FR2953601A1 - Procede et systeme de maitrise automatique de la formation de vol d'aeronefs sans pilote - Google Patents
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Abstract
Procédé de maîtrise d'une formation de vol (1) formée d'au moins un premier aéronef (2a) et d'un deuxième aéronef (2b), comprenant les phases consistant à : émettre, depuis le premier aéronef (2a), au moins un premier signal électromagnétique (SNET, 29 à 33) ; déterminer, par le second aéronef (2b), une valeur respective d'une grandeur (« quantity ») associée au premier signal électromagnétique ; et déterminer, par le second aéronef (2b), des information associées à une position relative du second aéronef (2b) par rapport au premier aéronef (2a) sur la base de la valeur de la grandeur associée au premier signal électromagnétique.
Description
PROCEDE ET SYSTEME DE MAÎTRISE AUTOMATIQUE DE LA FORMATION DE VOL D'AERONEFS SANS PILOTE
La présente invention se réfère à un procédé et à un système de maîtrise automatique de la formation de vol pour aéronefs sans pilote. Les aéronefs sans pilote (connus sous le nom de drones ou UAV - « Unmanned Aerial Vehicles ») sont actuellement utilisés dans de nombreux contextes, par exemple pour acquérir des informations de terrain sur l'espace survolé, pour apporter des aides comme par exemple des médicaments, dans les régions éloignées à des coûts compétitifs, pour la surveillance des activités criminelles et bien plus.
La maîtrise d'une formation de vol d'aéronefs sans pilote, qui volent à proximité spatiale les uns des autres (généralement à une distance mutuelle comprise entre 20m et 100m) présente un problème potentiel de collisions aériennes entre l'un des aéronefs et ses proches. En cas de collision, il est hautement probable que les aéronefs impliqués soient endommagés au point de ne pas pouvoir continuer le vol et s'écraser au sol. La perte d'un ou plusieurs aéronefs a, avant tout, un impact économique élevé, mais cause aussi la perte des informations recueillies lors du vol.
Pour surmonter ces problèmes plusieurs solutions ont été proposées. Par exemple, on connaît les solutions techniques permettant le vol à proximité, en ligne, d'au moins deux aéronefs communiquant entre eux par signaux lasers ou infrarouge. Dans ce cas, chaque aéronef est équipé d'un émetteur et d'un récepteur laser ou infrarouge configuré pour à la fois émettre et recevoir un signal vers et de l'autre aéronef, et sur la base du signal reçu, modifier sa position de vol, s'approchant ou s'éloignant de l'autre aéronef. Il est évident qu'une telle solution puisse être facilement sujette à des problèmes d'interruption du signal entre les deux aéronefs causés, par exemple, par des perturbations atmosphériques et/ou par un soudain changement d'altitude de l'un des deux aéronefs, causant ainsi une divergence de route ou les faisant entrer en collision entre eux. D'autres solutions prévoient l'emploi d'un récepteur GPS à bord de chaque aéronef. Chaque aéronef reconnaît sa position grâce aux données reçues par le GPS et, grâce à des techniques de communication à fréquence radio entre aéronefs de la même formation, chacun d'entre eux peut envoyer ses coordonnées de vol aux autres. De cette manière, quand les coordonnées de vol d'un aéronef sont proches de celles d'un autre aéronef, il est possible d'entreprendre des variations automatiques de la route pour éviter des collisions en vol. Cependant cette solution, exige l'utilisation de récepteurs GPS de haute précision, car des erreurs dans la détection de position et d'altitude dépassant le seuil minimum (par exemple tel que la distance qui sépare deux aéronefs proches) ne peuvent pas être tolérées. Un tel problème peut être résolu en augmentant la distance entre les aéronefs pendant le vol, de façon à la rendre supérieure à l'erreur de précision fournie par le système GPS utilisé. Par ailleurs, cette solution aurait comme conséquence la constitution d'une formation de vol trop étendue, avec les aéronefs excessivement éloignés entre eux. Bien qu'il soit possible de remédier à cet inconvénient en utilisant des récepteurs GPS de haute précision (par exemple le DGPS), ces récepteurs exigent des sites de références géographiques précis à terre, pour permettre une communication radio continue d'un signal de correction de position GPS, généralement sur la bande de fréquence UHF. De telles infrastructures sont coûteuses et difficiles à installer, la plupart du temps elles sont vouées à l'utilisation maritime, pour aider à l'abordage et à l'accostage des navires. En conséquence, le service DGPS mis à disposition ne couvre que des distances de quelques dizaines de milles marins autour des ports. Pour pouvoir offrir des couvertures plus étendues, adaptées à l'utilisation avionique, le signal correctif calculé par les sites à terre est ensuite envoyé à des satellites adaptés à cet usage, et ré-envoyé vers les récepteurs DGPS mobiles. Une telle méthode est connue sous le nom de DGPS-WAAS et se trouve en Amérique du Nord ; son homologue en Europe est prévu sous le nom de EGNOS.
Enfin, d'autres systèmes de maîtrise d'une formation de vol d'aéronefs sans pilote ont été proposé, dans lesquels la distance entre aéronefs est maintenue stable grâce à un échange de données continues qui, outre la position GPS prévoit aussi d'autres informations utiles au vol échangées entre aéronefs appartenant à la même formation de vol, par exemple des informations sur la route, la vitesse, etc. Tous ces systèmes, quoique complexes, sont réunis par la nécessité d'un échange continu d'informations entre aéronefs. Toutefois une transmission de données entre aéronefs comme un signal GPS peut être sujette à des troubles dus aux conditions météorologiques, aux interruptions temporaires de service, ou à des dérangements radio internationaux (« jamming »). Bien que la sensibilité d'un dispositif GPS aux interruptions de service puisse être compensée par des centrales inertielles miniaturisées (IMU) qui continuent de déterminer le mouvement spatial de l'aéronef même en absence du signal, l'impossibilité à communiquer sa propre position expose chaque aéronef à un vol en aveugle par rapport des autres aéronefs proches. Dans ce dernier cas, les aéronefs pourraient se disperser ou entrer en collision entre eux.
Le but de cette invention est de fournir un procédé et un système de maîtrise automatique de la formation de vol d'aéronefs sans pilote qui permettent de dépasser ces inconvénients. Conformément à la présente invention on fournit donc un procédé et un système de maîtrise automatique de la formation de vol d'aéronefs sans pilote tel que défini dans les revendications 1 et 17. Pour une meilleure compréhension de la présente invention, ci-dessous sont décrites les formes de réalisation préférées, à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins ci- joints, dans lesquels : - la figure 1 montre un ensemble d'aéronefs sans pilote en formation de vol triangulaire communiquant entre eux par un réseau sans fil local en topologie maillée partielle ; la figure 2 montre les aéronefs sans pilote de figure 1 communiquant entre eux par un réseau sans fil local complètement connecté (topologie complétement maillée) ; - la figure 3 montre, en vue de dessus sur un axe horizontal xz, un aéronef appartenant à la formation de vol des figures 1 ou 2 pendant une utilisation, représentant schématiquement les signaux directifs émis par l'aéronef dans le but de maîtriser la formation de vol, selon une forme de réalisation de la présente invention ; - la figure 4 montre, en vue latérale sur un axe vertical xy, l'aéronef de la figure 3, représentant schématiquement des signaux supplémentaires directifs émis par l'aéronef dans le but de maîtriser la formation de vol, selon une forme de réalisation de la présente invention ; la figure 5 montre, en perspective, l'aéronef des figures 3 et 4 ; la figure 6 montre la formation de vol des figures 1 ou 2 représentant schématiquement les signaux directifs émis par l'aéronef de la figure 3 dans le but de maîtriser la formation de vol; les figures 7 â 9 montrent les phases successives d'un protocole de création de la formation de vol de la figure 6, en utilisant les signaux directifs montrés en figures 3 et 4 ; - la figure 10 montre, par un organigramme de programmation, les phases d'un procédé de vérification et de maintien d'une direction de vol correcte (« Heading » ou cap) pour les aéronefs de la formation de vol montrée en figure 1 ; - la figure 11 montre, en vue de dessus sur un axe horizontal xz, un aéronef appartenant à la formation de vol des figures 1 ou 2 pendant l'utilisation, représentant schématiquement les signaux directifs émis par l'aéronef dans le but de maîtriser la formation de vol, selon une forme de réalisation supplémentaire de la présente invention ; la figure 12 montre, en vue latérale sur un axe vertical xy, l'aéronef de la figure 11 ; - la figure 13 montre une pluralité d'aéronefs selon la forme de réalisation des figures 11 et 12 pendant le vol en formation, représentant schématiquement les signaux directifs émis dans le but de maîtriser la formation de vol ; - la figure 14 montre, en perspective, l'aéronef des figures 11 et 12, désignant des signaux supplémentaires 25 directifs émis par l'aéronef ; et - la figure 15 montre, en vue latérale, l'aéronef de la figure 11, représentant schématiquement des signaux supplémentaires directifs émis par l'aéronef dans le but de maîtriser la formation de vol, selon une forme supplémentaire de réalisation de la présente invention.
L'exposé ci-dessous est présenté pour permettre à l'homme du métier afin de réaliser et d'utiliser cette invention. Diverses modifications possibles dans les formes de réalisation seront évidentes à l'homme du métier, sans outrepasser la portée de la présente invention telle que revendiquée. Par conséquent, la présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation illustrées, mais doit être placée dans un domaine plus vaste cohérent avec les principes et les caractéristiques ci-dessous illustrés et définis dans les revendications ci-jointes. Conformément à la présente invention, on fournit un système et un procédé de maîtrise de la formation de vol d'aéronefs sans pilote, dans laquelle les distances entre les aéronefs, leur disposition en formation de vol et les manoeuvres pour poursuite de la route de vol sont gérés automatiquement par les aéronefs, mêmes sans l'assistance de signaux ou d'instructions gérés de l'extérieur de la formation de vol. En détail, chaque aéronef est équipé de sa propre antenne omnidirectionnelle configurée pour émettre un signal omnidirectionnel à une fréquence particulière, et d'une pluralité d'antennes directionnelles configurées pour engendrer des cônes (ou lobes) mutuels de rayonnements directifs. Selon une forme de réalisation de la présente invention, le maintien d'une formation de vol (de préférence triangulaire) est garanti par le fait que chaque aéronef qui suit l'aéronef qui le précède (exception faite, évidemment, pour l'aéronef en tête â la formation de vol) vole en se tenant â l'intérieur d'un cône de rayonnement engendré par l'aéronef qui le précède. Ceci est possible par l'intermédiaire d'une mesure continuelle (ou à intervalles réguliers par défaut) du niveau de puissance du signal reçu. Par exemple, une puissance reçue supérieure à une valeur « seuil » par défaut est indicatrice de la position correcte de l'aéronef dans le cône de rayonnement engendré par l'aéronef qui le précède, au contraire une puissance reçue inférieure à la valeur « seuil » par défaut est indicatrice de la position de l'aéronef hors d'un tel cône de rayonnement. En mesurant en outre la valeur de la puissance reçue du signal omnidirectionnel, il est possible de déterminer la distance entre les deux aéronefs.
En effet, une puissance reçue du signal omnidirectionnel trop élevée est indicatrice d'une proximité excessive entre les deux aéronefs et, au contraire, une puissance reçue trop faible est indicatrice d'un écartement excessif entre eux. Conformément â une forme de réalisation supplémentaire de la présente invention, l'aéronef qui suit ne vole pas à l'intérieur d'un cône de rayonnement, mais dans une zone à faible signal comprise entre deux ou plusieurs cônes rayonnement. Dans ce cas, l'aéronef qui suit utilise les signaux directifs comme « murs » de signal, pour surveiller d'éventuelles variations latérales et d'altitude en regard de l'aéronef qui le précède. Une éventuelle intrusion de l'aéronef qui suit à l'intérieur d'un cône de rayonnement engendré par l'aéronef qui le précède, sera indiquée par une détection de puissance supérieure à une valeur « seuil » par défaut. La maîtrise de la distance entre les deux aéronefs est encore possible grâce à la mesure de puissance du signal omnidirectionnel détectée. Il est utile de remarquer que les cônes de rayonnement peuvent être modelés (ou égalisés à travers un logiciel en temps réel) pour les rendre le plus possible similaires à des cônes géométriques (du moins dans la marge de distance d'intérêt, par exemple 15 à 100m). La modélisation des cônes de rayonnement peut être atteinte, à défaut d'antennes suffisamment directionnelles, à l'aide de mousses de polyuréthane radio-absorbantes, disponibles dans le commerce sous la forme de feuilles ou de tissus pliables et découpables, applicables directement à proximité des antennes pour masquer les directions de propagation du signal considérées d'aucun intérêt aux fins de la présente invention.
Des conditions de divergence d'un des aéronefs causées par une interprétation erronée de sa propre position sur la base des données reçues, peuvent être gérées en mettant en oeuvre une maîtrise de distance latérale entre les aéronefs (dans le cas d'une formation de vol en triangle comprenant au moins trois aéronefs).
A cet effet, un signal omnidirectionnel est engendré par chaque aéronef appartenant à une même formation de vol. Chaque signal omnidirectionnel fournit à chacun aéronef de la formation de vol une indication sur la distance de tous les aéronefs de la formation de vol, et en particulier la distance des aéronefs les plus proches latéralement, prévenant en même temps les éloignements et les approchements excessifs. Chaque aéronef est univoquement identifié à l'intérieur de la formation de vol par des paquets de données « balise » (beacon) transmis par l'intermédiaire du signal omnidirectionnel et/ou par les signaux directifs. Des tels paquets de données sont administrés au niveau un et deux du protocole OSI et, en conséquence, la mise en place d'un réseau pour l'échange des données (par exemple basé sur le protocole de communication IP) n'est pas nécessaire au maintien de la formation de vol. Cependant, l'implantation d'un réseau WiFi, par exemple basé sur le protocole de communication 802.11b/g/a, peut être prévue à terre en phase de conception de formation de vol, pour administrer une initialisation dynamique de la formation de vol en établissant des affiliations entre les aéronefs. De même, pendant la mission, chaque aéronef peut être chargé d'une tache spécifique, entre autres l'acquisition de photos ou vidéos ou autres données sur le territoire survolé. Pour maximiser la redondance de mémorisation de ces données, ces dernières peuvent être partagées et mémorisées par plus d'un aéronef de la même formation de vol. Dans cette circonstance, le réseau WiFi peut aussi être utilisé pendant un vol avec pour objectif le partage d'informations et des données qui néanmoins, comme indiqué, ne sont pas essentielles à la conservation de la formation de vol.
La route de la formation de vol entière peut être mémorisée dans une mémoire appropriée de l'aéronef en tête à la formation ou communiquée, pendant le vol, depuis une station-base terrestre seulement à l'avion en tête de la formation. La figure 1 montre, en vue de-dessus, une formation de vol 1 d'aéronefs 2a à 2f positionnés en formation de vol en triangle, pendant leur vol. Chacun aéronef 2a à 2f est, selon une forme de réalisation de la présente invention, un aéronef sans pilote {UAV) aussi nommé drone. Chaque aéronef 2a à 2f appartenant à la formation de vol 1 comprend un dispositif de réseau 4, équipé d'un module adéquat de transmission/réception 5 et configuré pour établir, en émettant son propre signal omnidirectionnel SNET, un réseau local sans fil (wireless) avec d'autres dispositifs de réseau 4 installés sur d'autres aéronefs 2a à 2f appartenant à la formation de vol 1.
L'aéronef 2a en tête de la formation de vol 1 est de plus configuré pour communiquer avec une station-base terrestre 10 par l'intermédiaire de son propre dispositif de communication radio 8 (par exemple pour recevoir et envoyer des indications sur la mission, comme par exemple la route à suivre ou d'autres commandes).
La station-base terrestre 10 peut être placée en n'importe quel point de la surface terrestre, par exemple sur la terre ferme, sur une plateforme marine ou encore sur un navire. En variante, la station-base 10 peut être aérienne, par exemple installée sur un aéronef (comme un hélicoptère, un i0 avion, etc.) qui vole à distance de la formation de vol 1, mais qui reste en communication avec. De plus, il est évident que plusieurs stations-base 10 peuvent être employées, et que l'aéronef 2a peut communiquer avec plusieurs stations-base 10 simultanément, ou seulement avec 15 l'une d'entre elles, par exemple en choisissant celle dont il reçoit le signal le plus fort. En détail, la station-base 10 comprend son propre dispositif de communication 12, apte à établir une connexion radio-base 15 avec le dispositif radio-base 8 logé sur l'aéronef 20 2a ; un ordinateur 16, connecté au dispositif de communication 12 ; et un appareil de mémorisation 18, pour mémoriser les données reçues de l'aéronef 2a. L'intérêt d'une telle pluralité entre les aéronefs 2a à 2f est qu'ils incluent leur propre dispositif de communication de 25 radio-base 8. De cette façon, pendant la mission, chaque aéronef 2a à 2f peut assumer le rôle de l'aéronef 2a en tête à la formation de vol 1. Ceci peut être nécessaire, par exemple, dans le cas où l'aéronef 2a en tête de la formation de vol est abattu ; dans cette situation, un autre aéronef 2b à 2f appartenant à la formation de vol 1 peut assumer le rôle d'aéronef en tête de la formation et établir une communication avec la station-base 10. Pendant la mission, chaque aéronef 2a à 2f est spécialisé dans l'acquisition d'un certain type de données (entre autres images visibles, images infrarouges, vidéos, données relatives aux conditions de vol, etc. ; il peut également relever des signaux et des communications provenant de terre ou d'autres avions ou encore d'autres informations) ; après les avoir acquises et mémorisées dans sa propre mémoire, elles peuvent être envoyées à d'autres aéronefs 2a à 2f, qui les mémoriseront à leur tour. De plus, l'aéronef 2a en tête de la formation de vol 1, en plus de la mémorisation de telles données, ou en variante à leur mémorisation, peut les envoyer à la station-base 10 par l'intermédiaire de la connexion radio-base 15, pour obtenir une redondance de mémorisation élevée.
De telles données acquises sont échangées entre les aéronefs 2a à 2f de préférence par l'intermédiaire du réseau sans fil local établi à travers les dispositifs de réseau 4. En particulier, chaque aéronef 2a à 2f, lorsqu'il active son propre dispositif de réseau 4, agit comme un point d'accès (« access point ») d'un réseau sans fil. Sur la figure 1, un réseau sans fil, par exemple un réseau Wifi basé sur le protocole 802.1lb est indiqué avec le numéro 17, et il est illustré graphiquement avec des flèches pointillées, installé entre les dispositifs de réseau 4 des aéronefs 2a à 2f pour permettre un échange de données entre eux.
Un tel réseau peut être utilisé pour la distribution et le transfert de données et d'informations acquises par l'intermédiaire de capteurs appropriés ou d'autres dispositifs entre les aéronefs 2a à 2f. De telles informations, comme indiqué au préalable, peuvent être transférées à la station-base 10, pour être mémorisées. De cette façon, même si les aéronefs 2a à 2f devaient être perdus, par exemple abattus, les données récoltées seraient quand même récupérées et analysables. Cette solution exige une connexion constante et dépourvue de dérangements entre l'aéronef 2a et la station-base 10, ainsi qu'une consommation élevée d'énergie pour la transmission à distance. Par contre, mémoriser localement les informations et les données acquises sur chaque aéronef est hasardeux car la perte d'un seul aéronef 2a à 2f serait la cause de la perte de toutes les informations et des données y contenues. En transférant et en mémorisant les informations et les données acquises par tous les aéronefs 2a à 2f faisant partie du réseau sans fil local 17, on peut engendrer une telle redondance de mémorisation de données grâce à laquelle la perte d'un ou plusieurs aéronefs 2a à 2f n'implique pas une perte substantielle des informations et des données acquises. Puisque les informations et les données transférées peuvent être interceptées, les aéronefs 2a à 2f s'échangent les informations â travers le réseau sans fil local 17 en utilisant de préférence des algorithmes de chiffrement à sécurité élevée (par exemple les codes WPA-PSK, WPA2, ou certificats digitaux EAP-TLS. En utilisant le protocole 802.1lb (ou 802.11g) pour le WiFi (fréquence 2,4GHz) il est possible d'utiliser des bandes passantes de 11 à 54 Mbps, qui en termes de « payload » (c'est-à-dire les données utiles sans les paquets de données de gestion du réseau) se réduit d'à peu près 50% avec un bon rapport signal/bruit. Pratiquement, ceci signifie une capacité de bande susceptible de supporter de 8 à 20 flux de données chacun de 800 kO/s en moyenne. Une codification plus stable peut être réalisée en adoptant le protocole 802.1lb avec une codification de type DQPSK. La figure 2 montre les aéronefs 2a à 2f connectés entre eux à travers un réseau sans fil local complètement connecté. Dans ce cas, chaque aéronef 2a à 2f instaure une connexion sans fil pour l'échange des données avec tous les autres aéronefs 2a à 2f faisant partie de la formation de vol 1. Si chaque aéronef 2a à 2f comprend un dispositif ou un capteur configuré pour capter des données et des informations environnementales spécifiques et si l'on désire avoir une redondance complète sur tous les aéronefs 2a à 2f de la formation de vol 1, le trafic sur le réseau sans fil local augmentera rapidement en conséquence, et plus rapidement encore s'il s'agit de données vidéo. Chaque aéronef 2a à 2f transmet les données et les informations par l'intermédiaire des connexions qui composent le réseau sans fil local 17 aux autres aéronefs 2a à 2f et, inversement, reçoit leur données et informations respectives ; il s'en suit que dans un système à redondance complète de N aéronefs (c'est-à-dire N nœuds du réseau sans fil local 17) on établira 2x(N-1) connexions par chaque aéronef 2a à 2f. De plus, dans ce cas chaque aéronef 2a à 2f reçoit et mémorise les données reçues par les N-1 connexions instaurées avec les autres aéronefs 2a à 2f.
De la même manière, l'utilisation d'un système d'accès direct à la mémoire, par exemple le système DMA ("Direct Memory Access") est préférable. Les figures 3 et 4 montrent, suivant une forme de réalisation de la présente invention, respectivement en vue de- dessus et en vue latérale, un aéronef faisant partie de la formation de vol 1 de la figure 1, par exemple l'aéronef nommé 2a. Toutefois, tous les aéronefs 2a à 2f de la formation de vol 1 peuvent être du même type montré dans les figures 3 et 4. Selon les mêmes figures 1 à 4, l'aéronef 2a est équipé avec le dispositif de réseau 4, incluant à son tour un module de transmission/réception 5, et configuré pour communiquer en transmission et réception avec les dispositifs de réseau 4 des autres aéronefs 2b à 2f de la formation de vol 1 en employant, par exemple, le protocole WiFi 802.1lb ; un dispositif d'orientation 6, comprenant, par exemple, un récepteur GPS et un ou plusieurs compas gyroscopiques, configuré pour indiquer l'orientation (appelé également cap) de l'aéronef 2a par rapport au nord magnétique ; un dispositif de communication radio-base 8, par exemple utilisant un système de communication basé sur le protocole TETRA, en vue de la communication en transmission et réception avec la station-base 10 localisée à distance de l'aéronef 2a ; au moins un dispositif d'acquisition de données 7, par exemple un appareil photo ou un caméscope, configuré pour acquérir des informations sur l'environnement, par exemple des images du territoire survolé et/ou d'autres dispositifs capteurs, entre autres pour l'acquisition de données météorologiques ou avioniques (comme la vitesse par rapport au sol ou par rapport â l'air) ; une mémoire de vol 9, apte à mémoriser de multiples données 15 de vol et de route et/ou les informations environnementales acquises ; un dispositif de pilotage automatique 11, configuré pour piloter automatiquement l'aéronef 2a ; une première antenne directionnelle 19, placée sur la queue 20 18 de l'aéronef 2a, et paramétrée pour émettre un premier signal directif 29, par exemple de type WiFi basé sur le protocole 802.11b, en direction essentiellement parallèle à la direction de vol de l'aéronef 2a mais en sens opposé ; une seconde antenne directionnelle 20, placée sur la queue 25 18 de l'aéronef 2a et configurée pour émettre un deuxième signal directif 30, par exemple de type WiFi basé sur le protocole 802.11b, latéral par rapport au premier signal directif 29 (en référence à la figure 3, à la gauche du premier signal directif 29) et partiellement superposé à celui-ci; une troisième antenne directionnelle 21, placée sur la queue 18 de l'aéronef 2a et configurée pour émettre un troisième signal directif 31, par exemple de type WiFi basé sur le protocole 802.11b, latéralement au premier signal directif 29 (en référence à la figure 3, à la droite du premier signal directif 29) et partiellement superposé à celui-ci; une quatrième antenne directionnelle 22, placée sur la queue 18 de l'aéronef 2a et configurée pour émettre un quatrième signal directif 32, par exemple de type WiFi basé sur le protocole 802.11b, au-dessous du premier signal directif 29 (visible dans la figure 4) et partiellement superposé à celui- ci; une cinquième antenne directionnelle 23, placée sur la queue 18 de l'aéronef 2a et configurée pour émettre un cinquième signal directif 33, par exemple de type WiFi basé sur le protocole 802.11b, au-dessus du premier signal directif 29 (visible dans la figure 4) et partiellement superposé à celui-ci ; un microcontr8leur, connecté au dispositif de réseau 4, au dispositif d'orientation 6, au dispositif de communication radio-base 8, à la mémoire de vol 9, au dispositif d'acquisition des données 7 et au dispositif de pilotage automatique 11. La première, deuxième, troisième, quatrième et cinquième antennes directionnelles 19, 20, 21, 22, 23 (connectées à et gérées par des modules respectif de transmission ou, en variante, par un seul module de transmission en commun, non illustrés) peuvent constituer un système de transmission autonome, pas nécessairement connecté au microcontrôleur 14 ; le microcontrôleur 14 peut, optionnellement, être connecté aux antennes 19 à 23 afin de contrôler (monitoring) leur fonctionnement et/ou de centraliser l'alimentation électrique. Les signaux directifs 29 à 33 sont représentés en forme schématique sur la figure 3 en vue de dessus (sur l'axe horizontal xz) et sur la figure 4 en vue latérale (sur l'axe vertical xy). Pour la clarté de la représentation, la figure 4 montre seulement le premier signal directif 29, le quatrième signal directif 32, émis au-dessous du premier signal directif 29 et ensuite le signal directif 33, émis au-dessus du premier signal directif 29, mais elle ne montre pas le deuxième signal directif 30 ni le troisième signal directif 31. Ceux-ci sont par contre montrés sur la figure 3. Toutefois, pendant la mission, l'aéronef 2a peut émettre tous ou seulement certains des signaux directifs 29 à 33. Les signaux directifs 29 à 33 sont représentés idéalement tels qu'illustrés sur les figures 3 et 4 comme ayant une forme essentiellement triangulaire, avec le sommet sur la queue 18 de l'aéronef 2a (c'est-à-dire à l'endroit où sont placées les antennes directionnelles 19 à 23). En référence aux figures 3 et 4, le premier signal directif 29 forme un angle d'ouverture au sur l'axe horizontal xz (figure 3) et un angle d'ouverture yc sur l'axe vertical xy (figure 4) ayant des valeurs comprises entre 70° et 150°, de préférence équivalentes entre elles et égales à 100°. De tels angles sont rapportés à une atténuation d'au moins -25 dB par rapport â la ligne de visée des antennes. En référence à la figure 3, le deuxième signal directif 30 et le troisième signal directif 31 ont, s'ils sont pris sur l'axe horizontal xz, un angle d'ouverture ai, et aR ayant des valeurs comprises entre 40° et 90°, de préférence équivalentes entre elles et égales à 60° ; de plus, le deuxième et le troisième signal directif 30 et 31, sont superposés partiellement au premier signal directif 29 sur des portions latérales opposées du premier signal directif 29 (comme visible sur figure 3), de telle façon à engendrer des zones d'espace 35', 35" de signaux superposés. En référence à la figure 4, le quatrième signal directif 35 et le cinquième signal directif 33 ont, vus sur l'axe vertical xy, leur angles d'ouverture yD et yu ayant valeurs comprises entre 25° et 90°, de préférence équivalentes entre elles et égales à 60° ; en outre, le quatrième et le cinquième signal directif 32 et 33 aussi, se superposent partiellement au premier signal directif 29, sur des portions opposées sur le cône de rayonnement, de façon à engendrer de zones d'espace respectivement 36', 36" de signaux superposés. De plus, le deuxième et le troisième signal directif 30,31 ont eux aussi, si considérés sur l'axe vertical xy, respectivement des angles d'ouverture (pas montrés), ayant par exemple la même valeur que les angles al, et aR. Le quatrième et le cinquième signal directif 32, 33 ont de préférence des angles d'ouverture respectifs sur l'axe horizontal xz d'environ 180°. Avec les technologies actuelles, un tel angle d'ouverture est fourni par des antennes omnidirectionnelles à haut débit sur l'axe horizontal et fortement directives sur l'axe vertical. En les voyants en trois dimensions, les signaux directifs 29 à 33 sont des cônes (ou lobes) de rayonnements, schématisés idéalement comme montré sur la figure 5. Strictement parlant, suite aux considérations techniques ci-dessus, le quatrième et le cinquième signal directif 32 et 33 ressemblent plus à des « cônes oblongs ».
L'extension spatiale de chaque signal directif 29 à 33 (extension du cône de rayonnement suivant son propre axe) dépend de la puissance de transmission. Pour chaque signal directif 29 à 33, les extensions des cônes de rayonnement suivant leurs axes considérées comme acceptables à la présente application sont comprises entre 100m et 500m. La figure 6 montre la formation de vol 1 figure 1 en visualisant sous forme schématique le premier, le deuxième et le troisième signal directif 29 à 31, émis par les aéronefs 2a à 2f afin de maîtriser la formation de vol. Pour la clarté de la représentation, sur la figure 6, le quatrième et le cinquième signal directif 32 et 33 ne sont pas visualisés, mais sont pourtant présents et sont émis par les aéronefs 2a à 2c. Par la suite, le premier, le deuxième, le troisième, le quatrième et le cinquième signal directif 29 à 33 seront considérés dans leur ensemble et nommés génériquement signaux directifs 29 à 33.
Pendant le vol, chaque aéronef 2a à 2c émet ses propres signaux directifs 29 à 33 en direction essentiellement opposée à la direction de vol, comme illustré sur les figures 3 à 6. Au contraire, les aéronefs 2d à 2f n'émettent aucun signal directif 29 à 33, car ils sont en queue de la formation de vol en triangle 1 (ils ne sont donc suivis d'aucun autre aéronef et l'émission de signaux directifs n'aurait aucune utilité de maîtrise sur la formation de vol). Tous les aéronefs 2a à 2f émettent en outre leur propre signal omnidirectionnel SNET, pour permettre le maintien d'une distance réciproque correcte. Les aéronefs 2a à 2f sont aussi configurés pour recevoir plusieurs signaux, particulièrement les signaux directifs 29 à 33 et le signal omnidirectionnel SNET. La réception se produit selon les techniques connues par l'intermédiaire du module de transmission/réception 5, ou des modules de réception dédiés, utilisant des technologies connues. Chaque signal directif 29 à 33 transmis par chaque aéronef 2a à 2c est identifié univoquement par une paire formée d'un identifiant « aéronef » IDA (identifiant univoquement chaque aéronef 2a à 2c de la formation de vol 1 qui émet ce signal directif particulier) et d'un identifiant « signal » IDs (identifiant univoquement le signal directif émis). Du fait que chaque signal directif 29 à 33 transporte un identifiant compréhensif de l'identifiant « aéronef » IDAet de l'identifiant « signal » IDE, Chaque signal directif 29 à 33 est identifié univoquement â l'intérieur de la formation de vol 1. Puisque, pour un même aéronef 2a à 2c, les fréquences de transmission des signaux directifs 29 à 33 sont différentes entre elles, les signaux directifs 29 à 33 transmis d'un même aéronef 2a à 2c et superposés partiellement n'interférent pas entre eux au point de compromettre l'évaluation correcte de la valeur de la puissance reçue d'un aéronef 2b à 2f. Dans cette situation il est très important de faire une distinction entre les paramètres de puissance du signal (« signal strength ») et la qualité de connexion (« link quality » - RSSI), cette dernière étant seulement le résultat indirect d'un phénomène d'interférence.
Tous deux sont mesurés par les modules de réception, mais seulement le paramètre de puissance de signal prend une valeur significative pour le maintien de la formation de vol. Une solution différente prévoit que, pour des raisons de confidentialité, les signaux directifs 29 à 33 cachent leur propres identifiants IDs (protocole « SSID hiding »), de sorte que leur identification avionique ne se fasse qu'à travers l'analyse des fréquences de transmission (le plan d'allocation des fréquences de transmission n'est évidemment connu que par le logiciel de commande de chaque aéronef 2a à 2f). En plus des signaux directifs 29 à 33, chaque aéronef 2a à 2f, établissant son propre réseau sans fil local 17, émet un signal omnidirectionnel SNET à une fréquence particulière afin d'éviter toutes interférences avec les autres signaux omnidirectionnels SNET ainsi qu'avec les signaux directifs 29 à 33. De tels signaux omnidirectionnels SNET, qui transportent des données d'information ou pas, transportent l'identifiant « aéronef » IDA (comme par exemple un signal balise « beacon » qui permet d'identifier univoquement l'aéronef 2a à 2f qui l'a engendré). Chaque aéronef de la formation de vol 1, relevant l'intensité du signal omnidirectionnel SNET reçu de chaque autre aéronef 2a à 2f de la formation de vol 1, est capable de déterminer sa propre distance par rapport à eux, et particulièrement des aéronefs 2a à 2f qui le côtoient. Par exemple, à une altitude d'environ 100m, les signaux directifs 29 à 33 et les signaux omnidirectionnels SNET émis avec une puissance d'environ 28 dBm (valeur PIRE ou EIRP, c'est-à-dire incluant le gain d'antenne), subissent une atténuation décroissante exponentielle en s'éloignant le long de la ligne de visée, d'environ 6 dBm à chaque doublement de la distance, dans des bonnes conditions météorologiques. A des altitudes inférieures à 100m, les réflexions des signaux créés par le terrain (surtout les miroirs d'eau) et/ou par les bâtiments, peuvent venir se superposer aux lignes de propagation des signaux originaux, créant de nouvelles zones de rayonnement et altérant les géométries souhaitées pour les cônes de rayonnement des signaux directifs 29 à 33. Le tableau ci-dessous montre un exemple d'une progression possible dans l'atténuation (en dBm) le long de la ligne de visée (mesurée en mètres en s'éloignant de la source d'émission du signal). métres 6 2 4 28 56 12 dBm 35 41 47 53 59 65 71 77 83 Si un aéronef ("fils") relève une valeur de puissance du signal omnidirectionnel Smm (ou du signal directionnel 29 à 33) émis par l'aéronef (« père ») qui le précède égal à -50 dBm, dans ce cas, en référence au tableau ci-dessus, il peut calculer se trouver à environ 12m de distance de l'aéronef « Père ».
Ces valeurs sont cependant fortement dépendantes des conditions météorologiques, du fait de se trouver ou pas sur la ligne de visée de l'antenne directionnelle 19 à 23 qui transmet, ainsi que du gain de l'antenne de réception. Dans les meilleures conditions de réception possibles, les valeurs montrées en mètres dans le tableau ci-dessus pourraient même être doublées. Il s'avère donc que le processus d'estimation de la distance en fonction de la puissance du signal reçu fournit un intervalle de distance, plutôt qu'une valeur précise de la distance. Cependant, la donnée étant destinée à maintenir la formation de vol compacte, selon la présente invention, et donc essentiellement à éviter que les aéronefs se dispersent ou entrent en collision entre eux, il est suffisant d'introduire une quantification de la relation signal/distance permettant de franchir la précarité donnée par les conditions météorologiques et par l'orientation que les antennes 19 à 23 et les modules de réception sont portés à prendre réciproquement pendant le vol.
Ensuite, en mesurant la puissance des signaux reçus, chaque aéronef 2b à 2f peut extrapoler sa propre position à l'intérieur de la formation de vol 1 de façon relative par rapport des autres aéronefs 2a à 2f, et en conséquence ajuster sa propre route afin d'éviter les collisions (surtout les collisions latérales). De plus, chaque aéronef 2b à 2f utilise les informations sur la variation de puissance des signaux reçus pour exécuter ses virages. De cette façon, si l'aéronef 2a en tête de la formation de vol vire, les aéronefs affiliés 2b et 2c le suivent en virant eux aussi (en cherchant à maintenir la puissance des signaux reçus à une valeur optimale. A leur tour, les aéronefs 2d à 2f, affiliés aux aéronefs 2b et 2c exécutent une manœuvre analogue, en se tenant à l'intérieur du cône de rayonnement des aéronefs 2b et 2c.
Ci-dessous est décrit un protocole de création d'un réseau sans fil local 17 entre les aéronefs 2a à 2f de figure 1, et un protocole de décollage pour les mêmes aéronefs 2a à 2f. La création du réseau commence lorsque les aéronefs 2a à 2f sont à terre, avant le décollage.
Les dispositifs de réseau 4 des aéronefs 2a à 2f sont démarrés et établissent, de façon connue, un réseau sans fil local 17, de type « arbre ». En détail, le premier dispositif de réseau 4 qu'initialise la transmission se nomme noeud racine (« root ») du réseau sans fil local 17. En vol, l'aéronef correspondant au noeud racine a la fonction d'aéronef 2a en tête de la formation de vol 1. Des conflits éventuels entre les dispositifs du réseau 4 qui transmettent en même temps sont gérés selon les règles normales de création d'un réseau WLAN, basées sur le protocole 802.11b. Le nœud racine est donc gérant de ses affiliations avec des nœuds intermédiaires éventuels et/ou nœuds « branche » {noeuds périphériques, non affiliés à d'autres nœuds) du réseau sans fil local 17. A son tour, chaque noeud intermédiaire affilie des noeuds intermédiaires supplémentaires éventuels et/ou noeuds « branche ». Le réseau sans fil local 17 créé, chaque noeud affilie au maximum deux nœuds « branche » intermédiaires et est à son tour affilié (exception faite pour le nœud racine) à un seul nœud. Avec référence à la formation de vol 1, figure 1, l'aéronef en tête de la formation a le rôle de nœud racine du réseau sans fil local 17, les aéronefs 2b et 2c, affiliés à l'aéronef 2a, ont le rôle de nœuds intermédiaires et à leur tour affilient les aéronefs 2d, 2e et 2f, qui ont donc le rôle de noeuds branche. Un niveau supplémentaire de communication est ensuite établi entre les nœuds du même type {les nœuds « intermédiaires » avec « intermédiaires » et les nœuds « branche » avec « branche »).
De cette façon un réseau sans fil local 17 de type maillée partiel est configuré, qui est donc seulement partiellement connecté. D'un point de vue strictement topologique, la formation de vol des véhicules est en forme d'arbre, ou en forme de Delta (ou, dans le cas d'absence d'un ou plus noeuds branche, en forme 5 d'arbre dégénéré) Le réseau sans fil local 17 est utilisé pour l'évaluation rapide des distances réciproques utiles pour éviter les collisions, et pour l'échange d'informations venant des capteurs installés à bord des aéronefs 2a à 2f, à travers l'analyse des 10 valeurs de puissance des signaux omnidirectionnels SNET qui forment les connexions du réseau sans fil 17 lui-même. Par l'intermédiaire d'algorithmes de chiffrement appropriés, le réseau sans fil 17 peut offrir des caractéristiques d'authentification et de confidentialité. Tout 15 en permettant une évaluation des distances relatives entre les aéronefs 2a à 2f, le relevé de puissance reçue de chaque signal omnidirectionnel SNET du réseau sans fil 17 ne permet pas d'évaluer l'orientation spatiale relative entre l'aéronef 2a à 2f qui émet et l'aéronef 2a à 2f qui reçoit. 20 L'orientation spatiale relative entre deux aéronefs est rendue possible grâce à l'émission de signaux directifs 29 à 33 et par le fait que chaque aéronef 2b à 2f affilié est en connaissance des fréquences de transmission des signaux directifs 29 à 33 utilisés par l'aéronef 2a à 2c qui l'affilie 25 et de l'orientation spatiale d'émission de tels signaux (et, si transmis, de l'identifiant « signal » IDs ).
C'est-à-dire que l'aéronef 2b à 2f affilié est en connaissance du fait que, se disposant en queue à un aéronef 2a à 2c, le premier signal directif 29 est émis en direction opposée à la direction de vol de l'aéronef 2a à 2c qui l'émet, le deuxième signal directif 30 est émis à gauche du signal directif 29, le troisième signal directif 31 est émis à droite du signal directif 29 , le quatrième et le cinquième signal directif 32 et 33 sont orientés respectivement à une altitude inférieure et à une altitude supérieure par rapport au premier signal directif 29. Les données relatives à l'émission des signaux directifs 29 à 33 peuvent être mémorisées dans la mémoire 9 de chaque aéronef 2a à 2f, sur une base de données (« database »). De plus, pendant la phase de création du réseau sans fil local 17, un identifiant « aéronef » IDA (et éventuellement, un identifiant « signal » IDS aussi) univoque de l'aéronef 2a à 2c qui suivra pendant le vol est assigné à chaque aéronef 2b à 2f affilié (noeud interne ou noeud branche du réseau sans fil local l7). Ceci signifie que chaque aéronef 2b à 2f connait non seulement quel aéronef il suivra pendant le vol (désigné par l'identifiant « aéronef » IDA), mais aussi le cône de rayonnement défini par les signaux directifs 29 à 33 à l'intérieur duquel il devra voler (désigné par l'identifiant « signal » IDS ou par la fréquence de transmission du signal directif). - Les informations sur les affiliations de chaque aéronef 2b à 2f peuvent être propagées par l'intermédiaire du réseau sans fil local 17 de façon que chaque aéronef 2a à 2f connaisse les affiliations des autres aéronefs 2a à 2f. En variante, les affiliations des aéronefs 2a à 2f peuvent être fixes et établies au préalable. Dans ce cas, les affiliations fixées (évidemment moins nombreuses que celles possibles) sont l'objet d'un contrôle constant par l'intermédiaire de l'exploration des chaines Wifi (pour analyser les signaux directifs 29 à 33 reçus). Ce mécanisme est aussi à la base de la capacité de remplacement des aéronefs 2a à 2f en cas de panne ou abattage d'un ou plusieurs d'entre eux. A la fin de la phase de création du réseau sans fil local 17 (lorsque les aéronefs sont encore à terre), il est possible de passer à la phase de décollage, pour laquelle il est préférable que les aéronefs soient disposés en une file, avec les antennes directionnelles 19 à 23 actives transmettant les signaux directifs 29 à 33 respectifs et avec le dispositif de réseau 4 actif en transmettant le signal omnidirectionnel Smm. Premièrement, figure 7, l'aéronef 2a décolle et, après quelques secondes (par exemple 5 à 10 secondes) la puissance de son signal omnidirectionnel Sm, par effet de son éloignement progressif des autres aéronefs encore à terre, sera reçue de plus en plus faible; dès que la puissance du signal omnidirectionnel SNET émis par l'aéronef 2a descend au-dessous d'une valeur « seuil » définie préalablement, l'aéronef 2b (et seulement celui-ci, étant donné que tous les aéronefs sont conscients de leur propre identité, de la condition des signaux respectifs émis et donc de leurs affiliations et priorités de décollage) active sa propulsion maximale pour décoller; pendant son décollage l'aéronef 2b, à la queue de l'aéronef 2a décollé précédemment, relève un ou plusieurs signaux directifs 29 à 33 émis par l'aéronef 2a et en conséquence, pratique un ou plusieurs virages afin de se positionner à l'intérieur du cône de rayonnement du signal directif 29 à 33 qui lui a été assigné en phase de création du réseau sans fil 17. En détail, dans l'exemple illustré sur la figure 7, l'aéronef 2b se positionne à l'intérieur du cône de rayonnement du signal directif 30 émis par l'aéronef 2a. Ce positionnement est possible en identifiant la position de l'aéronef 2b par rapport à l'aéronef 2a par le contrôle de la puissance de tous les signaux directifs 29 à 33 reçus, et en conséquence, effectue les manoeuvres ou les changements d'altitude nécessaires. Il faut considérer que, par exemple dans des conditions météorologiques bonnes ou raisonnables (pluie légère), à l'émission d'un deuxième signal directif 30, avec une puissance de 30 dBm {1 Watt, le maximum admis par le protocole IEEE 802.11) de la part l'aéronef 2a, la réception de ce même signal avec une puissance de -45±3 dBm par l'aéronef 2b lui indiquera une distance comprise entre les deux aéronefs 2a et 2b inférieure à 30m, alors que la réception d'une puissance de signal de -65±3 dBm lui indiquera une distance comprise entre les deux aéronefs 2a et 2b d'au moins 60m. Ces valeurs doivent être considérées comme strictement indicatrices; les valeurs effectives devront être vérifiées au cas par cas, sur la base de la puissance transmise, du gain de l'antenne (en réception également), des types d'antennes utilisées, etc. L'aéronef 2b peut se positionner de préférence dans une zone de confinement entre le premier et le deuxième signal directionnel 29 et 30. De cette façon, une route de vol de l'aéronef 2b excessivement latérale (à gauche) par rapport à l'aéronef 2a, produira une prédominance de la puissance du signal directif 30 sur le signal directif 29, amenant à une manoeuvre correctrice à droite et vice-versa, un positionnement excessivement à l'intérieur du cône de rayonnement du signal directif 29 sera identifié par une prédominance de la puissance du signal directif 29 sur le signal directif 30, amenant l'aéronef 2b à une manoeuvre correctrice à gauche. L'emploi d'un dispositif d'orientation 6 basé sur un ou plusieurs gyroscopes (par exemple de type intégré, avec technologie MEMS, microsystème électromécanique) permet au microcontrôleur 14 de commander le dispositif de pilotage automatique 11, de telle façon à atténuer l'effet des virages et permettre de reprendre une route de vol correcte. Autrement dit, l'emploi d'un ou plusieurs gyroscopes produit un effet d'amortissement qui empêche le pilote automatique 11 d'agir en réaction positive, évitant donc, la dispersion d'un ou plusieurs aéronefs de la formation de vol 1. La distance longitudinale entre l'aéronef 2a et l'aéronef 2b est réglée à travers des actions sur le propulseur de l'aéronef 2b. En effet, durant la phase d'approche de l'aéronef 2b â la queue de l'aéronef 2a, il y aura un moment où l'aéronef 2b, en accélération, sera trop adossé à l'aéronef 2a (la puissance du signal omnidirectionnel SNET envoyé de l'aéronef 2a est reçue par l'aéronef 2b et elle est supérieure à une valeur « seuil », par exemple supérieure à -40 dBm). En conséquence, le dispositif de pilotage automatique 11 de l'aéronef 2b exécute une manoeuvre de ralentissement, amenant à un régime de propulsion stable tel que la réception des valeurs des signaux directifs 29 à 33 et du signal omnidirectionnel SNET soit essentiellement stable. Il est évident que, dans le cas où la puissance des signaux reçus descende au-dessous d'une valeur « seuil », (par exemple la puissance du signal omnidirectionnel SNET descende au-dessous de -70dBm) l'aéronef 2b entreprendra une nouvelle manoeuvre d'accélération et ainsi de suite. Un observateur externe, regardant la formation de vol 1 (même pendant la création de la formation de vol) pourrait voir les aéronefs 2b à 2f effectuer des corrections longitudinales, latérales et d'altitude périodiques. Les simulations effectuées montrent que des telles corrections ne sont pas plus fréquentes qu'une tous les 5 secondes environ. La situation de la figure 7, représentant seulement deux aéronefs 2a et 2b, on peut considérer que l'aéronef 2b diverge de la route de vol de l'aéronef 2a et que les réductions conséquentes du signal directif 30 et du signal omnidirectionnel SNBT reçus par l'aéronef 2b l'amènent à accélérer avant de virer ; si l'angle de divergence est considérable, l'exécution d'un virage ultérieur pourrait être insuffisant et produire une augmentation de la distance avec l'aéronef 2a plutôt qu'une diminution ; l'affaiblissement consécutif du signal provoquerait une accélération supplémentaire et ainsi de suite avec, pour résultat, la perte définitive de l'aéronef 2b. Cette éventualité est prévenue grâce à la présence du dispositif d'orientation 6 qui, équipé d'un ou de plusieurs gyroscopes, permet au dispositif de pilotage automatique 11 de l'aéronef 2b de maintenir, à peu près la même position angulaire que la direction de vol de l'aéronef 2a ; l'erreur dû à la dérive angulaire inévitable sur de longues distances peut être compensée opportunément, par exemple comme illustré dans les phases 35 à 41 de l'organigramme dans la figure 10 (et décrit ci-dessous en référence à cette figure). Un échange éventuel de données de position angulaire entre les aéronefs 2a et 2b, même si d'importance relative, peut être effectué par le réseau sans fil local 17. En référence à la figure 8, on poursuit avec la description du décollage des aéronefs 2c à 2f restants. Suite au décollage de l'aéronef 2b, l'aéronef 2c, percevant une même diminution de la puissance du signal omnidirectionnel de l'aéronef 2b due à son éloignement, active sa propulsion maximale et décolle. Ultérieurement il relève, par l'intermédiaire son dispositif de réseau 4 présence des aéronefs 2a et 2b, à travers leur signaux omnidirectionnels Sm respectifs. Lorsqu'il arrive en proximité de la queue des aéronefs 2b et 2a, il relève un ou plusieurs signaux directifs 29 à 33 émis des deux aéronefs. Puisque l'aéronef 2c a eu le rôle de « fils » de l'aéronef 2a (cela a été déterminé pendant la phase de création du réseau sans fil 17), il exécute des virages latéraux pour se positionner latéralement à l'aéronef 2b, à une distance établie « de sécurité » (une distance dépendante de plusieurs paramètres, comme par exemple l'extension alaire des aéronefs 2b et 2c). Ensuite, figure 9, l'aéronef 2c accélère pour côtoyer l'aéronef 2b et pour se positionner à l'intérieur du cône de rayonnement du troisième signal directif 31 émis par l'aéronef 2a. Une maîtrise supplémentaire sur la puissance reçue du signal omnidirectionnel SNET permet à l'aéronef 2c de se maintenir à une distance latérale « de sécurité » de l'aéronef 2b. Ainsi, une formation de vol en triangle se forme, comprenant les aéronefs 2a, 2b et 2c. Dans le cas où pendant son décollage l'aéronef 2c n'est pas en mesure de relever les signaux directifs 29 à 33 émis par l'aéronef 2a, il pourra utiliser les signaux directifs 29 à 33 émis par l'aéronef 2b pour se porter en position latérale à ce dernier, en s'approchant en même temps de l'aéronef 2a et donc en rentrant tout de même dans ses cônes de rayonnement. La formation de vol en triangle ainsi créé donne plus de confiance en ce qui concerne des éloignements excessifs possibles des aéronefs 2b et 2c, car ces aéronefs peuvent maintenant surveiller les distances latérales réciproques en analysant la valeur de puissance du signal omnidirectionnel Sele échangé mutuellement. Dans ce cas, la formation de vol en triangle peut être maintenue en exploitant seulement les signaux omnidirectionnels SNET émis par les trois aéronefs 2a à 2c, sans besoin d'utiliser les signaux directifs 29 à 33. Chaque aéronef 2a à 2c peut en effet surveiller sa distance aux autres aéronefs en analysant exclusivement la puissance reçue des signaux omnidirectionnels SET- Dans ce cas aussi on peut, trouver une exception : par exemple, les aéronefs 2b et 2c ayant le même aéronef « Père » 2a, pourraient être sujets à une dérive latérale dans la même direction (par exemple une dérive des deux vers la droite ou des deux vers la gauche). Dans cette situation, l'estimation de la distance latérale entre 2b et 2c (fournie par l'analyse de la puissance reçue du signal omnidirectionnel SNE) résulterait adéquate, tandis que la distance des deux aéronefs de 2a augmenterait (contrairement à la puissance du signal reçu, qui diminuerait) au point d'activer une commande d'accélération qui pourrait amener les aéronefs 2b et 2c à surpasser l'aéronef 2a et aussi à se disperser dans les cas les plus graves. Une telle éventualité est évitée, selon la présente invention, par l'analyse des signaux directifs 29 à 33. En effet, une divergence de route excessive d'un aéronef 2b à 2f est remarquée par l'aéronef 2b à 2f même simplement en évaluant la variation des puissances du premier signal directif 29 (central) par rapport au signal d'appartenance (le deuxième ou le troisième signal directif latérale 30 ou 31). Un tel mécanisme intervient indépendamment de la présence d'un dispositif d'orientation 6 ou de n'importe quelle communication avec d'autres avions 2a à 2f (qui peut cependant exister et avoir une valeur de confirmation, même si ce n'est pas nécessaire). L'évaluation des signaux omnidirectionnels SNET permet d'éviter des éloignements ou des approchements excessifs réciproques des aéronefs même quand ceux-ci maintiennent leurs positions angulaires correctes. Ensuite, les aéronefs 2d à 2f décollent les uns après les autres, lesquels agissent de la même façon que les aéronefs 2b et 2c, et ils vont se positionner correctement en queue des aéronefs 2b et 2c, créant enfin la formation de vol 1 de la figure 6. Cette description de l'autonomie de l'aéronef dans la maîtrise de son orientation spatiale est valide en trois dimensions grâce à l'emploi des signaux directifs 32 et 33. La figure 10 montre, à travers un organigramme, un procédé de compensation de l'erreur due à la dérive angulaire. Les phases de la méthode décrite ci-dessous sont exécutées par chaque aéronef 2a à 2c appartenant à la formation de vol 1. Pour une simplicité de description, on fera référence ci-dessous au seul aéronef 2b. -Durant une phase d'initialisation du procédé illustrée sur la figure 10, une variable « Var_Head » est mémorisée dans la mémoire 9 de l'aéronef 2b ; cette variable représente une valeur de cap relative à l'aéronef 2b par rapport à l'aéronef 2a. La variable Var_Head est initialisée avec une valeur de référence, par exemple zéro. Donc, dans la phase 35 on vérifie si l'aéronef 2b vole à l'intérieur de son cône de rayonnement d'appartenance (par exemple à l'intérieur du deuxième signal directif 30). Cette vérification est possible en relevant la valeur de puissance du deuxième signal directif 30 reçue et en mettant cette valeur en comparaison avec une valeur (ou avec un intervalle de valeurs) de référence. Dans le cas où, phase 36, l'aéronef 2b ne vole pas à l'intérieur du cône de rayonnement du deuxième signal directif 30 pendant un intervalle de temps TOI (par exemple 10 secondes), alors, phase 37, un protocole d'émergence est initialisé (« Failsafe Protocol ») et on reviendra à la phase 35. Le protocole d'émergence peut par exemple consister en un virage de façon à faire rentrer rapidement l'aéronef 2b dans son cône de rayonnement d'appartenance ; mais dans ce cas, l'aéronef 2b pourrait rentrer dans le cône avec un angle dû au virage, par exemple 10°, par rapport à l'orientation de vol de l'aéronef 2a qui le précède. Une telle variation de cap est relevée par les gyroscopes du dispositif d'orientation 6, qui commandent un « contre »virage afin de rétablir l'uniformité de cap entre les deux aéronefs 2a et 2b. Il peut être ici opportun de rappeler que seul l'aéronef 2a en tête de la formation de vol maintien un cap absolu, sur la base des données de position reçues. Par exemple, l'aéronef 2b, grâce à son GPS intégré, peut maintenir un cap relatif par rapport à la position de l'aéronef 2a, mais qui ne sera pas un cap absolu.
Si par ailleurs, pendant la phase 35 la direction de vol de l'aéronef 2b est estimée être correcte, (l'aéronef 2b vole donc dans son cône de rayonnement d'appartenance), la variation de la valeur de cap sera définie « nulle » et la variable VarHead sera remise à zéro (phase 38). La vérification du cap est faite, pour de raisons de sécurité avec une temporisation fixe, par exemple toutes le 30 secondes. En effet, à cause des dérives angulaires normales, on peut estimer que, en moyenne, la valeur de cap de l'aéronef 2b (obtenue par exemple grâce à un dispositif d'orientation gyroscopique 6) puisse varier d'environ toutes les 30 secondes de vol.
Si, pendant les 30 secondes ultérieures à la vérification de la valeur de cap cette dernière varie de plus de 3° par rapport à la valeur initiale (phase 40), l'aéronef 2b est commandé {phase 41) de façon à reprendre une position correcte (cherchant donc de se ramener à une valeur de cap optimale). Autrement, on revient à la phase 35. Si l'intervalle de temporisation par défaut (dans cet exemple 30 secondes) se termine et la valeur de cap a varié d'une quantité inférieure à 30, alors, on reviendra à la phase 35. Les virages continus exécutés pour reprendre une valeur de cap correcte peuvent cependant, être la cause d'un réalignement de moins en moins correct. Dans cette situation, l'aéronef pourrait commencer à virer en touchant les extrémités opposés de son cône de rayonnement créant ainsi des oscillations de plus en plus étendues jusqu'à risquer une perte de maîtrise dû à un éloignement latéral excessif. Dans ce cas, nous avons le problème de contenir les discordances entre une direction de vol effective et les indications fournies par le dispositif d'orientation 6, par exemple inférieure à 30 comme valeur absolue. L'état de la technique, permet aux dispositifs d'orientation 6 de type gyroscopique de contenir une telle discordance pendant une durée de temps comprise entre 3 et 5 minutes. Une durée de temps dépendant aussi des contraintes dynamiques. Il est donc avantageux de corriger la valeur de cap fournie par le dispositif d'orientation 6 de type gyroscopique et la substituer avec une valeur absolue par rapport au nord magnétique obtenue par l'intermédiaire du GPS, par exemple relevé une fois toutes les 3 à 5 minutes. Dans ce cas, la valeur de cap absolue est mesurée par chaque aéronef 2a à 2f individuellement ; c'est donc pourquoi chaque aéronef est équipé de son dispositif GPS, positionné à côté du dispositif d'orientation 6 de type gyroscopique, et qui intervient seulement quand il est nécessaire de rétablir un cap absolu correct. L'inventeur a vérifié que, à cause des réajustements de direction continus des aéronefs 2b à 2f, les collisions latérales aile contre aile entre les aéronefs 2b à 2f ne peuvent pas être considérées tout à fait nulles. En effet, le mouvement dû à des virages a une dynamique supérieure par rapport aux variations longitudinales, à cause des inerties mécaniques et à cause des résistances aérodynamiques qui se manifestent surtout sur la direction de vol. Pendant le bref délai de temps pendant lequel les aéronefs 2b et 2c se côtoient, ils manifestent un mouvement latéral d'approchement, même s'il est adouci par les gyroscopes. Le contrôle constant de la puissance des signaux directifs 29 à 33 pourrait ne pas relever la sortie d'un des aéronefs de leur cône de rayonnement d'appartenance à temps (normalement il est nécessaire toutes les 3 à 4 secondes). Pour cette raison il est raisonnable d'établir, par l'intermédiaire du signal omnidirectionnel SN T, une connexion directe entre les aéronefs 2b à 2f qui se côtoient pendant le vol, en utilisant un canal dédié. Une telle disposition permet en effet des temps d'évaluation de la puissance du signal reçu de 5 à 10 fois plus rapides qu'à travers une exploration de tous les signaux directifs 29 à 33. Suivant le scénario décrit ci-dessus, le résultat de l'analyse continue du signal omnidirectionnel Smn est prioritaire par rapport au résultat de l'analyse des signaux directifs 29 à 33 dans le déclenchement des manoeuvres anticollision. Une fois atteinte, l'altitude de vol par défaut, (mesurable par exemple par le GPS si équipé ou avec des instruments de vol barométriques) l'aéronef 2a en tête de la formation de vol assume une configuration de vol linéaire et nivelé et les aéronefs 2b à 2f qui le suivent en imitent les caractéristiques de vol en poursuivant le premier, le deuxième et le troisième signal directif 29 à 31, et le maintien d'altitude en poursuivant le quatrième et le cinquième signal directif 32 et 33. La phase d'atterrissage enfin, prévoit un abandon graduel de la formation de vol 1, en partant par les aéronefs 2d à 2f en queue de la formation 1, un à la fois. Puisque les signaux directifs et les signaux omnidirectionnels SNET sont instables et sujets à plusieurs conditions environnementales, comme par exemple les phénomènes météorologiques, la puissance des signaux émis par les antennes directionnelles 19 à 23 et par le dispositif de réseau 4 pour le signal omnidirectionnel SNET, de n'importe lequel d'entre les aéronefs 2a à 2f, et ainsi la puissance relevée par un ou plusieurs aéronefs 2b à 2f qui eux volent en proximité (en queue ou à coté) peuvent varier même sans une variation de position ou route effective de l'aéronef 2a à 2f qui émet les signaux. II s'ensuit que l'analyse de la puissance des signaux reçus ne permette pas aux aéronefs 2a à 2f une estimation de la position relative précise au mètre près, mais plutôt avec un ordre de grandeur supérieur. En effet, des variations éventuelles de la position réciproque des aéronefs 2a à 2f appartenant à la• formation de vol 1 sont dues principalement à trois facteurs : des effets aérodynamiques, des difficultés pour un maintien rigoureux d'une même vitesse, des difficultés pour le maintien rigoureux d'un même axe (angles de cap, de tangage et de roulis). Le système de maîtrise ci-décrit est apte à reconnaître des variations spatiales du vol avec une marge d'environ 5 à 10 mètres, car seulement à une telle distance, la puissance des signaux reçus peut être considérée avoir variée par une dérive effective de la direction de vol et non pas simplement à cause de l'instabilité et de la variabilité intrinsèque aux signaux. Les aéronefs 2b à 2f qui suivent l'aéronef 2a en tête de la formation de vol montrent ainsi un mouvement onduleux et en apparence aléatoire qui respecte les positions de la topologie de la formation de vol seulement en moyenne sur la durée du vol. La modification constante des positions spatiales réciproques entre les aéronefs 2a à 2f, en plus d'être à la base du principe d'équilibre dynamique permettant à la formation de vol d'avoir une topologie de formation cohérente, réduit aussi la vulnérabilité à un attaque des aéronefs 2a à 2f (attaque typiquement venant du sol terrestre). En effet, il est plus difficile d'attaquer une formation de vol dont les aéronefs en faisant partie changent leur position de façon constante et soudaine, rendant ainsi difficile d'abattre la formation de vol 1 (du moins en ce qui concerne le ciblage visuel de chaque aéronef 2a à 2f). La difficulté de ciblage est encore augmentée par le silence radio externe à la formation de vol 1 (on peut estimer une extension spatiale des signaux émis d'environ 500m bien que dépendante aussi de la puissance d'émission des signaux et de la direction d'écoute). A cette fin, même le choix du protocole IEEE 802.11b est avantageux par rapport au protocole IEEE 802.11g/a. En effet, le protocole de codification 802.11b utilise une technologie DSSS (« Direct Sequence Spread Spectrum ») et il est très résistant aux tentatives de « Jamming » (dérangements radio engendrés dans l'intention d'entraver les communications radio).
Les figures 10 et 11 montrent en vue de haut (sur l'axe xz) et en vue latérale (sur l'axe xy), un aéronef faisant partie de la formation de vol 1 de la figure 1 et 2, par exemple l'aéronef 2a, selon une forme de réalisation supplémentaire de la présente invention. Cependant, tous les aéronefs 2a à 2f de la formation de vol 1 peuvent être du même type montré sur les figures 10 et 11. Conformément à la forme de réalisation montrée sur les figures 10 et 11, l'aéronef 2a ne comprend pas plusieurs antennes sur sa queue 18, mais il comprend une première et une seconde antenne directionnelle 50 et 51 positionnées sur une première aile 55 (par exemple l'aile gauche), de préférence sur une portion latérale externe de la première aile 55 ; il est également équipé d'une troisième et d'une quatrième antenne directionnelle 58 et 59, celle-ci placées sur une deuxième aile 65 (aile droite), de préférence placées sur une portion latérale externe de la deuxième aile 65. La première 50, la deuxième 51, la troisième 58 et la quatrième 59 antennes directionnelles sont configurées pour émettre, pendant la mission, un signal directif respectif, avec une fréquence particulière. La première antenne directionnelle 50 émet un premier signal directif 69, par exemple avec une puissance de 30 dBm, et ayant une fréquence de 2,412 GHz ; la deuxième antenne directionnelle 51 émet un second signal directif 70, ayant une puissance de 30 dBm et une fréquence de 2,437 GHz ; la troisième antenne directionnelle 58 émet un troisième signal directif 71, ayant une puissance de 30 dBm et une fréquence de 2,437 GHz (la même que celle du signal directif 70, puisque les deux signaux sont séparés dans l'espace et n'interférent donc pas); et la quatrième antenne directionnelle 59 émet un quatrième signal directif 72, ayant une puissance de 30 dBm et une fréquence de 2,412 GHz (la même que celle du signal directif 69, puisque les deux signaux sont séparés dans l'espace et n'interférent donc pas). La première et la deuxième antennes directionnelles 50 et 51 émettent les signaux directifs 69 et 70 à une distance angulaire cpi, comprise entre 120° et 180°, de préférence à 150° ; de la même manière, la troisième et la quatrième antenne directionnelle 58 et 59, émettent aussi les signaux directifs 71 et 72 à une distance angulaire (PR comprise entre 120° et 180°, de préférence à 150°. En choisissant correctement la première 50, la deuxième 51, la troisième 58 et la quatrième 59 antennes directionnelles de façon telle que l'angle d'ouverture du cône de rayonnement respectif soit compris entre 60° et 90°, et de préférence 750, il est possible de définir une première zone de signal bas 74, contenue entre le premier et le deuxième signal directifs 69 et 70 et une deuxième zone de signal bas 76 contenue entre le troisième et le quatrième signal directifs 71 et 72. Les zones de signal bas 74 et 76 ont une amplitude d'environ 30° et elles doivent être orientées de façon telle que leurs bissectrices forment un angle compris entre 30° et 45° par rapport à l'axe longitudinale de l'aéronef, vers l'extérieur du fuselage ; ce qui peut être obtenu en orientant les deux groupes d'antennes 50, 51, 59 et 58 selon un même angle. Les figures peuvent peut être ne pas respecter fidèlement de tels angles décrit ci-dessus, mais le principe de fonctionnement reste le même. Pendant le vol en formation, comme illustré dans la figure 13 relative aux seuls aéronefs 2a à 2c de la formation de vol 1, les aéronefs 2b et 2c volent en se tenant à l'intérieur de la première et de la deuxième zones de signal bas 74 et 76 et pas à l'intérieur des cônes de rayonnement comme décrit en référence aux figures 5 à 9. Le concept de signal bas est établi par rapport à une valeur de comparaison (par exemple -65 dBm) qui peut être adaptée en fonction à la distance estimée entre les deux aéronefs. En variante, cette valeur peut être égale à la valeur « seuil » minimale de sensibilité atteignable par les récepteurs, normalement égale à -83 dBm.
Cette forme de réalisation de la présente invention est très avantageuse dans le cas où l'on ne dispose pas d'antennes suffisamment directionnelles, de façon à définir des parcours (cônes de rayonnement) précis, à coté l'un de l'autre et suffisamment délimités latéralement.
Comme illustré sur figure 13, l'aéronef 2b se place en queue de l'aéronef 2a, d'une façon telle à utiliser les bords latéraux 69' et 701 des cônes de rayonnement des signaux directifs 69 et 70 comme « murs » délimitant le parcours à suivre (première zone de signal bas 74). Le fait qu'il s'agisse de murs « épais » (cônes de rayonnement) avec des parois non parallèles et avec une divergence angulaire tpL pouvant atteindre 150° est avantageux pendant des périodes éventuelles de latence {3 à 4 secondes, selon les dispositifs de réseau ou les modules de réception utilisés) de la fonction de contrôle des signaux reçus, parce que l'aéronef 2b peut rentrer profondément dans de tels cônes de rayonnement et tout de même récupérer un signal utile au terme de la période de latence. Cette description est valable pour l'aéronef 2c aussi, lequel se place en queue à l'aéronef 2a, d'une façon telle à utiliser les bords latéraux 71' et 72' des cônes de rayonnement des signaux directifs 71 et 72 comme « murs » délimitant le parcours à suivre (deuxième zone de signal bas 76). Une distance latérale de sécurité des aéronefs 2b et 2c est maintenue sur la base de la puissance du signal omnidirectionnel SNET surveillé par chaque aéronef 2b et 2c relativement aux autres aéronefs 2c et 2b (comme déjà décrit, dans ce cas aussi une puissance trop élevée du signal omnidirectionnel SNET cause un virage des aéronefs 2b et 2c vers des directions opposées entre elles). La maîtrise de l'altitude peut être effectué de la même façon que décrit en référence aux figures 3 et 4, c'est-à-dire en plaçant des antennes directionnelles 22 et 23 sur la queue 18 de l'aéronef 2a (et similairement sur les autres aéronefs 2b et 2c, mais aussi sur les aéronefs 2d à 2f, qui, au moins en théorie pourraient avoir d'autres aéronefs supplémentaires en queue) ou, autrement, comme montré en perspective dans la figure 14, en plaçant des antennes directionnelles supplémentaires sur l'aile 55, de telle façon à émettre un cinquième et un sixième signal directif 80 et 81 à partir de l'aile 55 pour délimiter une première zone de signal bas 74 verticale sur l'axe xy, et en plaçant des antennes directionnelles supplémentaires sur l'aile 65, de telle façon à émettre un septième et un huitième signal directif 82 et 83 à partir de l'aile 65 pour délimiter une deuxième zone de signal bas 76 verticale sur l'axe xy. La figure 15 montre une forme de réalisation supplémentaire de la présente invention, économiquement moins onéreuse et aussi en termes de programmation par rapport à la forme de réalisation illustrée dans la figure 14. Dans ce cas, figure 15, chaque aéronef 2a à 2c (la figure 15 montre l'aéronef 2a seulement) inclue, en variante à la quatrième et à la cinquième antenne 22 et 23, une première et une deuxième antennes tige 101 et 102, les deux sont omnidirectionnelles à haut débit (par exemple supérieur ou égal à 10 dBi) placées sur la queue ; La figure 15 montre une modalité avantageuse de montage des antennes tige 101 et 102, sur la queue (particulièrement sur la partie verticale de la queue), sur des aéronefs où ce type d'installation à structure verticale opposée à l'axe de la queue et parallèlement à l'axe xy est possible. D'autres emplacements pour les antennes tige 101 et 102 peuvent cependant être mis en place, pour des aéronefs ayant des structures de queues différentes. En détail, les antennes tige 101 et 102 sont placées sur l'aéronef 2a et configurées pour émettre un signal respectif, 110 et 112, omnidirectionnel pour l'axe horizontal xz seulement, et hautement directif sur l'axe vertical xy (par exemple avec une amplitude de 30° ou plus). Une telle configuration est particulièrement apte à la maîtrise de l'altitude de vol. Dans ce cas les rayonnements des antennes tige 101 et 102 peuvent être schématisés comme des disques (dans la figure relative les signaux 110 et 112 sont représentés latéralement, donc seulement l'épaisseur des disques sur l'axe xy est visible). Les antennes tige 101 et 102 sont placées de préférence en sens opposé, de façon telle que la première antenne tige 101 pointe vers le haut et que la seconde antenne tige pointe vers le bas, formant un angle compris entre 210° et 240° (en vue postérieure du point de vue de l'aéronef qui suit) de préférence à 220°. Pendant la mission, entre les deux disques de rayonnement engendrés par les antennes tige 101 et 102, il est créé un secteur angulaire 104 à signal bas, avec une amplitude d'environ 180° en sens horizontal (et lequel axe de symétrie est parallèle, idéalement coïncident à l'axe xz dont procède l'aéronef) et une amplitude verticale d'une valeur sélectionnable entre 0° (idéalement) et 30°, de préférence égale à 10° (variable selon la distance que l'on veut avoir entre les aéronefs et quelle tolérance on veut obtenir sur le respect de l'altitude). Des raisons pratiques suggèrent de ne pas réduire l'amplitude du secteur angulaire 104 à une valeur inférieure à 5°, pour éviter qu'à cause de fluctuations aérodynamiques inévitables de l'angle de tangage de l'aéronef, les gouvernails de profondeur produisent des ajustements constants. En théorie, l'altitude serait donc maîtrisable à ±3 m à 30 m de distance, et dans pas plus que ±9 m à 100 m de distance. Pratiquement, les prestations dépendent beaucoup de la finesse du projet aérodynamique de l'aéronef 2a et de précision dans la commande des servo-commandes. Les antennes tige 101 et 102 ne pourraient pas se substituer efficacement aux quatre antennes directionnelles 50, 51, 58 et 59 pour la maîtrise latérale de la figure 11, l'ouverture faible de ces antennes créerait des « murs » de signal trop fins qui pourraient être traversés facilement pendant le temps de latence du contrôle des signaux. En référence à la forme de réalisation des figures 10, 11 et de figure 13 ou 14, les protocoles de décollage et de création de la formation de vol 1, ainsi que les opérations de virage dues à un changement de direction de l'aéronef 2a en tête de la formation, sont identiques à celles décrites en référence aux figures 7 à 9, avec la seule différence que dans ce cas chaque aéronef 2b à 2f se dispose à l'intérieur de la zone de signal bas 74 ou 76 qui lui a été affectée pendant la phase de création du réseau en « arbre », et non à l'intérieur d'un cône de rayonnement.
Afin de faire des variations de route et de position soudaines, aptes à suivre immédiatement les variations du signal et à éviter des collisions dues à des changements de route retardés ou trop lents, il est préférable que les aéronefs 2a à 2f soient de dimensions réduites (par exemple avec une amplitude alaire comprise entre 4 et 5 mètres), agiles et capables de varier leur route rapidement. De cette façon, les aéronefs de la formation de vol 1 peuvent voler rapprochés entre eux, jusqu'à 20 mètres seulement et avec des valeurs de 30 à 40 mètres en moyenne. Des aéronefs plus grands, cependant, peuvent être utilisés, mais dans ce cas les distances réciproques devront être supérieures, de préférence supérieures à 30 à 50m. Par contre, des aéronefs de petites dimensions, avec une amplitude alaire inférieure à 3 mètres, même en pouvant transporter le poids des dispositifs, auraient probablement des difficultés de type aérodynamique à cause des dimensions encombrantes des antennes directionnelles 29 à 33 ; des telles difficultés aérodynamiques seraient négligeables en cas d'emploi d'hélicoptères, de deltaplanes avec pilote ou de drones de grands dimensions. Des aéronefs de dimensions réduites sont cependant préférables pour réduire les coûts d'emploi (consommation) et les coûts en cas de perte ou d'abattage, et de plus pour réduire les risques pour la population civile dans le cas où un aéronef se précipite sur des régions habitées. Le poids global des systèmes électroniques installés à bord de chaque aéronef 2a à 2f, dans une configuration minimale qui exclue les dispositifs pour l'acquisition de données vidéo ou d'autres capteurs, est estimé à environ 3 kg dont 1 kg est le poids global des antennes et 0,5 kg est le poids de l'ensemble des batteries d'accumulateurs ( Battery Pack »), par exemple une batterie d'accumulateur au lithium, apte à alimenter le système déjà décrit pendant au moins 30 minutes. Un tel équipement pourrait être installé sur des modèles volants d'amateur, aptes à transporter une charge utile (« payload ») jusqu'à 4 kg. Concernant une fabrication professionnelle, n'ayant donc aucune restriction sur les dimensions, sur la puissance des propulseurs, sur le rayon d'action et sur les finalités d'emploi, on peut évidemment obtenir des charges utiles de plusieurs dizaines de kg, et le poids des systèmes électroniques et des capteurs différents, ne serait pas un problème. La charge utile d'une mission pourrait être évidemment divisée entre les aéronefs faisant partie de la formation de vol. En examinant les descriptions ci-dessus et les illustrations ci-jointes, les avantages possibles sont évidents. En détail, la présente invention permet la maîtrise d'une formation de vol d'aéronefs sans pilote sans aucune nécessité de transfert d'informations ou de données de vol ou de route entre les aéronefs appartenant à une même formation. Cette caractéristique rend la logique de maîtrise de la route très simple et très fiable. Il est enfin clair que ce qui a été décrit et illustré dans la présente invention peut être modifié sans pour cela, s'écarter du cadre de protection de la présente invention, comme défini dans les revendications ci-jointes. Par exemple, le réseau sans fil local peut être d'un type différent de celui décrit ci-dessus, par exemple il peut être basé sur le protocole IEEE 802.11g ou IEEE B02.11a, ou sur une utilisation mixte d'IEEE 802.11b/g/a, ou encore sur un autre protocole pour réseau sans fil.
Chaque aéronef peut émettre des signaux directifs supplémentaires sur des directions différentes que celles montrées, ou par exemple, latéralement. De plus, il est possible de placer sur chaque aéronef 2a à 2f (de façon non montrée) plusieurs modules de réception des signaux (semblables au module de transmission/réception 5), chacun d'entre eux accordé sur une fréquence particulière et configuré pour recevoir un seul d'entre les signaux directifs 29 à 33, en plus du signal omnidirectionnel Sm.. De cette façon, la latence d'acquisition de la puissance des signaux directifs 29 à 33 descendrait de 3-4 secondes à 0,5 seconde seulement. Les avantages d'une telle forme de réalisation sont : La possibilité d'une réduction supplémentaire de la distance latérale moyenne permet, entre les aéronefs 2b à 2f (inférieure à 30m, par exemple égale à 20m), des virages plus rapides, des mouvements dus à des ajustements de route autour d'une position d'équilibre moyenne limités dans leurs amplitudes et plus fréquents, rendant ainsi chaque aéronef 2a à 2f très difficile à attaquer de terre.
Enfin, chaque aéronef 2a à 2f peut disposer d'une capacité de charge (payload) différente selon ses dimensions, mais il peut aussi être un système de pont radio autonome (Stand-Alone), c'est-à-dire indépendant de la configuration des dispositifs ou des capteurs décrits précédemment.
Claims (32)
- REVENDICATIONS1. Procédé de maîtrise d'une formation de vol (1) formée d'au moins un premier aéronef (2a) et d'un second aéronef (2b), comprenant les phases consistant à émettre, depuis le premier aéronef (2a) au moins un premier signal électromagnétique (SNm, 29 à 33) de type Wifi; - relever, depuis le second aéronef (2b) le premier signal électromagnétique (SNET, 29 à 33) ; 10 - déterminer, depuis un second aéronef (2b), une valeur respective de grandeur (« quantity ») associée au premier signal électromagnétique ; et - déterminer, depuis le second aéronef (2b), des informations associées à une position relative du second aéronef 15 (2b) par rapport au premier aéronef (2a), sur la base de la valeur de cette grandeur associée au premier signal électromagnétique.
- 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel cette grandeur associée au premier signal électromagnétique (SNer, 29-20 33) est une puissance.
- 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, comprenant en outre la phase de commander une variation des coordonnées de vol du second aéronef (2b) sur la base de telles informations associées à la position relative du second aéronef (2b) par 25 rapport au premier aéronef (2a).
- 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la phase d'émettre un signal de type électromagnétique (29) comprend l'émission d'un premier signal de type directif délimitant une première zone spatiale dans laquelle cette grandeur est supérieure à une première valeur « seuil » et à une deuxième zone spatiale, externe à la première zone spatiale, dans laquelle cette grandeur est inférieure à la première valeur « seuil » et la phase de détermination des informations associées à une position relative du second aéronef (2b) par rapport à une position relative du premier aéronef (2a) consiste à vérifier si le second aéronef est à l'intérieur de la première ou de la deuxième zone spatiale.
- 5. Procédé selon la revendication 4, dans laquelle la phase de détermination des informations associées à une position relative du second aéronef (2b) par rapport au premier aéronef (2a) consiste en une déviation latérale du second aéronef par rapport au premier aéronef.
- 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la phase de réception, par le second aéronef (2b), du premier signal électromagnétique (SNETr 29 à 33) consiste à recevoir une fréquence de transmission du premier signal électromagnétique et/ou un code identifiant transporté par le premier signal électromagnétique.
- 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 25 3, dans laquelle le premier signal électromagnétique est un signal électromagnétique (SNET) de type omnidirectionnel.
- 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant de plus les phases consistant à : - émettre, depuis le premier aéronef (2a) un deuxième signal électromagnétique (SNET) de type Wifi omnidirectionnel; - recevoir, par le second aéronef (2b) le deuxième signal électromagnétique (SNE) ; - déterminer, par le second aéronef (2b), une valeur respective de cette grandeur associée au premier signal électromagnétique ; et - déterminer, par le second aéronef (2b), une distance relative du second aéronef (2b) par rapport au premier aéronef (2a), sur la base de la valeur de cette grandeur associée au deuxième signal électromagnétique.
- 9. Procédé selon les revendications 6 et 8, selon lequel la phase de réception, par le second aéronef (2b), du deuxième signal électromagnétique (SNE) consiste à recevoir une fréquence de transmission du deuxième signal électromagnétique, différente de la fréquence de transmission du premier signal électromagnétique, et/ou un code identifiant transporté par le deuxième signal électromagnétique, différent du code identifiant transporté par le premier signal électromagnétique.
- 10. Procédé selon les revendications 8 ou 9, comprenant en outre les phases consistant à : émettre, depuis le premier aéronef (2a) un troisième 25 signal électromagnétique (30 32) de type Wifi directif délimitant une troisième zone spatiale dans laquelle cette grandeur est supérieure à une deuxième valeur « seuil » et délimitant une quatrième zone spatiale, externe à la troisième zone spatiale, dans laquelle cette grandeur est inférieure à la deuxième valeur « seuil » et émettre, depuis le premier aéronef (2a) un quatrième signal électromagnétique (31 ; 33) de type directif délimitant une cinquième zone spatiale dans laquelle cette grandeur est supérieure à une troisième valeur « seuil » et délimitant une sixième zone spatiale, externe à la cinquième zone spatiale, dans laquelle cette grandeur est inférieure à la troisième valeur « seuil », décrites ci-dessus, la troisième et la cinquième zone spatiale présentent des axes de symétrie respectifs appartenant à un premier axe (xz).
- 11. Procédé selon la revendication 10, comprenant en outre les phases consistant à : - émettre, depuis le premier aéronef (2a) un cinquième signal électromagnétique (32 ; 30) de type directif délimitant une septième zone spatiale dans laquelle cette grandeur est supérieure à une quatrième valeur « seuil » et délimitant une huitième zone spatiale, externe à la septième zone spatiale, dans laquelle cette grandeur est inférieure à la quatrième valeur « seuil » et émettre, depuis le premier aéronef (2a) un sixième signal électromagnétique {33 31) de type directif délimitant une neuvième zone spatiale dans laquelle cette grandeur est supérieure à une cinquième valeur « seuil » et délimitant une dixième zone spatiale, externe à la neuvième zone spatiale, dans laquelle cette grandeur est inférieure à la cinquième valeur « seuil », décrites ci-dessus, la septième et la huitième zone spatiale présentent des axes de symétrie respectifs appartenant à un deuxième axe (xy), perpendiculaire au premier axe (xz).
- 12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la phase consistant à déterminer des informations associées à une position relative du second aéronef (2b) par rapport au premier aéronef (2a) comprend en outre les phases consistant à : recevoir, par le second aéronef (2b) le troisième, quatrième, cinquième et sixième signais électromagnétiques {30 à 33) ; calculer, par le second aéronef (2b) des valeurs respectives d'une grandeur associée à la troisième, quatrième, septième et neuvième zones spatiales et associer les valeurs calculées avec une position du second aéronef (2b) par rapport à la troisième, quatrième, cinquième et sixième zones spatiales.
- 13. Procédé selon les revendications 11 ou 13, dans lequel la phase consistant à commander une variation de coordonnées de vol du second aéronef (2b) consiste à commander une disposition de vol du second aéronef dans une zone « couloir » délimitée entre au moins deux zones spatiales choisies entre la première, troisième, septième et neuvième zones spatiales.
- 14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la phase consistant à commander une variation de coordonnées de vol du second aéronef (2b) consiste â commander une disposition de vol du second aéronef à l'intérieur d'une zone spatiale choisie entre la première, troisième, septième et neuvième zones spatiales.
- 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel cette formation de vol (1) est composée de plus d'un troisième aéronef (2c), et comprend aussi les phases consistant à : - émettre, depuis le second aéronef (2b) un septième signal électromagnétique (Sm) de type Wifi omnidirectionnel; - recevoir, par le troisième aéronef (2c) le septième signal électromagnétique (SNET) émettre, depuis le troisième aéronef (2c) un huitième signal électromagnétique (SNET) de type Wifi omnidirectionnel; - recevoir, par le second aéronef (2b) le huitième signal électromagnétique (SNET) - déterminer, des valeurs respectives de cette grandeur associée au septième et huitième signais électromagnétiques ; et - déterminer, des informations associées à une position relative du second aéronef (2b) par rapport au troisième aéronef (2c) et à une position relative du troisième aéronef (2c) par rapport au second aéronef (2b).
- 16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel la phase consistant à recevoir le septième signal électromagnétique (SNET) par le troisième aéronef (2c), consiste à recevoir une fréquence de transmission du septième signal électromagnétique et/ou un code identifiant transporté par le septième signal électromagnétique et la phase consistant à recevoir le huitième signal électromagnétique (SNET) par le second aéronef (2b) consiste à recevoir une fréquence de transmission du huitième signal électromagnétique et/ou un code identifiant transporté par le huitième signal électromagnétique.
- 17. Système de maîtrise d'une formation de vol (1), d'aéronefs formé d'un premier aéronef (2a) et d'un second aéronef (2b), configuré pour être placé sur le second aéronef (2b) et comprenant : - un dispositif de réception Wifi (5) configuré pour recevoir un premier signal électromagnétique (SNL. ; 29 à 33) engendré par un premier dispositif émetteur du signale (5 ; 19 à 23) de type Wifi et placé sur le premier aéronef (2a) ; des moyens (4, 14) pour déterminer une valeur respective de grandeur ("quantity") associée au premier signal électromagnétique ; - des moyens de traitement (14) configurés pour déterminer des informations associées à une position relative du second aéronef (2b) par rapport au premier aéronef (2a) sur la base d'une valeur de cette grandeur associée au premier signal électromagnétique ; et - un dispositif de pilotage automatique (11) jumelé aux moyens décrits ci-dessus et configuré pour faire varier les coordonnées de vol du second aéronef (2b) sur la base des informations associées à la position relative du second aéronef (2b) par rapport au premier aéronef (2a).
- 18. Système selon la revendication 17, dans lequel cette grandeur associée au premier signal électromagnétique (SNET) est une puissance.
- 19. Système selon les revendications 17 ou 18, dans lequel le premier dispositif émetteur du signal (5), placé sur le premier aéronef (2a), est configuré pour émettre un premier signal électromagnétique (SNET) de type Wifi omnidirectionnel.
- 20. Système selon les revendications 17 ou 18, dans lequel le premier dispositif émetteur du signal {19), placé sur le premier aéronef (2a), est configuré pour émettre un premier signal électromagnétique ((29) de type Wifi directif.
- 21. Système selon la revendication 20, dans lequel les moyens de traitement décrits ci-dessus (14) comprennent un microcontrôleur configuré pour calculer une valeur respective de cette grandeur associée à la première zone spatiale et pour associer la valeur précédemment calculée avec une position du second aéronef (2b) par rapport à la première zone spatiale.
- 22. Système selon l'une quelconque des revendications 17 à 21, dans lequel le dispositif de réception (4 et 5) est configuré pour recevoir une fréquence de transmission du premier signal électromagnétique et/ou un code identifiant transporté par le premier signal électromagnétique.
- 23. Système selon l'une quelconque des revendications 17 25 à 22, dans lequel le dispositif de réception (4 et 5) est configuré également pour recevoir un deuxième signal électromagnétique (SN= ; 29 à 33) engendré par un deuxième dispositif émetteur de signal (5 ; 19 à 23) placé sur le premier aéronef (2a) ; les moyens de détermination décrits ci-dessus (4, 14) sont en outre configurés pour déterminer une valeur respective de cette grandeur associée au deuxième signal électromagnétique ; et les moyens de traitement (14) également décrits ci-dessus sont, eux aussi, configurés pour déterminer des informations associées à une position relative du second aéronef (2b) par rapport au premier aéronef (2a), sur la base de la valeur de cette grandeur associée au deuxième signal électromagnétique.
- 24. Système selon l'une quelconque des revendications 17 à 23, comprenant de plus : un troisième dispositif émetteur de signal {20 ; 22) placé sur le premier aéronef (2a), configuré pour émettre un troisième signal électromagnétique (30 ; 32) de type WiFi et directif; et un quatrième dispositif émetteur de signal (21 ; 23) placé sur le premier aéronef (2a), configuré pour émettre un quatrième signal électromagnétique (31 ; 33) de type WiFi et directif.
- 25. Système selon la revendication 24, comprenant de plus : un cinquième dispositif émetteur de signal (22 ; 20) 25 placé sur le premier aéronef (2a), configuré pour émettre un cinquième signal électromagnétique (32 ; 30) de type WiFi etdirectif ; et un sixième dispositif émetteur de signal (23 21) placé sur le premier aéronef (2a), configuré pour émettre un sixième signal électromagnétique (33 ; 31) de type WiFi et directif.
- 26. Système selon la revendication 25, dans lequel le dispositif de réception (5) est de plus configuré pour recevoir les troisième, quatrième, cinquième et sixième signaux électromagnétiques (30 à 33), et dans lequel les moyens de traitement (14) sont en outre configurés pour calculer des valeurs respectives des grandeurs associées aux troisième, quatrième, cinquième et sixième signaux électromagnétiques (30 à 33) et associer les valeurs calculées avec une position du second aéronef (2b) par rapport aux troisième, quatrième, cinquième et sixième signaux électromagnétiques.
- 27. Système selon la revendication 25, comprenant de plus plusieurs dispositifs de réception, chaque dispositif étant configuré pour recevoir un seul parmi les troisième, quatrième, cinquième et sixième signaux électromagnétiques (SNE?, 29 à 33).
- 28. Système selon la revendication 19, dans lequel le premier dispositif émetteur est en outre configuré pour établir un réseau sans fil de données basé sur le protocole IEEE 802.11 avec d'autres dispositifs émetteurs.
- 29. Deuxième système, comprenant de plus un capteur d'acquisition de données (7) configuré pour acquérir des images et/ou des vidéos et/ou données météorologiques et/ou données avioniques et/ou données de positionnement d'objectifs survolés.
- 30. Système selon la revendication 28, comprenant en outre une mémoire (9) connectée au capteur d'acquisition des données (7).
- 31. Système selon l'une quelconque des revendications 17 à 30, comprenant de plus un dispositif de communication (8) configuré afin de communiquer avec une station-base (10) localisée à distance de la formation de vol (1).
- 32. Système selon l'une quelconque des revendications 17 à 30, comprenant de plus un dispositif d'orientation (6) configuré pour indiquer le nord magnétique et/ou le nord géographique.
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