FR3101330A1 - Drone pour la localisation de personne recherchée et procédé associé - Google Patents

Abstract

Drone pour la localisation de personne recherchée et procédé associé La présente invention concerne un drone aérien (100) à voilure tournante, pour la localisation d’un terminal mobile, comportant un corps principal (10), un capteur d’image (40) mobile, un moyen électronique (50), apte à communiquer via une liaison radio, et un direction-finder (60), le direction-finder étant directement contrôlé par le moyen électronique et placé sous le corps principal.L’invention porte également sur un procédé de localisation mis en œuvre par un système comprenant le drone (100). figure pour l’abrégé : figure 1

Description

Drone pour la localisation de personne recherchée et procédé associé

La présente invention appartient au domaine général des drones aériens, notamment des drones de secours et de sauvetage, et concerne plus particulièrement un drone pour la localisation, via un réseau mobile, de personne recherchée, en détresse par exemple, et un procédé de localisation associé.

Etat de la technique

Les véhicules aériens sans pilote (UAV), communément appelés drones aériens ou simplement drones, sont largement répandus du fait de leur usage civil, en particulier en tant que moyens de secours dans des environnements périlleux.

L’usage des drones dans des opérations de sauvetage et de secours présente un réel avantage, en termes de rapidité et d’efficacité, dans les cas de sauvetage en mer, en montagne ou en forêt, et plus particulièrement en cas d’incendie ou de terrains difficiles d’accès.

Le sauvetage de vies humaines étant un enjeu majeur pour les différents services concernés, ces derniers n’hésitent pas à intégrer dans leurs protocoles les procédés de sauvetage utilisant des drones.

Généralement, à la suite d’un tremblement de terre ou une autre catastrophe naturelle, il s’avère compliqué de connaître la position des victimes sous les décombres. À l’heure où la plupart des gens possèdent un téléphone portable, l’utilisation de ce biais pour localiser des personnes s’avère pertinente.

Les solutions existantes combinent un IMSI-catcher et un Direction Finder pour localiser les terminaux mobiles. Il est nécessaire de rappeler qu’un IMSI-catcher (ou intercepteur d’IMSI) est un appareil de surveillance utilisé pour identifier et localiser des terminaux mobiles en simulant une fausse antenne-relais qui vient s’intercaler entre le réseau de l’opérateur de téléphonie et le terminal intercepté. Ainsi, un IMSI-catcher est capable de récupérer des informations de position ; et qu’un Direction Finder, abusivement appelé radiocompas, est un système comprenant une antenne et un récepteur radio pour déterminer la direction d’une source émettant un signal radio, ce système peut être embarqué dans un aéronef comme moyen d’aide à la navigation.

Or, ces solutions présentent des limites et de majeurs inconvénients comme une efficacité très contestable, une forte dépendance à la nature de la zone de recherche, et notamment à la distance entre le terminal mobile recherché et l’opérateur de l’IMSI-catcher et à la taille de la zone explorée. De plus les Direction Finder sont positionnés de sorte que leurs antennes soient disposées horizontalement, contraignant ainsi les drones à effectuer des rotations à 360° pour chercher et capter les signaux.

Le document US 2017/0350959 décrit un système et une méthode pour détecter des individus dans une zone géographique cible, telle que le site d’un désastre, qui permettent d’identifier et de localiser des victimes potentielles en utilisant des signaux provenant des téléphones cellulaires desdites victimes et qui, à cet effet, font appel à un drone équipé d’un composant antenne rétractable et d’un composant de connexion à un réseau central. Le composant antenne rétractable comprend une station de base de téléphonie mobile et emploie un système intelligent d’antennes afin d’estimer la direction d’arrivée des signaux entrants. Le composant de connexion de réseau central est opérationnel pour établir une liaison de communication sans fil avec un réseau central de protocole Internet. Lorsque les téléphones cellulaires d'une victime tentent de se connecter à la station de base afin d'accéder au réseau central, l'emplacement du téléphone cellulaire peut être déterminé. Les emplacements peuvent être représentés sur une carte et, en fonction de la répartition des téléphones sur la carte, les efforts de secours peuvent être optimisés.

Dans un contexte différent, relatif à la détection et à la neutralisation d’explosifs télécommandés dans une zone de combat, le document US 2010/0170383 décrit un dispositif pouvant être monté sur un drone et comportant des circuits de transmission et de réception pourvus d’antennes, ledit dispositif détecte des transmissions radio en analysant des signaux reçus au moyen de techniques standard de radiogoniométrie, ouRadio Direction Finding(RDF), et d’un analyseur de spectre.

Présentation de l’invention

La présente invention vise à pallier les inconvénients de l’art antérieur, notamment les difficultés rencontrées lors de la localisation de terminaux mobiles avec un Direction Finder en termes de temps de recherche et d’efficacité.

À cet effet, la présente invention a pour objet un drone aérien, pour la localisation d’un terminal mobile pourvu d’une carte SIM, comportant un corps principal, un capteur d’image mobile, un moyen électronique, apte à communiquer via une liaison radio, et un direction-finder. Ce drone est remarquable en ce qu’il est à voilure tournante et en ce que le direction-finder est directement contrôlé par le moyen électronique et placé sous le corps principal.

Par exemple, le drone est de type quadricoptère.

De façon particulièrement avantageuse, le direction-finder comporte une antenne disposée verticalement par rapport au drone et pointant vers le bas.

Selon un mode de réalisation, le moyen électronique est un téléphone mobile de type smartphone placé sur le corps du drone et connecté au direction-finder par une liaison informatique adaptée.

La présente invention concerne également un procédé de localisation, mis en œuvre par au moins un drone tel que présenté, comprenant :
- une étape de contrôle du terminal mobile par un IMSI-catcher ;
- une étape d’émission dudit terminal mobile sur une fréquence F choisie par l’IMSI-catcher ; et
- une étape de recherche dudit terminal mobile par le direction-finder réglé sur la fréquence F.

Avantageusement, l’étape de recherche du terminal mobile comprend :
- une étape de positionnement du drone ;
- une étape de choix d’une première direction de vol dudit drone ;
- une étape itérative d’observation de la directivité du signal provenant du terminal mobile et reçu par le direction-finder ;
- une étape itérative de suivi par le drone de la direction correspondant au signal le plus fort ;
- une étape itérative de vérification de la présence du terminal mobile au moyen des images fournies par le capteur d’image.

Selon un mode de réalisation, le moyen électronique du drone est un smartphone contrôlé à distance par un autre smartphone via une application de type partage d’écran ou contrôle à distance.

Selon un mode de réalisation avantageux, l’étape d’observation consiste à afficher sur une interface de pilotage, à chaque réception de signal, une croix de directions indiquant la force du signal reçu suivant chacune desdites directions.

Le présent procédé est, par exemple, destiné à rechercher des terminaux mobiles portés par des personnes en détresse dans une zone sinistrée.

L’invention porte également sur un système de localisation pour la mise en œuvre d’un procédé de localisation tel que présenté, comportant au moins un drone tel que présenté, un IMSI-catcher et un terminal opérateur.

Les concepts fondamentaux de l’invention venant d’être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d’autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d’exemple non limitatif un mode de réalisation d’un drone, d’un procédé et d’un système conformes aux principes de l’invention.

Présentation des dessins

Les figures et les éléments d’une même figure ne sont pas nécessairement représentés à la même échelle. Sur l’ensemble des figures, les éléments identiques portent la même référence numérique.

Il est ainsi illustré en :

: une vue schématique en perspective avant d’un drone selon un mode de réalisation de l’invention ;

: une vue de dessus du drone de la figure 1 ;

: un diagramme bloc simplifié d’un drone selon l’invention ;

: une schématisation du procédé de localisation selon l’invention ;

: les principales étapes du procédé de localisation selon l’invention ;

 : les sous-étapes de l’étape de recherche selon l’invention ;

 : une schématisation de la première phase du procédé de localisation dans le cadre d’une recherche en montagnes ;

 : une schématisation de la deuxième phase du procédé de localisation dans le cadre d’une recherche en montagnes ;

 : une schématisation de la stratégie d’exploration selon l’invention.

Description détaillée de modes de réalisation

Dans le mode de réalisation décrit ci-après, on fait référence à un drone pour la localisation de personne en détresse destiné principalement au sauvetage et autres opérations de secours en montagne, en mer et similaires. Cet exemple non limitatif est donné pour une meilleure compréhension de l’invention et n’exclut pas l’utilisation du drone pour, par exemple, détecter et localiser divers objets utilisant des cartes SIM, voire même des individus recherchés dans le cadre d’opérations judiciaires.

Dans la suite de la description, le terme « drone » désigne par extension un drone aérien, ou véhicule aérien sans pilote (UAV).

Différents drones peuvent être utilisés dans le cadre de l’invention, à condition d’être modulables, polyvalents et entièrement programmables. Il est préférable d’utiliser un drone à usage professionnel pour garantir un paramétrage précis. Le drone utilisé doit également faire preuve d’une grande autonomie en raison des besoins des missions de recherche et de sauvetage.

Par exemple, peuvent être utilisés des drones civils à voilure tournante, de préférence quadrirotor.

Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un drone 100 civil apte à effectuer un vol stationnaire, de type quadricoptère par exemple, et comportant principalement un corps 10, à l’intérieur duquel se trouvent les systèmes embarqués du drone (avionique, alimentation, etc.), quatre moteurs à hélice 20 coplanaires et agencés en croix autour du corps, et des bras 30 reliant lesdits moteurs au corps du drone.

Le corps 10 permet d’embarquer les composants et modules électroniques nécessaires au vol autonome du drone 100, soit dans son volume soit dans des boitiers externes 16 comme représenté sur la figure 2.

En référence à la figure 3, le drone 100 peut comporter de façon non exhaustive un capteur de mouvement 11, un module de géolocalisation 12 pour système de positionnement par satellites, un module de communication 13, un calculateur central 14 et une batterie électrique 15.

Par exemple, le capteur de mouvement 11 est un capteur inertiel sous forme d’une centrale inertielle miniature de type unité de mesure inertielle, connue par son acronyme anglosaxon IMU (pourInertial Measurement Unit), et qui permet d’estimer l’attitude et la position du drone ; le module de géolocalisation 12 pour système de positionnement par satellites est de type GPS et comprend essentiellement un récepteur GPS pour permettre au drone 100 d’opérer des vols automatiques géolocalisés ; le module de communication 13 est un module radiofréquence.

Le calculateur central 14 constitue le contrôleur de vol du drone 100 en exécutant tous les traitements et analyses nécessaires au bon déroulement du plan de vol, et comprend à cet effet un ou plusieurs microprocesseurs et/ou microcontrôleurs, des moyens de mémoire (RAM, Flash), des moyens de transmission de données, ainsi que toute autre unité de traitement spécifique (traitement numérique du signal, gestion de l’alimentation, etc.).

Selon le mode de réalisation illustré, le drone 100 est en outre équipé d’un capteur d’image 40, d’un téléphone mobile 50 embarqué, et d’un Direction Finder 60 agencé sous le corps 10 et contrôlé par ledit téléphone mobile auquel il est connecté au moyen d’une liaison 70.

Le capteur d’image 40 est une caméra haute définition (HD) performante offrant une profondeur de champ et une ouverture angulaire importantes. De préférence, le capteur d’image 40 est une caméra thermique, optique infrarouge (IR), ou multispectrale permettant des visions diurnes et nocturnes, dotée de modules d’acquisition, d’imagerie (thermographique, radiométrique, etc.), de communication, de traitement, et éventuellement de suivi (ou « tracking »).

Le téléphone mobile 50, selon l’exemple de réalisation illustré, est placé dans un logement dédié, tel qu’une coque rapportée directement sur le corps 10 du drone 100, par simple vissage ou clipsage par exemple. Préférablement, le téléphone mobile 50 est de type smartphone fonctionnant sur le réseau GSM, UMTS, LTE ou 5G, et comprend à cet effet une carte SIM.

Le Direction Finder 60, indifféremment désigné par DF, est avantageusement placé sous le corps 10 du drone 100. Plus précisément, le DF comporte une antenne de réception fixée sous le drone avec une orientation verticale pointant vers le bas.

Le drone 100, tel qu’il vient d’être décrit, permet de mettre en œuvre un procédé de localisation de personne recherchée. Un schéma simplifié de ce procédé est donné en figure 4.

Toute personne recherchée P qui dispose d’un terminal mobile, muni d’une carte SIM, peut être localisée grâce au numéro IMSI (International Mobile Subscriber Identity) de ladite carte SIM et à l’émission dudit terminal sur une fréquence donnée. En effet, dans un premier temps, un IMSI-catcher 200 (qu’on peut traduire par intercepteur d’IMSI) prend le contrôle du terminal mobile de la personne recherchée P, puis ordonne à ce dernier d’émettre sur une fréquence F bien précise. Dès lors, le drone 100, dans un second temps, peut rechercher ce terminal mobile par le biais de son DF qui est alors réglé sur la fréquence F, ledit DF étant contrôlé par le smartphone embarqué, lui-même contrôlé à distance par l’opérateur du drone au moyen d’un autre smartphone par exemple. Cette dernière configuration n’est cependant pas obligatoire et le DF du drone peut être contrôlé par une électronique dédiée communiquant par les canaux d’une télécommande dudit drone ou par une liaison radio spécifique.

Ainsi, le procédé de localisation, selon le mode de réalisation en figure 5, comprend principalement :
- une étape 510 de contrôle par l’IMSI-catcher du terminal mobile de la personne recherchée ;
- une étape 520 d’envoi audit terminal mobile d’une consigne d’émission sur une fréquence déterminée ;
- une étape 530 d’émission du terminal mobile sur ladite fréquence ; et
- une étape 540 de recherche du terminal mobile par le drone.

Une application d’un tel procédé de localisation est schématisée sur les figures 7a et 7b dans le cadre d’une opération de recherche en montagne.

L’étape 510 de contrôle par l’IMSI-catcher 200 du terminal mobile de la personne recherchée consiste à intercepter le signal en provenance dudit terminal mobile et en direction d’une antenne-relais 300. Cela permet à l’IMSI-catcher 200 d’établir une liaison avec le terminal mobile en vue de lui transmettre des consignes d’émission.

L’étape 520 d’envoi au terminal mobile d’une consigne d’émission sur une fréquence F déterminée va permettre au terminal mobile recherché de se mettre en mode émission et d’émettre, lors de l’étape 530, un signal à la fréquence F sur laquelle le Direction Finder 60 du drone 100 est réglé.

Ensuite, l’étape 540 de recherche du terminal mobile, et par là-même de la personne recherchée, par le drone 100 équipé du Direction Finder 60 va permettre de suivre le signal émis par le terminal mobile à la fréquence F jusqu’à ce que la personne recherchée soit localisée. Cette dernière étape est cruciale car elle met en œuvre le drone 100 qui présente une autonomie limitée. La recherche doit donc respecter une stratégie élaborée afin d’optimiser le parcours du drone, surtout en zone difficile d’accès, pour ne pas être confronté à une situation où il faudrait aller récupérer le drone dont la batterie se serait entièrement déchargée avant qu’il ait localisé sa cible.

L’étape de recherche, selon le mode de réalisation en figure 6, comprend :
- une étape 541 initiale de positionnement du drone 100 ;
- une étape 542 de choix d’une première direction de vol du drone 100 ;
- une étape 543 d’observation de la directivité du signal reçu par le Drone 100 en provenance du terminal mobile de la personne recherchée ;
- une étape 544 de suivi de la direction d’augmentation dudit signal ; et
- une étape 545 de test de localisation.

L’étape initiale 541 consiste à positionner le drone 100 à une certaine hauteur du sol, par exemple à une hauteur de 80 mètres du sol. Accessoirement, le drone 100 peut être positionné sur une plateforme de lancement LP comme schématisé sur la figure 8.

Selon l’étape 542, le choix d’une première direction de vol du drone pour aller rechercher la cible peut soit, découler d’une réception d’un premier signal provenant de la cible, auquel cas, la direction indiquant le signal le plus fort est suivie, soit, être fait arbitrairement si aucun signal n’est capté à la position initiale du drone. Le premier scénario peut correspondre à la présence d’un service de secours équipé du drone 100 à proximité de la zone de recherche, dans le cas d’une station de ski par exemple.

L’étape 543 d’observation de la directivité du signal reçu par le Direction Finder du drone 100 en provenance du terminal mobile de la personne recherchée consiste à réaliser une croix directive dès réception des premiers signaux afin de visualiser la force du signal suivant les différentes directions indiquées par ladite croix. En référence à la figure 8, ces directions peuvent par exemple correspondre à des directions de navigation du drone. La visualisation peut être réalisée sur une interface graphique adaptée, via une application dédiée, avec par exemple la force du signal indiquée par des flèches nivelées pleines superposées aux flèches de directions, ou à l’intérieur de celles-ci.

Ainsi, l’étape 544 de suivi de la direction, et plus précisément du sens, d’augmentation du signal consiste à orienter le drone 100 suivant la direction qui indique un pic de signal et à itérer l’opération à chaque apparition de pic jusqu’à atteindre la cible. Le pilotage du drone lors de cette étape peut être manuel, avec un opérateur au sol qui surveille la variation de la force du signal sur un écran de pilotage, ou automatique, au moyen d’algorithmes spécifiques implémentés dans le contrôleur du drone et permettant de guider le drone selon le principe décrit ci-dessus.

Le test de localisation 545 consiste ensuite à vérifier si le drone a atteint ou non la personne recherchée pour continuer ou arrêter les étapes itératives d’observation et de suivi. De façon avantageuse, le test de localisation se base sur le retour caméra pour ne pas laisser de place au doute et pour avoir une information fiable avant de mobiliser les services de secours ou de recherche concernés.

La figure 8 illustre un exemple d’application de la stratégie de recherche selon l’invention : initialement (instant T0), le drone est positionné sur une plateforme de lancement puis s’envole suivant une première direction jusqu’à réception du premier signal (instant T1), la croix directive est alors visualisée avant le choix de la deuxième direction, celle-ci doit correspondre au signal le plus fort ; l’opération est alors répétée (instants T2, T3, etc.) jusqu’à ce que le drone 100 atteigne la cible, ici un smartphone.

Il est important de noter qu’en raison de la disposition verticale vers le bas de l’antenne du Direction Finder, le drone 100 n’a pas besoin de faire des rotations à 360° pour évaluer la force du signal reçu. En effet, cette disposition avantageuse permet au drone de capter indifféremment les signaux quelle que soit son orientation dans un plan horizontal.

De plus, l’orientation verticale de l’antenne du Direction Finder permet à la fois de réduire les perturbations causées par les réflexions sur l’environnement (montagnes, obstacles naturels, etc.), et de simplifier la corrélation entre les mesures du Direction Finder et le retour de la caméra du drone.

Également, le procédé de localisation selon l’invention propose une stratégie de recherche systématique, qui favorise une convergence très rapide vers la cible et une préservation de l’énergie, et évite à l’opérateur de perdre du temps en essayant d’élaborer en temps réel sa propre stratégie. D’autant plus que dans le cadre d’un sauvetage, toute perte de temps peut porter préjudice à des victimes humaines.

Claims (10)

1. Drone aérien (100), pour la localisation d’un terminal mobile pourvu d’une carte SIM, comportant un corps principal (10), un capteur d’image (40) mobile, un moyen électronique (50), apte à communiquer via une liaison radio, et un direction-finder (60), ledit drone étantcaractériséen ce qu’il est à voilure tournante et en ce que le direction-finder est directement contrôlé par le moyen électronique et placé sous le corps principal.
2. Drone selon la revendication 1, dans lequel le direction-finder (60) comporte une antenne disposée verticalement par rapport au drone et pointant vers le bas.
3. Drone selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le moyen électronique (50) est un téléphone mobile de type smartphone placé sur le corps (10) du drone et connecté au direction-finder (60) par une liaison informatique (70) adaptée.
4. Drone selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit drone étant un quadricoptère.
5. Procédé de localisation, mis en œuvre par au moins un drone (100) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend : une étape (510) de contrôle du terminal mobile par un IMSI-catcher (200) ; une étape (530) d’émission dudit terminal mobile sur une fréquence F choisie par l’IMSI-catcher ; et une étape (540) de recherche dudit terminal mobile par le direction-finder (60) réglé sur la fréquence F.
6. Procédé de localisation selon la revendication 5, dans lequel l’étape (540) de recherche du terminal mobile comprend : une étape (541) de positionnement du drone (100) ; une étape (542) de choix d’une première direction de vol dudit drone ; une étape (543) itérative d’observation de la directivité du signal provenant du terminal mobile et reçu par le direction-finder (60) ; une étape (544) itérative de suivi par le drone (100) de la direction correspondant au signal le plus fort ; une étape (545) itérative de vérification de la présence du terminal mobile au moyen des images fournies par le capteur d’image (40).
7. Procédé de localisation selon l’une des revendication 5 ou 6, dans lequel le moyen électronique (50) du drone (100) est un smartphone contrôlé à distance par un autre smartphone (400) via une application de type partage d’écran ou contrôle à distance.
8. Procédé de localisation selon la revendication 6, dans lequel l’étape (543) d’observation consiste à afficher sur une interface de pilotage, à chaque réception de signal, une croix de directions indiquant la force du signal reçu suivant chacune desdites directions.
9. Procédé de localisation selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel le terminal mobile recherché est porté par une personne en détresse.
10. Système de localisation pour la mise en œuvre d’un procédé de localisation selon l’une des revendications 5 à 9, comportant au moins un drone (100) selon l’une des revendications 1 à 4, un IMSI-catcher (200) et un terminal opérateur (400).