FR3081227A1 - Tourelle optronique agencee pour etre montee sur un navire - Google Patents
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Abstract
Tourelle optronique agencée pour être montée sur un navire et pour être connectée à un module de positionnement par satellite fournissant des premières données de position du navire et une première base de temps, la tourelle optronique (1) comprenant une centrale inertielle (12) agencée pour produire des deuxièmes données de position du navire pouvant être utilisées pour consolider les premières données de position, des composants optroniques agencés pour produire des troisièmes données de position du navire pouvant être utilisées pour consolider les deuxièmes données de position, une horloge interne (13) agencée pour produire une deuxième base de temps pouvant être utilisée pour consolider la première base de temps, et un module de traitement (15) agencé pour piloter la centrale inertielle, les composants optroniques et l'horloge interne en fonction d'informations relatives à une disponibilité ou à une précision des premières données de position et de la première base de temps.
Description
L'invention concerne le domaine des tourelles optroniques agencées pour être montées sur des navires.
ARRIERE ΡΕΑΝ DE L'INVENTION
Dans le domaine de la marine marchande, de la marine offshore et de la marine de plaisance, on cherche à améliorer l'efficacité de la navigation et la sécurité des navires.
On développe ainsi des systèmes de navigation et de surveillance qui permettent d'éviter des collisions et 10 des échouements de navires, qui permettent de naviguer eh visibilité réduite, de sécuriser les approches portuaires, de sécuriser dynamiquement les: chargements dans le cas des cargos, etc.
E' amélioration de 1 ' ef f icacité de La navigation et de la sécurité des' navires se heurte à un certain nombre d'obstacles.
Parmi ces obstacles, on trouve notamment les faiblés&es intrinsèques des· systèmes classiques de positionnement par satellite, dont la précision et la 20 disponibilité peuvent être dégradées sous certaines conditions : navigation à proximité des pôles, brouillage, éruptions) solaires, etc.
Parmi ces obstacles, on trouve aussi la complexité et le coût de l'intégration d'équipements de navigation 25 et de moyens dé surveillance modernes·. De tels systèmes de navigation et/ou de surveillance utilisent en effet des signaux et informations produits par de multiples équipements· élect riques , optiques et opt toniques qui doivent· être connectés entre eux et dont le 30 fonctionnement doit être coordonné. De tels systèmes de navigation et/ou de surveillance· sont par ailleurs relativement complexes a intégrer sur un navire préexistant dont la conception initiale ne prévoyait pas cet t e intégrât ion·.
OBJET DE L'INVENTION
L'inventiQn a pour objet d'améliorer la précision et la disponibilité d'un système de navigation et de surveillance d'un navire, tout en réduisant les coûts d'intégration dudit système de navigation et de surveil5 lance.
RESUME DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose une tourelle optronique agencée pour être montée sur un navire et pour être· connectée à un module de 10 positionnement par satellite fournissant des premières données- de position du navire et une première- base de temps·, la tourelle optronique comprenant: une centrale inertiellê agencée pour produire des deuxièmes données de position du navire pouvant être utilisées pour consolider 15 les premières données de position, des composants optroniques agencés pour produire- des troisièmes données de position du navire: pouvant: -être utilisées pour consolider les deuxièmes données de position, une horloge interne agencée pour produire une deuxième base de temps 20 pouvant être utilisée pour consolider la première base de temps, et un module- de traitement agencé pour piloter la; centrale inertielle, les composants optroniques et l'horloge interne en fonction d'informations relatives à une disponibilité ou à une précision des premières 25 données de position et de la première base de temps.
Ainsi, en cas de problème de disponibilité ou de précision des premieres données de position et/ou de la première base de temps, la tourelle optronique selon l'invention utilise les deuxièmes données de position 30 et/ou les troisièmes; données· de position et/ou la deuxième base de temps pour obtenir des données fiables et précises. On améliore ainsi la précision et la disponibilité d'un système de navigation et de surveillance intégrant la tourelle optronique selon 35 l'invention.
Par ailleurs, comme la centrale inertielle, les composants optroniques, l'horloge interne et le module de traitement sont intégrés dans la tourelle optronique, il 5 suffit d'intégrer la tourelle optronique au navire pour bénéficier de l'ensemble des fonctions fournies par ces composants. On réduit donc' le nombre, le volume et la masse des équipements, le nombre de connexions électriques, ainsi que le nombre et la longueur des 10 câbles qui sont nécessaires pour bénéficier de ces fonctions-, et on diminue ainsi de -manière importante les coûts d'intégration dû système· de navigation et de surveillance intégrant la tourelle· optronique.
Du fait de l'intégration de la centrale inertielle dans la tourelle optronique, on supprime également les opérations d'harmonisation angulaire des axes de référence respectifs de la tourelle optronique et de la centrale inertielle. Cette opération d'harmonisâtion est réalisée de façon unique eh usine. On évite ainsi de 20 devoir réaliser une harmonisation des· références: angulaires respectives de la centrale inertielle et de la tourelle optronique à leur installation.
On propose· aussi un système comprenant une tourelle optronique telle que celle qui vient d'être décrite:, et 25) un module de positionnement par satellite.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de 1'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 est une vue en perspective d'une tourelle optronique selon l'invention ;
- la figure 2 est un schéma de la tourelle optronique selon 1’ invention.
DESCRIPTION DETAILLEE: DE L' INVENTION
En référence aux figures 1 et 2, la tourelle optronique selon l'invention 1 est ici destinée à équiper un navire.
L·'invention, est particulièrement adaptée aux navires civils dont la jauge brute est supérieure ou égale à 500. Le navire est ainsi par exemple un navire marchand, un 10 porte-containers, un navire à passager, un navire de travail (oïl & gasr sismique, câblier, etc. ) , un pétrolier·, etc.
La tourelle optronique 1 est positionnée sur le pont du navire, à 1'extérieur de la passerelle du navire.
La tourelle ppttonique 1 comporte tout d'abord une embase' 2f un corps- tournant 3 et un viseur optrôhiqüè 4.
L'embase 2 est destinée à être fixée directement sur le pont du navire.
Le corps tournant 3 comprend une base tournante 5 et 20 un support g.
Les formes extérieures de l'embase 2 et de la base tournante 5 sont des cylindres de révolution ayant pour axe un même axe vertical appelé dans cette description axe de gisement Z.
Le support 6 comporte deux bras 7 qui s'étendent chacun verticalement depuis une circonférence de la basé tournante 5, en regard l'un de l'autre.
Le corps tournant 3 est monté pivotant autour de l'axe de gisement Z, -et est entraîné en rotation autour 30 de l'axe de gisement Z par des premiers- moyens d'entraînement 8. Les premiers moyens d'entraînement 8 comprennent un premier moteur électrique positionné à l'intérieur de l'embase 2 et pilotable depuis la passerelle.
35; Le viseur optronique 4 a la forme d' une boule et s' étend entre les deux bras 7. Le viseur optronique 4 est monté pour pivoter autour d'un axe de site X. L'orientation du viseur optronique 4 autour de l'axe de site X est réalisée par des deuxièmes moyens 5 d'entraînement 9. Les deuxièmes moyens d'entraînement 9 comprennent un deuxième moteur électrique positionné à l'intérieur du support 6 et pilotable depuis la passerelle.
Le viseur optronique 4 comprend une pluralité de 10 composants optroniques 11. Les composants optroniques 11 comportent tout d'abord une caméra sensible a la lumière visible·, comprenant un détecteur de type CMOS disposé derrière un groupe de lentilles optiques et de filtres pour gérer la dynamique de la scène analysée. Les 15 composants optroniques; 11 comportent de plus une caméra thermique infrarouge de type LWIR (pour Long Wavelength Infrared) comprenant un détecteur de type micrbbolomètre (sans système de refroidissement), et/ou une caméra thermique infrarouge de type MWIR (pour Mediam Wavelength 2;0 Infrared') comprenant un détecteur avec un système de refroidissement. Les composants optroniques; 11 comportent aussi optionnellement une caméra thermique de type SWIR (pour Short Wavelength Infrared') . Chaque caméra thermique comprend elle aussi un groupe de lentilles optiques 25 disposé devant le capteur. Le; viseur optronique 4 comprend également un dispositif de stabilisation associé à chaque capteur. Les composants optroniques comportent en outre optionnellement un projecteur à diodes électroluminescentes;.
30 centrale inertielle 12 est intégrée; dans l'embase 2; de la tourelle optronique 1. La centrale inertielle 12 intègre une pluralité d'accéléromètres et des· capteurs angulaires à résonateur vibrant plus particulièrement ici de type GRH (pour Gyroscope
Résonnant Hémisphérique). Les capteurs· angulaires produisent des mesures d'angles de roulis, tangage et cap géographique avec une précision inférieure à 0,4°.
La tourelle optronique 1 comprend de plus une horloge interne 13, elle aussi positionnée dans l'embase de la tourelle optrônique 1. L'horloge interne 13 comprend un oscillateur à quartz thermostaté. L'oscillateur à quartz est positionné dans une enceinte isolée thermiquement,· dont la température est régulée pour garantit que l'horloge interne présente Une précision très élevée.
La tourelle optronique 1 comporte en outre un module de traitemeht 15 agencé pour piloter les composants opttoniques 11, la centrale inertielle 12 et l'horloge interne 13. Le module de traitement 15 comprend une ou plusieurs cartes électriques, sur laquelle ou lesquelles sont montés un ou plusieurs composants· de traitëment comprenant par exemple un microcontrôleur, un processeur, un FPGA, un ASIG, un DSP, etc.
Le module de traitement 15 de la tourelle optronique 1 est relié· à une· .interface homme-machine 17 positionhée dans la passerelle du navire·, voire intégrée à l'interface homme-machine du navire préexistante. L'interface homme-machine 17 comprend un écran et un ordinateur qui permettent d'interagir avec la tourelle optronique 1. Toutes les mesures· produites ou acquises par la tourelle optronique 1 et tous les paramètres de fonctionnement et de surveillance de la tourelle optronique 1 sont ainsi accessibles) à l'équipage du navire ainsi qu'à des équipements connectés à l'ordinateur par des moyens fila1res ou non filaires (serveurs, émetteur/récepteur, etc.).
Le module de traitement 15· de la tourelle optronique 1 est aussi relié à Un module de positionnement pat satellite 18 (par exemple un module GPS, pour Global Positioning System, ou un module GNSS, pour Global
Navigation Satellite System) du navire. Le module de positionnëment par satellite 18 acquiert des données provenant de satellites et produit à partir de ces données provenant de satellites· des premières données de position du navire ainsi qu'une première base de temps «
Lé module de traitement 15 de la tourelle optronique 1 est de plus relié à un module radar 19, à un loch 20 et à un sondeur bathymétrique 21 du navire.
Oïl décrit maintenant le fonctionnement de la 10 tourelle optronique- 1.
La -position du navire est normalement déterminée en utilisant les premières données de position produites par le module de positionnenient par satellite 18,
La centrale inertielle 12 permet d'obtenir, en intégrant les mesures produites par les capteurs angulaires et par les accéléromètres, des deuxièmes données de position du navire.
Le module de traitement 15 reçoit les premières données de position et les deuxièmes données de position.
Lorsque les premières données de position sont disponibles et suffisamment précises, le module de traitement 15 couple les premières données de position et les deuxièmes données de position.
Le couplage consiste à utiliser les premières données de position pour recaler les deuxièmes données de position. Le couplage met ici en œuvre un filtre de Kalman, En entrée du filtre de Kalman, la cohérence) des données satellites provenant de chaque satellite est contrôlée·, ce qui permet de détecter une éventuelle panne 30 d'un satellite.
Les deuxièmes données de position permettent donc de consolider les premières données- de position pour obtenir des données de position du navire très précises.
Dans ce texte, de manière: générale, par « des premières données consolident des deuxièmes données », on entend que les premières données et les deuxièmes données sont associées pour produire des troisièmes· données plus précises et plus fiables, ou 'bien que; lès premières données remplacent lés deuxièmes données lorsque ces dernières sont indisponibles ou trop peu précises.
Ces données de position très: précises permettent aussi de rendre très précise- la navigation du navire.
Il est possible, pour des raisons qui ont été évoquées plus tôt, voire même pour une panne du module- de positionnement par satellite 18 ou pour un problème de connexion entre le module de positionnement par satellite 18 et le module de traitement 15, que lés premieres données de position soient indisponibles ou bien soient insuffisamment précisés.
Une information relative à ce problème de disponibilité ou de précision est alors produite par le module de positionnement par satellite 18 ou par le module de traitement 15) lui “même.
Lorsque cette information est acquise- ou produite par le module de traitement 15, le module de; traitement pilote la centrale inertielle; 12 et les composants optroniques 11 pour produire des données de position précises du navire.
Les composants optroniques 11 produisent en effet des troisièmes données de position du navire. Les troisièmes données de position sont obtenues par visée stellaire,- visée solaire, visée d'amers Ou visée d'objets flottants (par exemple de bouées dont la position est connue) .
Le module de traitement 15 couple les deuxièmes données de position et les troisièmes données de position.
Le couplage consiste à utiliser les troisièmes données de position pour recaler les deuxièmes données de position.
Les troisièmes données de position permettent donc de consolider les deuxièmes données de position pour obtenir des données de position du navire particulièrement précises.
Ces donnéés dé position très précises permettent aussi de rendre très précise la^ navigation du navire.
On note que les composants optroniques 11 produisent par ailleurs des données optiques autres que des données de visée, qui permettent d'améliorer la navigation, du 10 navire. Ainsi, les données produites par les différentes caméras permettent par exemple d'assurer une navigation efficace· par tout temps, d'améliorer la manœuvre du navire, etc.
Les composants optroniques 11 peuvent par ailleurs 15 être utilisés pour remplir une fonction de sextant optronigue, pour afficher un bandeau d'imagé (par exemple sur l'ordinateur de l'interface homme-machine 17), pour réaliser une veille optronique sectorielle, etc.
On note aussi que la centrale inertielle· 12 de la 20 tourelle optronique 1 peut être utilisée pour corriger ou stabiliser les données optiques produites par les composants optroniques 11. La centrale inertielle 12 peut aussi remplir une fonction de stabilisation de plateforme. La centrale inertielle 12 peut être utilisée pour 25 stabiliser le navire· lors de son chargement.
La centrale inertielle 12 réalise également une fonction de gyrocompas inertiel compatible avec la réglementation SOLAS (pour Safety of Life at Sea) relative à la fourniture du cap vrai, c'est-à-dire le cap 30 du navire par rapport au Nord géographique.
La centrale· inertielle 12 est ainsi bâtie autour d'un gyrocompas inertiel conforme aux exigences de l'IMQ (pour International Maritime Organization) . Or, comme la fonction de gyrocompas inertiel est obligatoire selon 35 cette réglementation·, et comme la fonction de navigation inertielle utilise les capteurs préexistants nécessaires pour mettre en Œuvre- la fonction de gyrocompas inertiel, le coût de la fonction de navigation inertielle est réduit de manière- importante.
Le module de traitement 15 reçoit aussi la- première base de temps produite par le module de posit ionneme-nt par satellite- 18.
Lorsque la première base de temps est disponible et suffisamment précise-·, le module de traitement 15 utilise 10 cette première base de temps pour calculer des coordonnées géographiques du navire et donc, notamment, pour assurer une navigation précise du navire. Cette premiere base de temps est aussi utilisée pour synchroniser des horloges internes de divers systèmes du 15 navire et pour dater des opérations ou des envois de message.
Il est possible, pour les raisons qui viennent d'être évoquées, que la première base de temps soit indisponible ou bien spit insuffisamment précise.
Une information relative à ce problème de disponibilité ou de précision est alors produite par le module de positionnement par satellite 18 ou par le module· de traitement 15.
Dans ce cas·, le module· de traitement· 15 pilote 25 l'horloge interne 13 pour que cêlle-ci produise une deuxième· base de temps- qui remplace la première base de temps. Bien sûr-, l'horloge interne peut parfaitement fonctionner en continu. Dans ce cas, le « pilotage » de l'horloge interne consiste uniquement, pour le module de 30 traitement 15, à acquérir et à utiliser cette deuxième base de temps à la place de la première base de temps. Ainsi, la deuxième base de temps peut être utilisée pour consolider la premiere base de temps.
La touïelle optronique 1 coopère aussi avec le 35 module radar 19.
Les composants optroniques 11 de la tourelle optronique 1 produisent des données optiques. Le module radar 19 produit des données radar grâce auxquelles il est possible de détecter la présence, d'évaluer la position et de mesurer la vitesse d'objets divers : navires, obstacles· divers tels que des côntairiers ou des icebergs, etc. Les composants optroniques 11 coopèrent avec le module radar 19 pour améliorer la précision d'un géoréférencement (ou géolocalisation) d'objets environnant le navire et pour mettre en œuvre une fonction de surveillance· anticollision.
Le module de traitement 15 de la tourelle· optronique 1 acquiert alors les données optiques et les données radar;, et couple les données optiques et les données radar pour mettre en œuvre une pluralité de fonctions. D'autres données; peuvent aussi être couplées avec les données: optiques et les données radar, et notamment les premières données de position, les deuxièmes données de position et les troisièmes données de position.
Parmi ces· fonctions, on trouve· une fonction de détection et d'alerte automatique anticollision, une fonction de détection de menace (par exemple de piraterie, de terrorisme·) une f onction de secours en mer·, une fonction de définition d'une situation maritime enrichie (positionnement précis du trafic), une fonction de Irajectographie, une fonction de recalage de navigation sur amers, etc.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit- mais: englobe· toute variante· entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendicatiohs;.
Claims (8)
- REVENDICATIONS1. Tourelle optronique agencée pour être montée sur un navire et pour· être connectée à un module de5 positionnement par satellite (18) fournissant des premières données de position du navire et une première base de temps, la tourelle optronique (1) comprenant une centrale inertielle (12) agencée pour produire des deuxièmes données de position du navire pouvant être 10 utilisées pour consolider les premières données de position, des composants optroniques (11) agencés pour produire des troisièmes données de position du navire pouvant être: utilisées pour consolider les- deuxièmes données de position, une horloge interne (13) agencée 15 pour produire une deuxième base de temps pouvant être utilisée pour consolider la première base de temps, et un module de traitement (15) agencé· pour piloter la centrale inertielle, les- composants optroniques et L'horloge interne en fonction d·'informations relatives à une 20 disponibilité ou â une< précision des premières données de position et de la première base· de temps.
- 2. Tourelle optronique selon la revendication1, dans laquelle, lorsque les premièrës: données déposition sont disponibles et suffisamment précises, les 25 premières données de position sont utilisées pour recaler les deuxièmes données de position, et dans laquelle, lorsque les premières données de position ne sont pas disponibles ou sont insuffisamment précises, les troisièmes données de position du navire sont utilisées 30 pour recaler les deuxièmes données de position.
- 3). Tourelle optronique selon 1'une des revendications précédentes, dans laquelle les troisièmes données de position sont obtenues par visée stellaire ou visée solaire ou visée· d'amers·.35
- 4. Tourelle optronique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle l'horloge interne (13) comprend un oscillateur à quartz thermostaté.
- 5. Tourelle optronique selon l'une des revendications précédentes, la tourelle optronique étant agencée pour être connectée à un module radar (19), les composants optroniques étant agencés pour coopérer avec le module radar pour améliorer une précision d'un gèoréfêrencement d' objets environnant le navire et poux mettre en œuvre une fonction de surveillance anti co111s ion.
- 6. Tourelle optronique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la centrale inertielle réalise également une fonction de gyrocompas inertiel.
- 7. Système comprenant une tourelle optronique selon 1'une des revendications précédentes et un module de positionnement par satellite.
- 8. Système selon la revendication précédente, comprenant une tourelle optronique selon la revendication 5 et un module radar (19).
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