FR2939519A1 - Procede pour optimiser la localisation d'aeronefs ou de vehicules en mouvement equipes de transpondeurs - Google Patents

Abstract

Procédé pour optimiser la localisation d'un équipement en mouvement (1), ledit équipement étant équipé d'au moins un émetteur (3) et d'au moins un récepteur (4), et d'un moyen de positionnement dudit équipement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : Déterminer si les vitesses de déplacement de l'aéronef sont disponibles ou calculables (11), Si oui, utiliser l'une ou plusieurs desdites vitesses pour déterminer (12) les coordonnées spatiales de l'équipement en mouvement; Si non, (13), estimer la vitesse dudit équipement et à partir de la vitesse estimée, déterminer les coordonnées spatiales de l'équipement en mouvement, Mettre à jour les données correspondant aux vitesses et aux positions reçues pour ledit équipement.

Description

PROCEDE POUR OPTIMISER LA LOCALISATION D'AERONEFS OU DE VEHICULES EN MOUVEMENT EOUIPES DE TRANSPONDEURS

L'objet de la présente invention concerne un procédé pour optimiser la localisation d'aéronefs ou encore de véhicules en mouvement équipés d'émetteurs-récepteurs. Elle trouve son application dans le domaine de la localisation aéronautique et de l'identification.

Les systèmes aéroportés, tels que les avions, les hélicoptères, les drones, sont majoritairement équipés d'équipements d'identification appelés répondeurs. Ces équipements sont montés sur des plateformes civiles et/ou militaires selon les contraintes d'opérations. Ils sont indispensables dans le processus d'identification des plateformes : pour des besoins de contrôle de l'espace aérien pour le monde civil et pour des besoins d'authentification ami-ennemi pour le monde militaire. Dans le contexte civil, comme dans le contexte militaire, la localisation des plateformes est primordiale et la précision de cette localisation est donc un sujet très sensible. Le problème de précision de localisation rencontré réside dans le fait que les demandes de report de position des interrogateurs sont complètement aléatoires et les informations de report de positions sont diffusées automatiquement par les répondeurs (squitters dans le monde civil et rapport dans le monde militaire) sont séquencées à une cadence non cohérente avec la mise à disposition des informations. En effet, si les informations de position sont transmises toutes les X secondes au répondeur, celui-ci a souvent l'obligation de fournir ses données de positions toutes les Y secondes avec Y<X. Il est donc intéressant de pouvoir estimer précisément la position de la plateforme avec un pas de quantification beaucoup plus fin que X et qui soit cohérent avec Y. La figure 1 représente, dans un diagramme temporel, les instants de réception I, d'émission Il et aussi de demande aléatoire de report de position III.

La demande de brevet US 2007/015297 divulgue une méthode de prédiction d'une position future pour un avion en exploitant les caractéristiques et les mouvements de l'avion, ainsi que des données prédéfinies. Un des objectifs de la présente invention est d'optimiser les procédés de localisation existant et donc de fournir une localisation précise à un pas de quantification minimal et valable pour tout type de plateforme, sans ajustement particulier en fonction du niveau d'information des données de navigation. L'invention concerne un procédé pour optimiser la localisation d'un équipement en mouvement, ledit équipement étant équipé d'au moins un émetteur et d'au moins un récepteur, et d'un moyen de positionnement dudit équipement, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : • déterminer si les vitesses de déplacement de l'aéronef sont disponibles ou calculables, à chaque instant T, - si oui, utiliser l'une ou plusieurs desdites vitesses pour déterminer les coordonnées spatiales de l'équipement en mouvement ; - si non, estimer la vitesse dudit équipement et à partir de la vitesse estimée, déterminer les coordonnées spatiales de l'équipement en mouvement, • mettre à jour les données correspondant aux vitesses et aux positions reçues pour ledit équipement. Les coordonnées spatiales mesurées sont, par exemple, la latitude et la 25 longitude dudit équipement en mouvement. Les vitesses de déplacement de l'équipement mobile considérées peuvent être les vitesses Nord/Sud, Est/Ouest.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront 30 mieux à la lecture d'un exemple non limitatif de réalisation en se référant aux figures qui représentent : • La figure 1, dans des diagrammes temporels, les instants de réception des informations de position, d'émissions spontanées et de la demande aléatoire de report de position, • La figure 2, un synoptique de fonctionnement du dispositif selon l'invention, • La figue 3, un organigramme de calcul des vitesses, • La figure 4, un organigramme de l'initialisation de position, • La figure 5, un organigramme d'initialisation des vitesses, et • La figure 6, un organigramme d'un algorithme permettant de déterminer la position d'un dispositif mobile.

De manière à mieux faire comprendre le principe de fonctionnement du procédé et du dispositif selon l'invention, la description qui suit est donnée pour un équipement de type aéronef pouvant fonctionner en mode civil et en mode chiffré. L'idée de l'invention est de fournir une information de position en Mode S (mode civil) et/ou en mode 5 (mode chiffré) indépendamment de la capacité de navigation de la plate-forme, pourvu qu'un minimum d'information soit disponible. Les vitesses reçues depuis les composants de type GPS permettent d'évaluer les déplacements recueillis en général sur l'axe Nord/sud ou sur l'axe Est/Ouest. Deux informations sont habituellement disponibles, la vitesse Nord/Sud et la vitesse Est/Ouest. En l'absence de ces informations il est alors possible d'utiliser les informations suivantes : vitesse sol et angle de cap vrai (déterminées par rapport au nord vrai).

La solution proposée par l'invention permet de garantir une précision de localisation optimale à un instant donné T en posant les hypothèses suivantes : • une disponibilité de l'information de latitude et de longitude, • un rafraîchissement des informations de latitude et de longitude au moins toutes les 2, 5 secondes ou de manière plus générale toutes les t secondes, la valeur de t correspondant au double du temps maximal de réception de l'information toléré dans les normes aéronautiques, dans le cas d'une utilisation de l'invention sur un aéronef.

La figure 2 schématise un exemple de synoptique du procédé selon 5 l'invention et des dispositifs équipant un aéronef. L'aéronef 1 est équipé d'un système de navigation 2, ou système de positionnement par exemple de type GPS (Global Positioning System) ou encore une centrale inertielle, le système de positionnement 2 étant adapté à déterminer au moins les deux paramètres suivants : un paramètre position P 10 et un paramètre vitesse V (le paramètre vitesse est un paramètre optionnel : sans MAJ de vitesses, le procédé fonctionne quand même). L'aéronef comprend aussi un répondeur de type ami-ennemi plus connu sous l'abréviation anglo-saxonne IFF pour Interrogation Friend or Foe comprenant un émetteur 3, lui permettant d'émettre des signaux et un 15 récepteur 4 pour recevoir des informations. Le répondeur peut ainsi communiquer avec d'autres systèmes, par exemple, les systèmes de positionnement, des stations au sol S, etc. Les paramètres mesurés sont transmis via des liens de communication connus de l'Homme du métier au répondeur IFF positionné sur l'aéronef 1 20 ou l'équipement mobile. Le répondeur IFF comporte un processeur 5 adapté à exécuter les étapes des organigrammes représentés sur les figures 3 à 5. Le processeur 5 est aussi adapté à calculer des valeurs de prédictions de position à partir d'informations reçues et en provenance du système de positionnement ou navigation 2 et de la dernière information de position 25 prédite, par exemple. Le répondeur comprend, par exemple un module de gestion des réponses 6 qui reçoit des informations issues du processeur 5. La gestion des réponses peut être faite pour le mode S et le mode 5, modes précités et connus par l'Homme du métier relatifs au mode de communication dans le domaine civil et dans le domaine militaire.

A l'initialisation du fonctionnement du dispositif, le procédé met à jour la position de l'aéronef sur réception de données provenant du système de navigation. Cette initialisation est effectuée par le processeur 5. Pour chaque instant T, le procédé va mettre à jour la position courante de l'aéronef à partir des données de position initiale Pi, cette position étant mise à jour à chaque réception d'une donnée relative au positionnement de l'aéronef depuis le système de navigation 2. En fait, dans le système, pour avoir des informations de positions dans l'intervalle de temps séparant la réception de deux valeurs de position réelles, on va prédire la position de l'aéronef pour chaque instant T. Cette prédiction est effectuée à partir de la position Pp(T-1) précédemment prédite et de la dernière position réelle reçue Pr. En effet, on ne reçoit pas forcément de données à chaque instant T. Ainsi dès que le répondeur IFF reçoit, de la part du système de navigation, flèche 10, la valeur de la position P de l'équipement mobile, il exécute ensuite l'algorithme suivant : Les données vitesses mesurées par le système de navigation sont-elles disponibles ? ,11, • si oui, dès que le processeur 5 reçoit des informations de vitesse V flèche 15, en fonction des informations reçues, il va convertir les vitesses reçues du système de navigation en vitesses Nord/Sud et Est/Ouest, par exemple. Sans sortir du cadre de l'invention, il est aussi possible d'utiliser d'autres vitesses que Nord/Sud et Est/Ouest. Pour chaque instant T, le procédé met à jour la valeur de la position de l'aéronef précédemment prédite, en fonction des informations de position et de vitesses initiales, 12, P(maj) =f(Pinit, Vinit), ceci si une nouvelle donnée a été reçue depuis le système de navigation depuis la dernière position ou la vitesse prédite. • si non, les données vitesses ne sont pas disponibles et le processeur met à jour, 13, la valeur de la position de l'aéronef en fonction de l'information de position initiale Pmaj=f(Pinit).

Les mises à jour sont transmises au module 6 de gestion des réponses pouvant fonctionner en mode S et/ou en mode 5. Les informations de position sont ainsi transmises dans le message de réponse du transpondeur Interrogation-Réponse vers une station sol S.

Lorsque les informations de vitesse sont perdues, alors le procédé remet à jour la position P de l'aéronef en fonction de la position prédite et de la position initiale uniquement. Si les informations de position sont perdues au bout d'un temps donné, alors la tentative de localisation de l'aéronef est arrêtée. Ceci est schématisé à la figure 4 pour un cas où les données de position n'ont pas été reçues au bout de 2, 5 secondes.

La figure 3 présente l'organigramme de calcul des vitesses N/S/E/O dans le cas où ces vitesses ne sont pas données par le système de navigation.

Sur réception des données de navigation 20, le processeur 5 va tester si les vitesses N/S/E/O sont disponibles, 21. Si les vitesses N/S/E/O sont connues et donc disponibles, 22, elles sont et pourront être utilisées dans l'algorithme de localisation selon l'invention détaillé à la figure 6.

Si les vitesses ne sont pas disponibles, alors le processeur va tester, 23, si les vitesses sol et cap mesurées et vraies sont disponibles : • si les vitesses sol et cap mesurées et vraies sont disponibles, alors le processeur détermine 24, les vitesses N/S/E/O en fonction de la vitesse sol, du cap vrai et de la latitude courante. Le processeur reçoit l'information de latitude 25 mesurée par le système de positionnement, • si les vitesses sol et cap mesurées et vraies ne sont disponibles, alors le processeur décrète 26, que les données vitesses N/S/E/O non disponibles et le procédé de localisation va utiliser les données latitude et longitude comme il est décrit à la figure 6, étape 60.

La figure 4 correspond à l'algorithme d'initialisation de la position. La donnée de position est-elle reçue, 30 ? : • si la donnée de position est reçue, alors le processeur 4 met à jour, 31, la latitude et la longitude avec les valeurs mesurées par le système de positionnement ou système de navigation, • si la donnée de position n'est pas reçue, alors le processeur teste s'il trouve, 32, une donnée de position reçue depuis moins de 2, 5 secondes par exemple, ou bien depuis moins de t secondes, valeur précédemment définie : - si oui, il injecte la donnée de position reçue dans l'algorithme principal de localisation décrit à la figure 6, 33, - si non, alors le processeur arrête le déroulement du procédé 34.

La figure 5 représente un algorithme d'initialisation des vitesses. Dans le cas où les données vitesses N/S/E/O sont reçues, 40, le paramètre vitesse N/Smaj=Vitesse N/S reçue et le paramètre vitesse E/Omaj = vitesse E/O reçus sont mis à jour par les données mesurées vitesses N/S/E/O et le paramètre vitesse, étape 41. Dans le cas contraire, les vitesses n'ont pas été reçues 42. Les vitesses ne sont pas connues et seront déterminées dans l'algorithme principal de localisation au moyen d'un algorithme de prédiction détaillé à la figure 6.

La figure 6 représente les étapes mises en oeuvre au sein de l'algorithme principal de localisation précise selon l'invention permettant de déterminer la position ou de localiser de manière précise un aéronef ou tout type d'équipement mobile. La première étape de cet algorithme est de tester, 60, si les vitesses de déplacement de l'aéronef, par exemple, les vitesses N/S/E/O, abréviations de Nord/Sud/Est/Ouest sont disponibles, sachant que ces vitesses dont les valeurs sont déterminées en exécutant les étapes décrites à la figure 3.

Dans le cas où les vitesses N/S/E/O sont disponibles, 61, alors le processeur va utiliser ces données pour mettre à jour les paramètres vitesses de la manière suivante : Vitesse N/S maj = f (Vitesse N/S reçue, Vitesse N/S maj, AT réception 5 vitesse N/S, p_avec_vit) Vitesse E/O maj = f (Vitesse E/O reçue, Vitesse E/O maj, AT réception vitesse E/O, p_avec_vit) Où AT correspond à l'écart temporel entre la date courante ou instant et la date ou instant de réception des informations de vitesse, et p_avec_vit est un 10 ensemble de coefficients de pondération calibrés avec l'hypothèse de réception des informations de vitesse ; puis 62, il va mettre à jour les paramètres de repère dans l'espace de l'aéronef, les paramètres latitude et longitude Latitude maj = g (Latitude reçue, Vitesse N/S maj, AT réception Latitude, 15 p_avec_vit) Longitude maj = g (Longitude reçue, Vitesse E/O maj, AT réception Longitude, p_avec_vit) Où AT correspond à l'écart temporel entre la date courante et la date de réception des informations de position, et p_avec_vit est un ensemble de 20 coefficients de pondération calibrés avec l'hypothèse de réception des informations de vitesse ; puis 63, le processeur teste si de nouvelles valeurs de vitesses reçues sont disponibles ? - si oui, 64, il remet à jour les paramètres des valeurs des vitesses 25 Mise à jour Vitesse N/S reçue Mise à jour Vitesse E/O reçue Remise à zéro RAZ de AT réception vitesse N/S Remise à zéro RAZ de AT réception vitesse E/O Puis il va tester 65, si une nouvelle valeur de position a été reçue 30 - si oui 66, il met à jour les paramètres suivants : Mise à jour Longitude reçue

Remise à zéro RAZ AT réception Latitude Remise à zéro RAZ AT réception Longitude Puis il reboucle 72 à l'étape 60 de test de disponibilité des valeurs vitesses, - si non, il n'y a pas de nouvelles valeurs de vitesses reçues, 67, le procédé se poursuit à l'étape 65 de test, Dans le cas où aucune nouvelle position n'a été reçue, alors il reboucle à l'étape 60 de test de disponibilité des vitesses ; Dans le cas où aucune valeur de vitesse N/S/E/O n'est disponible, alors : Le processeur 70 va estimer les paramètres suivants : Vitesse N/S maj = f (Latitude reçue, Vitesse N/S maj, AT réception Latitude, p_sans_vit), Vitesse E/O maj = f (Longitude reçue, Vitesse E/O maj, AT réception Longitude, p_sans_vit), où p_sans_vit est un ensemble de coefficients de pondération calibrés avec l'hypothèse de non-réception des informations de vitesse, Puis 71, il va déterminer la valeur de la latitude et de la longitude Latitude maj = g' (Latitude reçue, Vitesse N/S maj, AT réception Latitude, p_sans_vit) Longitude maj = g' (Longitude reçue, Vitesse E/O maj, AT réception Longitude, p_sans_vit) Puis il enchaîne les étapes 63 à 67 explicitées ci-dessus.

La solution proposée par l'invention permet notamment d'améliorer la précision de localisation ayant les particularités suivantes : • elle est unique pour tous les types de plateforme équipée d'un répondeur, • elle est applicable à tous les transpondeurs, • elle permet de s'affranchir de la perte des informations liées aux paramètres supplémentaires au cours des missions, • elle s'adapte à la fois au mode civile et au mode militaire, • elle offre une solution dynamique en fonction des informations de navigation de la plateforme disponibles pour estimer la position et que le nombre de ces données d'entrée peut être variable au cours du temps. La solution s'adapte ainsi en temps réel en fonction de la 5 capacité de la plateforme.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 ù Procédé pour optimiser la localisation d'un équipement en mouvement (1), ledit équipement étant équipé d'au moins un émetteur (3) et d'au moins 5 un récepteur (4), et d'un moyen de positionnement dudit équipement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins les étapes suivantes : • déterminer si les vitesses de déplacement de l'aéronef sont disponibles ou calculables (11) à chaque instant T, - si oui, utiliser l'une ou plusieurs desdites vitesses pour 10 déterminer (12) les coordonnées spatiales de l'équipement en mouvement ; si non, (13), estimer la vitesse dudit équipement et à partir de la vitesse estimée, déterminer les coordonnées spatiales de l'équipement en mouvement, 15 • Mettre à jour les données correspondant aux vitesses et aux positions reçues pour ledit équipement. 2 ù Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les coordonnées spatiales mesurées sont la latitude et la longitude dudit équipement en 20 mouvement. 3 ù Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vitesses de déplacement de l'équipement mobile sont les vitesses Nord/Sud/Est/Ouest. 25 4 ù Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour déterminer les vitesses de déplacement on utilise les vitesses sol et cap de l'équipement en mouvement et une information de latitude. ù Procédé selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce qu'il 30 comporte au moins les étapes suivantes :Dans le cas où les vitesses N/S/E/O sont disponibles, (61), alors utiliser ces données pour mettre à jour les paramètres vitesses de la manière suivante : Vitesse N/S maj = f (Vitesse N/S reçue, Vitesse N/S maj, AT réception vitesse N/S, p_avec_vit) Vitesse E/O maj = f (Vitesse E/O reçue, Vitesse E/O maj, AT réception vitesse E/O, p_avec_vit) où AT correspond à l'écart temporel entre la date courante et la date de réception des informations de vitesse, et p_avec_vit est un ensemble de coefficients de pondération calibrés avec l'hypothèse de réception des informations de vitesse ; puis (62), mettre à jour les paramètres latitude et longitude, Latitude maj = g (Latitude reçue, Vitesse N/S maj, AT réception Latitude, p_avec_vit) Longitude maj = g (Longitude reçue, Vitesse E/O maj, AT réception 15 Longitude, p_avec_vit) où AT correspond à l'écart temporel entre la date courante et la date de réception des informations de position, et p_avec_vit est un ensemble de coefficients de pondération calibrés avec l'hypothèse de réception des informations de vitesse ; 20 puis (63), tester si de nouvelles valeurs de vitesses reçues sont disponibles ? - si oui, (64), il remet à jour les paramètres des valeurs des vitesses Mise à jour Vitesse N/S reçue Mise à jour Vitesse E/O reçue Remise à zéro RAZ de AT réception vitesse N/S 25 Remise à zéro RAZ de AT réception vitesse E/O puis tester (65), si une nouvelle valeur de position a été reçue - si oui (66), il met à jour les paramètres suivants : Mise à jour Longitude reçue Remise à zéro RAZ AT réception Latitude 30 Remise à zéro RAZ AT réception Longitudepuis reboucler à l'étape (60) de test de disponibilité des valeurs vitesses, - si non, il n'y a pas de nouvelles valeurs de vitesses reçues, (67), poursuivre à l'étape (65) de test, Dans le cas où aucune nouvelle position n'a été reçue, alors reboucler à l'étape (60) de test de disponibilité des vitesses ; Dans le cas où aucune valeur de vitesse N/S/E/O n'est disponible, alors estimer les paramètres suivants : Vitesse N/S maj = f (Latitude reçue, Vitesse N/S maj, AT réception Latitude, p_sans_vit), Vitesse E/O maj = f (Longitude reçue, Vitesse E/O maj, AT réception Longitude, p_sans_vit), où p_sans_vit est un ensemble de coefficients de pondération calibrés avec l'hypothèse de non-réception des informations de vitesse, puis (71), déterminer la valeur de la latitude et de la longitude Latitude maj = g' (Latitude reçue, Vitesse N/S maj, AT réception Latitude, p_sans_vit) Longitude maj = g' (Longitude reçue, Vitesse E/O maj, AT réception Longitude, p_sans_vit) Enchaîner les étapes (63 à 67) précitées. 6 ù Utilisation du procédé selon l'une des revendications précédentes pour optimiser la localisation d'un aéronef.