FR3110999A1 - Procédé et système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection pour aéronef - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un procédé et un système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles pour aéronef (1). Ledit aéronef (1) comporte un système de pilotage, une pluralité de capteurs destinés à la détection d’obstacles sur trois espaces de détection (31-33) et un calculateur. Ledit procédé comporte une étape de détection d’au moins un obstacle présent dans au moins un espace de détection (31-33), une étape d’analyse dudit au moins un obstacle détecté pour déterminer au moins une caractéristique dudit au moins un obstacle, une étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement permettant audit aéronef (1) d’éviter ledit au moins obstacle détecté en fonction d’au moins une caractéristique dudit obstacle et une étape de commande dudit système de pilotage afin que ledit aéronef (1) réalise automatiquement une trajectoire d’évitement dudit obstacle détecté. Figure abrégé : figure 5

Description

Procédé et système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection pour aéronef
La présente invention se situe dans le domaine technique général des aides au pilotage d’aéronefs et en particulier dans le domaine de la détection et de l’évitement d’obstacles.
La présente invention concerne un procédé et un système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection ainsi qu’un aéronef muni d’un tel système.
La présente invention est destinée à tout type d’aéronef, aussi bien aux aéronefs avec un pilote embarqué qu’aux aéronefs sans pilote embarqué. Un aéronef sans pilote embarqué peut être désigné par le terme de « drone », quelles que soient ses dimensions.
Un obstacle peut être fixe ou mobile. Un obstacle fixe est formé par exemple par le terrain environnant l’aéronef, un bâtiment, un arbre ou encore un véhicule immobile par rapport au sol tel un autre aéronef en vol stationnaire. Un obstacle mobile est quant à lui formé par exemple par un oiseau ou encore un véhicule en mouvement par rapport au sol tel un autre aéronef en vol d’avancement.
Afin de prendre en compte un obstacle éventuel, un aéronef peut être équipé d’un système de détection d’obstacles. Un système de détection d’obstacles pour aéronef est par exemple connu sous l’acronymeOWSpour la désignation en langue anglaise « Obstacle Warning System ». Un autre système, désigné sous l’acronyme «GPWS» en langue anglaise pour « Ground Proximity Warning Systems », permet d’alerter le pilote d’un aéronef uniquement de la proximité du sol.
Un aéronef peut aussi être équipé d’un système d’aide au pilotage pour l’évitement de terrain connu sous l’acronyme en langue anglaise «TAWS» pour « Terrain Avoidance Warning System ». Un systèmeTAWSpermet de détecter, au fur et à mesure de leur rapprochement, les obstacles dangereux et le relief situés en avant de la trajectoire de l’aéronef.
Par ailleurs, des systèmes d’alerte pour l’évitement de terrains spécifiques et adaptés aux giravions pouvant évoluer à très basse altitude sont connus sous l’acronyme en langue anglaise «HTAWS» pour « Helicopter Terrain Avoidance Warning System ».
De tels systèmes permettent ainsi de produire automatiquement des alertes en fonction de bases de données du relief et des obstacles éventuels survolés. De plus, un tel système peut établir éventuellement une trajectoire d’évitement lorsque la trajectoire de l’aéronef interfère avec le relief ou bien un obstacle.
Des systèmes combinant la détection d’obstacles et l’automatisation d’une manœuvre d’évitement peuvent également équiper les aéronefs et sont connus sous la désignation en langue anglaise « Sense and Avoid Systems ».
Par exemple, le document FR 3070527 décrit un procédé et un système de détection et d’évitement d’un obstacle. Après détection d’un obstacle dans l’environnement d’un aéronef et de son rapprochement, les trajectoires de l’obstacle et de l’aéronef sont estimées, puis une distance minimale séparant ces deux trajectoires est calculée. Une alarme est déclenchée dès que cette distance minimale est inférieure à un premier seuil afin de signaler un risque de collision. Si la distance minimale est inférieure à un second seuil inférieur au premier seuil, une manœuvre d’évitement est réalisée automatiquement, à savoir sans intervention d’un pilote humain.
Un système de détection d’obstacles peut comporter différents types de capteurs, par exemple un détecteur électromagnétique, optique ou encore acoustique, éventuellement à ultrasons.
Par exemple, un système de détection d’obstacles peut comporter un capteur utilisant un faisceau de lumière, connu sous l’acronymeLIDARpour la désignation en langue anglaise « LIght Detection And Ranging » ou sous l’acronyme LEDDAR pour « LED Detection And Ranging ».
Un système de détection d’obstacles peut comporter un capteur utilisant des ondes électromagnétiques ou radiophoniques et connu sous l’acronymeRADAR.
Un système de détection d’un obstacle peut encore comporter un système d’imagerie composé d’un calculateur et d’au moins une caméra permettant l’acquisition d’une image ou d’une succession d’images de l’environnement de l’aéronef. Ces images sont analysées, selon des techniques existantes et connues, afin de détecter la présence d’un éventuel obstacle dans l’environnement de l’aéronef et d’estimer par exemple sa position et sa vitesse relativement à l’aéronef.
Par ailleurs, l’utilisation de drones se démocratise. Le nombre de drones en vol augmente donc rapidement. Dès lors, le risque de collision entre deux drones ou entre un drone et un aéronef augmente également. Toutefois, des drones peuvent être équipés de dispositifs de détection d'obstacles, voire d'évitement automatique de ces obstacles.
Par exemple, le document CN 105629985 décrit un dispositif de détection et d'évitement d'obstacles pour un drone quadri-rotor. Ce drone quadri-rotor comporte plusieurs capteurs à ultrasons répartis sensiblement uniformément autour du drone de sorte à assurer la détection d'obstacles dans un environnement tridimensionnel et la mesure de la distance entre le drone et chaque obstacle. Ces mesures de distance sont traitées par un filtre de Kalman et fusionnées, puis une décision d'évitement de l'obstacle détectée est éventuellement prise par le biais d'un algorithme de logique floue.
Selon ce document CN 105629985, la décision prise et ses conséquences diffèrent selon l’espace de détection dans lequel se trouve cet obstacle, et en particulier en fonction de la distance entre l’obstacle détecté et le drone. Par exemple, dans le cas d’un obstacle lointain, aucune manœuvre n’est effectuée, le vol du drone étant maintenu sans changement. Dans le cas d’un obstacle situé à une distance intermédiaire, la vitesse de déplacement en vol du drone peut être réduite alors que dans le cas d’un obstacle proche, une manœuvre d’évitement proprement dite de l'obstacle avec changement de cap est effectuée par le drone.
Le document WO 2018/129321 décrit un système de détection et d'évitement automatique d’obstacles immobiles et/ou en mouvement pour drone. Un tel système comporte une pluralité de capteurs, par exemple acoustiques, optiques et/ou de type RADAR. Ce système utilise également trois régions de détection afin d’adapter la manœuvre à réaliser en fonction de la région de détection dans laquelle un obstacle est détecté.
La présente invention a alors pour but de proposer un procédé et un système de détection et d’évitement d’obstacles visant à s’affranchir des limitations mentionnées ci-dessus, d’une part en optimisant et fiabilisant la détection d’obstacles sur plusieurs espaces de détection et d’autre part en adaptant la manœuvre d’évitement en fonction de la trajectoire de l’obstacle détecté, voire de sa nature.
La présente invention a tout d’abord alors pour objet un procédé de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles pour aéronef. Cet aéronef comporte par exemple :
  • un système de pilotage de l’aéronef,
  • une pluralité de capteurs destinés à la détection d’obstacles, cette pluralité de capteurs comportant au moins trois séries de capteurs, et
  • au moins un calculateur.
Le procédé de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles pour aéronef selon l’invention comporte les étapes suivantes :
  • détection d’au moins un obstacle présent dans au moins un espace de détection parmi ces au moins trois espaces de détection, lesdits au moins trois espaces de détection comportant un premier espace de détection, un deuxième espace de détection et au moins un troisième espace de détection, le premier espace de détection étant l’espace de détection le plus proche de l’aéronef, le deuxième espace de détection étant l’espace de détection le plus éloigné de l’aéronef, chacune desdites au moins trois séries de capteurs étant associée à au moins un des espaces de détection, chaque espace de détection étant couvert par au moins une série de capteurs,
  • analyse d’au moins un obstacle détecté dans au moins un des espaces de détection par l’intermédiaire dudit au moins un calculateur pour déterminer au moins une caractéristique dudit au moins un obstacle,
  • détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou d’une commande d’évitement permettant à l’aéronef d’éviter chaque obstacle détecté en fonction d’au moins une caractéristique dudit obstacle par l’intermédiaire dudit au moins un calculateur, et
  • commande du système de pilotage pour que l’aéronef réalise automatiquement une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement.
De la sorte, le procédé selon l’invention permet de détecter un risque de collision entre l’aéronef et un obstacle sur l’ensemble des espaces de détection et de proposer une manœuvre d’évitement en présence d’un obstacle et d’un risque de collision. Cette manœuvre d’évitement peut consister par exemple en une nouvelle trajectoire à suivre par l’aéronef, désignée « trajectoire d’évitement », ou bien une commande d’évitement.
La trajectoire d’évitement peut par exemple comporter une nouvelle route permettant de contourner un ou plusieurs obstacles détectés et de se raccorder à la route initiale vers l’objectif initial ou bien une nouvelle route permettant de contourner un ou plusieurs obstacles détectés et d’atteindre directement l’objectif initial en sécurité.
Une commande d’évitement peut par exemple comporter un changement de vitesse d’avancement de l’aéronef, un changement d’accélération de l’aéronef ou encore un changement de facteur de charge de l’aéronef tout en restant sur la route initialement prévue vers l’objectif initial. Ce changement de vitesse d’avancement, d’accélération ou de facteur de charge permet à l’aéronef bien qu’évoluant selon la route initiale vers l’objectif initial d’éviter une collision avec un objet détecté ou d’éviter de se passer à proximité de chaque objet détecté.
L’aéronef peut être un aéronef comportant un pilote embarqué ou bien un aéronef sans pilote embarqué. Un aéronef sans pilote embarqué peut être piloté à distance par un pilote humain ou bien être piloté automatiquement ou de façon autonome.
Dans tous les cas, cet aéronef peut être un giravion muni d’une ou de plusieurs voilures tournantes ou bien un aéronef avec au moins une voilure fixe.
De plus, l’aéronef peut avoir des dimensions très variables dans le cas d’un aéronef sans pilote embarqué, pouvant aller par exemple d’une dizaine de centimètres à plusieurs mètres.
Un obstacle détecté peut être fixe ou mobile par rapport à un repère terrestre. Un obstacle fixe est par exemple un mur, un bâtiment, un pylône, le relief du sol ou encore un aéronef en vol stationnaire. Un obstacle mobile peut être un oiseau, un autre aéronef se déplaçant par rapport au sol. Un tel autre aéronef peut être de très petites dimensions ou un aéronef de dimensions plus importantes par exemple.
Un obstacle mobile peut aussi être une feuille volant dans l’air ou un ballon, par exemple pour un aéronef de petite taille, volant à très basse altitude ou étant proche du sol lors d’une phase d’atterrissage.
La détection d’au moins un obstacle dans au moins l’un des espaces de détection est réalisée par l’intermédiaire de la pluralité de capteurs que comporte l’aéronef. La pluralité de capteurs peut comporter des détecteurs d’obstacles optiques, acoustiques et/ou électromagnétiques.
La pluralité de capteurs comporte de préférence autant de séries de capteurs que le procédé selon l’invention utilise d’espaces de détection. Lesdites au moins trois séries de capteurs couvrent avantageusement ensemble lesdits au moins trois espaces de détection.
En conséquence, chaque série de capteurs peut être dédiée à un seul espace de détection et couvre donc un espace de détection spécifique dans l’environnement de l’aéronef. Dans ce cas, chaque série de capteurs peut être avantageusement adaptée à l’espace de détection qu’elle couvre afin en particulier d’avoir une portée de détection optimisée pour cet espace de détection permettant d’obtenir la meilleure efficacité et la meilleure précision dans la détection d’un obstacle sur chaque espace de détection. Tous les capteurs d’une même série de capteurs peuvent par exemple avoir la même portée de détection.
Toutefois, une série de capteurs peut aussi couvrir plusieurs espaces de détection dans l’environnement de l’aéronef. Une telle série de capteurs est alors adaptée aux espaces de détection qu’elle couvre. Une telle série de capteurs peut par exemple comporter des capteurs capables d’assurer une détection d’obstacles sur tous les espaces de détection couverts par cette série de capteurs.
Alternativement, une telle série de capteurs peut aussi comporter des capteurs capables d’assurer une détection sur un seul espace de détection parmi les espaces de détection couverts par la série de capteurs. Cette série de capteurs peut par exemple comporter plusieurs jeux de capteurs, chaque jeu de capteurs étant adapté et associé à un seul espace de détection.
De plus, chaque série de capteurs peut comporter au moins deux types de technologies de capteurs différents couvrant le même espace de détection. De la sorte, une dissimilarité et une redondance des capteurs pour chaque série de capteurs sont assurées afin de pouvoir immédiatement pallier une panne éventuelle d’un ou de plusieurs capteurs sans limiter l’espace de détection associé à une série de capteurs et donc sans avoir de zones non couvertes par au moins un capteur et donc n’avoir aucune zone sans détection.
Par ailleurs, les dimensions de chaque espace de détection sont déterminées par le nombre de capteurs que comporte la série de capteurs associée à cet espace de détection et leur portée ainsi que par la zone de détection de chaque capteur de cette série de capteurs.
Chaque espace de détection peut couvrir par exemple une zone de 360 degrés (360°) dans un plan horizontal passant par le centre de gravité de l’aéronef et une zone de 360° dans des plans verticaux passant par le centre de gravité de l’aéronef. Un plan horizontal est par exemple un plan perpendiculaire à une direction verticale de l’aéronef correspondant par exemple à son axe de lacet. Un plan vertical est par exemple un plan parallèle à cette direction verticale de l’aéronef.
De la sorte, chaque espace de détection a une forme sensiblement comprise entre deux sphères situées autour de l’aéronef et centrées sur l’aéronef. Ces deux sphères correspondent respectivement aux deux limites des portées minimale et maximale des capteurs de la série de capteurs associée à cet espace de détection.
Chaque espace de détection peut aussi couvrir une zone de 360 degrés (360°) dans le plan horizontal passant par le centre de gravité de l’aéronef et une zone couvrant un secteur de quelques dizaines de degrés par exemple dans des plans verticaux passant par le centre de gravité de l’aéronef.
Chaque espace de détection peut également couvrir une zone inférieur à 360 degrés (360°) dans un plan horizontal passant par le centre de gravité de l’aéronef et une zone couvrant un secteur de quelques dizaines de degrés dans des plans verticaux passant par le centre de gravité de l’aéronef. Notamment, une zone arrière à l’aéronef peut ne pas être couverte par un espace de détection.
En outre, un espace de détection peut être situé sous l’aéronef, vers le bas, afin par exemple de détecter notamment le sol et les obstacles situés au sol.
Par ailleurs, chaque espace de détection peut présenter une zone de détection commune avec au moins un autre espace de détection. Cette zone de détection commune constitue une zone de recouvrement de ces au moins deux espaces de détection. Cette zone de recouvrement assure de la sorte une continuité spatiale de détection et une transition entre les espaces de détection et évite avantageusement la présence de zones de non détection à proximité de l’aéronef. De plus, cette zone de recouvrement est assurée par une coopération entre les séries de capteurs des au moins un autre espace de détection en recouvrement. De la sorte, le procédé selon l’invention permet de détecter un risque de collision sur l’ensemble des espaces de détection de façon continue, notamment sans zone de non détection entre les espaces de détection.
Par exemple, une zone de recouvrement de deux espaces de détection adjacents peut être formée par une partie de chacun de ces deux espaces de détection adjacents, typiquement par une zone située en périphérie de chacun de ces deux espaces de détection. Ledit au moins un troisième espace de détection couvre ainsi un espace situé au-delà du premier espace de détection, ledit au moins un troisième espace de détection étant situé entre le premier espace de détection et le deuxième espace de détection.
Selon un autre exemple, une zone de recouvrement de deux espaces de détection peut être un de ces deux espaces de détection. De la sorte, lorsque le procédé utilise trois espaces de détection, le troisième espace de détection comporte le premier espace de détection et couvre un espace situé au-delà du premier espace de détection alors que le deuxième espace de détection comporte le premier espace de détection et le troisième espace de détection et couvre un espace situé au-delà du troisième espace de détection. Ces espaces de détection s’emboîtent ainsi à la façon de poupées russes.
Le procédé selon l’invention utilise de préférence trois espaces de détection afin de limiter les zones de détection couvertes tout en permettant d’une part une détection au plus tôt d’un obstacle potentiellement dangereux et d’autre part la réalisation d’une manœuvre d’évitement optimum et adaptée au danger représenté par cet obstacle détecté.
Suite à la détection d’au moins un obstacle dans l’un desdits au moins trois espaces de détection, l’étape d’analyse de chaque obstacle détecté est réalisée en fonction des informations fournies par les capteurs. Cette étape d’analyse permet de caractériser l’obstacle détecté.
Les caractéristiques d’un obstacle sont par exemple sa position relative par rapport à l’aéronef ainsi que sa vitesse, sa route et/ou son cap relativement à l’aéronef. La trajectoire relative de chaque obstacle détecté par rapport à l’aéronef peut ensuite être déterminée.
Une autre caractéristique d’un obstacle peut être déterminée à partir de la vitesse et de la distance de l’obstacle détecté par rapport à l’aéronef, à savoir le délai avant un possible impact entre l’aéronef et l’obstacle détecté. Ce délai avant un possible impact peut être désigné par l’acronymeTBIpour la désignation en langue anglaise « Time Before Impact » et permet de caractériser l’imminence du danger lié à cet obstacle.
Les dimensions de l’obstacle, sa masse et le type d’obstacle peuvent également être éventuellement estimés ou déterminés en fonction des informations fournies par les capteurs.
Cependant, les informations fournies par les capteurs peuvent être différentes selon la technologie des capteurs. Leurs précisions peuvent également être différentes selon la technologie des capteurs et selon la distance entre l’obstacle et l’aéronef. Dès lors, les caractéristiques d’un obstacle qui peuvent être déterminées peuvent varier et dépendent d’une part de la technologie du capteur ayant détecté l’obstacle et d’autre part de la position de l’obstacle et en particulier de la distance entre l’obstacle et l’aéronef, donc de l’espace de détection dans lequel est détecté l’obstacle.
Quelles que soient sa technologie et sa précision, un capteur permet de déterminer de façon connue au minimum la position d’un obstacle détecté, puis par un traitement des informations fournies, sur une durée plus ou moins longue, d’estimer la vitesse et la route de l’obstacle, et d’en déduire une trajectoire relative de l’obstacle par rapport à l’aéronef.
De plus, les dimensions de l’obstacle détecté et/ou le type d’obstacle peuvent également être estimés, en analysant les informations fournis par certains capteurs.
Par exemple, un capteur de type RADAR fournit une surface équivalente radar (SER) pour chaque objet détecté alors qu’un capteur optique peut fournir une tâche optique. Les dimensions d’un objet détecté peuvent être estimées par l’intermédiaire des dimensions de la surface équivalente radar ou de la tâche optique fournie corrélées à la distance entre l’aéronef et l’obstacle détecté.
De plus, le type d’obstacles auquel appartient l’obstacle détecté peut être déterminé par exemple par un traitement d’image de la surface équivalente radar ou de la tâche optique fournie ou bien par corrélation entre la surface équivalente radar ou de la tâche optique fournie ainsi que les dimensions et la vitesse de l’obstacle détecté.
De plus, le type de l’obstacle détecté peut également être identifié, en analysant les informations fournis par certains capteurs. Une telle analyse nécessite des informations spécifiques à chaque type d’obstacles fournies par un ou plusieurs capteurs. Dans ce but, le procédé selon l’invention peut mettre en place un processus d'apprentissage désigné par exemple « deep learning » en langue anglaise. Grâce à un apprentissage réalisé au préalable sur un grand nombre de types d’obstacles connus et potentiels, il est possible au procédé selon l’invention de détecter, de reconnaitre et de classifier chaque obstacle détecté en fonction des informations fournies par le capteur l’ayant détecté. Ces informations peuvent être la signature de cet obstacle captée par le capteur ou le signal renvoyé par cet obstacle et capté par le capteur ou encore au moins une image enregistrée par une caméra et analysée par une méthode de reconnaissance de formes par exemple.
L’étape d’analyse peut alors comporter une sous-étape d’identification d’un type d’obstacle auquel peut correspondre ledit au moins un obstacle détecté, cette étape d’identification étant réalisée par exemple par l’intermédiaire d’un calculateur.
Des types d’obstacles fixes connus sont par exemple un mur, un bâtiment, un arbre, un aéronef en vol stationnaire… Des types d’obstacles mobiles connus sont par exemple une feuille d’arbre, un ballon, un oiseau ou encore un aéronef en vol d’avancement, tel qu’un drone, un hélicoptère, un avion…
Un tel processus d'apprentissage permet au calculateur d’apprendre à détecter et à identifier un obstacle, quelles que soient sa forme et ses dimensions, parmi les nombreux éléments détectés ou bien visibles à partir les informations fournies par un capteur ou dans une image de l’environnement de l’aéronef dans le cas d’utilisation d’une caméra.
Par ailleurs, le traitement de l’information fournie par un capteur peut se faire soit au niveau du capteur lui-même, par un calculateur intégré au capteur, soit au niveau d’un calculateur externe au capteur, voire au niveau à la fois d’un calculateur intégré au capteur et d’un calculateur externe au capteur. Le calculateur externe au capteur peut par exemple être embarqué dans l’aéronef et recevoir les informations de chaque capteur par des liaisons filaires ou sans fil. Le calculateur externe au capteur peut également être situé en dehors de l’aéronef et recevoir les informations de chaque capteur par des liaisons sans fil.
Certains capteurs, en particulier les capteurs à longue portée de détection, peuvent permettre uniquement de déterminer la position de l’obstacle détecté, puis d’estimer une vitesse, un cap, une route et/ou une trajectoire de l’obstacle par rapport à l’aéronef. Ce cas peut concerner certains capteurs de type RADAR ainsi que certaines caméras pour des obstacles détectés à longues distances de l’aéronef, par exemple de plusieurs centaines de mètres à plusieurs kilomètres.
D’autres capteurs, tels que les capteurs de type LEDDAR ou LIDAR, peuvent fournir quasi instantanément la position, la vitesse, le cap et/ou la route de l’obstacle détecté. En effet, ces capteurs d’une part sont très précis et d’autre part intègrent une unité de calcul permettant de traiter directement et rapidement les informations captées. La trajectoire relative de l’obstacle par rapport à l’aéronef peut ensuite être estimée par un calculateur, par exemple embarqué dans l’aéronef. Le type de l’obstacle détecté peut être défini à partir des informations fournies par ces capteurs.
Des caméras associées à des méthodes d’analyse des images captées et de reconnaissance de formes mises en œuvre par un calculateur, par exemple embarqué dans l’aéronef, permettent de déterminer la position, la vitesse le cap et/ou la route de l’obstacle détecté, et d’estimer sa trajectoire. Cependant, ces calculs peuvent prendre un temps plus ou moins long selon les calculateurs utilisés et la qualité des images captées notamment. Les dimensions et le type de l’obstacle détecté peuvent aussi être définis lors de cette analyse des images fournies par des caméras.
Enfin, les capteurs à ultra-sons et les capteurs à infra-rouge sont généralement de courtes portées et fournissent des informations précises, permettant de déterminer avec précision la position, la vitesse, le cap et/ou la route de l’aéronef et d’en déduire la trajectoire relative de l’obstacle par rapport à l’aéronef. Les dimensions et le type de l’obstacle détecté peuvent également être définis à partir des informations fournies par ces capteurs.
De plus, des informations fournies par plusieurs capteurs associés à un même espace de détection ou bien couvrant la zone de recouvrement de deux espaces de détection peuvent être combinées et/ou fusionnées afin en particulier d’améliorer avantageusement la précision des informations concernant l’obstacle, et en particulier pour la détermination du type d’obstacle détecté et la confiance associée à cette détermination. Par exemple, un même type d’obstacle peut avoir deux signatures distinctes pour deux technologies différentes de capteurs permettant d’identifier avec un grand indice de confiance ce type d’obstacle alors que deux types d’obstacles différents peuvent avoir deux signatures proches, voire semblables, pour une technologie de capteurs ne permettant alors pas d’identifier avec certitude de quel type d’obstacle il s’agit.
Suite à cette caractérisation de l’obstacle détecté, l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement permettant à l’aéronef d’éviter chaque obstacle détecté est réalisée. Au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement peut être déterminée uniquement si un risque de collision est avéré, à savoir si la trajectoire courante de l’aéronef est en interférence ou bien passe à proximité de l’obstacle détecté si l’obstacle est fixe ou bien de la trajectoire estimée de l’obstacle si l’obstacle est mobile. L’aéronef est considéré comme passant à proximité de l’obstacle détecté ou de sa trajectoire si la distance minimale entre d’une part la trajectoire courante de l’aéronef et d’autre part l’obstacle détecté ou sa trajectoire estimée est inférieure à un seuil de distance. Un seuil de distance peut dépendre de la taille de l’aéronef. Un seuil de distance est par exemple compris entre 10 mètres et 100 mètres. Ce risque de collision peut être estimé par exemple lors de l’étape d’analyse. L’étape d’analyse peut alors comporter une sous-étape d’estimation d’un risque de collision de l’aéronef avec ledit au moins un obstacle détecté, cette étape d’estimation d’un risque de collision étant réalisée par exemple par l’intermédiaire d’un calculateur.
Chaque trajectoire d’évitement ou chaque commande d’évitement déterminée lors de cette étape prend en compte les limites de vol de l’aéronef garantissant le confort des passagers éventuellement transportés et/ou les limites d’efforts acceptables par la charge utile transportée par l’aéronef afin de ne pas dégrader cette charge utile.
Chaque trajectoire d’évitement ou chaque commande d’évitement est également déterminée en prenant en compte les caractéristiques déterminées ou estimées de chaque obstacle détecté afin que l’aéronef évite chaque obstacle détecté et atteigne son objectif initial. Chaque trajectoire d’évitement ou chaque commande d’évitement est déterminée afin d’éviter chaque obstacle détecté en limitant les contraintes subies par un aéronef volant selon ces trajectoires, pour garantir le confort des passagers de l’aéronef ou bien l’intégrité de la charge utile transportée, et/ou en respectant un ou plusieurs critères tels que limiter la consommation énergétique de l’aéronef ou le temps de parcours, maintenir le suivi d’un corridor autour de la trajectoire courante de l’aéronef permettant d’atteindre l’objectif initial du vol en limitant au juste nécessaire les excursions à l’extérieur de ce corridor dans le temps et dans l’espace.
En particulier, chaque trajectoire d’évitement ou chaque commande d’évitement peut être déterminée avantageusement de sorte à minimiser les changements de trajectoire ou de commande de l’aéronef afin par exemple de limiter les contraintes en vol subies par l’aéronef et sa charge utile, de limiter la consommation énergétique et de maximiser le suivi de la trajectoire initiale en limitant au maximum les excursions par rapport à cette trajectoire initiale dans le temps et dans l’espace.
Chaque trajectoire d’évitement ou chaque commande d’évitement peut être déterminée de façon connue en utilisant un ou plusieurs algorithmes appropriés et en appliquant les caractéristiques précédemment évoquées, ainsi qu’un ou plusieurs de ces critères et/ou de ces contraintes. Chaque trajectoire d’évitement ou chaque commande d’évitement peut par exemple être déterminée en appliquant l’enseignement du document FR 3070527.
Une seule trajectoire d’évitement ou une seule commande d’évitement peut être déterminée lors de l’étape de détermination. Cette seule trajectoire d’évitement ou cette seule commande d’évitement est déterminée en prenant en compte les caractéristiques précédemment évoquées, ainsi qu’un ou plusieurs de ces critères et/ou de ces contraintes afin que l’aéronef évite chaque obstacle détecté et atteigne son objectif initial. Cette seule trajectoire d’évitement est par exemple la seule trajectoire d’évitement répondant à l’ensemble de ces caractéristiques, contraintes et critères. De même, cette seule commande d’évitement est par exemple la seule commande d’évitement répondant à l’ensemble de ces caractéristiques, contraintes et critères.
Ensuite, lors de l’étape de commande du système de pilotage de l’aéronef par l’intermédiaire par exemple du calculateur, le calculateur transmet les caractéristiques de cette trajectoire d’évitement ou de cette commande d’évitement au système de pilotage de l’aéronef afin que l’aéronef réalise automatiquement la trajectoire d’évitement ou la commande d’évitement de sorte à éviter chaque obstacle détecté.
Une trajectoire d’évitement peut comporter un écart par rapport à une trajectoire courante de l’aéronef et un retour à cette trajectoire courante lui permettant d’éviter un obstacle et d’atteindre son objectif initial. Une trajectoire d’évitement peut aussi consister en une nouvelle trajectoire remplaçant la trajectoire courante de l’aéronef afin d’éviter un ou plusieurs obstacles et d’atteindre son objectif initial en sécurité.
Par ailleurs, au moins deux trajectoires d’évitement ou au moins deux commandes d’évitement peuvent également être déterminées lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement. Chacune de ces trajectoires d’évitement ou de ces commandes d’évitement permet d’éviter chaque obstacle détecté en respectant les caractéristiques précédemment évoquées, ainsi qu’un ou plusieurs de ces critères et/ou de ces contraintes.
Dans ce cas, le procédé selon l’invention peut comporter une étape supplémentaire de choix d’une trajectoire effective d’évitement ou d’une commande effective d’évitement parmi respectivement lesdites au moins deux trajectoires d’évitement ou lesdites au moins deux commandes d’évitement déterminées. Lors de l’étape de choix, une trajectoire effective d’évitement ou une commande effective d’évitement est choisie parmi respectivement lesdites au moins deux trajectoires d’évitement ou lesdites au moins deux commandes d’évitement déterminées en minimisant par exemple un ou plusieurs critères parmi la consommation énergétique de l’aéronef, le temps de vol selon la trajectoire d’évitement, la distance parcourue selon la trajectoire d’évitement…
Une trajectoire effective d’évitement ou une commande effective d’évitement peut également être choisie afin par exemple qu’une distance minimale entre la route d’un obstacle détecté et la trajectoire de l’aéronef soit supérieure à un seuil.
Dans ce cas, l’étape de commande du système de pilotage de l’aéronef est réalisée en utilisant la trajectoire effective d’évitement ou la commande effective d’évitement choisie afin que l’aéronef réalise automatiquement la trajectoire d’évitement ou la commande d’évitement de sorte à éviter chaque obstacle détecté.
De plus, lorsque plusieurs trajectoires d’évitement ou plusieurs commandes d’évitement sont déterminées lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, ces trajectoires d’évitement ou ces commandes d’évitement peuvent être regroupées pour former un « essaim particulaire » de trajectoires. Un algorithme utilisant un essaim particulaire peut permettre de garder chaque trajectoire de l’aéronef associé respectivement à une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, et donc l’aéronef, à des distances raisonnables de tout obstacle.
L’optimisation par l’utilisation d’un essaim particulaire s’inspire de la biologie et permet d’établir simultanément plusieurs trajectoires d’évitement ou plusieurs commandes d’évitement au sein de l’essaim particulaire. A chaque itération, les trajectoires d’évitement ou les commandes d’évitement se déplacent comme une nuée en allant vers des zones semblant plus intéressantes.
En outre, l’utilisation de plusieurs espaces de détection permet de détecter un obstacle le plus tôt possible, notamment dès son entrée dans le deuxième espace de détection, à savoir l’espace de détection le plus éloigné de l’aéronef. Ainsi, le procédé selon l’invention dispose d’un temps important pour d’une part analyser et identifier l’obstacle détecté, afin notamment de définir si un risque de collision avec cet obstacle est possible pour l’aéronef, et d’autre part établir et réaliser une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement de cet obstacle détecté si ce risque de collision est avéré.
De la sorte, si au moins un obstacle est détecté dans le deuxième espace de détection, l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et l’étape de commande peuvent être inhibées. Ainsi, le risque de collision étant éloigné dans le temps et la trajectoire de l’obstacle détecté pouvant changer, il n’est pas indispensable de déterminer dès maintenant une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement. Le procédé peut alors comporter une étape supplémentaire de suivi dudit au moins un obstacle détecté.
Cependant, le délai avant un possible impactTBIrelatif à cet obstacle détecté peut aussi être pris en compte pour engager l’inhibition de ces étapes et la réalisation éventuelle d’une étape supplémentaire de suivi. Par exemple, si au moins un obstacle est détecté dans le deuxième espace de détection et que l’étape d’analyse de l’obstacle détecté détermine un délaiTBIsupérieur à un premier seuil de temps, les étapes de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et de commande peuvent être inhibées. Le procédé peut alors comporter une étape supplémentaire de suivi dudit au moins un obstacle détecté. Le premier seuil de temps est par exemple égal à 10 secondes.
Au cours de cette étape supplémentaire de suivi, ledit au moins un obstacle détecté est suivi par l’intermédiaire d’au moins une série de capteurs, jusqu’à son entrée dans le troisième espace de détection ou bien jusqu’à ce que le délaiTBIsoit inférieur ou égal au premier seuil de temps.
Ensuite, l’étape d’analyse de l’obstacle détecté peut être réalisée quel que soit l’espace de détection dans lequel un obstacle est détecté et dès que la détection d’au moins un obstacle et les informations fournies par une série de capteurs le permettent. De même, les étapes de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et de commande du système de pilotage peuvent être réalisées dès que possible, indépendamment de l’espace de détection dans lequel un obstacle est détecté. De la sorte, une manœuvre d’évitement de l’obstacle détecté peut être réalisée au plus tôt après la détection de l’obstacle afin que cette manœuvre d’évitement soit anticipée et la plus douce possible de sorte à limiter notamment les contraintes mécaniques sur l’aéronef ou physiques sur les passagers éventuels et/ou la charge utile transportée.
En conséquence, en anticipant au plus tôt la détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et la réalisation d’une manœuvre d’évitement selon une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, la manœuvre d’évitement peut avantageusement être optimisée afin de limiter les consommations d’énergie de l’aéronef, et de ne pas réagir de façon exagérée vis-à-vis d’un obstacle détecté, mais de réagir de façon appropriée uniquement en fonction du danger réel qu’il représente. De plus, la manœuvre d’évitement peut également être optimisée afin de minimiser les efforts subis par la charge utile transportée si cette charge utile est fragile ou sensible.
De la sorte, lorsqu’un obstacle est détecté suffisamment tôt et que les informations fournies par les capteurs permettent la réalisation de l’étape d’analyse de l’obstacle détecté, une ou plusieurs trajectoires d’évitement ou une ou plusieurs commandes d’évitement souples et progressives peuvent être déterminées lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, en minimisant par exemple les changements de direction.
A contrario, lorsqu’un obstacle est détecté tard, par exemple uniquement dans le premier espace de détection, à savoir l’espace de détection le plus proche de l’aéronef, ou bien que la vitesse de l’obstacle est très importante et le délaiTBIest très faible, une trajectoire d’évitement d’urgence ou une commande d’évitement d’urgence doit être prise en compte afin de permettre une réaction plus rapide de l’aéronef de sorte à s’éloigner de l’objet détecté. Cette manœuvre d’évitement d’urgence peut être brutale et générer des efforts importants sur la charge utilise et/ou les passagers transportés dans l’aéronef tout en respectant des limitations prédéterminées.
Par exemple, si un obstacle est détecté dans le premier espace de détection, l’étape d’analyse de l’obstacle détecté et l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement peuvent être inhibées et une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement est choisie respectivement parmi des trajectoires d’évitement d’urgence prédéterminées ou des commandes d’évitement d’urgence prédéterminées. De la sorte, l’étape de commande du système de pilotage est réalisée immédiatement afin que la manœuvre d’évitement d’urgence soit réalisée rapidement. Ces trajectoires d'évitement d'urgence prédéterminées ou ces commandes d’évitement d’urgence prédéterminées peuvent par exemple être stockées, éventuellement sous la forme d’une base de données, dans une mémoire reliée au calculateur.
Un obstacle peut être détecté dans le premier espace de détection suite à un changement de trajectoire de l’objet, après la réalisation d’une manœuvre d’évitement insuffisante suite à la détection de cet obstacle dans le deuxième et/ou troisième espace de détection ou bien suite à une non détection de cet objet dans les autres espaces de détection due par exemple à une panne de certains capteurs couvrant les autres espaces de détection.
De même, si un délaiTBIassocié à un obstacle détecté est déterminé très faible, typiquement inférieur à un second seuil de temps, lors de l’étape d’analyse, quel que soit l’espace de détection, l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement peut être inhibée et une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement est choisie respectivement parmi les trajectoires d’évitement d’urgence prédéterminées ou les commandes d’évitement d’urgence prédéterminées. De la sorte, l’étape de commande du système de pilotage est réalisée immédiatement afin que la manœuvre d’évitement d’urgence soit réalisée rapidement. Le second seuil de temps est par exemple égal à 5 secondes.
En outre, une pondération peut être appliquée à chaque obstacle détecté. Cette pondération peut notamment être fonction de l’espace de détection dans lequel l’obstacle est détecté ou bien de la série de capteurs ayant détecté l’obstacle. L’étape d’analyse peut comporter une sous-étape de détermination d’une pondération associée à chaque obstacle détecté afin de déterminer une pondération associée à chaque obstacle détecté.
Cette pondération peut être déterminée en fonction de l’espace de détection dans lequel l’obstacle a été détecté ou bien en fonction de la série de capteurs ayant détecté cet obstacle. Cette pondération peut éventuellement être fonction de la distance entre l’obstacle et l’aéronef.
En effet, un obstacle détecté dans le premier espace de détection doit être traité a priori avec plus d’attention qu’un obstacle détecté dans le deuxième ou le troisième espace de détection. Cette pondération permet ainsi, lorsque plusieurs obstacles sont détectés simultanément par plusieurs séries de capteurs, de fusionner les informations fournies par ces séries de capteurs en appliquant des pondérations différentes à ces informations en fonction de l’espace de détection associé à chaque série de capteurs. Les coefficients de pondération peuvent par exemple diminuer lorsque la distance entre un espace de détection et l’aéronef augmente. Dans ce cas, le coefficient de pondération le plus grand est ainsi appliqué aux informations fournies par la série de capteurs associée au premier espace de détection et le coefficient de pondération le plus faible est ainsi appliqué aux informations fournies par la série de capteurs associée au deuxième espace de détection. Cette pondération est ainsi appliquée aux informations fournies par chaque série de capteurs pour chaque obstacle détecté afin de déterminer chaque trajectoire d’évitement ou chaque commande d’évitement lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement.
Par ailleurs, cette pondération associée à un obstacle détecté peut également prendre en compte une ou plusieurs caractéristiques de chaque obstacle détecté. La pondération associée à un obstacle détecté peut être liée notamment à différentes caractéristiques de l’obstacle telles que :
  • les dimensions de l’obstacle par rapport à celle de l’aéronef,
  • la masse et la vitesse de l’obstacle,
  • la trajectoire relative de l’obstacle par rapport à l’aéronef, et
  • le délai avant un possible impactTBI.
D’autres critères liés à l’aéronef peuvent également être pris en compte pour définir la pondération associée à un obstacle détecté, à savoir la manœuvrabilité de l’aéronef, son accélération et sa vitesse maximales atteignables, ses dimensions, sa résistance à l’impact et sa résistance structurelle.
Cette pondération associée à chaque obstacle détecté peut ensuite être prise en compte lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement pour déterminer au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement.
Par exemple, lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, un algorithme peut prendre en compte simultanément chaque obstacle détecté avec sa pondération et déterminer une ou plusieurs trajectoires d’évitement ou une ou plusieurs commandes d’évitement de chacun de ces obstacles détectés en respectant les caractéristiques précédemment évoquées, ainsi qu’un ou plusieurs de ces critères et/ou de ces contraintes.
Selon un autre exemple, un algorithme peut définir une ou plusieurs trajectoires d’évitement intermédiaires ou une ou plusieurs commandes d’évitement intermédiaires indépendamment pour chaque espace de détection en prenant en compte chaque obstacle détecté dans cet espace de détection, en respectant les caractéristiques précédemment évoquées, ainsi qu’un ou plusieurs de ces critères et/ou de ces contraintes. Une pondération relative à chaque espace de détection est alors associée à chaque trajectoire d’évitement intermédiaire ou à chaque commande d’évitement intermédiaire correspondante à un espace de détection.
Ensuite, les trajectoires d’évitement intermédiaires ou les commandes d’évitement intermédiaires relatives à ces espaces de détection sont combinées en prenant en compte ces pondérations afin de déterminer au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement.
Selon un autre exemple, un algorithme peut définir une ou plusieurs trajectoires d’évitement intermédiaires ou une ou plusieurs commandes d’évitement intermédiaires pour chaque obstacle détecté en respectant les caractéristiques précédemment évoquées, ainsi qu’un ou plusieurs de ces critères et/ou de ces contraintes. La pondération relative à chaque obstacle détecté est alors associée à chaque trajectoire d’évitement intermédiaire ou à chaque commande d’évitement intermédiaire correspondante à un obstacle détecté. De la sorte, les obstacles les plus proches de l’aéronef peuvent être pris en compte avec une pondération plus importante.
Ensuite, les trajectoires d’évitement intermédiaires ou les commandes d’évitement intermédiaires relatives à ces obstacles détectés sont combinées en prenant en compte ces pondérations afin de déterminer au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement. De la sorte, si deux obstacles sont détectés dans deux espaces de détection différents, par exemple un premier obstacle dans le troisième espace de détection et un deuxième obstacle dans le deuxième espace de détection, bien que plus éloigné de l’aéronef, le deuxième obstacle détecté peut avoir une pondération supérieure au premier obstacle par exemple si le délai TBI est plus faible pour le deuxième obstacle que pour le premier obstacle. La trajectoire d’évitement intermédiaire ou la commande d’évitement intermédiaire relative à ce deuxième obstacle est donc à prendre en compte en priorité afin de déterminer la trajectoire d’évitement ou la commande d’évitement.
La présente invention vise également un système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles pour aéronef configuré pour mettre en œuvre le procédé précédemment décrit. Le système de détection et d’évitement d’obstacles comporte :
  • un système de pilotage de l’aéronef,
  • une pluralité de capteurs destinés à la détection d’obstacles, et
  • au moins un calculateur.
La pluralité de capteurs comporte au moins trois séries de capteurs, chaque série de capteurs couvrant au moins un espace de détection dans l’environnement de l’aéronef et chaque espace de détection étant couvert par au moins une série de capteurs. De plus, chaque série de capteurs peut comporter plusieurs technologies de capteurs différentes couvrant le même espace de détection, typiquement deux technologies de capteurs. De la sorte, chaque série de capteurs est dissimilaire et redondante sur son espace de détection.
De plus, dans le cas où le système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles comporte trois séries de capteurs et couvre trois espaces de détection agencés de sorte qu’une zone de recouvrement de deux espaces de détection est un de ces deux espaces de détection, la couverture du premier espace de détection est avantageusement triplex et dissimilaire, car effectuée par trois séries de capteurs comportant deux technologies de capteurs différentes, et la couverture du troisième espace de détection est duplex et dissimilaire, car effectuée par deux séries de capteurs comportant deux technologies de capteurs différentes.
De fait, le système selon l’invention est robuste à une simple panne d’un capteur sur les trois espaces de détection et robuste à la double panne sur les premiers et troisièmes espaces de détection.
Par ailleurs, le système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles peut être embarqué entièrement dans l’aéronef. Un calculateur du système peut alors être dédié à la réalisation du procédé de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles ou bien être partagé avec d’autres fonctions de l’aéronef et être par exemple intégré à un système avionique de l’aéronef.
Le système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles peut également être partiellement agencé à l’extérieur et à distance de l’aéronef. Par exemple, les série de capteurs et le système de pilotage peuvent être embarqués sur l’aéronef alors que ledit au moins un calculateur peut être agencé dans une station de pilotage extérieure à l’aéronef et déportée à distance de l’aéronef. La station de pilotage est située par exemple au sol ou bien dans un autre aéronef. Dans ce cas, l’aéronef comporte un premier dispositif de communication coopérant avec un deuxième dispositif de communication agencé dans la station de pilotage et relié à un calculateur du système selon l’invention afin d’échanger les informations captées par les capteurs et les caractéristiques de la trajectoire d’évitement ou de la commande d’évitement à réaliser.
La présente invention vise aussi un aéronef comportant un tel système de détection.
La présente invention vise enfin un ensemble de détection et d’évitement d’obstacles comportant le système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles et un aéronef. Ledit au moins un calculateur du système selon l’invention peut être embarqué dans l’aéronef ou bien déporté comme précédemment décrit dans une station de pilotage de l’ensemble de détection et d’évitement d’obstacles.
L’invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent :
  • la figure 1, un aéronef comportant un système de détection et d’évitement d’obstacles,
  • la figure 2, un aéronef sans pilote embarqué comportant un système de détection et d’évitement d’obstacles,
  • la figure 3, un ensemble de détection et d’évitement d’obstacles,
  • les figures 4 et 5, un aéronef et les espaces de détection,
  • la figure 6, des domaines d’appartenance selon une méthode de logique floue,
  • la figure 7, une matrice de décision associée à ces domaines d’appartenance et
  • la figure 8, des obstacles détectés dans les espaces de détection.
Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d’une seule et même référence.
L’aéronef 1 représenté sur la est un aéronef à voilure tournante comportant un fuselage 4, un train d’atterrissage à patins, un rotor principal 7 agencé au dessus du fuselage 4, un rotor arrière anticouple 8 agencé sur une poutre de queue de l’aéronef 1 ainsi qu’un système 10 de détection et d’évitement d’obstacles comportant au moins trois espaces de détection. L’aéronef 1 comporte également deux dispositifs de commande 2,3 de l’aéronef 1, à savoir un premier dispositif de commande 2 permettant de modifier le pas des pales du rotor principal 7 et un second dispositif de commande 3 permettant de modifier le pas des pales du rotor arrière anticouple 8. Le système 10 de détection et d’évitement comporte au moins un calculateur 15, une pluralité de capteurs 20 destinés à la détection d’obstacles et un système de pilotage 17 pilotant les deux dispositifs de commande 2,3 afin de générer ou modifier le déplacement de l’aéronef 1.
Le système de pilotage 17 peut comporter au moins une commande manuelle et au moins une commande automatique des deux dispositifs de commande 2,3. Des commandes manuelles du système de pilotage 17 sont par exemple un levier de variation du pas collectif et un manche de commande du pas cyclique des pales du rotor principal 7 relié au premier dispositif de variation de pas des pales du rotor principal 7 et un palonnier relié au second dispositif de variation de pas des pales du rotor arrière anticouple 8. La commande automatique est également reliée aux deux dispositifs de commande 2,3 de l’aéronef 1.
L’aéronef 1 représenté sur la est un aéronef sans pilote embarqué comportant en particulier plusieurs rotors de sustentation 55 et désigné également « drone multirotor ». Cet aéronef 1 comporte un corps central 52, quatre bras de liaison 53 reliés au corps central 52 et quatre rotors de sustentation 55 supportés respectivement par un bras de liaison 53 ainsi qu’un dispositif de commande 2 de l’aéronef 1 pilotant le pas des pales de chaque rotor 55 et/ou la vitesse de rotation de chaque rotor de sustentation 55 afin de générer ou modifier le déplacement de l’aéronef 1. Les rotors de sustentation 55 sont entraînés en rotation par quatre moteurs 54 indépendants et permettent la propulsion et la sustentation de l’aéronef 1. Les quatre moteurs 54 peuvent être des moteurs thermiques ou bien des moteurs électriques par exemple. Cet aéronef drone 1 comporte également un pilote automatique 9 et un système 10 de détection et d’évitement d’obstacles muni d’un calculateur 15, d’une pluralité de capteurs 20 et d’un système de pilotage 17 pilotant le dispositif de commande 2.
L’aéronef 1, sans pilote embarqué, peut être piloté à distance ou bien de façon automatique, via le pilote automatique 9.
Le calculateur 15 peut comporter par exemple au moins un processeur et au moins une mémoire, au moins un circuit intégré, au moins un système programmable, au moins un circuit logique, ces exemples ne limitant pas la portée donnée à l’expression « calculateur ». Le calculateur peut être un calculateur dédié à la réalisation du procédé ou être un calculateur partagé de l’aéronef 1 ayant de multiples fonctions.
Toutefois, l’aéronef 1 peut comporter un nombre différent de rotors et de moteurs ou bien être un autre type d’aéronef comportant par exemple une ou plusieurs voilures fixes, sans sortir du cadre de l’invention.
L’ensemble 5 de détection et d’évitement d’un obstacle représenté sur la comporte une station de pilotage 25 déportée et un aéronef 1 ainsi qu’un système 10 de détection et d’évitement d’obstacles muni d’un calculateur 15, d’un système de pilotage 17 et d’une pluralité de capteurs 20. L’aéronef 1 comporte la pluralité de capteurs 20 et le système de pilotage 17 du système 10 de détection et d’évitement d’obstacles ainsi qu’un premier dispositif de communication 13. La station de pilotage 25 comporte le calculateur 15 du système 10 de détection et d’évitement d’obstacles et un second dispositif de communication 14.
L’aéronef 1 comporte dans ce cas aucun pilote embarqué et un pilote peut se trouver dans la station de pilotage 25 afin de piloter l’aéronef 1 à distance. Le premier dispositif de communication 13 communique alors avec le second dispositif de communication 14 afin d’échanger notamment des données de navigation entre la station de pilotage 25 et l’aéronef 1.
De plus, le premier dispositif de communication 13 communique avec le second dispositif de communication 14 afin de transmettre des informations captées par la pluralité de capteurs 20 au calculateur 15.
Dans tous les cas, le système 10 de détection et d’évitement d’obstacles est configuré pour mettre en œuvre un procédé de détection et d’évitement d’obstacles comportant au moins trois espaces de détection 31-33 et destiné à un aéronef 1. Ce procédé de détection et d’évitement d’obstacles permet dans un premier temps la détection d’au moins un obstacle sur au moins un des espaces de détection 31-33 et dans un second temps la détermination et la réalisation d’une manœuvre d’évitement.
De plus, quel que soit le type d’aéronef 1, la pluralité de capteurs 20 comporte au moins trois séries de capteurs, chaque série de capteurs 20 étant associée à un espace de détection 31-33, chaque espace de détection 31-33 étant couvert par au moins une série de capteurs 20. Chaque série de capteurs 20 peut comprendre des capteurs électromagnétiques, optiques ou encore acoustiques. Les capteurs 20 de chaque série de capteurs sont répartis de façon sensiblement uniforme sur l’aéronef 1 afin de permettre une détection sur la totalité de l’espace de détection 31-33 associé à cette série de capteurs.
Chaque espace de détection 31-33 peut par exemple couvrir une forme sensiblement comprise entre deux sphères. La représente trois espaces de détection 31-33 selon cette configuration autour de l’aéronef 1, en vue de dessus. Un premier espace de détection 31 est l’espace de détection le plus proche de l’aéronef 1, un deuxième espace de détection 32 est l’espace de détection le plus éloigné de l’aéronef 1, un troisième espace de détection 33 est situé entre le premier espace de détection 31 et le deuxième espace de détection 32.
De plus, deux espaces de détection 31-33 adjacents ont une zone de recouvrement 35-36 située en périphérie de chacun de ces deux espaces de détection 31-33 et constituant une zone de détection commune entre ces deux espaces de détection 31-33. Les zones de recouvrement 35-36 assurent de la sorte une continuité spatiale et une transition entre les espaces de détection 31-33. De la sorte, un obstacle peut être détecté sur l’ensemble des espaces de détection 31-33 de façon continue, notamment sans zone de non détection entre les espaces de détection 31-33.
Chaque espace de détection 31-33 peut aussi couvrir une zone de 360 degrés (360°) horizontalement autour de l’aéronef 1 et un secteur de quelques dizaines de degrés verticalement, par exemple 20°. La représente trois espaces de détection 31-33 selon cette configuration autour de l’aéronef 1, en vue de face. Le premier espace de détection 31 est l’espace de détection le plus proche de l’aéronef 1, le deuxième espace de détection 32 est l’espace de détection le plus éloigné de l’aéronef 1, le troisième espace de détection 33 est situé entre le premier espace de détection 31 et le deuxième espace de détection 32.
Selon cet exemple, une zone de recouvrement 37,38 de deux espaces de détection 31-33 comporte un de ces deux espaces de détection 31-33. De la sorte, le troisième espace de détection 33 comporte le premier espace de détection 31 constituant à ce titre la zone de recouvrement 37. De même, le deuxième espace de détection 32 comporte le premier espace de détection 31 et le troisième espace de détection 33, le troisième espace de détection 33 constituant la zone de recouvrement 38.
Par ailleurs, chaque série de capteurs 20 comporte avantageusement des capteurs pour les portées de détection optimisées vis-à-vis de l’espace de détection 31-33 couvert. De la sorte, chaque série de capteurs 20 permet de détecter avec précision et efficacité la présence d’un obstacle sur l’espace de détection 31-33 associé.
Le premier espace de détection 31 est couvert par des capteurs 20 à courte portée, par exemple des caméras associées à un traitement par vision active, des capteurs à ultra-sons ou des capteurs à infra-rouge. Un traitement par vision active concerne par exemple une Imagerie à crénelage temporel ou bien une reconstruction d’images par nuages ou ensembles de points. Le premier espace de détection 31 couvre par exemple une zone comprise entre 10 et 30 mètres autour d’un aéronef 1 de petite taille, typiquement de un à quelques mètres d’envergure.
Le deuxième espace de détection 32 peut être couvert par des capteurs 20 à longue portée, par exemple des capteurs de type RADAR et/ou des caméras. Le deuxième espace de détection 32 couvre par exemple une zone comprise entre 100 et 300 mètres autour de cet aéronef 1 de petite taille.
Le troisième espace de détection 33 peut être couvert par des capteurs 20 à moyenne portée, par exemple des caméras à vision stéréoscopique, des capteurs de type LEDDAR et/ou des capteurs de type LIDAR ou encore des capteurs à ultra-sons, des capteurs à infra-rouge. Le troisième espace de détection 33 couvre par exemple une zone comprise entre 20 et 150 mètres autour de cet aéronef 1 de petite taille.
Le procédé de détection et d’évitement d’obstacles selon l’invention comporte les étapes suivantes.
Tout d’abord une étape de détection d’au moins un obstacle dans l’environnement de l’aéronef 1, à savoir dans les espaces de détection 31-33, est réalisée. Cette étape de détection d’au moins un obstacle est effectuée par l’intermédiaire des séries de capteurs 20. De la sorte, un obstacle peut être détecté dans au moins un espace de détection 31-33 par une série de capteurs 20. De plus, chaque série de capteurs 20 peut comporter au moins deux types de technologies de capteurs différentes couvrant le même espace de détection 31-33. Dans ce cas, les informations fournies par ces au moins deux technologies de capteurs 20 peuvent être fusionnées afin d’améliorer la détection de l’obstacle et la précision de cette détection. De même, lorsqu’un obstacle peut être détecté dans une zone de recouvrement 35-38 de deux espaces de détection 31-33, les informations fournies par les séries de capteurs 20 associées à chacun de ces deux espaces de détection 31-33 peuvent également être fusionnées.
De plus, plusieurs obstacles peuvent être détectés simultanément sur un même espace de détection 31-33 ou bien sur plusieurs espaces de détection 31-33.
Ensuite, une étape d’analyse d’au moins un obstacle détecté dans un des espaces de détection 31-33 est réalisée pour déterminer au moins une caractéristique de chaque obstacle détecté. Cette étape d’analyse d’au moins un obstacle est réalisée par l’intermédiaire du calculateur 15 et des informations fournies par au moins une série de capteurs 20. Si un obstacle détecté est situé dans une zone de recouvrement 35-38, les informations fournies par au moins deux séries de capteurs 20 sont utilisées. Il en est de même, si plusieurs obstacles sont détectés dans au moins deux espaces de détection 31-33 distincts.
Lors de cette étape d’analyse d’au moins un obstacle détecté, au moins une caractéristique de cet au moins un obstacle détecté est définie. Les caractéristiques d’un obstacle comportent par exemple la position relative de l’obstacle par rapport à l’aéronef et ses dimensions, ainsi que la vitesse, la route, la trajectoire de cet au moins un obstacle détecté par rapport à l’aéronef et/ou un délai avant un possible impact TBI. Ces dernières caractéristiques peuvent être déterminées ou estimées par exemple à partir des positions de l’obstacle détecté par rapport à l’aéronef 1 mesurées sur une durée plus ou moins importante selon la précision des informations fournies par la ou les séries de capteurs 20.
Les caractéristiques d’un obstacle peuvent également comporter le type d’obstacle identifié par l’intermédiaire du calculateur 15 en fonction des informations fournies par les capteurs 20 selon un processus d'apprentissage. Dans ce but, l’étape d’analyse peut comporter une sous-étape d’identification d’un type d’obstacle auquel peut correspondre chaque obstacle détecté.
L’identification du type d’obstacle correspondant à chaque obstacle détecté nécessite des informations suffisamment précises fournies par les capteurs 20 pour pouvoir distinguer par exemple des formes singulières de l’obstacle détecté et/ou des dimensions pouvant être comparées avec des types d’obstacles préalablement identifiés et stockés dans une base de données. Ces informations suffisamment précises peuvent être fournies par des capteurs de types à ultra-sons ou à infra-rouge, des capteurs de type LEDDAR ou LIDAR ou encore des caméras éventuellement à vision stéréoscopique. Ces informations, par exemple les images dans le cas de caméras, sont analysées par des méthodes d’analyse et de reconnaissance de formes connues mises en œuvre par le calculateur 15. La base de données peut être stockée dans une mémoire que comporte le calculateur 15 ou bien dans une mémoire que comporte l’aéronef e1 et reliée au calculateur 15.
La sous-étape d’identification peut notamment mettre en œuvre des méthodes d’analyse et de reconnaissance de formes connues appliquées aux informations fournies par les capteurs 20. Ensuite, des formes associées à chaque obstacle détecté peuvent être comparées avec les informations de la base de données de types d’obstacles. Cette base de données de types d’obstacles peut être construite par un apprentissage réalisé au préalable sur un grand nombre de types d’obstacles connus et potentiels. Des types d’obstacles fixes connus sont par exemple un mur, un bâtiment, un arbre, un aéronef en vol stationnaire… Des types d’obstacles mobiles connus sont par exemple une feuille d’arbre, un ballon, un oiseau ou encore un aéronef en vol d’avancement.
En outre, l’étape d’analyse peut comporter une sous-étape de détermination d’une pondération associée à chaque obstacle détecté afin de déterminer une pondération associée à chaque obstacle détecté. Cette pondération se matérialise par exemple par un coefficient de pondération.
Cette pondération associée à un obstacle détecté peut par exemple être fonction de l’espace de détection dans lequel cet obstacle est détecté et/ou des caractéristiques de l’obstacle détecté.
Cette pondération associée à un obstacle détecté peut aussi être fonction de critères liés à l’aéronef tels que par exemple, la manœuvrabilité de l’aéronef, son accélération et sa vitesse maximales atteignables, ses dimensions, sa résistance à l’impact caractérisée par exemple par le test de l’impact à l’oiseau et sa résistance structurelle caractérisée notamment par un facteur de charge.
Cette pondération associée à un obstacle détecté peut être définie par exemple à l’aide de l’intelligence artificielle.
Un processus d'apprentissage de type « deep learning » permettant de définir le type d’obstacle correspondant à l’obstacle détecté peut également déterminer la pondération associée à chaque obstacle détecté, en fonction par exemple des caractéristiques et des critères précédemment cités.
Une méthode de logique floue, désignée également « fuzzy logic » en langue anglaise, peut également permettre de déterminer la valeur de la pondération associée à chaque obstacle détecté. Une matrice de règles faisant le lien entre des domaines d’appartenance des caractéristiques et des critères précédemment cités peut également être utilisée dans cette méthode de logique floue. De plus, une valeur de la pondération associée à un obstacle détecté peut évoluer avec le temps et aussi au fur et à mesure que l’obstacle se rapproche ou s’éloigne de l’aéronef.
La méthode de logique floue peut notamment utiliser trois domaines d’appartenance pour chaque caractéristique ou critère intervenant dans la détermination de la pondération d’un obstacle. La représente un graphique comportant ces trois domaines d’appartenance pour un critère, correspondant à une valeur faible, à une valeur moyenne et à une valeur élevée de ce critère. Les domaines d’appartenance représentés ont une forme trapézoïdale, mais d’autres formes sont possibles pour ces domaines d’appartenance. De même, le nombre de domaines d’appartenance associés à une caractéristique ou un critère peut être différent.
Les critères permettant de déterminer la pondération peuvent ensuite être combinés entre eux par exemple selon une matrice de décision afin de définir un coefficient de pondération associé à l’obstacle détecté. Une telle matrice de décision est représentée sur la , cette matrice de décision représentée faisant intervenir trois critères et représentant un cube. Chaque case de la matrice de décision est par exemple associée à un coefficient de pondération.
Les trois domaines d’appartenance précédemment cités se retrouvent dans la matrice de décision pour trois critères, par exemple le délaiTBI, la vitesse de l’obstacle et les dimensions de l’obstacle, associées éventuellement au type d’obstacle, correspondant à cet obstacle détecté.
Une telle méthode de logique floue peut également être utilisée pour fournir une alerte sur la nécessité ou non de réaliser une manœuvre d’évitement et fournir le cas échéant des caractéristiques d’un écart par rapport à la trajectoire courante de l’aéronef, par exemple la valeur et l’orientation de cet écart, afin d’éviter l’obstacle détecté.
Une telle méthode de logique floue peut également être utilisée afin de déterminer plusieurs trajectoires d’évitement ou plusieurs commandes d’évitement lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, ces trajectoires d’évitement ou ces commandes d’évitement formant par exemple un essaim particulaire de trajectoires ou de commandes.
Par la suite, une étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement est réalisée par l’intermédiaire du calculateur 15. Chaque trajectoire d’évitement ou chaque commande d’évitement est déterminée afin que l’aéronef 1 évite chaque obstacle détecté, en prenant en compte les caractéristiques déterminées ou estimées de chaque obstacle détecté, tout en respectant les limites structurelles de l’aéronef 1 ainsi que des contraintes liées au respect du confort des passagers de l’aéronef 1 ou bien à l’intégrité de la charge utile transportée.
Cette étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement peut être réalisée uniquement lorsqu’un risque de collision avec un obstacle détecté est avéré. Un tel risque de collision est avéré par exemple lorsque la trajectoire courante de l’aéronef est en interférence ou bien passe à proximité de l’obstacle détecté ou bien de sa trajectoire estimée. L’aéronef est considéré comme passant à proximité de l’obstacle détecté ou de sa trajectoire si la distance minimale entre d’une part la trajectoire courante de l’aéronef et d’autre part l’obstacle détecté ou sa trajectoire estimée est inférieure à un seuil de distance. Afin d’estimer ce risque de collision, l’étape d’analyse peut comporter une sous-étape d’estimation de ce risque de collision de l’aéronef avec un obstacle détecté.
Une trajectoire d’évitement peut comporter un écart par rapport à une trajectoire courante de l’aéronef afin d’éviter dans un premier temps un obstacle puis un retour à cette trajectoire courante afin d’atteindre l’objectif initial. Une trajectoire d’évitement peut aussi consister en une nouvelle trajectoire remplaçant la trajectoire courante de l’aéronef afin d’éviter par exemple un ou plusieurs obstacles puis d’atteindre son objectif initial en sécurité.
Une commande d’évitement peut par exemple comporter un changement de vitesse d’avancement, d’accélération ou encore de facteur de charge de l’aéronef sans que l’aéronef quitte la route initialement prévue vers l’objectif initial.
Une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement peut être déterminée de façon connue en utilisant par exemple un ou plusieurs algorithmes appropriés.
En outre, la pondération associée à chaque espace de détection et/ou à chaque obstacle détecté peut aussi être prise en compte lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement.
Par exemple, un algorithme peut prendre en compte simultanément cette pondération associée à chaque obstacle détecté et les caractéristiques de chaque obstacle détecté pour déterminer au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement afin d’éviter chaque obstacle détecté.
De la sorte, lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, une ou plusieurs trajectoires d’évitement intermédiaires ou une ou plusieurs commandes d’évitement intermédiaires peuvent être déterminées indépendamment pour chaque espace de détection en prenant en compte chaque obstacle détecté dans cet espace de détection. Une pondération relative à chaque espace de détection est alors associée à chaque trajectoire d’évitement intermédiaire ou à chaque commande d’évitement intermédiaire correspondante à un espace de détection. Enfin, les trajectoires d’évitement intermédiaires ou les commandes d’évitement intermédiaires relatives à ces espaces de détection sont combinées en prenant en compte ces pondérations afin de déterminer une ou plusieurs trajectoires d’évitement ou une ou plusieurs commandes d’évitement.
Lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, une ou plusieurs trajectoires d’évitement intermédiaires ou une ou plusieurs commandes d’évitement intermédiaires peuvent aussi être déterminées indépendamment pour chaque obstacle détecté. La pondération relative à chaque obstacle détecté est alors associée à chaque trajectoire d’évitement intermédiaire ou à chaque commande d’évitement intermédiaire correspondante à un obstacle détecté. Ensuite, les trajectoires d’évitement intermédiaires ou les commandes d’évitement intermédiaires relatives à ces obstacles détectés sont combinées en prenant en compte ces pondérations afin de déterminer une ou plusieurs trajectoires d’évitement ou une ou plusieurs commandes d’évitement.
Selon un exemple représenté sur la , deux obstacles 41,42 sont détectés dans les espaces de détection 31-33. Un premier obstacle 41 est détecté dans le troisième espace de détection 33, par exemple à 35 mètres de l’aéronef 1, et un second obstacle 42 est détecté dans le deuxième espace de détection 32, par exemple à 200 mètres de l’aéronef 1. On constate que les deux obstacles 41,42 détectés sont à proximité de la trajectoire courante de l’aéronef 1 représenté par le corridor 40 prenant en compte le seuil de distance autour de cette trajectoire courante. Une trajectoire d’évitement ou une ou plusieurs commandes d’évitement doit donc être déterminée.
Dans ce but, une première trajectoire d’évitement intermédiaire 45 est déterminée relativement au premier obstacle 41 détecté. Cette première trajectoire d’évitement intermédiaire 45 comporte un décalage vers la droite de l’aéronef 1 afin que le premier obstacle 41 sorte du corridor 40. Une seconde trajectoire d’évitement intermédiaire 46 est déterminée relativement au second obstacle 42. Cette seconde trajectoire d’évitement intermédiaire 46 comporte un décalage vers la gauche de l’aéronef 1 afin que le second obstacle 42 sorte du corridor 40.
Des pondérations relatives à chaque espace de détection 31-33 sont ensuite associées aux obstacles 41,42 détectés et aux trajectoires d’évitement intermédiaires 45,46, formant respectivement des trajectoires d’évitement intermédiaires pondérées 47,48. Un coefficient de pondération est par exemple utilisé et multiplié à la distance de décalage de chacune des trajectoires d’évitement intermédiaires 45,46, afin d’obtenir des trajectoires d’évitement pondérées intermédiaires 47,48. Le coefficient de pondération associé au premier obstacle 41 est plus important que le coefficient de pondération associé au second obstacle 42, le premier obstacle 41 étant plus proche de l’aéronef que le second obstacle 42.
Par exemple, un premier coefficient de pondération correspondant au troisième espace de détection 33 est égal à deux et appliqué à la première trajectoire d’évitement intermédiaire 45 alors qu’un second coefficient de pondération correspondant au deuxième espace de détection est égal à un et appliqué à la seconde trajectoire d’évitement intermédiaire 46.
Ensuite, une trajectoire d’évitement 49 peut être déterminée en combinant les trajectoires d’évitement intermédiaires pondérées 47,48, par exemple en fusionnant ces trajectoires d’évitement intermédiaires pondérées 47,48. La trajectoire d’évitement 49 déterminé est alors un décalage de l’aéronef 1 vers la droite afin d’éviter dans un premier temps le premier obstacle 41.
Par la suite, une fois que le premier obstacle 41 ne représentera plus un danger pour l’aéronef 1, une nouvelle trajectoire d’évitement sera déterminée afin d’éviter le second obstacle 42. Cette trajectoire d’évitement sera par exemple un décalage de l’aéronef 1 vers la droite ou vers la gauche en fonction de la position de ce second obstacle 42 par rapport au corridor 40.
Un raisonnement similaire peut être appliqué pour combiner des commandes d’évitement intermédiaires.
De la sorte, chaque trajectoire d’évitement ou chaque commande d’évitement peut être déterminée avantageusement afin de minimiser les changements de trajectoire ou de commande de l’aéronef 1 et, par suite, de limiter les contraintes en vol subies par l’aéronef 1 et sa charge utile, ainsi que de limiter la consommation énergétique.
Une seule trajectoire d’évitement ou une seule commande d’évitement peut être déterminée lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement.
Toutefois, lorsque plusieurs trajectoires d’évitement ou plusieurs commandes d’évitement sont déterminées lors de l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, le procédé selon l’invention peut comporter une étape supplémentaire de choix d’une trajectoire effective d’évitement ou d’une commande effective d’évitement parmi respectivement ces trajectoires d’évitement ou ces commandes d’évitement déterminées. Ce choix d’une trajectoire effective d’évitement ou d’une commande effective d’évitement parmi les trajectoires d’évitement ou les commandes d’évitement déterminées peut être réalisé en minimisant par exemple un ou plusieurs critères tels que la consommation énergétique de l’aéronef, le temps de vol, la distance parcourue …
Ensuite, une étape de commande du système de pilotage 17 de l’aéronef 1 est réalisée. Le calculateur transmet les caractéristiques de la trajectoire d’évitement ou de la commande d’évitement déterminée, ou le cas échéant de la trajectoire effective d’évitement ou de la commande effective d’évitement, au système de pilotage 17 de l’aéronef 1. Le système de pilotage 17 transmet alors des consignes aux dispositifs de commande 2,3 de l’aéronef 1 afin que l’aéronef 1 réalise automatiquement la manœuvre d’évitement selon trajectoire d’évitement ou la commande d’évitement, ou le cas échéant la trajectoire effective d’évitement ou la commande effective d’évitement, de sorte à éviter chaque obstacle détecté.
Par ailleurs, l’utilisation de plusieurs espaces de détection 31-33 permet de détecter un obstacle le plus tôt possible, notamment dès son entrée dans le deuxième espace de détection 32. La distance entre l’obstacle détecté et l’aéronef 1 peut alors être importante. En conséquence, il peut être prématuré d’engager dès cet instant une manœuvre d’évitement de l’obstacle détecté, celui-ci pouvant encore changer de trajectoire et, de fait, ne jamais se rapprocher dangereusement de l’aéronef 1.
De fait, si au moins un obstacle est détecté dans le deuxième espace de détection 2 l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et l’étape de commande peuvent être inhibées. Le procédé selon l’invention peut alors comporter une étape supplémentaire de suivi dudit au moins un obstacle. Cette étape supplémentaire de suivi peut être réalisée par l’intermédiaire d’au moins une série de capteurs 20. Dès l’entrée de cet obstacle ou d’un autre obstacle dans le troisième espace de détection 33, l’étape supplémentaire de suivi est arrêtée et les étapes de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et de commande sont de nouveau réalisées.
Le délaiTBIrelatif à cet obstacle détecté dans le deuxième espace de détection 32 peut aussi être pris en compte avant d’inhiber ces étapes et de réaliser éventuellement l’étape supplémentaire de suivi. Par exemple, les étapes de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et de commande peuvent être inhibées et l’étape supplémentaire de suivi peut être réalisée lorsque délaiTBIest supérieur à un premier seuil de temps.
A contrario, lorsque le délai TBI associé à un obstacle détecté est très faible, typiquement inférieur à un second seuil de temps, lors de l’étape d’analyse, et quel que soit l’espace de détection 31-33 dans lequel se trouve cet obstacle, l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement peut être inhibée et une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement est choisie respectivement parmi des trajectoires d’évitement d’urgence prédéterminées ou des commandes d’évitement d’urgence prédéterminées. De la sorte, l’étape de commande du système de pilotage est réalisée immédiatement afin que la manœuvre d’évitement d’urgence soit réalisée rapidement afin d’éviter l’obstacle détecté. Les trajectoires d'évitement d'urgence prédéterminées ou les commandes d’évitement d’urgence prédéterminées peuvent par exemple être stockées dans un mémoire reliée au calculateur 15.
Par ailleurs, lorsqu’un obstacle est détecté dans le premier espace de détection 31, l’étape d’analyse de l’obstacle détecté et l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement peuvent également être inhibées. La trajectoire d’évitement ou la commande d’évitement à réaliser est alors choisie parmi les trajectoires d’évitement d’urgence prédéterminées ou les commandes d’évitement d’urgence prédéterminées. En effet, l’obstacle détecté étant alors proche de l’aéronef 1, il est nécessaire de réagir rapidement de sorte que l’aéronef 1 s’éloigne de l’objet détecté. Afin d’effectuer cette manœuvre d’évitement d’urgence au plus vite, l’étape d’analyse de l’obstacle détecté et l’étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement ne sont pas réalisées.
L’étape de choix d’une trajectoire d’évitement ou d’une commande d’évitement est réalisée en choisissant la trajectoire d’évitement ou la commande d’évitement respectivement parmi les trajectoires d’évitement d’urgence prédéterminées ou les commandes d’évitement d’urgence prédéterminées par l’intermédiaire du calculateur 15.
Chaque trajectoire d’évitement d’urgence ou chaque commande d’évitement d’urgence prédéterminée permet un changement rapide pour l’aéronef 1 dans le respect des limites structurelles de l’aéronef 1. La réalisation de cette trajectoire effective d’évitement d’urgence ou de cette commande d’évitement d’urgence s’apparente dans ce cas à une action réflexe.
Cette manœuvre d’évitement d’urgence comporte par exemple un déplacement rapide vers le haut, vers la droite ou vers la gauche de l’aéronef 1. Par exemple, si l’obstacle est détecté sur la droite de l’aéronef 1, la trajectoire d’évitement d’urgence choisie est un déplacement rapide de l’aéronef sur sa gauche.
En appliquant les inhibitions de ces différentes étapes lorsqu’un obstacle est détecté dans le premier ou le deuxième espace de détection 31,32, le procédé selon l’invention se comporte sensiblement comme un cerveau et les trois espaces de détection 31-33 correspondent chacun à un mode de réaction donné.
Le deuxième espace de détection 32 est le cercle basé sur la réflexion à long terme et est assimilable au fonctionnement du cortex frontal avec sa capacité d’analyse de la situation et de la réflexion à long terme. Ce deuxième espace de détection 32 permet de détecter un obstacle au plus tôt même s’il n’est pas encore reconnu et identifié.
Le troisième espace de détection 33 est le cercle basé sur de la réflexion à court terme et est assimilable au fonctionnement du cortex visuel ou auditif. Le troisième espace de détection 33 doit a minima permettre de caractériser l’obstacle détecté, voire de l’identifier.
Le premier espace de détection 31 est le cercle reptilien et est assimilable à l’amygdale et ses réactions réflexes. Le premier espace de détection 31 fait réagir l’aéronef 1 dans les limites de ses résistances mécaniques et avioniques ainsi que dans les limites de charge acceptable par la charge utile.
Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en œuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu’il n’est pas concevable d’identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims (21)

  1. Procédé de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles pour aéronef (1), ledit aéronef (1) comportant :
    • un système de pilotage (17) dudit aéronef (1),
    • une pluralité de capteurs (20) destinés à la détection d’obstacles, ladite pluralité de capteurs (20) comportant au moins trois séries de capteurs, et
    • au moins un calculateur (15),
    caractérisé en ce que ledit procédé comporte les étapes suivantes :
    • détection d’au moins un obstacle présent dans au moins un espace de détection parmi au moins trois espaces de détection (31-33), lesdits au moins trois espaces de détection (31-33) comportant un premier espace de détection (31), un deuxième espace de détection (32) et au moins un troisième espace de détection (33), ledit premier espace de détection (31) étant ledit espace de détection le plus proche dudit aéronef (1), ledit deuxième espace de détection (32) étant ledit espace de détection le plus éloigné dudit aéronef (1), chacune desdites au moins trois séries de capteurs (20) étant associée à au moins un espace de détection (31-33), chaque espace de détection (31-33) étant couvert par au moins une série de capteurs (20),
    • analyse dudit au moins un obstacle détecté dans au moins un desdits espaces de détection (31-33) par l’intermédiaire dudit au moins un calculateur (15) pour déterminer au moins une caractéristique dudit au moins un obstacle,
    • détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement permettant audit aéronef (1) d’éviter ledit au moins obstacle détecté en fonction d’au moins une caractéristique dudit obstacle par l’intermédiaire dudit au moins un calculateur (15), et
    • commande dudit système de pilotage (17) afin que ledit aéronef (1) réalise automatiquement une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement.
  2. Procédé selon la revendication 1,
    caractérisé en ce que, lorsqu’au moins deux trajectoires d’évitement ou au moins deux commandes d’évitement sont déterminées lors de ladite étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, ledit procédé comporte une étape supplémentaire de choix d’une trajectoire effective d’évitement ou d’une commande effective d’évitement respectivement parmi lesdites au moins deux trajectoires d’évitement déterminées ou lesdites au moins deux commandes d’évitement et ladite étape de commande dudit système de pilotage (17) est réalisée en utilisant ladite trajectoire effective d’évitement ou ladite commande effective d’évitement choisie.
  3. Procédé selon la revendication 2,
    caractérisé en ce que ladite trajectoire effective d’évitement ou ladite commande d’évitement est choisie respectivement parmi lesdites au moins deux trajectoires d’évitement déterminées ou lesdites au moins deux commandes d’évitement en minimisant un ou plusieurs critères parmi une consommation énergétique dudit aéronef (1), un temps de vol selon ladite trajectoire d’évitement ou ladite commande d’évitement, une distance parcourue selon ladite trajectoire d’évitement.
  4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3,
    caractérisé en ce qu’au moins deux espaces de détection (31-33) ont une zone de détection commune assurant de la sorte une continuité entre lesdits espaces de détection et évitant la présence de zones de non détection.
  5. Procédé selon la revendication 4,
    caractérisé en ce que ladite zone de détection commune de deux espaces de détection (31-33) est un desdits deux espaces de détection (31-33).
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5,
    caractérisé en ce que lors de ladite étape d’analyse, ladite au moins une caractéristique dudit au moins un obstacle comporte une position relative dudit obstacle par rapport audit aéronef (1), une route relative dudit obstacle par rapport audit aéronef (1), une vitesse relative dudit obstacle par rapport audit aéronef (1), une trajectoire relative dudit obstacle par rapport audit aéronef (1), des dimensions dudit obstacle, une masse dudit obstacle, un délai avant impact (TBI) dudit obstacle avec ledit aéronef (1), un type dudit obstacle.
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6,
    caractérisé en ce que ladite étape d’analyse comporte une sous-étape de détermination d’une pondération associée à chaque obstacle détecté afin de déterminer une pondération associée à chaque obstacle détecté.
  8. Procédé selon la revendication 7,
    caractérisé en ce que ladite pondération associée à un obstacle détecté est défini en fonction :
    • dudit espace de détection (31-33) dans lequel ledit obstacle a été détecté,
    • desdites dimensions dudit obstacle,
    • de ladite masse et la vitesse dudit obstacle, et
    • de ladite trajectoire relative dudit obstacle par rapport audit aéronef (1),
    • ledit type dudit obstacle, et/ou
    • dudit délai avant impactTBI.
  9. Procédé selon la revendication 8,
    caractérisé en ce que ladite pondération associée à un obstacle détecté est défini en fonction de la manœuvrabilité dudit aéronef, de sa trajectoire, de sa vitesse maximale, de sa taille et de sa résistance à l’impact type impact à l’oiseau et de son facteur de charge.
  10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 9,
    caractérisé en ce que ladite sous-étape de détermination de ladite pondération associée à un obstacle détecté et/ou ladite étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement utilisent une méthode de logique floue et une matrice de décision.
  11. Procédé selon l’une quelconque des revendications 7 à 10,
    caractérisé en ce que lors de ladite étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement, une ou plusieurs trajectoires d’évitement intermédiaires ou commandes d’évitement intermédiaires sont déterminées indépendamment pour chaque espace de détection (31-33) en prenant en compte chaque obstacle détecté dans chaque espace de détection (31-33) et/ou pour chaque obstacle détecté, puis lesdites trajectoires d’évitement intermédiaires ou commandes d’évitement intermédiaires sont combinées en prenant en compte lesdites pondérations relatives à chaque espace de détection (31-33) et/ou à chaque obstacle détecté afin de déterminer au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement.
  12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11,
    caractérisé en ce que ladite étape d’analyse comporte une sous-étape d’identification d’un type d’obstacle auquel peut correspondre ledit au moins un obstacle détecté.
  13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12,
    caractérisé en ce que ladite étape d’analyse comporte une sous-étape d’estimation d’un risque de collision dudit aéronef (1) avec au moins un obstacle détecté et ladite étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et ladite étape de commande sont réalisées si ledit risque de collision dudit aéronef (1) avec un obstacle détecté est avéré.
  14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13,
    caractérisé en ce que si au moins un obstacle est détecté dans ledit deuxième espace de détection (32), ladite étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et ladite étape de commande sont inhibées.
  15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13,
    caractérisé en ce que si au moins un obstacle est détecté dans ledit deuxième espace de détection (32) et que ladite étape d’analyse dudit obstacle détecté détermine un délai avant un possible impact (TBI) supérieur à un premier seuil de temps, ladite étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement et ladite étape de commande sont inhibées.
  16. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 15,
    caractérisé en ce que si un obstacle est détecté dans ledit premier espace de détection (31), ladite étape d’analyse dudit obstacle détecté et ladite étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement ou une commande d’évitement sont inhibées et ladite trajectoire d’évitement ou ladite commande d’évitement est choisie respectivement parmi des trajectoires d’évitement d’urgence prédéterminées ou des commandes d’évitement d’urgence prédéterminées.
  17. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 16,
    caractérisé en ce que si au moins un obstacle est détecté dans un desdits espaces de détection (31,32,33) et que ladite étape d’analyse dudit obstacle détecté détermine un délai avant un possible impact (TBI) inférieur à un second seuil de temps, ladite étape de détermination d’au moins une trajectoire d’évitement d’urgence prédéterminées ou une commande d’évitement est inhibée et une trajectoire d’évitement d’urgence prédéterminées ou une commande d’évitement est choisie respectivement parmi des trajectoires d’évitement d’urgence prédéterminées ou des commandes d’évitement d’urgence prédéterminées.
  18. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 17,
    caractérisé en ce que chaque espace de détection (31-33) a une forme sensiblement sphérique autour dudit aéronef (1) et centrée sur ledit aéronef (1). ou au minimum un cercle dans un plan horizontal ou bien est limité angulairement dans des plans verticaux dudit aéronef (1).
  19. Système (10) de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles pour aéronef (1), ledit système (10) de détection et d’évitement d’obstacles comportant :
    • un système de pilotage (17) dudit aéronef (1),
    • une pluralité de capteurs (20) destinés à la détection d’obstacles, et
    • au moins un calculateur (15),
    caractérisé en ce que ledit système (10) de détection et d’évitement d’obstacles est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 18, ladite pluralité de capteurs (20) comporte au moins trois séries de capteurs, au moins une desdites séries de capteurs couvrant un espace de détection (31-33) spécifique dans l’environnement dudit aéronef (1).
  20. Aéronef (1),
    caractérisé en ce que ledit aéronef (1) comporte un système (10) de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles pour aéronef (1) selon la revendication 19.
  21. Ensemble (5) de détection et d’évitement d’un obstacle comportant le système (10) de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles et un aéronef (1) et une station de pilotage (25),
    caractérisé en ce que ledit système (10) de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection d’obstacles est selon la revendication 19, ledit aéronef (1) comportant ledit système de pilotage (17) et ladite pluralité de capteurs (20) destinés à la détection d’obstacles, et ladite station de pilotage (25) comportant ledit calculateur (15), ledit calculateur (15) commandant ledit système de pilotage (17) dudit aéronef (1) à distance.
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