FR2995088A1 - Systeme pour proteger une plateforme aeroportee contre des collisions - Google Patents

Abstract

Ce système (100) pour protéger une plateforme aéroportée contre des collisions comprend : - des capteurs radar FMCW (101, 102, 103, 104) comprenant : - des antennes d'émission ; - des moyens pour recevoir des signaux des échos, pour traiter et numériser les susdits ; - des moyens pour envoyer à une unité centrale (110) des données représentant lesdits signaux numériques par l'intermédiaire d'une liaison point à point dédiée ; - l'unité centrale (110) comprenant : - des moyens pour traiter lesdites données pour détecter des obstacles ; - des moyens pour calculer des paramètres pour chaque obstacle comprenant sa vitesse radiale, sa plage de distance et son azimut ; - des moyens pour transmettre, à un système avionique (109, 112) de ladite plateforme (111), des données représentant lesdits obstacles détectés et les paramètres ; et - des moyens pour garantir que lesdits signaux émis sont décalés dans le temps pour créer un décalage de fréquence garantissant que les capteurs radar fonctionnent dans la bande de fréquence entière sans se perturber mutuellement.

Description

Contexte de l'invention L'invention décrite concerne le domaine de la protection de plateformes aéroportées contre les collisions.

L'invention concerne plus particulièrement la détection d'obstacles à courte distance dans un large champ de vision. Ce champ de vision peut couvrir au moins 1800 horizontalement pour permettre d'inspecter la partie arrière de la plateforme qui ne peut pas être observée par le pilote, si la plateforme aéroportée est pilotée. Ce champ de vision englobera des parties du fuselage de la plateforme aéroportée. Le champ de vision entier doit être inspecté en continu, et non séquentiellement, pour réduire au minimum le temps d'avertissement et donner ainsi un temps de réaction suffisant au pilote. Dans des scénarios opérationnels de l'invention, la plateforme 15 aéroportée est fixe ou se déplace à très faible vitesse. En conséquence, les obstacles à détecter sont situés à une distance proche, de l'ordre de la dimension de la plateforme aéroportée. Afin d'éviter un taux élevé de fausses alarmes qui aurait pour conséquence le rejet du système par la communauté des pilotes, les 20 obstacles détectés doivent être localisés avec une grande précision. Les radars de l'état de l'art pour la détection d'obstacle ont été développés dans le domaine automobile. Le besoin de couvrir un large champ de vision est satisfait par l'utilisation de plusieurs capteurs, couvrant des segments du champ de 25 vision entier. Les capteurs sont agencés de sorte qu'un capteur donné ne reçoit jamais les échos des signaux émis par un autre capteur et réfléchis par la plateforme automobile elle-même. Ce n'est pas le cas pour une plateforme aéroportée dans laquelle les parties mobiles du fuselage, telles que des pales de rotor d'une 30 plateforme d'hélicoptère, sont en permanence en vue des capteurs, créant des signaux parasites générés par l'émission d'un premier capteur et réfléchis vers le récepteur d'un autre capteur. L'exigence de précision en distance est satisfaite par l'utilisation d'une fréquence de fonctionnement ultra large bande (Ultra Wide Band en 35 anglais). De plus, l'utilisation d'une fréquence ultra large bande permet un décalage en fréquence des capteurs d'automobile de sorte que deux capteurs situés à proximité étroite n'interfèrent pas l'un avec l'autre, tout en maintenant une bande passante suffisante pour chaque capteur afin de satisfaire à l'exigence de précision en distance. Cela n'est pas possible dans le domaine aéroporté où l'utilisation d'une fréquence ultra large bande est strictement interdite par les autorités de règlementation des fréquences. Les capteurs aéroportés doivent se conformer aux réglementations de l'ITU dans lesquelles la bande passante autorisée, en particulier pour une application aéroportée, est relativement étroite de sorte que chaque capteur doit utiliser toute la bande de fréquence pour fournir la précision nécessaire à l'application d'évitement de collision à faible vitesse. Le fait que les capteurs fonctionnent séquentiellement en temps dégrade la fréquence de rafraîchissement de détection dans le champ de vision pris dans son ensemble et ne permet pas un temps d'avertissement suffisant pour que le pilote évite la collision. La fréquence utilisée dans les capteurs d'automobile est élevée, de sorte qu'une directivité élevée est obtenue avec de petits capteurs. Cela aide à éviter une interférence entre les capteurs, et facilite une estimation de la direction d'azimut.

Ce n'est pas le cas des capteurs aéroportés car la bande de fréquence disponible est beaucoup plus faible, de sorte que de petits capteurs auront un large faisceau. Un objet de l'invention consiste à surmonter ces limitations.

Objet et résumé de l'invention Plus particulièrement, l'invention concerne un système de protection pour protéger une plateforme aéroportée contre des collisions 30 avec des obstacles. Ce système comprend : - au moins une unité centrale ; - au moins deux capteurs radar FMCW identiques sur la surface de ladite plateforme aéroportée et conçus pour fonctionner dans l'intégralité d'une bande de fréquence, chaque capteur radar FMCW étant connecté à l'unité 35 centrale par l'intermédiaire d'une première liaison point à point dédiée, et comprenant : - au moins une antenne d'émission pour émettre un signal FMCW; - au moins deux chaînes de réception, chaque chaîne comprenant une antenne de réception pour générer un signal reçu à partir des échos réfléchis par au moins l'un desdits obstacles, et des moyens pour démoduler, filtrer et numériser ledit signal reçu en un signal numérique, lesdites antennes de réception étant agencées pour permettre la mesure au moins de l'azimut dudit au moins un obstacle ; et - des moyens d'envoi pour envoyer à l'unité centrale des données représentant ces signaux numériques par l'intermédiaire de la première liaison point à point dédiée ; - ladite au moins une unité centrale comprenant : - des moyens de réception pour recevoir, par l'intermédiaire de chaque première liaison point à point dédiée, les données envoyées par chaque capteur radar FMCW; - des moyens de traitement pour traiter les données pour détecter lesdits obstacles dans le champ de vision des capteurs radar FMCW; et - des moyens de calcul pour calculer des paramètres pour chaque dit obstacle détecté, lesdits paramètres comprenant au moins la vitesse radiale, la plage de distance et la plage d'azimut dudit obstacle ; - des moyens de transmission pour transmettre à un système avionique de ladite plateforme aéroportée des données représentant lesdits obstacles détectés et leurs dits paramètres ; et - des moyens de synchronisation pour garantir que lesdits signaux FMCW émis par lesdites antennes d'émission sont décalés dans le temps pour créer un décalage de fréquence suffisant pour garantir que chaque capteur radar FMCW fonctionne dans l'intégralité de ladite bande de fréquence sans être perturbé par ses capteurs radar FMCW voisins. L'invention propose, par conséquent, d'utiliser une pluralité de capteurs radar FMCW qui couvrent, tous ensemble, un large champ de 30 vision englobant éventuellement la plateforme entière si cela est nécessaire à l'application. Le système de l'invention est remarquable en ce que tous les capteurs radar FMCW sont identiques, ce qui est avantageux du point de vue du coût et de la maintenance. 35 Remarquablement, le système fournit des moyens de synchronisation visant à garantir que chaque capteur radar FMCW fonctionne dans l'intégralité de la bande de fréquence sans être perturbé par ses capteurs radar FMCW voisins. Une synchronisation de capteurs identiques décalés dans le temps, chacun d'eux fonctionnant dans la même bande passante, permet 5 avantageusement une utilisation optimale de la bande de fréquence. En outre, selon l'invention, chaque capteur est connecté, par l'intermédiaire d'une liaison point à point dédiée, à l'unité centrale. Cette topologie en étoile garantit un canal de transmission très prévisible entre les capteurs et l'unité centrale. Elle permet également de réaliser des 10 capteurs à faible coût, la majeure partie du traitement étant effectuée par l'unité centrale. Dans un mode de réalisation particulier, les capteurs radar FMCW comprennent un récepteur GPS pour se synchroniser en utilisant l'horloge GPS. 15 Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de synchronisation mentionnés ci-dessus comprennent : - des moyens de ladite unité centrale pour envoyer simultanément un signal de synchronisation à chacun des capteurs radar FMCW; et - des moyens desdits capteurs radar FMCW pour déterminer un délai 20 d'attente avant de débuter l'émission du signal FMCW après réception du signal de synchronisation. Cette solution est facile à mettre en oeuvre, le protocole entre l'unité centrale et les capteurs radar FMCW étant limité à l'envoi du signal de synchronisation. 25 Différentes solutions peuvent être envisagées pour que les capteurs radar déterminent le délai mentionné ci-dessus. Par exemple, chaque capteur peut déterminer ce délai sur la base du brochage du connecteur de câble auquel il est connecté, chaque connecteur ayant un brochage unique. 30 Dans un mode de réalisation particulier, l'unité centrale envoie le signal de synchronisation aux capteurs radar FMCW par l'intermédiaire d'une deuxième liaison point à point dédiée différente de la première liaison point à point dédiée, chaque deuxième liaison point à point dédiée étant une ligne différentielle utilisant une boucle de courant. 35 Ce mode de réalisation permet la distribution du signal de synchronisation avec une précision très élevée.

Dans un mode de réalisation particulier, le système de protection de l'invention comprend en outre : - des moyens d'évaluation pour évaluer une dangerosité des obstacles détectés à partir des paramètres précités ; et - des moyens de classification pour classer les obstacles détectés en fonction de leur dangerosité. Ce mode de réalisation peut être utilisé pour fournir au système avionique des informations spécifiques ou des alertes en fonction de la dangerosité des obstacles détectés. Par exemple, en cas d'urgence, la plateforme aéroportée peut entreprendre automatiquement une manoeuvre pour éviter la collision. Dans un mode de réalisation particulier, la première liaison point à point dédiée est une liaison Ethernet à duplex complet (Full Duplex), les données représentant les signaux numériques générés par les antennes de réception étant encapsulées dans des trames Ethernet. Cette solution est facile à mettre en oeuvre et peu couteuse. Elle permet également l'utilisation de longs câblages entre l'unité centrale et les capteurs. Dans un mode de réalisation particulier, au moins une unité centrale comprend en outre des moyens de filtrage pour filtrer les signaux reçus correspondant aux échos réfléchis par l'enveloppe de la plateforme aéroportée en fonction d'au moins un desdits paramètres d'obstacles représentatif de cette enveloppe. Cette solution améliore considérablement la détection des obstacles lorsque des parties de l'enveloppe de la plateforme aéroportée sont dans le champ de vision des capteurs. Par exemple, les moyens de filtrage peuvent être conçus pour annuler les échos provenant des pales, sur la base de leur distance spécifique, lorsque l'invention est mise en oeuvre sur un hélicoptère. Dans un mode de réalisation particulier, les antennes de réception sont agencées dans les unités de capteur pour permettre en outre la mesure de l'élévation des obstacles, les paramètres calculés d'un obstacle détecté comprenant également son élévation. Cette solution permet de localiser angulairement les obstacles détectés en azimut et en élévation. Dans un mode de réalisation particulier, au moins une unité 35 centrale comprend en outre des moyens de fusion pour fusionner les obstacles détectés par au moins deux capteurs radar FMCW différents.

Les unités de capteur sont placées à l'extérieur de la plateforme aéroportée, et sont exposées à des contraintes environnementales rigoureuses, telles que des températures faibles et élevées, particulièrement à proximité des moteurs. Dans un mode de réalisation particulier, au moins un capteur radar FMCW comprend en outre des moyens pour se désactiver si la température dans le capteur passe au-dessus d'un seuil déterminé. Cette solution permet l'utilisation de composants électroniques non durcis dans les capteurs, tout en évitant qu'une chaleur excessive ne provoque la fourniture de signaux erronés à l'unité centrale, lesquels pourraient à leur tour générer des alertes erronées. Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de traitement de l'unité centrale prennent en compte au moins un paramètre de vol pour détecter les obstacles. Par exemple, l'altitude de la plateforme peut être prise en compte pour améliorer la détection de fouillis d'échos. En outre, le vecteur vitesse de la plateforme peut être pris en considération dans la détermination de la dangerosité des obstacles détectés. Dans un mode de réalisation particulier, le système comprend des moyens pour détecter qu'au moins un capteur radar FMCW est obstrué, 20 par exemple par de la glace. Cette solution permet la détection d'un dysfonctionnement du système. Dans un mode de réalisation particulier, au moins un capteur radar FMCW est alimenté par l'unité centrale. La puissance peut être de préférence fournie à travers une ligne dédiée, pour se conformer à des 25 spécifications ECM spécifiques. Dans un mode de réalisation particulier, l'unité centrale comprend des moyens pour envoyer à au moins un desdits capteurs radar FMCW une commande pour désactiver la transmission du capteur. Cette solution s'applique notamment avantageusement lorsqu'un autre radar ou d'autres 30 capteurs sont utilisés sur la plateforme. Le fonctionnement des capteurs radar FMCW de l'invention peut reprendre très rapidement car seuls les composants radio sont désactivés. La commande peut être envoyée par l'intermédiaire de la première liaison point à point dédiée ou non.

Dans un mode de réalisation particulier, les antennes du système de protection sont des antennes planaires (patch antenna en anglais) (antennes « patch »), offrant une solution légère et robuste.

Brève présentation des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortent de la description donnée ci-dessous en référence aux dessins joints qui illustrent une mise en oeuvre non limitative de la présente invention. Sur les figures : - la figure 1 représente un exemple d'une plateforme aéroportée avec quatre capteurs radar FMCW sur sa surface ; - la figure 2 représente un schéma de principe d'un système de protection selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; - la figure 3 représente un schéma de principe d'un capteur du système de protection de la figure 2; - la figure 4 représente un schéma de principe d'une unité centrale du système de protection de la figure 2; - la figure 5 illustre la synchronisation utilisée dans un mode de réalisation particulier de l'invention ; - la figure 6 illustre le fonctionnement sans perturbation mutuelle de deux unités de capteur radar FMCW; et - la figure 7 représente sous forme d'organigramme les étapes principales d'un mode de réalisation particulier d'un procédé de détection de l'invention.

Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente une plateforme aéroportée 111 (un hélicoptère) avec quatre capteurs radar FMCW 101 à 104 identiques sur la 30 surface de la plateforme aéroportée. La figure 2 représente un système de protection 100 pour protéger la plateforme aéroportée de la figure 1 contre des collisions avec des obstacles selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention. Le système de protection 100 comprend : 35 - une unité centrale 110 ; et - quatre capteurs radar FMCW identiques 101 à 104 identiques, parmi huit capteurs que l'unité centrale peut supporter. Dans cette mise en oeuvre, chaque capteur radar 101 à 104 est connecté à l'unité centrale 110 par une gaine comprenant une liaison d'alimentation PWRi, une liaison RS422 différentielle SYNCi, une liaison Ethernet ETHi et une liaison MISi de signaux discrets, comme détaillé ci-dessous en référence aux figures 2 et 3. En fait, dans la mise en oeuvre décrite ici, l'unité centrale 110 alimente chaque capteur radar FMCW 101 à 104 par l'intermédiaire de la liaison d'alimentation dédiée mentionnée ci-dessus. L'unité centrale 110 possède des moyens de transmission pour transmettre, au système avionique de la plateforme aéroportée 111, des données représentant les obstacles détectés et leurs paramètres (vitesse radiale, plage de distance, plage d'azimut, ...).

Dans ce mode particulier de mise en oeuvre, le système avionique est une interface homme-machine dédiée IHM 109, connectée à l'unité centrale sur une interface d'affichage et audio. Dans une autre mise en oeuvre, le système avionique est une IMA (Integrated Modular Avionics) 112, connectée à l'unité centrale sur une 20 interface ARINC 429. Comme montré sur la figure 4, l'unité centrale 110 reçoit sa puissance de l'alimentation de la plateforme aéroportée 111 par l'intermédiaire de l'interface d'alimentation 353, où elle est protégée et filtrée en fonction des caractéristiques de l'alimentation de la plateforme 25 aéroportée. Une unité d'alimentation interne 304 génère des alimentations secondaires à partir de ladite alimentation filtrée. En particulier, l'unité d'alimentation interne 304 fournit l'alimentation à huit capteurs 101 à 108 maximum par l'intermédiaire des interfaces 341 à 348. Cela permet la fourniture d'une alimentation protégée et filtrée à chaque capteur, évitant 30 des composants électroniques supplémentaires et un coût associé dans le capteur. La figure 7 représente sous une forme d'organigramme les étapes principales d'un mode de réalisation particulier d'un procédé de détection de l'invention. 35 Plus particulièrement : - chaque capteur du système de protection met en oeuvre un premier processus composé des étapes S10 à S50 et un deuxième processus des étapes S60 à S80; - l'unité centrale met en oeuvre un premier processus des étapes 5 P10 à P70 et un deuxième processus des étapes P80 à P90. Dans la mise en oeuvre décrite ici, chaque capteur radar FMCW du système de protection détermine, à l'étape S10, un numéro d'indice unique en fonction de la valeur de certaines de ses entrées (MISi). Ces entrées sont fixées par le brochage du connecteur correspondant 10 terminant la gaine mentionnée ci-dessus, chaque connecteur de chaque gaine de capteur de radar ayant un brochage unique. Il s'agit d'un mécanisme de programmation par broche, bien connu de l'homme du métier. Chaque capteur radar FMCW mémorise ensuite cette valeur dans sa mémoire volatile 208. A cette étape S10, chaque capteur radar FMCW 15 acquiert également une valeur de retard AT fournie par l'unité centrale. AT est une constante commune au système de protection entier. Dans la mise en oeuvre décrite ici, la logique 200 de chaque capteur radar FMCW du système de protection détermine, à l'étape S20, un retard Ti correspondant audit numéro d'indice unique, selon la formule suivante : 20 Ti = i * AT, où i est le numéro d'indice du capteur SUi, et AT est ladite valeur de retard. Dans la mise en oeuvre décrite ici, chaque capteur radar FMCW 10i du système de protection attend alors à l'étape S30 un front montant sur 25 son entrée SYNCi. Dans la mise en oeuvre décrite ici, la logique 300 dans l'unité centrale 110 génère, à l'étape P10, une impulsion sur un signal de synchronisation SYNC à des intervalles de temps périodiques, et envoie ce signal de synchronisation simultanément à chaque capteur radar FMCW 30 par l'intermédiaire de ses liaisons RS422 différentielles SYNCi dédiées mentionnées ci-dessus. Dans la mise en oeuvre décrite ici, lorsque le capteur radar FMCW 10i du système de protection reçoit l'impulsion de synchronisation, elle attend pendant le temps Ti à une étape S40 avant d'émettre son signal 35 FMCW à une étape S50. Lorsque l'émission se termine, elle retourne alors à l'étape S30, et attend l'impulsion de synchronisation suivante.

Dans la mise en oeuvre décrite ici, le générateur de signal 210 dudit capteur radar FMCW génère un signal FMCW selon une forme d'onde en dents de scie, comme montré sur la figure 5. Le balayage montant est linéaire et l'amplificateur de puissance est coupé pendant le balayage descendant de sorte qu'aucun signal n'est émis par les antennes 230. L'amplificateur de puissance reste coupé jusqu'à ce qu'une nouvelle étape d'émission débute. Etant donné que chacun des capteurs radar FMCW fonctionne dans l'intégralité de ladite bande de fréquence, leurs signaux se superposent comme montré sur la figure 6. Le décalage temporel entre deux signaux de capteur radar FMCW 10i et 10j est un multiple de AT et est égal à AT * (i - j) dans la mise en oeuvre décrite ici. En conséquence, compte tenu de la forme d'onde en dents de scie, le décalage de fréquence est : AF = AT * (i - j) * B/Tramp. Où: - B est la largeur de bande de la forme d'onde, couvrant l'intégralité de la bande de fréquence de système commençant à fi-mn et se terminant à fmax. - Tramp est la durée d'une rampe de balayage montant de la dent de scie, - AF est le décalage de fréquence, et - AT est ladite valeur de retard délivrée par l'unité centrale. Le décalage de fréquence minimal entre deux capteurs radar FMCW est égal à AF = AT * B/Tramp. La valeur de retard AT est déterminée de sorte que ledit décalage 25 de fréquence minimal : AF » Fc, où Fc est la fréquence de coupure des chaînes de réception 211, 212, 213. Cette relation de conception complétée par - la logique 300 de l'unité centrale, permettant de générer une impulsion sur le signal de synchronisation SYNC, 30 - la liaison SYNCi entre l'unité centrale et chaque capteur radar 10i, permettant d'envoyer le signal de synchronisation simultanément à chaque capteur radar FMCW, - le brochage unique du connecteur de terminaison de gaine de chaque capteur radar 10i, permettant d'identifier son indice unique, 35 et - la logique 200 de chaque capteur radar 10i, permettant de déterminer un retard Ti pour débuter l'émission de son signal FMCW après la réception du signal de synchronisation, contribuent à garantir que tous les capteurs radar FMCW du système 5 peuvent fonctionner dans l'intégralité de la bande de fréquence sans se perturber mutuellement. Dans la mise en oeuvre décrite ici, les moyens d'émission émettent un signal à la fréquence de porteuse de 10 GHz. Pour une bande passante de quelques dizaines de MHz, un Tramp de quelques centaines de ps et 10 une fréquence de coupure de quelques centaines de KHz, qui permettent de protéger une plateforme aéroportée contre une collision, il est possible de faire fonctionner simultanément 10 capteurs. Une autre mise en oeuvre peut utiliser une onde électromagnétique dans la plage de fréquence de [5 GHz; 18 GHz]. 15 En faisant référence à la figure 3, chaque capteur radar FMCW 10i comprend des moyens d'émission capables d'émettre une onde électromagnétique dans toute la région d'intérêt, la région d'intérêt étant celle dans laquelle on souhaite détecter des obstacles. Dans le mode de mise en oeuvre décrit, ces moyens d'émission 20 comprennent un générateur d'onde électromagnétique, un amplificateur 210 et une antenne d'émission 230. Dans la mise en oeuvre décrite ici, l'antenne d'émission 230 rayonne dans un volume angulaire de 90° en horizontal et 90° en vertical avec son lobe principal. 25 Dans la mise en oeuvre décrite ici, l'amplificateur d'un capteur radar FMCW donné peut être désactivé sur demande de l'unité centrale 110. Pour réaliser cela, l'unité centrale 110 envoie une commande « RF OFF» au capteur radar 10i en utilisant sa liaison ETHi dédiée mentionnée ci-dessus. 30 Cette commande est interprétée par la logique de contrôle 200 de capteur qui active à son tour un signal vers le générateur 210 afin de couper son amplificateur de puissance d'antenne. Afin de reprendre le fonctionnement de 10i, une commande « RF ON » est émise par l'unité centrale 110 vers 10i, sur sa liaison ETHi dédiée. 35 Dans la mise en oeuvre décrite ici, chaque capteur de radar FMCW comprend 3 antennes de réception, 231, 232, 233, capables de recevoir, à l'étape S60, les signaux analogiques renvoyés en écho de toute la région d'intérêt.

Dans la mise en oeuvre décrite ici, les antennes d'émission 230 et de réception 231, 232, 233 sont des antennes planaires (patch antenna en anglais) agencées en matrice 2 par 2, comme les quatre coins d'un carré. La longueur du côté du carré est égale à la moitié de la longueur d'onde de sorte que l'élévation et l'azimut peuvent être calculés selon l'étape P50 décrite en détail ci-dessous sans ambiguïté angulaire. Chaque antenne, de réception et d'émission, couvre un volume angulaire de 90° en horizontal et de 90° en vertical avec son lobe principal. Chaque signal analogique RSIG; reçu à l'étape S60 à la sortie de 15 chaque antenne de réception 231, 232, 233 est fourni à l'étape S70 en tant qu'entrée vers une chaîne de réception 211 comprenant : - un récepteur homodyne, connu de l'homme du métier, pour une démodulation et un filtrage passe bas, et - un convertisseur analogique-numérique pour une conversion en un 20 signal numérique appelé données brutes (numérisation). Dans la mise en oeuvre décrite ici, la commande logique 200 arrange les données brutes en trames de 1500 octets de long, selon l'organisation qui suit : - état de capteur de radar FMCW 25 - numéro de rampe FMCW - données brutes de l'antenne de réception #1 - données brutes de l'antenne de réception #2 - données brutes de l'antenne de réception #3 - espace réservé 30 L'interface Ethernet 201 transmet ensuite ces trames à une étape S80 par l'intermédiaire de la liaison Ethernet mentionnée ci-dessus en utilisant un contrôleur MAC et une interface PHY de type 100 BASE-TX avec 2 paires de cuivre. Seule cette partie du protocole Ethernet est mise en oeuvre, et aucune table AFT de correspondance (table de 35 réacheminement d'adresse) n'est utilisée. Les trames sont reçues par l'unité centrale 110 sur une interface Ethernet dédiée 31i.

Dans cette mise en oeuvre, tous les capteurs radar FMCW utilisent la même adresse, étant donné que chaque liaison de l'unité centrale 110 au capteur 10i est un réseau Ethernet indépendant en lui-même.

Dans la mise en oeuvre décrite ici, la trame Ethernet contenant les données brutes provenant des 3 antennes et échantillonnée pendant une rampe FMCW est transmise en moins de 150 microsecondes, ce qui est inférieur à la durée de rampe FMCW. Cela permet à chaque capteur radar 10i de transmettre les données brutes d'une rampe tout en échantillonnant les données brutes de la rampe suivante. En faisant référence à la figure 4, dans la mise en oeuvre décrite ici, l'unité centrale 110 reçoit les données brutes de chaque capteur radar FMCW par l'intermédiaire d'une liaison ETHi connectée à une interface dédiée 311 composée d'un émetteur-récepteur PHY (transceiver en anglais) et d'un contrôleur MAC, et la logique de contrôle 300 mémorise les données brutes correspondantes dans une mémoire volatile 308. L'émetteur-récepteur PHY (transceiver en anglais) et le contrôleur MAC pour chaque liaison ETHi constituent les moyens de réception pour recevoir, par l'intermédiaire de chaque liaison point à point dédiée, les 20 données brutes envoyées par chaque capteur de radar FMCW. Dans cette mise en oeuvre, les échantillons de données brutes FMCW sont mémorisés d'abord en fonction de la rampe FMCW à laquelle ils appartiennent, ensuite en fonction de leur capteur de radar FMCW 10i, ensuite en fonction de leur antenne de réception, et ensuite en fonction 25 de l'indice d'échantillon dans la rampe FMCW. En termes d'adresse de mémoire physique, cela correspond à la concaténation du numéro de rampe FMCW, de l'indice unique de capteur radar FMCW, du numéro d'antenne de réception et de l'indice de l'échantillon dans la rampe FMCW. 30 Selon l'invention, l'unité centrale 110 applique un filtrage distance et Doppler à l'étape P30 aux données de domaine temporel extraites de chaque liaison Ethernet ETHi. A la sortie de l'étape P30, les données sont dans le domaine fréquentiel bidimensionnel, dont les axes correspondent à une plage et à une vitesse radiale.

Dans la mise en oeuvre décrite ici, ce filtrage est effectué grâce à deux transformations de Fourier rapides (FFT) consécutives, une technique connue de l'homme du métier. Dans un mode de réalisation préféré, une fenêtre de pondération 5 est également appliquée pour réduire le masquage de petits obstacles par des réflexions de grands objets. Les coefficients de fenêtre sont appliqués : - premièrement, par une multiplication complexe sur les données de domaine temporel, avant la FFT en distance 10 - deuxièmement, par une multiplication complexe sur les données de domaine de distance, avant la deuxième FFT A l'étape P40, l'unité centrale 100 effectue une détection d'obstacles potentiels en utilisant, dans le mode de mise en oeuvre décrit ici, un détecteur à taux de fausses alarmes constant (CFAR). Cette 15 technique générale qui est bien connue de l'homme du métier comprend l'application d'un seuil en amplitude aux données du domaine distance vitesse radiale pour chacune des chaînes de réception. La valeur de seuil est ajustée en fonction du niveau de bruit. Dans un mode de réalisation préféré, le seuil adaptatif est estimé 20 en prenant en compte la vitesse et l'altitude de la plateforme aéroportée. Par exemple : - Le niveau de seuil peut être augmenté si l'altitude de la plateforme aéroportée est augmentée. La raison est qu'à altitude élevée, les obstacles dangereux sont également plus élevés, et soient ainsi plus faciles à 25 discriminer d'un fouillis d'échos de sol. - Le niveau du seuil est diminué lorsque la vitesse augmente. La raison est qu'à plus haute vitesse, et afin de fournir un temps d'alerte suffisant, la non détection n'est autorisée que pendant un temps court. Aussi la probabilité de détection sera favorisée par rapport à la probabilité de 30 fausse alarme. Les FFT de plage et Doppler et leurs fenêtres associées, ainsi que l'algorithme CFAR avec son seuil adaptatif, sont exécutés aux étapes P30 et P40 par la logique 300 et sa mémoire volatile 308. Ces algorithmes et ces moyens matériels constituent les moyens de traitement pour détecter 35 des obstacles dans le champ de vision des capteurs radar FMCW.

A l'étape P50, l'unité centrale 110 exécute une extraction d'azimut et d'élévation. Dans la mise en oeuvre décrite ici, l'étape de détection P40 fournit trois entrées à cette étape, une par chaîne de réception, à partir desquelles les angles horizontal et vertical des obstacles sont calculés sur le principe de monopulse de phase, comme cela est connu de l'homme du métier. Dans un autre mode de réalisation possible de l'invention, ces angles horizontal et vertical des obstacles sont calculés sur le principe de monopulse d'amplitude, comme cela est connu de l'homme du métier.

Dans la mise en oeuvre décrite ici, à l'étape P60, l'unité centrale 110 groupe, ensemble, les détections élémentaires en fonction d'un critère de voisin le plus proche pour former des groupes qui sont caractérisés par une liste d'attributs. Dans la mise en oeuvre décrite ici, cette liste d'attributs comprend la valeur moyenne et l'écart type de la plage de distance, de la vitesse radiale, de la plage d'élévation et de la plage d'azimut de l'obstacle. Dans la mise en oeuvre décrite ici, à l'étape P70, l'unité centrale 110 crée une liste de pistes TRA; pour chaque capteur 10i, en évaluant la cohérence dans le temps du déplacement du groupe comparé à sa liste d'attributs. Les étapes élémentaires de cette procédure de suivi sont connues d'un homme du métier et impliquent généralement : - l'évaluation de la corrélation entre des groupes reçus et des pistes précédemment existantes - l'attribution de groupes et de pistes correspondantes sur la base d'un critère de voisin le plus proche - la mise à jour des paramètres de pistes avec les attributs du groupe attribué - la création de nouvelles pistes lorsqu'aucune piste existante ne peut être attribuée à un groupe - l'effacement des pistes lorsque aucun groupe ne peut leur être attribué. Dans la mise en oeuvre décrite ici, l'unité centrale 110 fusionne, à l'étape P80, les pistes qui sont reçues des capteurs radar FMCW en une liste unique d'obstacles détectés en fonction d'un critère de voisin le plus 35 proche.

Dans un mode de réalisation préféré, ce critère de voisin le plus proche est appliqué dans les trois dimensions d'un référentiel cartésien. L'extraction d'azimut et d'élévation, ainsi que les algorithmes de groupement, de pistage (tracking en anglais) et de fusion, sont exécutés 5 aux étapes P50 et P60 par la logique 300 et sa mémoire volatile 308. Ces algorithmes et ces moyens matériels constituent les moyens de calcul pour calculer des paramètres pour chaque obstacle détecté, ces paramètres comprenant, dans cette mise en oeuvre, la valeur moyenne et l'écart type de la plage de distance, de la vitesse radiale, de la plage d'élévation et de 10 la plage d'azimut des obstacles. Dans la mise en oeuvre décrite ici, à l'étape P85, l'unité centrale 110 calcule une proximité géographique et un temps jusqu'à l'impact à partir de la liste d'obstacles et de leurs attributs et en particulier de leur distance et de leur vitesse radiale pour évaluer une dangerosité des obstacles. 15 Les obstacles détectés sont ensuite classés (étape E85) dans une catégorie définie par l'utilisateur en fonction de leur dangerosité sur la base d'un seuil défini par l'utilisateur. La mise en oeuvre actuelle utilise un test basé sur le critère de distance uniquement, et : - les obstacles proches sont classés comme dangereux et une 20 alarme est émise - les obstacles à distance intermédiaire sont classés comme potentiellement dangereux et un avertissement est émis - les obstacles à longue distance sont classés comme indicatifs et aucun signal n'est rapporté à l'équipage de la plateforme. 25 Les moyens de classification pour classer des obstacles détectés en fonction de leur dangerosité précédemment évaluée sont constitués dudit test et de la logique 300 et de sa mémoire volatile 308. A l'étape P90, l'unité centrale 110 génère et transmet au système avionique des données représentant les obstacles détectés et leurs 30 paramètres. Ces données peuvent être soit des alarmes vers l'IHM 109, soit des désignations de radar vers une IMA 112. Dans un mode de réalisation préféré, l'unité centrale transmet à l'IHM 109, par l'intermédiaire de l'interface 351, des alarmes émises par les moyens de classification et leurs paramètres comprenant une vitesse 35 radiale, une plage de distance, une plage d'azimut et un niveau de dangerosité de chaque obstacle détecté classé comme « alarme » ou « avertissement », par l'intermédiaire de la liaison RS422 série de sorte qu'il puisse être représenté en conséquence sur un afficheur. L'unité centrale envoie également des données représentant une commande de « son d'alarme » ou de « son d'avertissement » par l'intermédiaire de deux liaisons discrètes allant vers ladite IHM, afin que ladite IHM génère le son approprié dans le casque du pilote. La liaison RS422 série et les liaisons audio discrètes constituent les moyens de transmission pour transmettre, au système avionique (109, 112) de la plateforme aéroportée (111), les données représentant les 10 obstacles détectés et leurs paramètres. Dans une autre mise en oeuvre, l'unité centrale transmet, par l'intermédiaire de l'interface 352, des désignations de radar et leurs paramètres à l'IMA 112 de la plateforme aéroportée, sur une liaison ARINC 429 à haut débit. Les désignations de radar sont des données 15 représentant les obstacles détectés avant que le filtrage de dangerosité soit appliqué, de sorte que ladite IMA doit effectuer ses propres évaluation et classification de dangerosité afin de générer les alertes visuelles et sonores appropriées. Dans cette autre mise en oeuvre, les désignations de radar et leurs 20 paramètres transmis à l'IMA 112 pour chaque obstacle détecté sont : - la vitesse radiale - la plage de distance - la plage d'azimut - la plage d'élévation 25 - l'indice de capteur de radar FMCW - le rapport signal à bruit de l'obstacle Cela permet la transmission de 40 désignations de radar au maximum à l'IMA sur la liaison ARINC 429 avec une quantité suffisante de bits de réserve pour des évolutions futures. 30 Dans la mise en oeuvre décrite ici, l'unité centrale 110 filtre les échos qui sont réfléchis par l'enveloppe de la plateforme en fonction de leurs attributs de plage et de vitesse radiale. A une étape P30, le filtrage de distance et Doppler est ensuite effectué en appliquant des masques dans le domaine de distance vitesse radiale, lequel empêche les détections 35 de ces parties de l'enveloppe.

Ces masques sont spécifiques à chaque plateforme aéroportée, et sont mémorisés dans la mémoire non volatile 308 de l'unité centrale 110. En tant qu'exemple, si un capteur a une partie de la plateforme aéroportée dans son champ de vision, alors le masque correspondant filtrera toutes les détections apparaissant à la distance de cette partie. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, ce filtrage est appliqué à l'étape de suivi P70 en rejetant les pistes qui correspondent à des emplacements d'éléments de plateforme définis dans les paramètres de configuration.

Dans la mise en oeuvre décrite ici, l'unité centrale 110 détecte l'obstruction possible d'un des capteurs FMCW en surveillant, à l'étape de suivi P70, le niveau d'énergie du tout premier écho selon la dimension distance et à vitesse radiale nulle. Cet écho correspond en effet à la réflexion du radôme d'antenne et est à un niveau d'énergie constant lors d'un fonctionnement dans des conditions nominales. A chaque fois qu'un élément obstruant est présent sur le radôme, le niveau de cette réflexion change. En revenant à la figure 3, dans cette mise en oeuvre, chaque capteur radar 10i reçoit son alimentation de l'unité centrale 110, par l'intermédiaire de son interface 204. Dans la mise en oeuvre décrite ici, chaque capteur radar FMCW 10i coupe son unité de puissance 204 dès que sa température interne dépasse +85 °C, de sorte que tous les composants électroniques, à l'exception d'un commutateur de température 205, peuvent être choisis parmi les composants de classe industrielle standard afin de réduire le coût récurrent de la solution. Une fois que la température interne passe au-dessous de +80 °C, le commutateur de température 205 rétablit la puissance pour le reste des composants électroniques, et le capteur de radar FMCW redevient opérationnel. L'hystérésis de la température stabilise le système en ce que le capteur radar FMCW n'est pas arrêté et redémarré sans cesse autour de la température de seuil. Dans la description ci-dessus, une seule unité centrale 110 a été présentée. Dans un autre mode de réalisation, au moins deux unités centrales pourraient être utilisées, chaque unité centrale est connectée à ses propres capteurs, permettant un plus grand nombre total de capteurs.

Les capteurs sont exactement identiques à ceux pour la mise en oeuvre préférée. Une des unités est configurée en tant que « Maître », et l'autre en tant que « Esclave ». L'unité esclave reçoit le signal SYNC de l'unité maître et achemine ce signal vers ses propres unités de capteur. L'unité maître reçoit des données de l'unité esclave par l'intermédiaire d'une liaison Ethernet. Dans l'autre mise en oeuvre décrite ici, chaque capteur de radar FMCW détermine, à l'étape S10, un numéro d'indice unique de la manière décrite ci-dessus pour la mise en oeuvre préférée, excepté que le brochage du connecteur correspondant sera choisi de sorte que le numéro d'indice soit unique dans le système entier, quelle que soit l'unité de traitement à laquelle le capteur est connecté. Lorsque l'unité centrale maître génère une impulsion de synchronisation sur le signal SYNC (étape P10), cette impulsion est alors reçue simultanément par chaque capteur dans le système, quelle que soit l'unité de traitement à laquelle il est connecté. Cela permet aux deux unités centrales d'envoyer la même impulsion synchronisée à tous les capteurs, de sorte qu'ils peuvent tous fonctionner, 20 ensemble, dans l'intégralité de leur bande de fréquence, sans être perturbés par leurs capteurs radar FMCW voisins. Chaque unité de traitement reçoit, traite et calcule ensuite les paramètres de chaque obstacle détecté. L'unité esclave transmet les données d'obstacle à l'unité maître par l'intermédiaire de la liaison 25 Ethernet décrite ci-dessus. L'unité maître fusionne ensuite les obstacles obtenus de tous les capteurs dans le système, et transmet les données résultantes représentant les obstacles détectés et leurs paramètres, au système avionique de la plateforme aéroportée.

Claims (14)

1. REVENDICATIONS1. Système de protection (100) pour protéger une plateforme aéroportée (111) contre des collisions avec des obstacles, ledit système 5 comprenant : - au moins une unité centrale (110) ; - au moins deux capteurs radar FMCW (10i) identiques sur la surface de ladite plateforme aéroportée et conçus pour fonctionner dans l'intégralité d'une bande de fréquence, chaque dit capteur radar FMCW étant connecté à ladite unité centrale par l'intermédiaire d'une première liaison point à point dédiée (ETHi), et comprenant : - au moins une antenne d'émission (230) pour émettre (S50) un signal FMCW; - au moins deux chaînes de réception, chaque chaîne comprenant 15 une antenne de réception (231, 232, 233) pour générer un signal reçu à partir des échos (S60) réfléchis par au moins l'un desdits obstacles, et des moyens (211) pour démoduler, filtrer et numériser (S70) ledit signal reçu en un signal numérique, lesdites antennes de réception étant agencées pour permettre la mesure (P50) au moins de l'azimut dudit au moins un 20 obstacle ; et - des moyens d'envoi (201) pour envoyer à ladite unité centrale (110) les données (S80) représentant lesdits signaux numériques par l'intermédiaire de ladite première liaison point à point dédiée ; - ladite au moins une unité centrale (110) comprenant : - des moyens de réception (31i) pour recevoir, par l'intermédiaire de chaque dite première liaison point à point dédiée, lesdites données (P20) envoyées par chaque dit capteur radar FMCW; - des moyens de traitement (300, 307, 308) pour traiter lesdites données pour détecter (P40) lesdits obstacles dans le champ de vision 30 desdits capteurs radar FMCW; - des moyens de calcul (300, 307, 308) pour calculer des paramètres (P50) pour chaque dit obstacle détecté, lesdits paramètres comprenant au moins la vitesse radiale, la plage de distance et la plage d'azimut dudit obstacle ; et - des moyens de génération et de transmission pour générer et transmettre, à un système avionique (109, 112) de ladite plateforme aéroportée (111), des données (P90) représentant lesdits obstacles détectés et leurs dits paramètres ; et - des moyens de synchronisation pour garantir que lesdits signaux FMCW émis par lesdites antennes d'émission sont décalés dans le temps pour créer un décalage de fréquence qui est suffisant pour garantir que chaque dit capteur de radar FMCW fonctionne dans l'intégralité de ladite bande de fréquence sans être perturbé par ses capteurs radar FMCW voisins.
2. 2. Système de protection selon la revendication 1, dans lequel 10 lesdits moyens de synchronisation comprennent : - des moyens de ladite unité centrale (110) pour envoyer simultanément un signal de synchronisation à chacun desdits capteurs radar FMCW; et - des moyens (200, 202, 203) desdits capteurs radar FMCW pour déterminer un délai (S20) d'attente (S40) avant de lancer l'émission dudit 15 signal FMCW après la réception dudit signal de synchronisation (S30).
3. 3. Système de protection selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ladite unité centrale envoie ledit signal de synchronisation auxdits capteurs radar FMCW par l'intermédiaire d'une deuxième liaison point à point 20 dédiée (SYNCi) différente de ladite première liaison point à point dédiée (ETHD, chaque dite deuxième liaison point à point dédiée étant une ligne différentielle.
4. 4. Système de protection selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 3, comprenant en outre : - des moyens d'évaluation (300, 307, 308) pour évaluer une dangerosité (P85) desdits obstacles détectés à partir desdits paramètres ; et - des moyens de classification (300, 307, 308) pour classifier (P85) lesdits obstacles détectés en fonction de leur dangerosité.
5. 5. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite première liaison point à point dédiée est une liaison Ethernet à duplex intégral (dite full-duplex en anglais), lesdites données étant encapsulées dans des trames Ethernet.
6. 6. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite au moins une unité centrale comprend en outre des moyens de filtrage (300, 307, 308) pour filtrer lesdits signaux reçus dus aux échos réfléchis par l'enveloppe de 5 ladite plateforme aéroportée en fonction d'au moins l'un desdits paramètres de ladite enveloppe.
7. 7. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdites antennes de réception sont agencées dans ledit capteur pour permettre en outre la mesure de l'élévation dudit au moins un obstacle, lesdits paramètres de chaque dit obstacle détecté comprenant également son élévation.
8. 8. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite au moins une unité centrale comprend en outre des moyens de fusion (300, 307, 308) pour fusionner lesdits obstacles détectés par au moins deux dits capteurs radar FMCW différents.
9. 9. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins l'un desdits capteurs radar FMCW comprend en outre des moyens (205) pour se désactiver si la température à l'intérieur de ce capteur est supérieure à un seuil déterminé.
10. 10. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement prennent en compte au moins un paramètre de vol pour détecter lesdits obstacles.
11. 11. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour détecter qu'au moins l'un desdits capteurs radar FMCW est obstrué.
12. 12. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins un dit capteur de radar FMCW est alimenté par ladite unité centrale.
13. 13. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite unité centrale comprend des moyens pour envoyer à au moins l'un desdits capteurs radar FMCW une commande pour désactiver les composants radio d'émission dudit capteur.
14. 14. Système de protection selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que lesdites antennes sont des antennes planaire (patch antenna en anglais).