FR3041766A1

FR3041766A1 - Procede de localisation passive d'emetteurs electromagnetiques au sol, utilisation, et dispositif associe

Info

Publication number: FR3041766A1
Application number: FR1501983A
Authority: FR
Inventors: Patrick Garrec; Pascal Cornic; Jean Michel Quellec
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2015-09-25
Publication date: 2017-03-31
Anticipated expiration: 2035-09-25
Also published as: FR3041766B1

Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de localisation passive d'un émetteur (20) mis en œuvre par un dispositif de localisation passive embarqué sur une plateforme aéroportée. Le dispositif comprend au moins un module de calcul et au moins un capteur (10). La plateforme comprend au moins une centrale inertielle et un moyen configuré pour fournir au moins une donnée de localisation de la plateforme. Suivant l'invention, le procédé comprend une étape d'estimation des angles d'élévation et d'azimut d'une onde reçue par le capteur à un instant prédéterminé, d'estimation de la localisation de la plateforme audit instant prédéterminé et de calcul des coordonnées de l'émetteur et une étape itérative d'estimation des angles d'élévation et d'azimut de l'onde reçue par le capteur, d'estimation du déplacement de la plateforme entre l'estimation précédente et l'estimation courante, de calcul des coordonnées de l'émetteur et d'intégration des coordonnées calculées en tenant compte du déplacement de la plateforme.

Description

PROCEDE DE LOCALISATION PASSIVE D’EMETTEURS ELECTROMAGNETIQUES AU SOL, UTILISATION, ET DISPOSITIF ASSOCIE

La présente invention concerne le domaine de la surveillance au sol. Elle concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif de localisation passive d’émetteurs électromagnétiques au sol à partir d’une plateforme aéroportée ainsi que son utilisation.

Les systèmes de détection et de localisation passive ont pour but de détecter le rayonnement d’émetteurs électromagnétiques et de les localiser. Ces systèmes de détection peuvent mettre en œuvre le principe de triangulation entre lignes de visée en utilisant plusieurs mesures goniométriques de rayonnements émis par les émetteurs à localiser. Deux unités de détection, par exemple deux plateformes aéroportées, équipées de capteurs de Mesure de Renseignement Électronique (ou MRE), également connu sous le sigle anglo-saxon ESM pour * Electronic Support Measures*, sont espacés d’une distance suffisante pour que les directions de détection estimées se croisent et permettent une mesure de la distance à l’intersection des droites définies par les positions des unités de détection et les angles d’arrivée de l’onde interceptée (ou AOA pour *Angle Of Arrivai*). Ces systèmes peuvent mettre en jeu des moyens de goniométrie simple ou des moyens d’interférométrie. Dans ce dernier cas, la précision de la mesure angulaire et la précision de la mesure de distance sont améliorées.

Un inconvénient de cette méthode est que la mesure dépend de la position relative des deux unités de détection et de la cible. Si par exemple les trois positions sont alignées, la distance n’est pas mesurable. De même, si l’angle formé par les deux unités de détection et l’émetteur à localiser est faible, la mesure de distance est peu précise. Cette méthode de triangulation est une technique qui donne de bons résultats à condition que la disposition géométrique du système de détection soit suffisamment ouverte. De plus, cette technique de détection nécessite une synchronisation d’horloge très précise entre les unités de détection.

Une autre technique connue de l’art antérieur consiste à utiliser des mesures de différence de temps d’arrivée (ou TDOA pour * Time Différence

Of Arrivai* selon la terminologie anglo saxone) pour localiser les émetteurs électromagnétiques. Cette méthode est proche de la méthode précédemment décrite mais utilise, pour la triangulation, la différence des temps d’arrivée d’une même émission sur deux récepteurs. Cette méthode souffre des mêmes inconvénients que la technique précédemment décrite utilisant les angles d’arrivée des émissions interceptées

Il est également connu une méthode de localisation passive utilisant la différence de temps de passage de lobe entre deux récepteurs cependant, cette méthode est peu précise et nécessite que l’émetteur que l’on cherche à localiser balaie l’espace à vitesse constante, ce qui n'est pas toujours le cas.

Certains systèmes de localisation passive d’émetteurs utilisent les mesures de puissance reçue. Cette méthode est encore moins précise que la précédente méthode. Connaissant la puissance théorique d’un émetteur à localiser, comme un radar, il est théoriquement possible d’en déduire sa distance. Cette méthode est très sensible à l’orientation de l’antenne de l’émetteur, ainsi qu’aux réflexions et aux conditions de propagation en général.

Parmi les méthodes de localisation passive d’émetteurs électromagnétiques on peut également citer la localisation dans un plan horizontal par défilement. Cette mesure se rapproche de la première méthode présentée, avec simplement une mise en mémoire des diverses positions de détection et un déplacement du moyen d’analyse.

Il est également possible de combiner les différentes méthodes décrites précédemment mais au prix d’une complexité accrue.

De façon générale, l’ensemble des techniques qui précèdent ne prend pas en compte la mesure d’élévation, ce qui introduit un biais sur les mesures d’azimut.

La demande de brevet américaine US 5 457 466 A (Emitter azimuth and élévation direction finding using only linear interferometer arrays) traite la correction des erreurs en azimut. Ce document utilise le fait que l’élévation biaise la mesure d’azimut, et ceci différemment en fonction de la valeur de l’azimut vrai. Ceci revient à dire qu’avec un réseau linéaire horizontal en déplacement, la diversité de points de vue sur l’émetteur permet de sortir l’azimut et l’élévation sans ambiguïté. Par contre cette méthode nécessite des prises de mesures à des altitudes différentes, ce qui ne permet pas d’avoir ces informations en mode instantané. De plus cette technique oblige le porteur à changer en permanence d’altitude pendant sa route, s’il souhaite remettre à jour les informations de distance, ce qui n’est pas optimal vis-à-vis des différentes contraintes de la mission, en particulier pour la consommation de carburant.

Un but de l’invention est notamment de corriger tout ou partie des inconvénients précités en proposant une solution permettant une localisation précise, en trois dimensions, des émetteurs portés par une plateforme donnée, au sol ou à la mer, à partir d’un unique récepteur aéroporté. A cet effet l’invention a pour objet un procédé de localisation passive d’un émetteur électromagnétique mis en œuvre par un dispositif de localisation passive embarqué sur une plateforme aéroportée, ledit dispositif comprenant au moins un module de calcul et au moins un capteur de Mesure de Renseignement Électronique configuré pour délivrer un signal proportionnel à un angle d’arrivée en azimut et en élévation d’une onde électromagnétique émise par l’émetteur à localiser et reçue par le capteur, ladite plateforme comprenant au moins une centrale inertielle configurée pour délivrer des signaux proportionnels aux vitesses de déplacement de la plateforme sur les 3 axes et un moyen configuré pour fournir au moins une donnée de localisation de la plateforme, ledit procédé comprenant : - une étape Etp1 d’estimation des angles d’élévation 0eio et d’azimut 0azo d’une onde électromagnétique reçue par le capteur à un instant prédéterminé, d’estimation d’au moins une information sur la localisation de la plateforme aéroportée audit instant prédéterminé et de calcul instantané des coordonnées de l’émetteur électromagnétique, lesdites coordonnées étant obtenues en recherchant l’intersection avec la surface de la Terre d’une droite passant par le centre de phase du capteur et ayant les mêmes angles d’élévation et d’azimut que l’onde électromagnétique reçue, - une étape Etp2 itérative d’estimation des angles d’élévation 0ei(t) et d’azimut 6az(t) de l’onde électromagnétique reçue par le capteur, d’estimation du déplacement de la plateforme aéroportée entre l’estimation précédente et l’estimation courante, de calcul des coordonnées de l’émetteur et d’intégration sur le temps des coordonnées de l’émetteur calculées en tenant compte du déplacement de la plateforme.

Selon une variante de mise en oeuvre, les coordonnées (x0, yo, z0) de l’émetteur dans un repère orthonormé centré sur le centre de phase de la plateforme aéroportée à l'instant prédéterminé sont données par :

z0=h0 h0 étant la racine la plus grande de l’équation :

Avec :

Où : vx et vy représentent respectivement les composantes du vecteur vitesse selon l’axe des x et l’axe des y, h0 représente la hauteur de l’émetteur à localiser par rapport au centre de phase du capteur à l’instant prédéterminé,

θβιο représente l’angle d’élévation de l’émetteur à l’instant prédéterminé, 0azo représente l’angle d’azimut de l’émetteur à l’instant prédéterminé, 0ei(t) représente l’angle d’élévation de l’émetteur à un instant t, 0az(t) représente l’angle d’azimut de l’émetteur à un instant t, Δχ, Ay et Ah représentent les déplacements de la plateforme respectivement en abscisse, en ordonnée et en altitude entre l’instant prédéterminé et l’instant t.

Selon une variante de mise en œuvre, pendant l’étape Etp1, les coordonnées, par rapport au porteur, de l’émetteur électromagnétique sont calculées en utilisant un modèle de terre plane ou un modèle de terre sphérique et l’altitude de la plateforme aéroportée à l’instant prédéterminé.

Selon une variante de mise en œuvre, pendant l’étape Etp1, les coordonnées de l’émetteur électromagnétique sont calculées en utilisant un modèle numérique de terrain et les coordonnées de la plateforme aéroportée à l’instant prédéterminé.

Selon une variante de mise en œuvre, le capteur est une antenne réseau deux axes choisie parmi un interféromètre deux axes, une antenne mono impulsion, une antenne réseau à formation de faisceaux multiples ou une antenne active.

Selon une variante de mise en œuvre, l’étape Etp2 est stoppée lorsque les variations résiduelles du résultat de l’intégration sont inférieures à un seuil prédéterminé.

Selon une variante de mise en œuvre, lors de l’étape Etp2, plusieurs mesures successives sont intégrées.

Selon une variante de mise en œuvre, l’intégration est réalisée par une estimation prise parmi, une estimation de la moyenne, une estimation de la médiane ou par filtrage de type récursif ou non.

Selon une variante de mise en œuvre, le procédé comprend une étape Etp3 de test de convergence afin de tester si le résultat du calcul d'intégration de l'étape Etp2 converge, ledit calcul étant stoppé si le résultat ne converge pas au bout d'un nombre prédéterminé d'itérations.

Selon une variante de mise en œuvre, si le résultat ne converge pas au bout d'un nombre prédéterminé d'itérations, l’émetteur électromagnétique est considéré comme étant embarqué à bord d’une plateforme aéroportée. L’invention a également pour objet un dispositif de localisation passive d’un émetteur électromagnétique destiné à être embarqué sur une plateforme aéroportée, ladite plateforme comprenant au moins une centrale inertielle configurée pour délivrer un signal proportionnel au déplacement de la plateforme et un moyen configuré pour fournir au moins une donnée de localisation de la plateforme, ledit dispositif étant apte à mettre en œuvre le procédé de localisation selon une des revendications précédente et étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un capteur de Mesure de Renseignement Électronique configuré pour délivrer un signal proportionnel à l’angle d’arrivée en azimut et en élévation d’une onde électromagnétique émise par l’émetteur à localiser et reçue par le capteur et au moins un module de calcul configuré pour calculer les coordonnées de l’émetteur électromagnétique à localiser en recherchant l’intersection avec la surface de la terre d’une droite passant par le capteur et ayant les mêmes angles d’élévation et d’azimut que l’onde électromagnétique reçue, ledit module de calcul étant également configuré pour intégrer sur le temps les coordonnées de l’émetteur calculées en tenant compte du déplacement de la plateforme.

Un autre objet de l’invention est une utilisation du dispositif de localisation, précédemment décrit, pour une navigation autonome de la plateforme aéroportée, ledit dispositif localisant des émetteurs électromagnétiques dont les coordonnées sont préenregistrées dans au moins une zone mémoire du dispositif de localisation, la plateforme aéroportée comprenant un module de localisation configuré pour se repérer dans l'espace aérien en localisant des émetteurs électromagnétiques dont les coordonnées sont préenregistrées dans une zone mémoire du dispositif de localisation. L’invention peut trouver son application, par exemple, dans le domaine des systèmes multifonctions des antennes actives (ou AESA pour *Active Electronically Scanned Array* selon la terminologie anglo saxone) ou des interféromètres aéroportés de grandes performances. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, donnée à titre illustratif et non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

La figure 1 représente un exemple de capteur pouvant être utilisé dans le dispositif de localisation selon l’invention ;

La figure 2 illustre le principe de l’invention ;

Les figures 3 et 4 illustrent des résultats obtenus par le procédé selon l’invention.

Il convient de noter que l’utilisation du terme eau so/* désigne aussi bien une zone proche de la surface terrestre qu’une zone proche de la surface maritime.

La présente invention a pour objet un procédé de localisation passive d’émetteurs électromagnétiques au sol mis en œuvre par un dispositif de localisation passive destiné à être embarqué sur une plateforme aéroportée. La plateforme aéroportée peut être un aéronef, un drone ou tout type de plateforme équivalente.

On suppose que la plateforme aéroportée comprend une centrale inertielle configurée pour délivrer des signaux proportionnels aux vitesses de déplacement de la plateforme sur les trois axes, à savoir, l’axe vertical et sur les axes Nord-Sud et Est-Ouest et au moins un moyen configuré pour fournir une donnée de localisation de la plateforme. Ce moyen peut, par exemple, être un altimètre afin de délivrer un signal représentatif de l’altitude de la plateforme par rapport au sol. Il peut également s’agir d’un moyen de géolocalisation tel un terminal de positionnement par satellites apte à fournir les coordonnées de la plateforme. Suivant un autre mode de mise en œuvre la ou les données de position de la plateforme peuvent être fournies indirectement par une centrale inertielle. Par exemple, la ou les données de position peuvent être obtenues en ajoutant, aux coordonnées de la position de référence, les écarts de position calculés en intégrant les vitesses de déplacement sur les 3 axes des vitesses fournies par une centrale inertielle.

On suppose également que le dispositif de localisation passive comprend au moins un module de calcul et au moins un capteur de Mesure de Renseignement Électronique (ou ESM pour “Electronic Support Measure* selon la terminologie anglo saxone) configuré pour délivrer un signal proportionnel à l’angle d’arrivée en azimut et en élévation d’une onde électromagnétique reçue par le capteur. Ce capteur peut être une antenne réseau à deux axes de mesure comme, un réseau d’interférométrie deux axes, une antenne mono impulsion, une antenne réseau à formation de faisceaux multiples, une antenne active (ou AESA pour “Active Electronically Scanned Array* selon la terminologie anglo saxone) ou toute antenne équivalente permettant de d’effectuer des mesures d’angles selon deux axes.

Suivant un mode de réalisation particulier, le dispositif de localisation passive peut posséder sa propre centrale inertielle. A titre illustratif, la figure 1 représente un exemple de capteur 10 pouvant être utilisé dans le dispositif de localisation selon l’invention. Il s’agit d’une antenne réseau à deux dimensions, avec un intervalle dy entre chacun des éléments rayonnants 100 selon l’axe horizontal Oy et dz selon l’axe vertical Oz, l’axe Ox étant perpendiculaire au plan de l’antenne. Un émetteur situé par rapport à l’axe Ox à l’azimut 0azet à l’élévation 0ei produit entre deux éléments rayonnants 100 distants de dz dans le plan vertical un déphasage des signaux reçus égal à :

et entre deux éléments rayonnants 100 distants de dy dans le plan horizontal un déphasage des signaux reçus égal à:

La mesure de ces deux déphasages permet d’estimer les angles d’arrivée 0ei et 0az de l’onde électromagnétique reçue par l’antenne.

La figure 2 illustre le principe de l’invention. Afin de ne par surcharger la figure, la plateforme n'a pas été représentée, seul son capteur 10 a été représenté.

Dans cet exemple, on considère une plateforme aéroportée unique équipée d’un capteur MRE configuré pour délivrer des mesures de déphasage selon deux axes dont le faisceau est orienté vers le sol. On suppose que la plateforme aéroportée évolue avec une vitesse V sensiblement constante et à une altitude sensiblement constante par rapport au sol.

Au cours d'une étape Etp1, à un instant prédéterminé, que l'on prend comme référence, au moins un module de calcul du dispositif de localisation passive estime les angles d’élévation 0ei et d’azimut 0az, d’une onde électromagnétique émise par un émetteur électromagnétique 20 à localiser et reçue par ledit capteur 10 à partir des informations de déphasages délivrées par ce capteur 10. A ce même instant prédéterminé t=0, Le module de calcul estime également au moins une donnée de position de la plateforme aéroportée. Cette information peut être enregistrée dans une zone mémoire du module de calcul. Selon un mode de mis en œuvre, le module de calcul peut estimer l’altitude de la plateforme par exemple à partir de données fournies par un altimètre ou par une centrale inertielle. Selon un autre mode de mise en œuvre le module de calcul peut enregistrer le géopositionnement de la plateforme à partir d’informations délivrées par un terminal de positionnement par satellites comme par exemple un terminal GPS pour * Global Positioning System*. Le module de calcul peut également estimer la ou les données de position de la plateforme en combinant ces méthodes.

Les coordonnées de l’émetteur 20 électromagnétique à localiser, par rapport à la plateforme aéroportée, sont ensuite calculées par le module de calcul en recherchant l’intersection avec la surface de la Terre d’une droite passant par le centre de phase du capteur 10 et ayant les mêmes angles d’élévation 0eio et d’azimut 0azO que l’onde électromagnétique reçue par le capteur 10. A cet effet, le module de calcul peut utiliser différents modèles mathématiques de la Terre suivant le degré de précision souhaité et/ou suivant les informations de localisation dont il dispose. Ce module peut utiliser, par degré de précision croissant, un modèle de Terre plate, de Terre sphérique ou un modèle numérique de terrain (MNT). Suivant qu’il utilise un modèle un modèle de Terre plate, de Terre sphérique ou de terre définie par un MNT le module de calcul recherche l’intersection d’une droite avec un plan ou une sphère ou la surface définie par le MNT.

On suppose que le centre de phase de l’antenne se trouve en un point O à l'instant t=0 et on considère un émetteur 20 électromagnétique situé au sol en un point M de coordonnées (x0, yo, zo) dans un repère orthonormé centré sur le point O, (O, x, y, z).

Dans ce repère, les coordonnées de cet émetteur 20 à l’instant t=0 sont : (1) (2) (3)

Dans lesquelles:

Ro représente la distance radiale entre le centre de phase de l’antenne et l’émetteur à l’instant t=0, θβι représente l’angle d’élévation de l’émetteur à l’instant t=0, 0az représente l’angle d’azimut de l’émetteur à l’instant t=0, h0 représente la hauteur de l’émetteur par rapport à la plateforme aéroportée à l’instant t=0.

Ceci permet, si la hauteur h0 est connue, d’estimer de façon instantanée, à partir de la mesure des angles d’élévation 0ei et d’azimut 6az, la position x(t), y(t) et z(t) d’un émetteur à tout instant, en utilisant par exemple un modèle Terre plate ou sphérique et en recherchant simplement le point d’intersection entre la droite de direction d’arrivée caractérisée par les angles d’azimut et d’élévation, et le sol ou la mer.

Comme décrit précédemment, la hauteur ho peut, par exemple, être obtenue directement par la centrale inertielle du bord ou par l’altimètre. Dans ce cas, l’estimation de la distance radiale R(t) et par la suite celle de la

localisation 3D est grossière puisque la hauteur de l’émetteur 20 par rapport au sol ou à la mer est inconnue.

Cette mesure peut être affinée en utilisant un modèle numérique de terrain (MNT) associé aux données de géolocalisation de la plateforme aéroportée obtenues par la centrale inertielle du bord. Dans ce cas, tout en maintenant l’hypothèse d’un émetteur situé au niveau du sol ou de la mer, la forme réelle du terrain est utilisée pour rechercher l’intersection entre la droite de direction d’arrivée et le sol, ce qui améliore la mesure de distance radiale, et par suite la localisation 3D de l’émetteur 20 électromagnétique.

Cependant en configuration opérationnelle, la hauteur de l’émetteur à localiser est souvent faible par rapport à la distance entre l’émetteur 20 et le capteur 10 de la plateforme aéroportée. Ceci conduit à des angles à mesurer de valeurs extrêmement faibles par rapport au bruit de mesure, et augmente l’effet du bruit de mesure angulaire sur l’imprécision de la localisation 3D de l’émetteur électromagnétique.

Afin de pallier cet inconvénient et d’améliorer la précision de la localisation 3D de l’émetteur 20 électromagnétique, l’invention propose d’estimer cette localisation par une intégration récursive de la position initiale et de la position courante, en prenant en compte les données d’une centrale inertielle pour compenser les mouvements de la plateforme aéroportée pendant le temps d’intégration correspondant. A cet effet, le procédé selon l’invention comprend une étape itérative d’intégration sur le temps des coordonnées de l’émetteur 20 calculées en tenant compte du déplacement de la plateforme.

Au cours d'une étape Etp2, à chaque itération, le module de calcul estime les angles d’élévation 0ei(t) et d’azimut 0az(t) de l’onde électromagnétique reçue par le capteur (10) à partir des signaux de déphasage issus de ce capteur MRE 10. Il estime également les informations de déplacement de la plateforme aéroportée entre l’estimation précédente et l’estimation courante à partir des signaux délivrés par la centrale inertielle. Il calcule ensuite les coordonnées de l’émetteur (20) et intègre sur le temps ces coordonnées calculées en tenant compte du déplacement de la plateforme.

Si on considère de nouveau le cas précédent dans lequel la plateforme aéroportée évolue à vitesse constante et à altitude constante, d’une façon générale, à un instant t quelconque on a les relations suivantes : x(t) = R(t)cos(eel(t))cos(eaz(t)) (4) y(t) = R(t)cos(eei(t))sin(eaz(t)) (5) z(t) = h0 (6)

Dans lesquelles : x(t), y(t) et z(t) représentent les coordonnées de l’émetteur à localiser dans un repère orthonormé centré sur le centre de phase du capteur de la plateforme à un instant t ; R(t) représente la distance radiale de l’émetteur à localiser par rapport au centre de phase du capteur de la plateforme à un instant t, θβι représente l’angle d’élévation de l’émetteur à un instant t, 0az représente l’angle d’azimut de l’émetteur à un instant t, h0 représente la hauteur de l’émetteur à localiser par rapport à la plateforme aéroportée à un instant t.

On considère les coordonnées de l’émetteur 20 à localiser à l’instant prédéterminé t=0, à savoir (xo, yo, Zo)· A un instant t quelconque, les coordonnées de cet émetteur 20 dans un repère orthonormé centré sur le centre de phase du capteur 10 de la plateforme sont : *(0 = *o - vxt (7) y CO = y0 - vyt (8)

z(0 = K Où vx et vy représentent respectivement les composantes du vecteur vitesse selon l’axe des abscisses x et l’axe des ordonnées y.

La distance radiale entre le centre de phase de l’antenne 10 et l’émetteur 20 est donnée par : D’où :

Ce qui peut encore s'écrire, en considérant les relations (1) et (2) : βζ(0 = R02 + (vx2 + vy2)t2 - 2R0(cos(eeÎ0)cos(eaz0)vx + cos(9el0)sin(e azQ)vy)t

Comme

On a finalement :

Ou :

Les vitesses vx, et vy sont supposées connues et constantes, par exemple mesurées par une centrale inertielle. Les angles d’élévation %« et d’azimut 0azo sont estimés à l’instant prédéterminé t=0, ils sont donc également connus. Les termes : (9) et (10) sont donc constants et on peut alors écrire :

(11) L’équation (11) détermine un trinôme caractéristique, dont la racine la plus grande correspond à la hauteur estimée ho. A partir de cette l’équation, on peut déterminer à chaque récurrence de mesure une nouvelle estimation grossière de la hauteur initiale h0 de l’émetteur 20 à localiser par rapport à la plateforme, en recherchant les racines du trinôme en ho et en ne conservant que la racine la plus grande.

De la même façon, à partir des équations (4), (5), (7) et (8), on peut déterminer à chaque récurrence de mesure une nouvelle estimation grossière des coordonnées initiales de l’émetteur selon les axes Ox et Oy, respectivement x0 et yo par différentiation entre la position courante et la position passée (11 bis) (11 ter)

On obtient ainsi une estimation continue de la localisation en trois dimensions de l’émetteur 20 qui converge vers la position vraie au cours du temps au fur et à mesure de l’éloignement de la plateforme aéroportée par rapport à sa position d’origine.

La figure 3 illustre un exemple de résultats obtenus en appliquant le procédé selon l’invention. Cette figure présente les estimations des coordonnées de l’émetteur 20 à localiser obtenues au cours du temps sur une durée totale de 240 secondes, en considérant une estimation par seconde. Les résultats présentés correspondent à une configuration dans laquelle la plateforme aéroportée se déplace à vitesse et altitude constante et dans laquelle : vx=50 m/sec, vy=-50 m/sec, ho=990 m,

Xo=20 000 m, yo=43 000 m, avec un bruit de mesure angulaire d’écart type 0,1 degré.

On constate qu’avec le temps l’estimation de position converge vers une valeur qui est de moins en moins bruitée et de plus en plus proche de la valeur exacte. Cette convergence est obtenue grâce aux mesures angulaires successives au cours du déplacement à vitesse constante de la plateforme aéroportée.

Bien que les calculs aient été présentés dans un cas particulier, les résultats précédents restent valables dans un cas plus général où l’altitude et la vitesse sur les 3 axes peuvent varier au cours du temps.

On considère à présent une configuration dans laquelle la plateforme aéroportée se déplace dans une direction donnée qui peut varier dans le temps et suivant les trois axes, à une vitesse qui peut également varier. L’utilisation d’une centrale inertielle permet d’estimer à chaque instant le déplacement effectué par rapport à la position initiale, même si la trajectoire n’est pas rectiligne et uniforme. A un instant t quelconque, les coordonnées de l’émetteur 20 à localiser dans un repère orthonormé centré sur le centre de phase du capteur 10 de la plateforme aéroportée sont : x(t)=xo-Ax y(t)=y0-Ay z(t)=h=h0+Ah (11 quater)

Dans lesquelles: x(t), y(t) et z(t) représentent les coordonnées de l’émetteur à localiser dans un repère orthonormé centré sur le centre de phase du capteur de la plateforme à un instant t ; xo, yo et h0 représentent les coordonnées de l’émetteur à localiser dans un repère orthonormé centré sur le centre de phase du capteur de la plateforme à l’instant t=0 ; Δχ, Ay et Ah représentent les déplacements de la plateforme respectivement en abscisse, ordonnée et altitude entre le temps t=0 et l’instant t.

Comme énoncé précédemment, les valeurs des déplacements Ax, Ay et Ah peuvent être obtenues à l’aide des informations délivrées par une centrale inertielle.

La distance radiale R(t) à un instant t quelconque entre le centre de phase de l’antenne de la plateforme et l’émetteur à localiser est donnée par : D’où :

R2(t) = R02 + Ax2 + Ay2 + +Ah2 - 2x0.Ax - 2y0.Ay + 2h0.Ah

En considérant les relations (3) et (4) on obtient : R2(t) = R02 + Ax2 + Ay2 + Ah2 - 2/?o(cos(0eio)cos(0azO). Ax + cos(eelQ)sin(eaz0)Ay - sin (0elo).2J/i)

Comme (11 quinter) on a :

Ou, comme h = hO + àh

La hauteur h0 et les angles d’élévation <%/0et d’azimut θαζ0 sont estimés à l’instant t=0, ils sont donc connus. On peut donc poser comme constantes : (12)

Et

(13) (14)

On retrouve une équation du second degré ayant la même forme que l’équation (11) précédente et permettant de calculer h0.

Il est à noter que cette position le l’émetteur 20 est obtenue sans connaissance a priori de l’altitude de la plateforme aéroportée, ni du modèle de terre choisi. A partir de la connaissance de h0 et en utilisant les équations (4), (5), (11 quater) et (11 quinter) : (Equation 14 bis) et (Equation 14 ter)

On obtient ainsi, comme dans le cas particulier, la position en 3 dimensions de l’émetteur 20.

De façon avantageuse, le procédé selon l’invention permet de localiser un émetteur de façon très précise par rapport à la terre ou à la mer à l'aide d'une plateforme aéroportée unique. Cela permet de séparer des émetteurs 20 qui sont très proches les uns des autres. Cela permet également d'établir la nature ou d'identifier une plateforme au sol ou à la mer sur laquelle sont embarqués un ou plusieurs émetteurs 20 par la connaissance précise de la position et de la caractérisation de ses émetteurs.

Selon un mode de mise en œuvre, plusieurs mesures successives peuvent être intégrées. De façon avantageuse, cela permet de réduire l’écart type des fluctuations de mesures en sortie du traitement de localisation.

Cette intégration peut être réalisée par estimation de la moyenne, par estimation de la médiane ou encore par filtrage de type récursif ou non. Par exemple, il peut être intéressant d’utiliser un filtrage de Kalman pour tenir compte de l’écart-type des fluctuations de mesure dans l’estimation finale.

La figure 4 illustre un exemple de résultats obtenus en appliquant le procédé selon l’invention. Cette figure présente les estimations des coordonnées de l’émetteur 20 à localiser obtenues au cours du temps sur une durée totale de 240 secondes, en considérant une estimation par seconde et en intégrant les estimations sur 10 mesures successives par

moyenne glissante. Les résultats présentés correspondent à une configuration dans laquelle la plateforme aéroportée se déplace à vitesse et altitude constante et dans laquelle : vx=50 m/sec, vy=-50 m/sec, h0=1 000 m, xo=20 000 m, yo=43 000 m, avec un bruit de mesure angulaire d’écart type 0,01 degré.

On constate à nouveau, qu’avec le temps, l’estimation de position converge vers une valeur qui est de moins en moins bruitée et de plus en plus proche de la valeur exacte.

De façon avantageuse, le procédé de localisation peut permettre de distinguer des émetteurs au sol, donc fixes, des émetteurs en l'air. En effet, en présence d'un émetteur en vol, comme on ne prend pas en compte sa vitesse, les mesures successives ne convergent pas et on aboutit à des résultats aberrants. Suivant un mode de mise en œuvre, le procédé peut comprendre une étape Etp3 de test de convergence du résultat de l'intégration itérative de l'étape Etp2 et si ce dernier ne converge pas au bout d'un nombre prédéterminé d'itérations, le calcul est stoppé et l'émetteur n'est plus pris en compte par le dispositif. Si le résultat ne converge pas au bout d'un nombre prédéterminé d'itérations, l’émetteur 20 électromagnétique peut être considéré comme étant embarqué à bord d’une plateforme aéroportée. Le dispositif peut, par exemple, lui affecter une étiquette * émetteur en vol * ou * émetteur aéroporté *. L’invention peut également trouver une application dans la navigation autonome d’une plateforme aéroportée comme un drone ou un objet volant en direction d’une cible. Dans ce cas, le procédé décrit ci-dessus est utilisé de manière inverse : Les positions des émetteurs 20 au sol sont connues et le procédé est utilisé pour localiser la plateforme.

Afin d’effectuer sa mission, la plateforme aéroportée comprend un module de guidage connecté à un dispositif de localisation. Ce module de localisation est configuré pour localiser er la plateforme aéroportée dans l’espace aérien en localisant des émetteurs électromagnétiques dont les coordonnées sont préenregistrées par exemple dans une ou plusieurs zones mémoire de la plateforme. Cette ou ces zones mémoire peuvent être situées, par exemple, dans le dispositif de localisation, dans le module de guidage et/ou tout autre emplacement de la plateforme aéroportée. Cette zone mémoire est configurée pour enregistrer les coordonnées de géolocalisation d’émetteurs 20 électromagnétiques au sol qui serviront de points de référence, de balises électromagnétiques de radio navigation pour le module de guidage de la plateforme aéroportée au cours de sa mission. Ces émetteurs 20 peuvent être de différents types comme par exemple des sémaphores, des émetteurs de radiodiffusion, des radars ou tout autre type d’émetteur au sol. L’itinéraire souhaité de la plateforme peut également être préenregistré dans la ou les zones mémoire du dispositif. Le procédé décrit précédemment permet, grâce aux mesures successives d’azimut et d’élévation sur chaque émetteur 20, de localiser la position réelle de la plateforme et de la comparer à l’itinéraire souhaité afin de la piloter correctement.

Ce procédé peut servir comme aide au pilotage pour un aéronef piloté, par exemple en cas de perte de signal GNSS (Global Navigation Satellite System : GPS, Galiléo, Glonas... ) à cause de brouillage ou d’une indisponibilité du système de positionnement par satellites.

Il peut aussi être mis en œuvre pour un vol en automatique, notamment dans le cas de drone, ce qui permet de s’affranchir d’une perte de liaison avec la station de contrôle ou de la liaison GNSS, notamment en cas de brouillage et quand on ne veut pas recaler la position en utilisant des capteurs non discrets (recalage par radio altimètre et imagerie radar à antenne synthétique). Par des mesures d’émetteurs de positions connues, le géo référencement de la plateforme aéroportée peut ainsi être connu.

Les différents modules comme les modules de calcul et le module de guidage peuvent comprendre un ou plusieurs microprocesseurs, processeurs, ordinateurs ou tous autres moyens équivalents programmés de façon opportune.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de localisation passive d’un émetteur (20) électromagnétique mis en oeuvre par un dispositif de localisation passive embarqué sur une plateforme aéroportée, ledit dispositif comprenant au moins un module de calcul et au moins un capteur (10) de Mesure de Renseignement Électronique configuré pour délivrer un signal proportionnel à un angle d’arrivée en azimut et en élévation d’une onde électromagnétique émise par l’émetteur (20) à localiser et reçue par le capteur (10) , ladite plateforme comprenant au moins une centrale inertielle configurée pour délivrer des signaux proportionnels aux vitesses de déplacement de la plateforme sur les 3 axes et un moyen configuré pour fournir au moins une donnée de localisation de la plateforme, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend : - une étape Etp1 d’estimation des angles d’élévation Oeto et d’azimut Oazo d’une onde électromagnétique reçue par le capteur (10) à un instant prédéterminé, d’estimation d’au moins une information sur la localisation de la plateforme aéroportée audit instant prédéterminé et de calcul instantané des coordonnées de l’émetteur (20) électromagnétique, lesdites coordonnées étant obtenues en recherchant l’intersection avec la surface de la Terre d’une droite passant par le centre de phase du capteur (10) et ayant les mêmes angles d’élévation et d’azimut que l’onde électromagnétique reçue, - une étape Etp2 itérative d’estimation des angles d’élévation 0ei(t) et d’azimut 0az(t) de l’onde électromagnétique reçue par le capteur (10), d’estimation du déplacement de la plateforme aéroportée entre l’estimation précédente et l’estimation courante, de calcul des coordonnées de l’émetteur (20) et d’intégration sur le temps des coordonnées de l’émetteur (20) calculées en tenant compte du déplacement de la plateforme.
2. Procédé selon la revendication précédente selon lequel les coordonnées (xo, yo, Zo) de l’émetteur (20) dans un repère orthonormé centré sur le centre de phase de la plateforme aéroportée à l'instant prédéterminé sont données par :

h0 étant la racine la plus grande de l’équation : Avec :

Où : vx et vy représentent respectivement les composantes du vecteur vitesse selon l’axe des x et l’axe des y, h0 représente la hauteur de l’émetteur à localiser par rapport au centre de phase du capteur à l’instant prédéterminé, Oeio représente l’angle d’élévation de l’émetteur à l’instant prédéterminé, Oazo représente l’angle d’azimut de l’émetteur à l’instant prédéterminé, Oei(t) représente l’angle d’élévation de l’émetteur à un instant t, Baz(t) représente l’angle d’azimut de l’émetteur à un instant t, Δχ, Ay et Ah représentent les déplacements de la plateforme respectivement en abscisse, en ordonnée et en altitude entre l’instant prédéterminé et l’instant t.
3. Procédé selon une des revendications précédentes selon lequel pendant l’étape Etp1, les coordonnées, par rapport au porteur, de l’émetteur (20) électromagnétique sont calculées en utilisant un modèle de terre plane ou un modèle de terre sphérique et l’altitude de la plateforme aéroportée à l’instant prédéterminé.
4. Procédé selon la revendication 1 selon lequel pendant l’étapeEtpI, les coordonnées de l’émetteur (20) électromagnétique sont calculées en utilisant un modèle numérique de terrain et les coordonnées de la plateforme aéroportée à l’instant prédéterminé.
5. Procédé selon une des revendications précédentes selon lequel le capteur (10) est une antenne réseau deux axes choisie parmi un interféromètre deux axes, une antenne mono impulsion, une antenne réseau à formation de faisceaux multiples ou une antenne active.
6. Procédé selon une des revendications précédentes selon lequel l’étape Etp2 est stoppée lorsque les variations résiduelles du résultat de l’intégration sont inférieures à un seuil prédéterminé.
7. Procédé selon une des revendications précédentes selon lequel lors de l’étape Etp2, plusieurs mesures successives sont intégrées.
8. Procédé selon la revendication précédente selon lequel l’intégration est réalisée par une estimation prise parmi, une estimation de la moyenne, une estimation de la médiane ou par filtrage de type récursif ou non.
9. Procédé selon une des revendications précédentes selon lequel le procédé comprend une étape Etp3 de test de convergence afin de tester si le résultat du calcul d'intégration de l'étape Etp2 converge, ledit calcul étant stoppé si le résultat ne converge pas au bout d'un nombre prédéterminé d'itérations.
10. Procédé selon la revendication précédente selon lequel si le résultat ne converge pas au bout d'un nombre prédéterminé d'itérations, l’émetteur (20) électromagnétique est considéré comme étant embarqué à bord d’une plateforme aéroportée.
11. Dispositif de localisation passive d’un émetteur (20) électromagnétique destiné à être embarqué sur une plateforme aéroportée, ladite plateforme comprenant au moins une centrale inertielle configurée pour délivrer un signal proportionnel au déplacement de la plateforme et un moyen configuré pour fournir au moins une donnée de localisation de la plateforme, ledit dispositif étant apte à mettre en œuvre le procédé de localisation selon une des revendications précédente et étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un capteur (10) de Mesure de Renseignement Électronique configuré pour délivrer un signal proportionnel à l’angle d’arrivée en azimut et en élévation d’une onde électromagnétique émise par l’émetteur (20) à localiser et reçue par le capteur (10) et au moins un module de calcul configuré pour calculer les coordonnées de l’émetteur (20) électromagnétique à localiser en recherchant l’intersection avec la surface de la terre d’une droite passant par le capteur (10) et ayant les mêmes angles d’élévation et d’azimut que l’onde électromagnétique reçue, ledit module de calcul étant également configuré pour intégrer sur le temps les coordonnées de l’émetteur (20) calculées en tenant compte du déplacement de la plateforme.
12. Utilisation du dispositif de localisation selon la revendication précédente pour une navigation autonome de la plateforme aéroportée, ledit dispositif localisant des émetteurs (20) électromagnétiques dont les coordonnées sont préenregistrées dans au moins une zone mémoire du dispositif de localisation, la plateforme aéroportée comprenant un module de localisation configuré pour se repérer dans l’espace aérien en localisant des émetteurs (20) électromagnétiques dont les coordonnées sont préenregistrées dans une zone mémoire du dispositif de localisation.