FR3096143A1 - procédé de géolocalisation de plateformes en utilisant un plan hiorizontal, produit programme d'ordinateur et module de géolocalisation associes - Google Patents
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Abstract
Procédé de géolocalisation de plateformes en utilisant un plan horizontal, produit programme d’ordinateur et module de géolocalisation associés L’invention concerne un procédé de géolocalisation de plateformes se déplaçant en formation, comprenant les étapes suivantes : - acquisition (110) d’une altitude et d’une position absolue de chaque plateforme, et de mesures de distance entre au moins certains couples de plateformes ; - détermination (120) d’une position précisée bidimensionnelle de chaque plateforme dans un plan horizontal à partir des mesures de distance et des positions absolues acquises ; - détermination (130) d’une position précisée tridimensionnelle de chaque plateforme à partir de sa position précisée bidimensionnelle dans le plan horizontal et de son altitude. Figure pour l'abrégé : Figure 3
Description
La présente invention concerne un procédé de géolocalisation de plateformes se déplaçant en formation.
La présente invention concerne également un produit programme d’ordinateur et un module de géolocalisation associés.
On entend par « plateforme » tout engin, notamment un engin motorisé, apte à se déplacer dans l’espace, notamment en formation avec d’autres engins. Ainsi, un aéronef (avion, hélicoptère, drone, etc.), un bateau, un véhicule ferroviaire ou une automobile sont des exemples d’un tel engin.
Par « déplacement en formation », on comprend la manière de déplacement d’une pluralité d’engins à proximité, la notion de proximité dépendant de la nature des engins et de la formation. Ce déplacement peut être par exemple effectué en gardant des distances sensiblement constantes entre chaque couple d’engins ou alors en variant ces distances en fonction par exemple des évènements extérieurs ou des règles prédéterminées. Les engins forment ainsi une structure qui est appelée parfois essaim.
On connait dans l’état de la technique des méthodes de géolocalisation d’aéronefs volant en formation.
Ces méthodes permettent généralement de mettre en œuvre une navigation dite collaborative. Un tel type de navigation consiste à échanger des informations de navigation entre les aéronefs via par exemple une liaison radio. Après une analyse de l’ensemble des informations transmises, il est possible d’obtenir de manière précise la position de chacun des aéronefs.
Ainsi, selon des exemples connus, chaque aéronef dispose généralement d’un récepteur GNSS (de l’anglais « Global Navigation Satellite System ») permettant d’obtenir une position absolue de cet aéronef en utilisant un module de positionnement par satellites.
Au moins certains aéronefs sont aptes en outre à mesurer la distance entre eux en mettant en œuvre une technique de télémétrie.
Cette technique permet de mesurer des distances entre des couples d’aéronef en exploitant par exemple une liaison radio ou toute autre liaison disponible entre eux.
Il existe également des techniques de goniométrie permettant de déterminer des angles relatifs entre différents aéronefs en analysant la direction de provenance des signaux radioélectriques de ces aéronefs.
Il est donc possible de combiner des informations reçues via les capteurs GNSS avec des mesures de télémétrie et éventuellement des mesures de goniométrie, afin d’en déduire la position de chacun des aéronefs de manière particulièrement précise.
Toutefois, en cas de déni des signaux GNSS (notamment les cas de brouillage ou différents cas de pannes), la détermination d’une position précise de chacun des aéronefs volant en formation devient particulièrement compliquée.
Pour pallier cette difficulté, des méthodes de l’état de la technique proposent de déterminer la position tridimensionnelle de chacun des aéronefs en utilisant d’autres instruments de mesure disponibles à bord tel qu’une centrale inertielle notamment.
Les mesures issues de ces instruments sont ensuite combinées avec des mesures de distance entre différents couples d’aéronefs obtenues en mettant en œuvre une technique de télémétrie.
Toutefois, la dispersion des aéronefs en altitude n’offre généralement pas une observabilité suffisante pour mettre en œuvre de façon efficace une géolocalisation tridimensionnelle à base de mesures de distance entre différents couples d’aéronefs.
En particulier, les traitements conventionnels de géolocalisation tridimensionnelle ne sont pas suffisamment performants si la dispersion des aéronefs en altitude est trop faible. Cela est souvent le cas lors de l’évolution d’une formation d’aéronefs en essaim à une même altitude.
La présente invention a pour but de remédier à cet inconvénient et de proposer donc une méthode de géolocalisation collaborative avec des performances sensiblement indépendantes de la dispersion en altitude des plateformes.
À cet effet, l’invention a pour objet un procédé de géolocalisation de plateformes se déplaçant en formation, comprenant les étapes suivantes :
- acquisition d’une altitude et d’une position absolue de chaque plateforme, et de mesures de distance entre au moins certains couples de plateformes ;
- détermination d’une position précisée bidimensionnelle de chaque plateforme dans un plan horizontal à partir des mesures de distance et des positions absolues acquises ; et
- détermination d’une position précisée tridimensionnelle de chaque plateforme à partir de sa position précisée bidimensionnelle dans le plan horizontal et de son altitude.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le plan horizontal est défini par l’une des plateformes, dite plateforme de référence ;
- les étapes du procédé sont mises en œuvre par la plateforme de référence ;
- la position précisée bidimensionnelle de chaque plateforme dans le plan horizontal est déterminée par rapport à la plateforme de référence ;
- l’étape de détermination de la position précisée bidimensionnelle de chaque plateforme comprend les sous-étapes suivantes :
- projection de la position absolue de chaque plateforme sur le plan horizontal pour obtenir une projection de la position absolue de cette plateforme ;
- détermination d’une image de chaque mesure de distance dans le plan horizontal ;
- analyse de l’ensemble desdites projections et desdites images, pour déterminer la position précisée bidimensionnelle de chaque plateforme ;
- l’étape de détermination comprend en outre une sous-étape de détermination d’une altitude relative pour au moins certains couples de plateformes, l’image de chaque mesure de distance est obtenue en utilisant l’altitude relative pour le couple de plateformes correspondant ;
- la position absolue de chaque plateforme est déterminée par cette plateforme et est transmise à l’ensemble des autres plateformes via une liaison radioélectrique ;
- la position absolue de chaque plateforme est déterminée à partir de mesures inertielles effectuées par cette plateforme ;
- chaque mesure de distance est obtenue en exploitant une liaison radioélectrique entre le couple de plateformes correspondant ; et
- les positions précisées bidimensionnelles et/ou les positions précisées tridimensionnelles d’au moins certaines plateformes sont déterminées en utilisant en outre des mesures de goniométrie relatives à ces plateformes.
L’invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsque mises en œuvre par un équipement informatique, mettent en œuvre le procédé tel que défini précédemment.
L’invention a également pour objet un module de géolocalisation de plateformes se déplaçant en formation comportant des moyens techniques configurés pour mettre en œuvre le procédé tel que défini précédemment.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d’une pluralité de plateformes se déplaçant en formation, chacune des plateformes comprenant un module de géolocalisation selon l’invention ;
- la figure 2 est une vue schématique détaillée de l’un des modules de géolocalisation de la figure 1 ; et
- la figure 3 est un organigramme d’un procédé de géolocalisation selon l’invention, le procédé étant mis en œuvre par le module de géolocalisation de la figure 2.
On a en effet représenté sur la figure 1 une pluralité de plateformes se déplaçant en formation.
Comme expliqué précédemment, par « plateforme » on entend tout engin, notamment un engin motorisé, apte à se déplacer dans l’espace, notamment en formation avec d’autres engins.
Cette formation est composée de N plateformes, où N est un nombre naturel supérieur ou égal à 2.
Dans l’exemple de la figure 1, chaque plateforme est un aéronef, notamment un avion, repérée sur cette figure par l’une des références A1à A4.
Par ailleurs, dans l’exemple de cette figure, les plateformes A1à A4effectuent un vol en formation présentant la forme d’un losange. En outre, dans cet exemple, il est considéré que la forme de cette formation est sensiblement constante tout au long du déplacement des plateformes A1à A4.
Selon d’autres exemples de réalisation, la forme de la formation est variable au cours du temps en fonction par exemple des évènements extérieurs ou des règles prédéterminées.
Par ailleurs, cette formation peut présenter une forme sensiblement constante mais les plateformes A1à A4elles-mêmes peuvent interchanger ses positions.
Chaque plateforme A1à A4comprend un module de géolocalisation permettant de mettre en œuvre une navigation collaborative au sein de la formation, comme cela sera expliqué en détail par la suite.
Les modules de géolocalisation et des composantes associées à ces modules des plateformes A1à A4sont par exemple tous analogues entre eux. Ainsi, par la suite, seul un module de navigation 10 et des composantes associées à celui-ci de la plateforme A1seront expliqués en détail en référence à la figure 2.
Ainsi, comme cela est visible sur cette figure 2, le module de géolocalisation 10 comprend une unité d’entrée 12, une unité de traitement 13 et une unité de sortie 14.
Chacune de ces unités 12 à 14 se présente au moins partiellement sous la forme d’un circuit logique programmable et/ou d’un logiciel configurés pour mettre en œuvre les fonctions associées. De plus, lorsqu’au moins l’une de ces unités 12 à 14 se présente au moins partiellement sous la forme d’un logiciel, ce logiciel est stocké dans une mémoire associée et est mis en œuvre par un logiciel associé.
L’unité d’entrée 12 est apte à acquérir des données issues de systèmes externes.
En particulier, l’unité d’entrée 12 est apte à acquérir des données de navigation issues d’un capteur GNSS 22. Ces données de navigation sont déduites de signaux transmis par les satellites d’un système GNSS et permettent notamment de déterminer une position absolue dans un repère terrestre de la plateforme A1correspondante.
L’unité d’entrée 12 est apte en outre à acquérir des données issues d’un système de radiocommunication 23 avec les autres plateformes de la formation.
En particulier, le système de radiocommunication 23 permet d’établir une liaison radioélectrique avec un système analogue d’au moins une autre plateforme afin de recevoir des données utiles issues de cette autre plateforme et de déterminer de cette liaison des données de télémétrie et avantageusement, des données de goniométrie relatives à cette autre plateforme.
Les données de télémétrie comprennent notamment des mesures de distance entre les plateformes correspondantes. Ces données sont déduites par exemple de la liaison radioélectrique établie entre les deux plateformes en envoyant un signal de type prédéterminé dans cette liaison et en mesurant le temps de réponse à ce signal par un signal de réponse.
Les données de goniométrie générées par l’une des plateformes comprennent notamment des mesures d’angle entre l’autre plateforme et une direction prédéterminée. Ces mesures sont déduites en analysant les directions de provenance des signaux radioélectriques formant la liaison radioélectrique correspondante.
Les données utiles comprennent des données relatives à différentes plateformes de la formation.
Ces données utiles comprennent par exemple des mesures relatives à la position absolue et à l’altitude de chacune des plateformes, y compris des plateformes dépourvues de liaison radioélectrique directe avec la plateforme A1. Pour cela, il est nécessaire que chacune des plateformes ait une liaison radioélectrique avec au moins une autre plateforme. Dans ce cas, des informations utiles relatives à une telle plateforme sont transmises à l’ensemble des autres plateformes via une ou plusieurs autres plateformes.
Ces données utiles comprennent également des mesures de distance entre des plateformes autres que la plateforme A1.
Ainsi, le système de radiocommunication 23 permet d’établir un réseau de communication maillé au sein de la formation des plateformes A1à A4ce qui permet de transmettre des données utiles relatives à l’ensemble des plateformes.
L’unité d’entrée 12 permet en outre d’acquérir des mesures issues d’une centrale inertielle 24 et d’un altimètre 25 de la plateforme A1.
En particulier, de manière connue en soi, les mesures délivrées par la centrale inertielle 24 comprennent des mesures inertielles permettant de déduire une position absolue de la plateforme A1à partir d’un point de référence. Cette position absolue est déduite en analysant les accélérations de la plateforme A1détectées par la centrale inertielle 24 à partir du point de référence.
Également de manière connue en soi, les mesures délivrées par l’altimètre 25 comprennent des mesures relatives à l’altitude courante de la plateforme A1.
L’unité de traitement 13 permet d’analyser l’ensemble des données acquises par l’unité d’entrée 12 afin d’en déduire des données de navigation relatives à chacune des plateformes A2à A4. Pour ce faire, l’unité de traitement 13 est apte à mettre en œuvre au moins certaines étapes d’un procédé de géolocalisation expliqué en détail par la suite.
L’unité de sortie 14 est apte à transmettre les positions relatives de chacune des plateformes A2à A4à des systèmes embarqués de la plateforme qui sont configurés pour utiliser ces positions.
Ainsi, par exemple, ces systèmes embarqués comprennent un système d'alerte de trafic et d'évitement de collision, un système de navigation, un système d’affichage, etc.
Le procédé de géolocalisation selon l’invention sera désormais expliqué en référence à la figure 3 présentant un organigramme de ses étapes.
Dans l’exemple décrit, ce procédé est mis en œuvre par le module de géolocalisation 10 de la plateforme A1qui est alors appelée plateforme de référence. Les autres plateformes A2à A4sont appelées plateformes voisines.
Toutefois, il doit être compris qu’avantageusement, le procédé de géolocalisation décrit ci-dessous est mis en œuvre par le module de géolocalisation de chacune des plateformes. Ainsi, dans le cas général, la plateforme mettant en œuvre le procédé de géolocalisation est considérée comme plateforme de référence aux fins de ce procédé, les autres plateformes étant considérées comme plateformes voisines.
Il est également supposé que chaque plateforme dispose d’une liaison radioélectrique avec au moins une autre plateforme.
Enfin, il est supposé que la formation A1à A4se trouve par exemple dans une zone de brouillage au moins partiel des signaux GNSS mais que chaque plateforme dispose toutefois de sa position absolue avec une précision moindre. Cette position absolue est obtenue par exemple en utilisant la centrale inertielle embarquée.
Lors d’une étape initiale 110, l’unité d’entrée 12 de la plateforme de référence A1acquiert l’ensemble des données issues des composantes 22 à 25 associées à cette unité.
Ces données comprennent notamment M positions absolues et M altitudes absolues de l’ensemble des plateformes et K mesures de distance entre au moins certains couples de plateformes. Le nombre M est alors compris entre 0 et N, et le nombre K est compris entre 0 et N(N-1)/2.
Il est donc clair que lorsque les positions absolues de l’ensemble des plateformes sont connues, le nombre M est égal à N. Par la suite, pour des raisons de simplicité, il est considéré que le nombre M est égal à N.
Selon un exemple avantageux de réalisation de l’invention, lors de cette étape 110, l’unité d’entrée 12 acquiert en outre L mesures de goniométrie Θi joù le nombre L est compris entre 0 et N(N-1).
Chaque mesure de goniométrie Θijest définie pour un couple de plateformes et comprend une valeur d’azimut et une valeur de site définissant un angle d’écartement entre ces plateformes respectivement dans un plan horizontal et dans un plan vertical.
À la fin de cette étape, l’unité d’entrée 12 transmet l’ensemble des données acquises à l’unité de traitement 13.
Lors des étapes 120 et 130 suivantes, l’unité de traitement 13 traite les données acquises par l’unité d’entrée 12 afin de déterminer une position précisée tridimensionnelle de chaque plateforme, notamment de chaque plateforme voisine A2à A4.
Par position précisée tridimensionnelle , on entend une estimation de la position de la plateforme correspondante ayant une précision supérieure à celle de la valeur de la position absolue déterminée par cette plateforme et transmise aux autres plateformes.
En particulier, lors de l’étape 120, l’unité de traitement 13 détermine une position précisée bidimensionnelle de chaque plateforme dans un plan horizontal.
Ce plan horizontal correspond par exemple au plan horizontal comprenant la plateforme de référence A1.
Cette étape 120 comprend plusieurs sous-étapes.
Lors d’une première sous-étape 121, l’unité de traitement 13 projette la position absolue de chaque plateforme sur le plan horizontal pour obtenir une projection de cette position. La projection est par exemple faite de manière orthogonale.
Chaque projection présente donc un point bidimensionnel compris dans le plan horizontal.
Lors d’une deuxième sous-étape 122, l’unité de traitement 13 détermine une altitude relative au moins pour les couples de plateformes pour lesquels la mesure de distance correspondante est disponible. Avantageusement, l’unité de traitement 13 détermine en outre une altitude relative pour chaque couple de plateformes comprenant la plateforme de référence A1, ou autrement dit, chaque valeur où .
Cette altitude relative est déterminée suivant la relation suivante :
où et sont les altitudes absolues des plateformes correspondantes.
Lors d’une troisième sous-étape 123, l’unité de traitement 13 détermine une image de chaque mesure de distance dans le plan horizontal.
Cette image est déterminée par exemple selon la relation suivante :
où les valeurs et correspondent au même couple de plateformes.
Lors d’une quatrième sous-étape 124, l’unité de traitement 13 détermine une position précisée bidimensionnelle de chaque plateforme voisine à partir des projections et des images déterminées lors des sous-étapes 121 et 123 précédentes.
En particulier, cette étape 124 est mise en œuvre en utilisant une technique de géolocalisation collaborative bidimensionnelle connue en soi et permettant d’obtenir une position précisée d’une plateforme à partir des positions estimées de l’ensemble des plateformes et de mesures de distance entre au moins certains couples couple de plateformes.
Avantageusement, lors de cette sous-étape 124, l’unité de traitement 13 utilise en outre les mesures de goniométrie Θi j et en particulier les valeurs d’azimut correspondantes, pour déterminer les postions précisées des plateformes avec davantage de précision.
Lors de l’étape 130 suivante, l’unité de traitement 13 détermine une position précisée tridimensionnelle de chaque plateforme voisine en fusionnant sa position précisée bidimensionnelle avec son altitude .
En particulier, cette étape 130 consiste à associer à chaque position précisée bidimensionnelle une troisième coordonnée déterminée à partir de l’altitude correspondante.
Avantageusement, lors de cette étape, l’unité de traitement 13 utilise en outre les mesures de goniométrie Θiet en particulier les valeurs de site pour améliorer la précision des positions tridimensionnelles obtenues.
Lors de l’étape 140, l’unité de traitement 13 transmet via l’unité de sortie 14 l’ensembles des positions précisées tridimensionnelles déterminées aux systèmes embarqués connectés qui utilisent ces postions conformément à leurs fonctionnalités.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, les positions précisées tridimensionnelles de chaque plateforme sont obtenues dans un repère particulier, lié par exemple à la plateforme de référence A1. Ce repère est formé par exemple par deux axes horizontaux compris dans le plan horizontal de la plateforme de référence et d’un axe vertical perpendiculaire alors à ce plan horizontal.
Dans ce cas, au lieu des altitudes absolues , les positions précisées bidimensionnelles des plateformes sont fusionnées avec les altitudes relatives déterminées par rapport au plan horizontal.
On conçoit alors que l’invention présente un certain nombre d’avantages.
Tout d’abord, l’invention permet de mettre en œuvre une géolocalisation collaborative dans un cas bidimensionnel ce qui permet de déterminer des données de navigation de l’ensemble des plateformes de manière particulièrement rapide, et parfois dans des situations où les positions ne pourraient pas être déterminées avec une géolocalisation collaboratives tridimensionnelle en raison d’un système non observable.
Les données de navigation bidimensionnelles ainsi déterminées sont également très précises et cela indépendamment de la dispersion en altitude des plateformes. Quant aux valeurs d’altitude absolue utilisées pour obtenir les positions précisées tridimensionnelles, celles-ci sont utilisées pour former uniquement la troisième coordonnée. Ces valeurs et donc leur erreur, n’ont pas d’influence sur les deux premières coordonnées.
Il est à noter en outre que si l’on utilise des mesures de goniométrie Θi j et en particulier les valeurs de site pour améliorer la précision des positions tridimensionnelles obtenues, les altitudes relatives sont généralement très précises car les altitudes absolues utilisées pour obtenir ces altitudes relatives, utilisent des capteurs spécifiques tels que des baromètres qui subissent généralement les mêmes marges d’erreur qui s’annulent sensiblement en faisant la soustraction.
Claims (12)
- Procédé de géolocalisation de plateformes (A1,…,A4) se déplaçant en formation, comprenant les étapes suivantes :
- acquisition (110) d’une altitude (
- détermination (120) d’une position précisée bidimensionnelle (
- détermination (130) d’une position précisée tridimensionnelle ( - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le plan horizontal est défini par l’une des plateformes (A1), dite plateforme de référence.
- Procédé selon la revendication 2, dans lequel les étapes (110,…,140) du procédé sont mises en œuvre par la plateforme de référence (A1).
- Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel la position précisée bidimensionnelle (
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’étape de détermination (120) de la position précisée bidimensionnelle (
- projection (121) de la position absolue (
- détermination (123) d’une image (
- analyse (124) de l’ensemble desdites projections ( - Procédé selon la revendication 5, dans lequel l’étape de détermination (120) comprend en outre une sous-étape (122) de détermination d’une altitude relative (
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la position absolue (
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la position absolue (
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque mesure de distance (
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les positions précisées bidimensionnelles (
- Produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsque mises en œuvre par un équipement informatique, mettent en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- Module de géolocalisation (10) de plateformes (A1,…,A4) se déplaçant en formation comportant des moyens techniques (12, 13, 14, 27) configurés pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
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2019
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