FR2726104A1 - Processeur de correlation - Google Patents

Abstract

Un processeur de corrélation est utilisé pour guider un véhicule aéroporté le long d'une trajectoire jusqu'à une destination prédéterminée, avec une haute précision. Le guidage se divise en trois stades distincts et, pendant chaque stade, la position du véhicule est vérifiée (12, 13) sur la base de l'adaptation de la vue de son environnement (4 à 7) avec des données de référence emmagasinées représentant les champs de vision attendus (9, 10, 11). Pendant le premier stade, dit de navigation, les données emmagasinées sont constituées par des aires prédéterminées du terrain. Pendant le deuxième stade, dit de détection, la destination s'acquière et, pendant le troisième stade, dit de ralliement, la vision de la destination en train d'approcher est utilisée comme données de référence emmagasinées.

Description

La présente invention concerne un processeur pouvant jouer différents

rôles à l'aide d'une structure matérielle commune. L'invention convient particulièrement pour guider le

passage d'un corps mobile au moyen de techniques de corrélation.

Des techniques de guidage radicalement différentes peuvent être utilisées à différents stades de guidage, et il a été proposé d'utiliser un mécanisme de commande spécialisé à chacun de ses différents stades. Un semblable ensemble pourrait être indûment

coûteux et encombrant.

L'invention vise à fournir un processeur perfectionné. Selon un premier aspect de l'invention, un processeur de corrélation permettant de guider un corps comporte un moyen ayant pour fonction, pendant une première phase du guidage, de corréler des données relatives à la scène vue, qui ont été rassemblées pendant le déplacement du corps et qui sont représentatives de l'environnement observé par le corps, avec des données emmagasinées prédéterminées qui sont représentatives d'un champ de vision attendu; ledit moyen ayant pour fonction, pendant une phase de guidage ultérieure, de corréler des données rassemblées pendant le déplacement du corps avec des données

extraites des données relatives à la scène vue qui ont été préa-

lablement rassemblées pendant le déplacement du corps; et un moyen qui, en fonction de la position du corps, fait passer la

commande du guidage du premier au deuxième stade de fonctionnement.

Selon un deuxième aspect de l'invention, un processeur de corrélation servant à guider un corps aéroporté le long d'une trajectoire comporte un moyen servant à accepter des données relatives à la scène vue et représentatives du terrain observé au-dessus duquel le corps passe; un moyen de corrélation ayant pour fonction, pendant une phase de navigation, de corréler des données extraites des données relatives à la scène vue avec des données extraites des données emmagasinées prédéterminées représentatives de scènes de terrain au-dessus desquelles le corps est censé passer; et un moyen utilisant les résultats de ladite corrélation pour faire naviguer ledit corps; un moyen servant à

détecter un point de destination et à reconfigurer le fonctionne-

ment dudit moyen de corrélation en vue d'une utilisation pendant une phase de ralliement suivante de sorte que ledit moyen de corrélation fonctionne, pendant la phase de ralliement, de façon à corréler des données extraites des données relatives à la scène

vue avec des données relatives à la scène vue qui ont été rassem-

blées préalablement pendant le déplacement du corps le long dudit trajet; un moyen utilisant le résultat de la corrélation effectué pendant la phase de ralliement pour guider le corps vers ladite destination. Selon un troisième aspect de l'invention, un processeur de corrélation servant à guider un corps le long d'une trajectoire en direction d'une destination comporte un moyen de corrélation ayant pour fonction, pendant une première phase de guidage, de corréler périodiquement des données relatives à une scène vue binaires, qui ont été rassemblées pendant le déplacement du corps et qui sont représentatives de son environnement, avec

des données binaires emmagasinées prédéterminées qui sont repré-

sentatives d'une partie d'un champ de vision attendu; et un moyen de corrélation ayant pour fonction, pendant une phase de guidage ultérieure du fonctionnement de corréler des données relatives

à une scène vue numériques à plusieurs niveaux qui ont été rassem-

blées pendant le déplacement du corps avec des données identiques

extraites des données préalablement rassemblées pendant le dépla-

cement du corps; et un moyen qui répond, pendant une phase de

guidage intermédiaire,à la détection de la destination dans l'envi-

ronnement observé en faisant passer le fonctionnement du moyen de

corrélation des données binaires aux données à plusieurs niveaux.

L'invention s'applique tout particulièrement à la navigation d'un véhicule aéroporté sur une distance relativement longue jusqu'à une destination spécifiée de manière précise le long d'ne trajectoire prédéterminée. Dans ce but, le déplacement du véhicule le long de la trajectoire et jusqu'à sa destination est divisé en trois stades distincts. Le première de ces stades peut être commodément le stade de navigation, qui convient pour guider avec précision le véhicule sur de très longues distances. Le stade de navigation se réalise sur la base de techniques de corrélation visant à faire concorder des scènes vues, c'est-à-dire que la scène relative au sol au-dessus duquel le véhicule vole est com- paree avec des données emmagasinées transportées par le véhicule et qui correspondent au terrain au-dessus duquel le véhicule est censé voler s'il maintient une course correcte. Dans ce but, le véhicule transporte une caméra optique ou infrarouge ou un moyen analogue, afin de produire des signaux vidéo représentatifs du champ de vision extérieur. En établissant périodiquement des

comparaisons entre la scène extérieure vue et la partie corres-

pondante des données embarquées, on détermine la position réelle du véhicule et on peut effectuer des corrections mineures sur le système de navigation de façon à maintenir la course voulue qui déplace le véhicule le long de la trajectoire prédéterminée. Ce

stade de navigation se poursuit jusqu'à ce que le véhicule aéro-

porté se trouve suffisamment près de la destination, ou cible, comme on peut commodément l'appeler, pour pouvoir avoir la cible dans son champ de vision. La cible est retrouvée pendant ce que

l'on appelle un stade de détection de cible.

Une fois la cible positivement identifiée, la commande de guidage est transmise à un troisième et dernier stade, qui est appelé le stade de ralliement. Dans le stade de ralliement, des champs de vision choisis de la cible identifiée sont retenus comme données de référence pendant la production successive de plusieurs champs de vision tandis que le corps se rapproche plus étroitement de la cible. Cette opération demande une capacité de traitement d'un type différent puisqu'il est nécessaire de retenir l'identité de la cible alors que sa forme et son orientation changent en relation avec le champ de vision

tandis que le véhicule approche et manoeuvre par rapport à elles.

De manière claire, pendant la phase de ralliement, il faut effec-

tuer une vérification continuelle et très rapide de la position du véhicule, même si les données représentant le champ de vision peuvent être relativement petites. Ceci est en opposition avec le

stade de navigation au cours duquel de très grandes quantités repré-

sentant un grand champ de vision sont traitées à intervalles relati-

vement peu fréquents.

La description suivante, conçue à titre d'illus-

tration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur une figure unique représentant, de manière simplifiée, un processeur

selon l'invention.

Comme le montre la figure unique, il est supposé que le véhicule aéroporté est un véhicule qui mesure ses propres paramètres de vol, comme l'altitude, l'assiette et la vitesse pendant le vol. Ces paramètres sont délivrés à un processeur de commande spécialisé 1, dans le fonctionnement déterminé par un moniteur de système 2 qui utilise une mémoire de système 3 afin de jouer sur le vol du corps. Les trois éléments, à savoir le processeur de commande 1, le moniteur de système 2 et la mémoire de système 3, peuvent être de nature parfaitement classique. Le véhicule aéroporté contrôle son champ de vision typiquement au moyen d'un ensemble 4 de surveillance par caméras vidéo qui produit un signal vidéo traitéS, lequel est délivré via une interface de capteur 5 et un filtre 6 à une mémoire 7 de scène vue o il est temporairement emmagasiné. Ainsi, les données se rapportant à la scène extérieure au-dessus de laquelle le véhicule aéroporté vole sont introduites pédiodiquement dans la mémoire 7 de scène et sont

périodiquement comparées, sous commande d'un traducteur d'instruc-

tions 8, avec des données sélectionnées maintenues dans une mémoire

de référence 9.

Les données contenues dans la mémoire de réfé-

rence 9 sont extraites d'une mémoire de grande capacité 10 lorsque cela est nécessaire. Typiquement, la mémoire de grande capacité 10 contient toutes les scènes de référence possibles au-dessus desquelles le véhicule est susceptible de voler, et la scène de référence qui est adaptée à sa position réelle est extraite lorsque cela est nécessaire et est délivrée, via un processus géométrique 11, à la mémoire de référence 9 de façon qu'elle puisse être commodément

comparée avec le contenu correspondant de la mémoire de scène 7.

Le filtre 6 modifie les données entrantes de manière a identifier les traits géométriques remarquables, comme les croisements de

route, les canaux, les lignes de chemin de fer, les estuaires,etc.

Il effectue cela en détectant des "flancs" dans la configuration de données, un semblable filtre étant décrit dans la demande de brevet britannique n 8219081 déposéepar la demanderesse. Le processeur géométrique 11 a pour action de compenser les effets de l'altitude et de l'assiette du corps aéroporté. Il prend la forme décrite dans la demande de brevet britannique n 8219082

déposéepar la demanderesse. Ainsi, il peut effectuer une compen-

sation en ce qui concerne le grossissement et l'inclinaison angulaire par rapport au terrain au-dessus duquel il vole de façon que les données soient introduites dans la mémoire de référence 9 avec la grandeur et l'orientation qui correspondent à celles des données se trouvant dans la mémoire de scène. Le degré de similitude existant entre le contenu de la mémoire de scène 7 et celui de la mémoire de référence 9 est déterminé par un corrélateur 12 qui délivre son signal de sortie a un analyseur 13, lequel produit un signal représentatif du degré de similarité et

fixe la probabilité que le corps aéroporté se trouve à un empla-

cement particulier. La manière dont les données s'organisent

suivant un certain ordre de façon qu'elles puissent être trans-

mises à grande vitesse aux deux entrées du traducteur d'instruc-

tions est décrite dans la demande de brevet britannique 8319210

déposée par la demanderesse.

Pendant ce stade de fonctionnement, les données relatives a la scène vue et les données de référence se trouvent sous forme binaire, car la quantité de données à manipuler peut

être élevée puisqu'elles couvrent une aire géographique importante.

Des données binaires conviennent eminemment à l'identification de traits géographiques et distinctifs comme des croisements de routes

ou des lignes de chemin de fer.

Pendant le stade initial de la navigation, toutes les données introduites dans la mémoire de scène 7 sont extraites du système à caméras vidéo 4. De cette manière, il est possible de contr8ler le passage du véhicule aéroporté relativement à des repaires terrestres distinctifs. Ainsi, la mémoire à grande capacité 10 contient des données binaires préparées qui ont été assemblées avant le début du vol relativement aux croisements de routes,- croisements de chemins de fer, lacs et rivières, estuaires côtiers, et autres particularités distinctives, dans le format binaire. Selon la vitesse du véhicule aéroporté, les blocs d'information appropriés sont extraits à l'instant voulu et sont introduits dans la mémoire de référence 9 après modification afin de permettre une correction de l'orientation et de la hauteur du

véhicule aéroporté, comme précédemment indiqué. Ces données emma-

gasinées sont ensuite comparées avec les données en temps réel qui ont été introduites dans la mémoire de scène 7. Lorsqu'une partie de la mémoire de scène se révèle correspondre aux données

préemmagasinées, l'analyseur de corrélation indique que la posi-

tion réelle du véhicule aéroporté a été déterminée.

Toute légère erreur de position, c'est-à-

dire toute déviation par rapport à la trajectoire prédéterminée est compensée dans le signal de sortie du système de façon que la direction, la vitesse ou l'assiette du corps aéroporté soient légèrement mDodfiàs et que celui-ci soit dirigé vers la nouvelle

scène de référence désignée. Ce processus se poursuit, éventuel-

lement pendant plusieurs centaines de kilomètres, tandis que le véhicule aéroporté s'approche régulièrement de sa destination prédéterminée. L'écartement par rapport aux emplacements des scènes de référence est naturellement choisi en relation avec le degré de dérive de navigation pouvant se produire. Dans chaque cas, la taille de l'aire de référence et la grandeur du champ de vision en temps réel telles que déterminées par le signal vidéo

doivent être suffisantes pour autoriser une telle dérive de navi-

gation et pour permettre de retrouver la position actuelle si elle

s'écarte légèrement de la trajectoire de vol prédéterminée.

Ceci se poursuit jusqu'à ce que la destination, ou cible, apparaisse. à l'intérieur du champ de vision. Ainsi, un des blocs de la mémoire à grande capacité 10 sera constitué par la représentation de la cible telle qu'elle est vue par le véhicule aéroporté approchant. Apartirde la connaissance de la trajectoire de vol prévue et du temps de vol écoulé, on prévoit l'arrivée de la cible et le système de commande de guidage fonctionne dans son

deuxième stade, d'acquisition ou détection.

La cible peut être constituée par une confi-

guration géograpbique qui soit analogue aux données utilisées

pendant le stade de la navigation, mais, selon une autre possi-

bilité, la cible peut être un corps ou un bâtiment présentant une signature thermique distinctive. Dans ce dernier cas, on utilise un capteur à infrarouge regardant vers l'avant pour détecter la cible. A longue distance, aucune cible chaude n'apparaît commrne source ponctuelle de chaleur présentant un contraste élevé par comparaison avec son environnement et, c'est pourquoi, sa présence peut être soulignée par l'emploi d'une configuration filtrante appropriée. Ainsi, le filtre 6 peut être utilisé pour identifier une cible probable à longue portée pendant ce deuxième stade du guidage. A partir de la connaissance de la position estimée de la cible et de l'assiette du corps aéroporté, il est possible de rejeter les cibles incorrectes afin d'éviter de quitter le stade

de navigation sous l'effet de signaux de bruits parasites res-

semblant à la signature de la cible; il est souhaitable de con-

firmer que la cible est apparue au même point sur des blocs successifs, ou images successives, du système de détection optique

ou thermique.

Dès que la cible a été détectée, la commande

de guidage passe au troisième stade de fonctionnement et l'ana-

lyseur 13 calcule la position du centre de l'aire de la cible et détermine une trajectoire d'approche. Pendant le troisième stade, appelé ici le stade de ralliement, le corps doit suivre sa propre position en relation avec la cible tout en manoeuvrant pour l'atteindre. Pour faciliter ceci, on utilise un traitement de données à plusieurs niveaux, dans lequel on tire avantage de plusieurs niveaux de gris. Les signaux vidéo représentant une grande aire du terrain entourant la cible sont introduits dans la mémoire de scène en provenance du système de surveillance vidéo, et une aire plus petites également centrée sur le point visé de la cible, est transmise à la mémoire de référence 9 sous commande du traducteur d'instructions 8. Les deux ensembles de signaux

vidéo se trouvent dans le format à plusieurs niveaux, et le fonc-

tionnement du traducteur d'instructions et de l'analyseur de corrélation est beaucoup plus rapide, car tout écart mineur par rapport à la trajectoire de vol voulue doit être corrigé très

rapidement. Toutefois, puisque la taille de la scène est relati-

vement petite, ce traitement doit être effectué par le traducteur

d'instructions et l'analyseur de corrélation de manière extrême-

ment précise, même si l'on utilise des données à plusieurs bits.

Une telle organisation du traitement de corrélation est décrit dans la demande de brevet britannique n 8319209 déposée par la demanderesse. Pendant ce stade, l'analyseur de corrélation 13 détermine le déplacement de la cible par rapport au corps grâce à la détection de la position du pic de la signature thermique de la cible. Ceci produit en outre avantageusement des fonctions suivantes. (1) Améliorer un filtre de simple prédiction de façon que, lorsque l'on ne peut trouver la cible par le processus de

corrélation à l'intérieur du champ de visiondu système de surveil-

lance, sa position soit prédite sur la base des données dynamiques

précédentes de la cible. (2) Produire un signal d'erreur a desti-

nation du système de guidage du véhicule aéroporté. (3) Déterminer lorsque le contenu de la mémoire de référence est remise à jour par le transfert de données en provenance de la mémoire de scène,

ceci étant périodiquement nécessaire puisque, le véhicule aéro-

porté se rapproche de la cible, l'image croit dans le champ de vision et, si la mémoire n'était pas remise à jour, les données de référence ressembleraient de moins en moins à la cible réelle jusqu'à ce qu'il ne soit plus possible de la suivre. (4) Fournir des coordonnées relativement au centre de l'aire à introduire

dans la mémoire de scène pour le bloc suivant de fonctionnement.

Le signal d'erreur obtenu par le cadre de la fonction (2) est délivré au système de commande de vol afin de modifier la trajectoire de vol. Les paramètres de remise a jour de référence sont renvoyés au traducteur d'instruction, tandis que la position vraie ou prédite de la cible est renvoyée à l'inter- face du capteur afin que le champ de visione de surveillance soit déterminé. Le moniteur de système 2 a pour effet de superviser le fonctionnement de l'analyseur de corrélation 13, ainsi que son signal de sortie, et il configure de nouveau le processeur de façon que celui-ci soit conçu pour fonctionner successivement dans les trois stades de guidage distincts qui ont été décrits. De cette manière, il est possible de n'utiliser

qu'un nombre relativement petit de blocs de traitement pour réa-

liser les fonctions différentes, mais analogues,pendant le vol

du véhicule aéroporté. Chaque bloc présente une nature relative-

ment simple et directe, et les blocs principaux sont en tout cas

décrits dans les demandes de brevet précédemment mentionnées.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure

d'imaginer, à partir du dispositif dont la description vient d'être

donnée à titre simplement démonstratif et nullement limitatif, à diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1. Processeur de corrélation, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (12, 13) qui a pour fonction, pendant un premier stade de guidage, de corréler des données relatives à une scène vue, qui ont été rassemblées pendant le déplacement du corps et qui sont représentatives de l'environnement observé, avec des données emmagasinées prédéterminées qui sont représentatives d'un champ de vision attendu; ledit moyen ayant pour fonction, pendant un autre stade de guidage, de corréler les données rassemblées pendant le déplacement du corps avec des données extraites des données relatives à la scène vue qui ont été préalablement rassemblées pendant le déplacement du corps; et un moyen (2,8) qui, en fonction de la position du corps, fait passer la commande du

guidage du premier stade au deuxième stade de fonctionnement.

2. Processeur de corrélation permettant de guider un corps

aéroporté le long d'une trajectoire, caractérisé en ce qu'il com-

porte un moyen (4 à 7) servant à recevoir des données relatives à une scène vue qui sont représentatives du terrain observé au-dessus duquel le corps; un moyen de corrélation (12,13) ayant pour fonction, pendant un stade de navigation, de corréler des données extraites des données relatives à la scène vue avec des données extraites de données emmagasinées prédéterminées représentatives de scènes du terrain audessus duquel le corps est censé passer; et un moyen (1 à 3, 9 à 11) utilisant les résultats de ladite corrélation pour faire naviguer ledit corps; un moyen (5,8,11) servant à détecter un emplacement de destination et permettant de reconfigurer le fonctionnement dudit moyen de corrélation pour l'utiliser pendant le stade de ralliement suivant de façon que ledit moyen de corrélation ait pour fonction, pendant le stade de ralliement, de corréler des données extraites des données relatives à la scène vue avec des données relatives à la scène vue qui ont été rassemblées préalablement pendant le déplacement

du corps le long de ladite trajectoire; et un moyen (2,8) uti-

lisant les résultats de la corrélation effectuée pendant la phase

de ralliement pour guider le corps jusqu'à ladite destination.

3. Processeur de corrélation permettant de guider un corps le long d'une trajectoire en direction d'une

destination, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de corré-

lation (12,13) ayant pour fonction, pendant un premier stade de guidage, de corréler périodiquement des données relatives à une

scène vue binaires, qui ont été rassemblées pendant le déplace-

ment du corps et qui sont représentatives de son environnement, avec des données binaires emmagasinées prédéterminées qui sont représentatives d'une partie d'un champ de vision attendu; et un moyen de corrélation (12,13) ayant pour fonction, pendant un stade de guidage suivant de corréler des données relatives à la scène vue numériques à plusieurs niveaux, qui ont été rassemblées pendant le déplacement du corps, avec des données analogues

extraites des données préalablement rassemblées pendant le dépla-

cement du corps; et un moyen (2) qui répond, pendant un stade de

guidage intermédiaire, à la détection de la destination de l'envi-

ronnement observé en faisant passer le fonctionnement du moyen de

corrélation des données binaires aux données à plusieurs niveaux.