitude of the drone 2, therefore its flight angle relative to the horizontal of the place, the radar antenna 7 being fixed relative to the drone,
- Or by modifying the angle of attachment of the radar antenna 7 relative to the drone, the flight of which is maintained at constant altitude.

-soit au moyen d'une antenne à balayage vertical, le balayage horizontal étant assuré par le mouvement de vol circulaire. or by means of a vertical scanning antenna, the horizontal scanning being provided by the circular flight movement.

Le câble 3 est un élément composé, en raison des différentes fonctions qu'il assure. C'est d'abord le fil qui relie le drone au point central et assure la fonction de retenue. La force de celle-ci n'est pas la même en vol normal, au moment de la récupération et au lancement; ce qui conduit à envisager une section de fil en matériau supportant la traction pour couvrir tous les cas. Ce câble a une longueur de l'ordre de 50 à 100 mètres, voire jusque 300 mètres, pour une altitude de vol du drone de l'ordre de 50 mètres, si le mât du point central fait 15 mètres de hauteur. Cable 3 is a composite element, due to the different functions it provides. It is first of all the wire which connects the drone to the central point and ensures the retaining function. Its strength is not the same in normal flight, at the time of recovery and at launch; which leads to consider a section of wire in material supporting the traction to cover all cases. This cable has a length of the order of 50 to 100 meters, or even up to 300 meters, for a flight altitude of the drone of the order of 50 meters, if the mast of the central point is 15 meters in height.

Mais ce câble 3 a également des fonctions d'alimentation électrique et, le cas échéant, d'antenne et de transmission. However, this cable 3 also has functions of electrical supply and, where appropriate, of antenna and transmission.

II comporte donc les conducteurs électriques nécessaires pour transmettre au drone l'energie primaire pour la propulsion, dont la source dans tous les cas est au sol, ainsi que d'autres conducteurs électriques, au moins pour le pilotage du drone par son élevon 5 et pour celui du point d'attache du câble 3. En ce qui concerne l'énergie pour le radar, la source de puissance pour l'émission radar peut être à bord du drone, et dans ce cas les signaux reçus par l'antenne 7 sont transmis au sol soit par conducteur coaxial soit par fibre optique , qui sont donc incorporés au câble 3. Mais la source de puissance pour l'émission peut aussi rester au sol, et être transmise à l'antenne en vol par différents moyens, dont le rayonnement électromagnétique. It therefore comprises the electrical conductors necessary to transmit the primary energy for the propulsion to the drone, the source of which in all cases is on the ground, as well as other electrical conductors, at least for the piloting of the drone by its elevon 5 and for that of the cable attachment point 3. With regard to the energy for the radar, the power source for the radar transmission may be on board the drone, and in this case the signals received by the antenna 7 are transmitted to the ground either by coaxial conductor or by optical fiber, which are therefore incorporated in the cable 3. But the power source for the emission can also remain on the ground, and be transmitted to the antenna in flight by various means, including electromagnetic radiation.

Enfin ce câble peut comporter une fibre optique pour l'acheminement des d'informations dans le sens montant et descendant. Finally, this cable may include an optical fiber for the routing of information in the uplink and downlink directions.

Ce câble peut comporter aussi dans certaines variantes une partie antenne ainsi qu'un revêtement de protection. L'antenne est isolée à son extrémité près du drone et un dispositif d'adaptation peut lui être adjoint. This cable can also include, in certain variants, an antenna part as well as a protective coating. The antenna is isolated at its end near the drone and an adaptation device can be added to it.

Le câble est protégé contre le givrage par sa propre température de fonctionnement.The cable is protected against icing by its own operating temperature.

Comme dans tout système de détection, il est nécessaire de bien connaître la position du moyen qui réalise la dite détection. La position, I'attitude et le mouvement des antennes mobiles sont mesurés avec des moyens électromagnétiques dont une partie est au sol et une autre partie à bord de chacune des antennes, si le système comporte plusieurs antennes. As in any detection system, it is necessary to know well the position of the means which carries out said detection. The position, attitude and movement of the mobile antennas are measured with electromagnetic means, part of which is on the ground and another part on board each of the antennas, if the system includes several antennas.

La vulnérabilité de ces systèmes est relativement faible car:
- le système est mobile.
The vulnerability of these systems is relatively low because:
- the system is mobile.

- les antennes sont dispersées sur une surface importante,
chacune présente une surface apparente très faible et chacune
est en mouvement,
- les autodirecteurs de missiles dans les bandes métriques et
décamétriques sont assez imprécis,
Le lancement et la récupération du drone ne demandent pas l'appui d'un moyen extérieur au système lui-même. Pour le lancement le drone est soit fixé au bout d'un bras de quelques mètres, soit pendu à un mât. II est mis en rotation jusqu'à ce qu'il atteigne sa vitesse de sustentation minimum. Tout en étant retenu au point central, il est alors largué et s'écarte lentement en gagnant de l'altitude et de la vitesse.
- the antennas are scattered over a large area,
each has a very small apparent surface and each
is moving,
- the missile seeker in the metric bands and
decametrics are quite imprecise,
The launch and recovery of the drone does not require the support of a means external to the system itself. For launching the drone is either fixed at the end of an arm a few meters, or hung from a mast. It is rotated until it reaches its minimum lift speed. While being retained at the central point, it is then released and departs slowly, gaining altitude and speed.

Pour la récupération dans les deux cas le drone est lentement attiré vers le centre où un bras récupérateur préalablement mis en rotation le récupère. For recovery in both cases, the drone is slowly drawn towards the center where a recovery arm previously rotated recovers it.

L'opération de récupération peut être réalisée même en cas de perte de propulsion sur le drone en tout point de sa trajectoire car l'énergie totale possédée par le drone est à tout moment plus élevée que celle qui lui est nécessaire pour atteindre la position de récupération. The recovery operation can be carried out even in the event of loss of propulsion on the drone at any point of its trajectory because the total energy possessed by the drone is at any time higher than that which is necessary for it to reach the position of recovery.

La figure 3 donne une vue d'ensemble d'un système selon l'invention, présentant plusieurs variantes. Le drone a une surface portante 4, en profil d'aile, qui est munie d'une dérive 9 avec plan horizontal stabilisateur et gouverne de profondeur, et il est propulsé par un moteur à hélice 10. Mais surtout le système radar comprend des moyens 11 d'émission-réception à partir du sol, par exemple à bord d'une cabine ou d'un véhicule situé préférentiellement à proximité du point central 1 du système. L'antenne 12 emportée par le drone 2 n'est plus alors qu'une lentille de déviation, pour renvoyer vers là zone observée les signaux émis du point central au sol. La liaison entre la source de signaux radar, en 11, et le déflecteur 12 se fait par voie hertzienne, et elle est symbolisée, sur la figure 3, par des flèches. FIG. 3 gives an overview of a system according to the invention, presenting several variants. The drone has a bearing surface 4, in wing profile, which is provided with a fin 9 with horizontal stabilizing plane and elevator, and it is propelled by a propeller engine 10. But above all the radar system includes means 11 transmission-reception from the ground, for example on board a cabin or a vehicle preferably located near the central point 1 of the system. The antenna 12 carried by the drone 2 is then nothing more than a deflection lens, to return to the observed area the signals transmitted from the central point to the ground. The connection between the source of radar signals, at 11, and the deflector 12 is by radio, and it is symbolized, in FIG. 3, by arrows.

Une autre variante encore de l'invention est représentée en figures 4 et 5. Elle concerne essentiellement la forme de l'antenne, et la forme de la surface portante est adaptée pour abriter, dans son épaisseur, une antenne Yagi. Le drone comporte donc un élément de surface portante 4, comparable à ceux représentés en figures 1 et 3, mais il est prolongé par un élément plus large 13 qui porte un stabilisateur 9 et un moteur 10, ainsi qu'un élevon 5. L'antenne Yagi est logée à l'intérieur d'un troisième élément 14 qui prolonge les deux premiers éléments 4 et 13 de la surface portante. Yet another variant of the invention is shown in Figures 4 and 5. It essentially relates to the shape of the antenna, and the shape of the carrying surface is adapted to house, in its thickness, a Yagi antenna. The drone therefore comprises a bearing surface element 4, comparable to those represented in FIGS. 1 and 3, but it is extended by a wider element 13 which carries a stabilizer 9 and a motor 10, as well as an elevon 5. The Yagi antenna is housed inside a third element 14 which extends the first two elements 4 and 13 from the bearing surface.

Sur la figure 5, on a esquissé en 15 les directeurs de l'antenne de Yagi, qui sont dans le troisième élément 14, et en 16 les dipôles, ainsi qu'en 17 le réflecteur de l'antenne. Des absorbants électromagnétiques sont logés dans un compartiment 18, voisin du réflecteur 17, et l'alimentation de l'antenne est placée en 19, dans la partie externe du drone, par rapport à l'axe moteur 10 - stabilisateur 9. Il faut en effet que cette variante de drone soit stable durant le vol, or son profil d'aile allongée nécessite une aide à la stabilisation, qui lui est apportée en partie par le stabilisateur 9 et en partie par l'équilibrage en poids, les masses les plus élevées stabilisent par la force centrifuge si elles sont dans le second ou le troisième élément de la surface portante.In FIG. 5, the directors of the Yagi antenna are sketched at 15, which are in the third element 14, and at 16 the dipoles, as well as at 17 the antenna reflector. Electromagnetic absorbents are housed in a compartment 18, adjacent to the reflector 17, and the antenna power is placed at 19, in the external part of the drone, relative to the motor axis 10 - stabilizer 9. It is necessary to effect that this variant of drone is stable during flight, but its elongated wing profile requires stabilization aid, which is provided in part by the stabilizer 9 and in part by weight balancing, the most high stabilize by centrifugal force if they are in the second or third element of the bearing surface.

Une antenne Yagi montée à bord d'un drone tel que celui des figures 4 et 5 peut également être orientée, dans le plan vertical, comme les antennes des figures 1 et 3. Dans ce but, le câble 3 est fixé sous la surface portante 4 en un point variable, le long d'un rayon du système en rotation. A Yagi antenna mounted on board a drone such as that of FIGS. 4 and 5 can also be oriented, in the vertical plane, like the antennas of FIGS. 1 and 3. For this purpose, the cable 3 is fixed under the bearing surface 4 at a variable point, along a radius of the rotating system.

Ainsi, en figure 6, le câble 3 est fixé en un point de la surface portante 4 relativement proche du centre de gravité du drone, et celui-ci est équilibré dans son vol: il vole horizontalement. Par contre, en figure 7, le câble 3 est fixé sur le bord "intérieur" 41 de la surface portante 4 - considéré par rapport à la trajectoire circulaire - et le drone, soumis à la force centrifuge, est dans le prolongement du câble 3: L'antenne Yagi est inclinée par rapport au sol.Thus, in FIG. 6, the cable 3 is fixed at a point on the bearing surface 4 relatively close to the center of gravity of the drone, and the latter is balanced in its flight: it flies horizontally. On the other hand, in FIG. 7, the cable 3 is fixed on the "inside" edge 41 of the bearing surface 4 - considered with respect to the circular path - and the drone, subjected to centrifugal force, is in the extension of the cable 3 : The Yagi antenna is inclined relative to the ground.

L'angle d'inclinaison a peut être modifié soit par commande de la position d'accrochage du câble, soit par commande de la hauteur de vol du drone, puisqu'il est captif du point central 1.The angle of inclination a can be modified either by controlling the cable hooking position, or by controlling the flight height of the drone, since it is captive of the central point 1.

L'emploi de deux antennes Yagi superposées entraîne la réalisation de deux surfaces portantes également superposées et solidaires. The use of two superimposed Yagi antennas results in the production of two bearing surfaces also superimposed and integral.

Les antennes montées sur les drones, tels que décrits dans les figures précédentes, ne sont pas de type à effet doppler, non plus que les radars correspondants. Cependant, le mouvement de rotation du drone et de l'antenne crée un mouvement relatif de l'antenne qui donne un effet doppler, ainsi qu'expliqué en figure 8, sur laquelle 0 représente l'orbite du drone 2, dont A,B et C sont trois positions successives dont B est la position la plus rapprochée de l'objet observé. L'antenne 7 ou 12 émet aux points A et C deux lobes qui permettent de définir la position P d'un objet observé. The antennas mounted on drones, as described in the previous figures, are not of the Doppler effect type, nor are the corresponding radars. However, the rotational movement of the drone and the antenna creates a relative movement of the antenna which gives a Doppler effect, as explained in FIG. 8, on which 0 represents the orbit of the drone 2, of which A, B and C are three successive positions of which B is the closest position to the object observed. The antenna 7 or 12 emits at points A and C two lobes which make it possible to define the position P of an object observed.

Lorsque l'antenne tourne et observe un objet immobile en P, la distance de ce point par rapport à l'antenne varie. When the antenna rotates and observes a stationary object at P, the distance from this point to the antenna varies.

Sur la figure 8 la distance dA observée à partir de la position A est plus grande que la distance dB observée par le même drone à partir de la position B, elle redevient dC, égale à ce qu'elle était en A à partir de la position C. In FIG. 8, the distance dA observed from position A is greater than the distance dB observed by the same drone from position B, it becomes dC again, equal to what it was in A from position C.

Ainsi pour une distance donnée un objet immobile à une pente doppler caractéristique. Thus for a given distance an immobile object at a characteristic Doppler slope.

Cette particularité peut servir à affiner artificiellement le diagramme d'antenne, comme cela est réalisé dans les antennes synthétiques; elle peut aussi servir à discriminer les objets mobiles qui n'ont pas le même doppler que les objets fixes. This feature can be used to artificially refine the antenna pattern, as is done in synthetic antennas; it can also be used to discriminate moving objects which do not have the same Doppler as fixed objects.

Ces traitements présentent des caractéristiques particulières pour ces systèmes radar car le vol est circulaire. These treatments have particular characteristics for these radar systems because the flight is circular.

L'invention a été exposée jusqu'à présent en s'appuyant sur des exemples d'antennes ou de réflecteurs fixés sur le drone. Les figures 9 et 11 illustrent deux cas de systèmes d'observation aérienne dont l'antenne est un brin rayonnant incorporé au câble 3. The invention has been exposed so far based on examples of antennas or reflectors attached to the drone. FIGS. 9 and 11 illustrate two cases of aerial observation systems whose antenna is a radiating strand incorporated in the cable 3.

En figure 9, un unique drone 2 entraîne et tend par force centrifuge un unique câble 3 comportant, outre les liaisons énergie-pilotage déjà citées, une enveloppe métallique constituant l'antenne filaire. L'antenne est fixée à l'extrémité d'une aile 4 du drone qui, n'ayant plus à incorporer une antenne à surface rayonnante, peut prendre la forme d'un petit avion. Le double lobe de rayonnement de cette antenne linéaire est représenté sur la figure 10, sur laquelle on a également représenté en 20 le centre de traitement des informations dans lequel s'effectuent les analyses des signaux reçus. Ce centre de calcul 20 est du même type que ceux qui assistent les radars des variantes précédentes de l'invention, mais qui n'ont pas été représentés. In FIG. 9, a single drone 2 drives and tends by centrifugal force a single cable 3 comprising, in addition to the energy-piloting links already mentioned, a metal casing constituting the wire antenna. The antenna is fixed to the end of a wing 4 of the drone which, no longer having to incorporate an antenna with a radiating surface, can take the form of a small plane. The double radiation lobe of this linear antenna is represented in FIG. 10, in which the information processing center in which the analyzes of the received signals are carried out is also shown at 20. This data center 20 is of the same type as those which assist the radars of the preceding variants of the invention, but which have not been shown.

L'utilisation de deux drones 21 et 22, emportant deux brins d'antennes filaires 31 et 32 captives d'un unique point central 1, telle qu'elle est représentée en figure 11, est très intéressante car l'antenne équivalente est une antenne en V. Les caractéristiques des antennes en V sont ainsi définies dans le livre "Les antennes" de Brault et Piat, édition ETSF:
"L'antenne tire son nom de sa forme. Elle est constituée par deux antennes ayant une longueur égale à une ou plusieurs longueurs d'ondes et formant entre elles un angle aigu et obtus. L'alimentation se fait au sommet de l'angle ou à l'extrémité d'un des côtés.
The use of two drones 21 and 22, carrying two strands of wire antennas 31 and 32 captive of a single central point 1, as shown in FIG. 11, is very advantageous because the equivalent antenna is an antenna in V. The characteristics of the V antennas are thus defined in the book "The antennas" by Brault and Piat, ETSF edition:
"The antenna takes its name from its shape. It consists of two antennas having a length equal to one or more wavelengths and forming between them an acute and obtuse angle. The power is supplied at the top of the angle or at the end of one of the sides.

Cet angle n'est pas choisi au hasard mais de telle façon que la combinaison des diagrammes de rayonnement des deux antennes donne le maximum de gain dans le plan bissecteur du V. This angle is not chosen at random but in such a way that the combination of the radiation patterns of the two antennas gives the maximum gain in the bisector plane of the V.

Comme les antennes demi-onde, onde entière, double-onde, etc... n'ont pas les mêmes diagrammes de rayonnement, L'angle d'ouverture du V variera avec la longueur de ses côtés. As the half-wave, whole-wave, double-wave, etc. antennas do not have the same radiation patterns, the opening angle of the V will vary with the length of its sides.

Si on choisit l'angle du V tel qu'il soit le double de celui que forment les lobes principaux de chaque antenne, et si on alimente les deux antennes en opposition de phase, la combinaison du rayonnement dans la direction perpendiculaire à la bissectrice de l'angle, produit un renforcement du rayonnement dans la direction de la bissectrice. On obtient donc de ce fait un gain puisqu'il y a augmentation du rayonnement dans une direction privilégiée. If we choose the angle of V such that it is twice that of the main lobes of each antenna, and if we feed the two antennas in phase opposition, the combination of radiation in the direction perpendicular to the bisector of the angle produces a reinforcement of the radiation in the direction of the bisector. This therefore gives a gain since there is an increase in radiation in a preferred direction.

On sait que plus une antenne est longue, plus sa directivité augmente dans la direction du fil et plus l'angle formé par les lobes principaux est petit". We know that the longer an antenna, the more its directivity increases in the direction of the wire and the smaller the angle formed by the main lobes ".

Cette variante de l'invention avec antenne en V nécessite donc soit l'adaptation des longueurs de brins d'antennes, soit l'asservissement de l'angle entre les deux brins, afin de garder une bonne souplesse d'utilisation du système d'observation, et de pouvoir, selon les besoins, changer la fréquence radar ou augmenter la directivité de l'antenne. This variant of the invention with V-shaped antenna therefore requires either the adaptation of the lengths of antenna strands, or the control of the angle between the two strands, in order to keep good flexibility of use of the system. observation, and being able, as needed, to change the radar frequency or increase the directivity of the antenna.

En fait, la modification de la longueur d'une antenne n'est pas la solution la plus rapide. II est préférable d'opérer avec une longueur d'antenne fixe, compatible avec la longueur d'onde utilisée et avec les impératifs de vol des deux drones, et d'ajuster la longueur d'onde ainsi que l'angle d'ouverture du V. In fact, changing the length of an antenna is not the quickest solution. It is preferable to operate with a fixed antenna length, compatible with the wavelength used and with the flight requirements of the two drones, and to adjust the wavelength as well as the opening angle of the V.

On sait aisément et rapidement changer la fréquence d'un oscillateur, donc la longueur d'onde opérationnelle. Mais si la longueur des brins d'antennes est fixe, elle ne correspond pas obligatoirement à deux longueurs d'ondes différentes, ou à leurs multiples ou sous-multiples: à titre d'exemple non limitatif, une antenne de 103,4 mètres correspond à 10 X (h = longueur d'onde) à 29 MHz et à 11 X à 31.91 MHz. Si la longueur d'onde utilisée est située entre deux multiples entiers n1 k et n2k, L'antenne en V est optimisée par ajustage de l'angle d'ouverture entre les deux brins d'antennes. A titre d'exemple, sur la figure 11, les deux brins font entre eux un angle de 31", qui correspond à une fréquence 29MHz. We can easily and quickly change the frequency of an oscillator, therefore the operational wavelength. But if the length of the antenna strands is fixed, it does not necessarily correspond to two different wavelengths, or to their multiples or submultiples: by way of nonlimiting example, an antenna of 103.4 meters corresponds at 10 X (h = wavelength) at 29 MHz and at 11 X at 31.91 MHz. If the wavelength used is located between two integer multiples n1 k and n2k, the V-shaped antenna is optimized by adjusting the opening angle between the two antenna strands. By way of example, in FIG. 11, the two strands form an angle of 31 "between them, which corresponds to a frequency 29 MHz.

Pratiquement, on observe à partir du sol quelle est l'ouverture réelle du V, et on émet dans la fréquence appropriée en mettant en jeu éventuellement un réglage d'adaptation qui peut se situer dans le drone. Par exemple, la position du second drone peut être asservie à celle du premier drone par un automatisme de mesure de distance par infra-rouge, qui pilote le moteur du second drone. In practice, we observe from the ground what the actual opening of the V is, and we emit in the appropriate frequency by possibly bringing into play an adjustment of adaptation which can be located in the drone. For example, the position of the second drone can be slaved to that of the first drone by an infrared distance measurement automation, which controls the engine of the second drone.

La figure 12 montre l'intérêt de cette variante de l'invention : les deux brins d'antennes 31 et 32 définissent un lobe directionnel, ayant son origine au point fixe 1 du système d'observation, et ayant un gain qui, à titre d'exemple, varie de 3 à 17 dB lorsque l'angle entre les deux brins varie de 90" à 23".  FIG. 12 shows the advantage of this variant of the invention: the two antenna strands 31 and 32 define a directional lobe, having its origin at the fixed point 1 of the observation system, and having a gain which, by way of example, varies from 3 to 17 dB when the angle between the two strands varies from 90 "to 23".

Le système d'observation aérienne selon l'invention est plus particulièrement destiné à la surveillance des champs de bataille. II est précisé par les revendications suivantes.  The aerial observation system according to the invention is more particularly intended for monitoring battlefields. It is specified by the following claims.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1 - Système d'observation aérienne caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen d'observation par ondes électromagnétiques (7), ce moyen étant porté par une surface portante (4) dite drone (2), en vol captif animé d'un mouvement circulaire autour d'un point central (1), au sol, auquel il est retenu par un câble (3). 1 - Aerial observation system characterized in that it comprises at least one means of observation by electromagnetic waves (7), this means being carried by a bearing surface (4) called a drone (2), in captive flight animated by 'a circular movement around a central point (1), on the ground, to which it is retained by a cable (3). 2 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'observation embarqué à bord du drone (2) est une antenne radar (7). 2 - System according to claim 1, characterized in that the observation means on board the drone (2) is a radar antenna (7). 3 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'observation embarqué à bord du drone (2) est un capteur optronique (8) de type caméra de télévision ou capteur infra-rouge. 3 - System according to claim 1, characterized in that the observation means on board the drone (2) is an optronic sensor (8) of the television camera or infrared sensor type. 4 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le drone (2) est propulsé par un moteur (6,10), à hélice ou à turbine à air, alimenté en énergie et piloté depuis le point central (1) du système. 4 - System according to claim 1, characterized in that the drone (2) is powered by an engine (6,10), propeller or air turbine, supplied with energy and controlled from the central point (1) of the system . 5 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le drone (2) est muni d'au moins un dispositif de gouverne tel qu'un élevon (5) ou un stabilisateur (9). 5 - System according to claim 1, characterized in that the drone (2) is provided with at least one control device such as an elevon (5) or a stabilizer (9). 6 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le drone (2) est attaché au point central (1) par un câble (3) qui assure au moins l'alimentation en énergie du drone (2). 6 - System according to claim 1, characterized in that the drone (2) is attached to the central point (1) by a cable (3) which provides at least the energy supply to the drone (2). 7 - Système selon la revendication 2 , caractérisé en ce que l'antenne radar (7) est active et est réunie au point central (1) du système par le câble (3) qui transporte en outre les signaux radar à l'émission et à la réception.  7 - System according to claim 2, characterized in that the radar antenna (7) is active and is connected to the central point (1) of the system by the cable (3) which also transports the radar signals on transmission and at the reception. 8 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'antenne radar (12) est passive, formée par un déflecteur radar, réuni par voie hertzienne aux moyens (11) d'émission-réception radar situés au sol. 8 - System according to claim 2, characterized in that the radar antenna (12) is passive, formed by a radar deflector, joined by radio means to the means (11) of radar transmission-reception located on the ground. 9 - Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'antenne est de type filaire et est incorporée au câble (3) de retenue du drone (2), qui tend l'antenne par force centrifuge. 9 - System according to claim 2, characterized in that the antenna is of the wired type and is incorporated in the cable (3) retaining the drone (2), which tends the antenna by centrifugal force. 10 - Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend deux antennes filaires (31. 32). tendues par deux drones (21,22), ces deux antennes formant une antenne en V. 10 - System according to claim 9, characterized in that it comprises two wire antennas (31. 32). tensioned by two drones (21,22), these two antennas forming a V-shaped antenna. 11 - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface portante comprend au moins une portion d'aile (4) 11 - System according to claim 1, characterized in that the bearing surface comprises at least one portion of wing (4) 12 - Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'orientation du drone (2) par rapport au plan du sol est obtenue par modification du point de fixation du câble (3) sous la surface portante (4) du drone (2)  12 - System according to claim 11, characterized in that the orientation of the drone (2) relative to the ground plane is obtained by modification of the cable attachment point (3) under the bearing surface (4) of the drone (2 )
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