FR2735445A1 - LANDING METHOD FOR UNHABITED AIRCRAFT - Google Patents
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Abstract
Un procédé d'atterrissage pour des aéronefs, notamment des aéronefs non habités (26) qui sont équipés d'un système de guidage de vol (42), d'un capteur (38) définisseur d'images et d'un système de traitement d'images (40), comprend les étapes de procédé: (a) marquage d'un terrain d'atterrissage (10) avec des marques (14, 16, 18, 20, 24) effectuées dans des positions définies relatives et susceptibles d'être reconnues par le capteur (38), (b) détermination de l'emplacement de ces marques (14, 16, 18, 20, 24) dans le champ de vision saisi par le capteur (38), (c) détermination de paramètres d'approche au moyen du système de traitement d'images (40) à partir des emplacements des marques (14, 16, 18, 20, 24) dans le champ de vision et (d) application des paramètres d'approche ainsi déterminés au système de guidage de vol (42) destiné à guider l'aéronef (26) pour l'atterrissage sur le terrain d'atterrissage (10). Le terrain d'atterrissage (10) est marqué par des marques (14, 16, 18, 20, 24) émettrices d'infrarouge. Le capteur (38) de l'aéronef (26) répond à un rayonnement infrarouge.A landing method for aircraft, especially unmanned aircraft (26) which are equipped with a flight guidance system (42), an image defining sensor (38) and a processing system images (40), includes the process steps: (a) marking a landing field (10) with marks (14, 16, 18, 20, 24) made in defined relative positions and susceptible to 'be recognized by the sensor (38), (b) determination of the location of these marks (14, 16, 18, 20, 24) in the field of view captured by the sensor (38), (c) determination of approach parameters by means of the image processing system (40) from the locations of the marks (14, 16, 18, 20, 24) in the field of view and (d) application of the approach parameters thus determined the flight guidance system (42) for guiding the aircraft (26) for landing on the landing field (10). The landing field (10) is marked by marks (14, 16, 18, 20, 24) emitting infrared. The sensor (38) of the aircraft (26) responds to infrared radiation.
Description
DESCRIPTIONDESCRIPTION
L'invention concerne un procédé d'atterrissage pour des aéronefs qui sont équipés d'un système de guidage de vol, d'un capteur définisseur d'images et d'un système de traitement d'images. Des aéronefs non habités sont employés pour la reconnaissance aérienne en tant qu'"aeronefs espions". De tels aéronefs espions sont fréquemment pourvus d'un capteur definisseur d'images répondant à un rayonnement infrarouge et d'un système de traitement d'images pour pouvoir reconnaître des cibles également la nuit ou dans de mauvaises conditions de visibilité. L'atterrissage de tels aéronefs non habités posent un problème. On ne dispose pour cela habituellement d'aucun terrain d'aviation normal. D'après la technique connue, l'atterrissage pour de tels aéronefs non habités a lieu au moyen d'un parachute ou de coussins d'air amortisseurs de chocs. On connaît également des aéronefs non habités compliqués à décollage vertical. On a besoin à cette occasion pour la propulsion de tellement de poids et d'espace que le rayon The invention relates to a landing method for aircraft which are equipped with a flight guidance system, an image defining sensor and an image processing system. Unmanned aircraft are used for aerial reconnaissance as "spy aircraft". Such spy aircraft are frequently provided with an image defining sensor responding to infrared radiation and an image processing system to be able to recognize targets also at night or in poor visibility conditions. The landing of such unmanned aircraft poses a problem. No normal airfield is usually available for this. According to the known technique, the landing for such unmanned aircraft takes place by means of a parachute or shock absorbing air cushions. Also known are complicated unmanned aircraft with vertical takeoff. For this propulsion, we need so much weight and space that the radius
d'action ou la charge utile de l'aéronef est fortement limité. action or the payload of the aircraft is severely limited.
Pour d'autres aéronefs non habités, l'atterrissage a lieu au moyen d'un téléguidage par radio. Cela nécessite un personnel au sol extrêmement bien qualifié. L'atterrissage nécessite une piste d'atterrissage assez grande. En outre For other unmanned aircraft, the landing takes place by radio remote control. This requires extremely well trained ground staff. The landing requires a fairly large landing strip. In addition
l'atterrissage ne peut avoir lieu que le jour. landing can only take place during the day.
L'invention a pour but de créer un procédé d'atterrissage pour des aéronefs, notamment des aéronefs non habités de l'espèce mentionnée ci-dessus qui - permet un atterrissage de l'aéronef sur un terrain d'atterrissage simple à arranger et - se déroule automatiquement et sans grande contrainte The object of the invention is to create a landing method for aircraft, in particular unmanned aircraft of the species mentioned above which - allows the aircraft to land on a landing field which is simple to arrange and - takes place automatically and without great constraint
pour le personnel au sol.for ground staff.
Conformément à l'invention ce problème est résolu avec un aéronef de l'espèce nommée ci-dessus avec les. étapes de procédé suivantes: (a) marquage d'un terrain d'atterrissage avec des marques effectuées dans des positions définies relatives et susceptibles d'être reconnues par le capteur, (b) détermination de l'emplacement de ces marques dans le champ de vision saisi par le capteur, (c) détermination de paramètres d'approche au moyen du système de traitement d'images à partir des emplacements des marques dans le champ de vision et (d) application des paramètres d'approche ainsi déterminés au système de guidage de vol destiné à guider l'aéronef pour In accordance with the invention, this problem is solved with an aircraft of the species named above with the. following process steps: (a) marking a landing field with marks made in defined relative positions and capable of being recognized by the sensor, (b) determining the location of these marks in the field of vision captured by the sensor, (c) determination of approach parameters by means of the image processing system from the locations of the marks in the field of vision and (d) application of the approach parameters thus determined to the vision system flight guidance to guide the aircraft to
l'atterrissage sur le terrain d'atterrissage. landing on the landing field.
D'après l'invention il se produit ainsi un atterrissage normal de l'aéronef p. ex. dans un pré. L'aéronef peut atterrir à cette occasion sur des patins. La surface d'atterrissage est marquée. Le marquage est observé par le capteur définisseur d'images, p. ex. par une caméra vidéo infrarouge. À partir de l'image observée de la surface d'atterrissage et à partir des dimensions connues de la surface d'atterrissage on peut définir au moyen du système de traitement d'images la position et l'emplacement dé l'aéronef (hauteur, élévation et azimut) par rapport à la surface d'atterrissage et en référence à un point de pose. L'angle azimutal est réglé sur zéro par le système de guidage de vol. L'élévation par rapport au point de pose livre alors un angle de couloir de descente. Cet angle de couloir de descente est alors ajusté en angle d'élévation. L'aeronef est mené par ce moyen au point de pose. Dans beaucoup de cas l'aéronef non habité est de toute façon pourvu, pour des fins According to the invention, a normal landing of the aircraft p thus occurs. ex. in a field. The aircraft may land on skates on this occasion. The landing surface is marked. The marking is observed by the image defining sensor, p. ex. by an infrared video camera. From the observed image of the landing surface and from the known dimensions of the landing surface, the position and location of the aircraft can be defined by means of the image processing system (height, elevation and azimuth) relative to the landing surface and with reference to a landing point. The azimuth angle is set to zero by the flight guidance system. The elevation relative to the point of installation then delivers an angle of descent corridor. This angle of descent corridor is then adjusted in elevation angle. The aircraft is led by this means to the installation point. In many cases the unmanned aircraft is in any case provided for
de reconnaissance aérienne, d'un capteur definisseur d'images. aerial reconnaissance, an image defining sensor.
Ce capteur peut ensuite être exploité pour le procédé This sensor can then be used for the process
d'atterrissage.landing.
Si le terrain d'atterrissage comprend des marques émettrices d'infrarouge et si le capteur de l'aéronef répond à un rayonnement infrarouge l'atterrissage est également possible dans l'obscurité. Un adversaire ne peut pas voir le terrain d'atterrissage dans la mesure o il ne possède pas non plus de If the landing field includes infrared emitting marks and if the aircraft sensor responds to infrared radiation, landing is also possible in the dark. An opponent cannot see the landing field since he also has no
capteur sensible à l'infrarouge.infrared sensitive sensor.
Un exemple d'exécution de l'invention est expliqué ci- An example of execution of the invention is explained below.
après, plus en détail, en référence aux dessins annexes. after, in more detail, with reference to the accompanying drawings.
La fig. 1 est une représentation schématique en perspective et illustre le guidage de l'aéronef non habité dans la direction d'atterrissage. La fig. 2 est une vue de dessus de la surface d'atterrissage et montre l'importance des différentes désignations. La fig. 3 montre un aéronef non habité approchant diagonalement par rapport au sens longitudinal de la surface d'atterrissage. La fig. 4 montre l'image saisie pour l'emplacement et la position de l'aéronef de la fig. 3 par un capteur répondant à un rayonnement infrarouge et disposé dans l'aéronef, des cotes utilisées pour le traitement d'images étant inscrites dans l'image. La fig. 5 montre une vue latérale du terrain Fig. 1 is a schematic perspective representation and illustrates the guidance of the unmanned aircraft in the landing direction. Fig. 2 is a top view of the landing surface and shows the importance of the different designations. Fig. 3 shows an unmanned aircraft approaching diagonally to the longitudinal direction of the landing surface. Fig. 4 shows the image captured for the location and the position of the aircraft of FIG. 3 by a sensor responding to infrared radiation and placed in the aircraft, dimensions used for image processing being written in the image. Fig. 5 shows a side view of the terrain
d'atterrissage et de l'avion à l'approche de l'atterrissage. landing and airplane approaching landing.
La fig. 6 est un schéma général et montre schématiquement le capteur, le système de traitement d'images et le système de guidage de vol. La fig. 7 montre l'image de la surface d'atterrissage Fig. 6 is a general diagram and schematically shows the sensor, the image processing system and the flight guidance system. Fig. 7 shows the image of the landing surface
saisie par le capteur à une distance de 900 m. captured by the sensor at a distance of 900 m.
La fig. 8 montre l'image de la surface d'atterrissage Fig. 8 shows the image of the landing surface
saisie par le capteur à une distance de 200 m. captured by the sensor at a distance of 200 m.
La fig. 9 montre l'image de la surface d'atterrissage Fig. 9 shows the image of the landing surface
saisie par le capteur à une distance de 25 m. captured by the sensor at a distance of 25 m.
Un terrain d'atterrissage 10 inséré dans un paysage est représenté dans la fig. 1. Le terrain d'atterrissage 10 est rectangulaire et est jalonné de quatre marques 14, 16, 18, 20 sur une surface 12 essentiellement plane, p. ex. un pré ou un champ. Les marques 14, 16, 18 et 20 sont des plaques ou des hémisphères chauffées qui émettent un rayonnement infrarouge mais pas de lumière visible. Les deux marques 14 et 16 définissent un côté court du terrain d'atterrissage situé du côté d'approche. Les deux marques 18 et 20 définissent un côté court du terrain d'atterrissage situé du côté opposé au côté d'approche. Une ligne médiane longitudinale 22 du terrain d'atterrissage 10 est désignée par 22. Une cinquième marque 24 en forme de T ou de croix d'atterrissage est disposée sur la ligne médiane longitudinale 22 au milieu entre les deux marques A landing field 10 inserted in a landscape is shown in FIG. 1. The landing field 10 is rectangular and is dotted with four marks 14, 16, 18, 20 on an essentially flat surface 12, p. ex. a meadow or a field. Marks 14, 16, 18 and 20 are heated plates or hemispheres which emit infrared radiation but no visible light. The two marks 14 and 16 define a short side of the landing field located on the approach side. The two marks 18 and 20 define a short side of the landing field located on the side opposite to the approach side. A longitudinal center line 22 of the landing field 10 is designated by 22. A fifth mark 24 in the shape of a T or landing cross is arranged on the longitudinal center line 22 in the middle between the two marks
14 et 16 situées du côté d'approche. 14 and 16 located on the approach side.
Un aéronef 26 non habité, p. ex. un aéronef espion, vole le long d'une trajectoire 28. L'aéronef 26 est manoeuvré jusqu'au point "X" par les moyens de navigation prévus pour sa mission comme la navigation par satellites (GPS), la navigation inertielle ou la radio relais. Un capteur définisseur d'images prévu dans l'aéronef 26 détecte au point "X" le terrain d'atterrissage 10. L'aéronef 26 est mené au point "Y" à peu près dans la direction d'atterrissage par un système de traitement d'images prévu également dans l'aéronef 26. Le point d'atterrissage est reconnaissable à l'aide du T d'atterrissage 24 qui est disposé sur le côté court du terrain d'atterrissage situé du côté d'approche. La direction d'atterrissage résulte du prolongement de la ligne médiane longitudinale 22 An unmanned aircraft 26, p. ex. a spy aircraft, flies along a trajectory 28. The aircraft 26 is maneuvered to point "X" by the navigation means provided for its mission such as satellite navigation (GPS), inertial navigation or radio relay. An image defining sensor provided in the aircraft 26 detects the landing ground at point "X" 10. The aircraft 26 is led to point "Y" roughly in the landing direction by a processing system images also provided in the aircraft 26. The landing point is recognizable using the landing T 24 which is arranged on the short side of the landing field located on the approach side. The landing direction results from the extension of the longitudinal center line 22
passant par le T d'atterrissage 24.passing through the landing T 24.
La fig. 2 montre une vue de dessus du terrain d'atterrissage 10. La longueur A - B du côté court du terrain d'atterrissage 10 situé du côté d'approche entre les marques 14 et 16 est BL. La longueur D - C du côté court du terrain d'atterrissage opposé au côté d'approche entre les marques 18 et 20 est bL; BL étant égale à bL. La longueur des côtés Fig. 2 shows a top view of the landing field 10. The length A - B on the short side of the landing field 10 located on the approach side between the marks 14 and 16 is BL. The length D - C on the short side of the landing field opposite the approach side between the marks 18 and 20 is bL; BL being equal to bL. The length of the sides
longitudinaux du terrain d'aviation 10 est LL. of airfield 10 is LL.
La fig. 3 est une représentation en perspective du terrain d'atterrissage 10 et de l'aéronef 26 non habité. L'aeronef 26 se trouve, considéré à partir du T d'atterrissage 24, sur une ligne de collimation 30 qui forme un angle a avec la ligne médiane longitudinale 22. La projection de la ligne de collimation 30 sur le plan horizontal forme un angle a' avec Fig. 3 is a perspective representation of the landing field 10 and of the unmanned aircraft 26. The aircraft 26 is, considered from the landing T 24, on a collimation line 30 which forms an angle a with the longitudinal center line 22. The projection of the collimation line 30 on the horizontal plane forms an angle a 'with
le plan médian longitudinal 22.the longitudinal median plane 22.
La fig. 4 montre une image que le capteur définisseur d'images de l'aéronef 26 "voit" dans cette configuration. Cette image est en perspective: les deux côtés longitudinaux parallèles A -D et B - C du rectangle et le plan médian longitudinal 22 se coupent dans la perspective en un point de projection 32. L'image du côté court A - B situé du côté d'approche est plus longue que l'image du côté court D - C opposé au côté d'approche. La longueur de la première image est Bi, la longueur de la dernière image est bi. L'écart des images apparaissant essentiellement en parallèle des deux côtés courts, mesuré verticalement par rapport à la direction de ces images, est désigné par hi. La ligne de collimation de l'aéronef vers le T d'atterrissage 24 est en outre inscrite en pointillé. On peut reconnaître à partir de la position inclinée de la ligne médiane longitudinale 22 dans l'image de la fig. 4 que l'aéronef 26 non habité se trouve encore latéralement par rapport à cette ligne médiane longitudinale 22. On peut en déduire par le système de traitement d'images un signal de manoeuvre qui est appliqué au système de guidage de vol et qui place l'aéronef 26 dans un plan vertical comprenant le plan médian longitudinal 22 et qui maintient l'aéronef 26 dans ce plan. Il en résulte alors une situation, ainsi qu'elle est Fig. 4 shows an image that the aircraft image defining sensor 26 "sees" in this configuration. This image is in perspective: the two parallel longitudinal sides A -D and B - C of the rectangle and the longitudinal median plane 22 intersect in perspective at a projection point 32. The image of the short side A - B located on the side approach is longer than the image of the short side D - C opposite the approach side. The length of the first image is Bi, the length of the last image is bi. The deviation of the images appearing essentially in parallel on the two short sides, measured vertically with respect to the direction of these images, is designated by hi. The collimating line of the aircraft to the landing T 24 is also marked with dotted lines. It can be recognized from the inclined position of the longitudinal center line 22 in the image of FIG. 4 that the unmanned aircraft 26 is still laterally with respect to this longitudinal center line 22. It is possible to deduce therefrom by the image processing system a maneuvering signal which is applied to the flight guidance system and which places the aircraft 26 in a vertical plane comprising the longitudinal median plane 22 and which maintains the aircraft 26 in this plane. This then results in a situation, as it is
représentée dans la fig. 5.shown in fig. 5.
L'aéronef 26 se trouve essentiellement dans un plan vertical passant par la ligne médiane longitudinale 22 du The aircraft 26 is essentially in a vertical plane passing through the longitudinal center line 22 of the
terrain d'atterrissage 10. Sa hauteur au-dessus du sol est Hu. airstrip 10. Its height above the ground is Hu.
L'écart horizontal de l'aéronef 26 par rapport au T d'atterrissage 24 est Xu. L'angle d'élévation sous lequel l'aéronef 26 est considéré à partir du T d'atterrissage et avec cela l'angle de piste de couloir de descente du couloir de descente 34 que l'aéronef 26 doit suivre pour se poser au T d'atterrissage 24 est désigné par A. On peut déterminer ces paramètres à partir de l'image (fig. 4) reçue par le capteur du terrain connu d'atterrissage. Ce sont: hi BL The horizontal deviation of the aircraft 26 with respect to the landing T 24 is Xu. The angle of elevation below which the aircraft 26 is considered from the landing T and with this the descent corridor runway angle of the descent corridor 34 that the aircraft 26 must follow in order to land at T Landing 24 is designated by A. These parameters can be determined from the image (fig. 4) received by the sensor of the known land. These are: hi BL
HY= [XU LL]HY = [XU LL]
BiLL LLbi xu = Bi - bi F hiBL 1 p = arcxbL j 6 arI bi LL ' Ces valeurs sont appliquées au système de guidage de vol de l'aéronef 26 non habité. Le système de guidage de vol maintient constant l'angle de descente B par l'intermédiaire du réglage de la poussée et/ou des déporteurs. Les influences du vent contraire ou arrière sont automatiquement prises en compte à cette occasion par le réglage de la poussée et par le déploiement des déporteurs. L'aéronef 26 est guidé par se moyen sur le T d'atterrissage 24. L'aéronef 26 se pose avec des patins 36. Avant d'atteindre le T d'atterrissage 24 on peut entamer une opération d'arrondissement commandée par l'information sur l'altitude ou l'éloignement afin que l'aéronef se pose plus en douceur sur le terrain BiLL LLbi xu = Bi - bi F hiBL 1 p = arcxbL j 6 arI bi LL 'These values are applied to the flight guidance system of the unmanned aircraft 26. The flight guidance system keeps the descent angle B constant by means of the thrust adjustment and / or the spoilers. The influences of the head or tail wind are automatically taken into account on this occasion by adjusting the thrust and by deploying the spoilers. The aircraft 26 is guided by means on the landing T 24. The aircraft 26 lands with skids 36. Before reaching the landing T 24, it is possible to initiate a rounding operation controlled by the altitude or distance information so that the aircraft lands more smoothly on the ground
d'atterrissage.landing.
La fig. 6 est un schéma général et montre le capteur 38, le système de traitement d'images 40 et le système de guidage de vol 42. Le capteur 38 est un capteur définisseur d'images répondant à un rayonnement infrarouge à la façon d'une caméra vidéo. Le système de traitement d'images 40 est arrangé afin de reconnaître et identifier les marques dans le champ de vision et afin de déterminer les écarts des marques ainsi reconnues ainsi que le sens de la ligne médiane longitudinale 22 dans l'image. Le sens de la ligne médiane longitudinale livre des cotes pour la déviation latérale de l'aéronef 26 par rapport au plan vertical traversant la ligne médiane longitudinale 22. Le système de guidage de vol règle par l'intermédiaire du gouvernail de direction la trajectoire et l'emplacement de l'aéronef si bien que l'angle a dans l'image saisie par le capteur passe essentiellement à zéro et si bien que la ligne médiane longitudinale 22 s'étend au milieu et verticalement dans l'image de la fig. 4. Le système de traitement d'images 40 livre en outre l'angle de descente B. Le système de guidage de vol maintient alors cet angle B constant par l'intermédiaire du Fig. 6 is a general diagram and shows the sensor 38, the image processing system 40 and the flight guidance system 42. The sensor 38 is an image defining sensor responding to infrared radiation like a camera video. The image processing system 40 is arranged in order to recognize and identify the marks in the field of vision and in order to determine the deviations of the marks thus recognized as well as the direction of the longitudinal center line 22 in the image. The direction of the longitudinal center line provides dimensions for the lateral deviation of the aircraft 26 with respect to the vertical plane crossing the longitudinal center line 22. The flight guidance system regulates the trajectory and the direction of the flight via the rudder. location of the aircraft so that the angle a in the image captured by the sensor essentially goes to zero and so that the longitudinal center line 22 extends in the middle and vertically in the image of FIG. 4. The image processing system 40 also delivers the descent angle B. The flight guidance system then maintains this angle B constant by means of the
réglage de la poussée et par les déporteurs. thrust and spoiler adjustment.
Les fig. 7 à 9 montrent les images d'un terrain d'atterrissage 10 saisies successivement lors de l'atterrissage par le capteur définisseur d'images avec une étendue de 15 m x m à des distances de 900 m, 200 m et 25 m. On reconnaît dans la fig. 9 que ce n'est plus le terrain d'atterrissage 10 tout entier qui est saisi au stade final de l'approche d'atterrissage mais que les coins avant de la délimitation de Figs. 7 to 9 show the images of a landing field 10 captured successively during the landing by the image defining sensor with an extent of 15 m × m at distances of 900 m, 200 m and 25 m. We recognize in fig. 9 that it is no longer the entire landing field 10 that is seized at the final stage of the landing approach but that the front corners of the delimitation of
l'image sont coupés. Pourtant il n'apparaît dans l'équation ci- the image are cut. However, it does not appear in the above equation.
dessus pour l'angle d'élévation B que les grandeurs bi et hi, c. à. d. la largeur apparaissant dans l'image du côté court arrière du terrain d'atterrissage 10 et la longueur apparaissant dans l'image du terrain d'atterrissage 10 mesurée le long de la ligne médiane longitudinale 22. On peut également encore extraire ces grandeurs de l'image de la fig. 9. BL et LL sont des paramètres connus donnés avant le départ. Le procédé d'atterrissage décrit fonctionne par conséquent également dans la phase finale de l'approche d'atterrissage quand le capteur above for the elevation angle B as the quantities bi and hi, c. at. d. the width appearing in the image of the short rear side of the landing field 10 and the length appearing in the image of the landing field 10 measured along the longitudinal center line 22. It is also possible to extract these quantities from l image of fig. 9. BL and LL are known parameters given before departure. The described landing process therefore also works in the final phase of the landing approach when the sensor
ne "voit" plus l'ensemble du terrain d'atterrissage. no longer "sees" the entire landing field.
Il en résulte à nouveau le fait que seulement trois marques sont suffisantes pour le marquage du terrain d'atterrissage afin de guider l'aéronef 26 le long du couloir de descente 34, c. à. d. le long des deux marques arrière 18 et et du T d'atterrissage. À la place du T d'atterrissage on peut y utiliser le cas échéant une marque normale dont la This again results in the fact that only three marks are sufficient for marking the landing field in order to guide the aircraft 26 along the descent corridor 34, c. at. d. along the two rear marks 18 and and the landing T. In place of the landing T, a normal mark can be used where appropriate.
construction s'accorde avec les marques 14 et 20. construction matches brands 14 and 20.
Le procédé d'atterrissage décrit permet l'emploi d'aéronefs non habités également dans l'obscurité ou par The described landing process allows the use of unmanned aircraft also in the dark or by
mauvaise visibilité.poor visibility.
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