FR3131968A1 - Procédé de calcul d'une trajectoire optimal d'un porteur pour réaliser une mission de surveillance multi-cible et multi-objectif et programme d'ordinateur associé - Google Patents
Procédé de calcul d'une trajectoire optimal d'un porteur pour réaliser une mission de surveillance multi-cible et multi-objectif et programme d'ordinateur associé Download PDFInfo
- Publication number
- FR3131968A1 FR3131968A1 FR2200391A FR2200391A FR3131968A1 FR 3131968 A1 FR3131968 A1 FR 3131968A1 FR 2200391 A FR2200391 A FR 2200391A FR 2200391 A FR2200391 A FR 2200391A FR 3131968 A1 FR3131968 A1 FR 3131968A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- target
- potential field
- targets
- objective
- carrier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 60
- 238000004590 computer program Methods 0.000 title claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims description 16
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 14
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 4
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 claims description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 8
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000007175 bidirectional communication Effects 0.000 description 1
- 230000001149 cognitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/0004—Transmission of traffic-related information to or from an aircraft
- G08G5/0013—Transmission of traffic-related information to or from an aircraft with a ground station
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/0017—Arrangements for implementing traffic-related aircraft activities, e.g. arrangements for generating, displaying, acquiring or managing traffic information
- G08G5/0021—Arrangements for implementing traffic-related aircraft activities, e.g. arrangements for generating, displaying, acquiring or managing traffic information located in the aircraft
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/003—Flight plan management
- G08G5/0034—Assembly of a flight plan
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/003—Flight plan management
- G08G5/0039—Modification of a flight plan
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
- G08G5/0052—Navigation or guidance aids for a single aircraft for cruising
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
- G08G5/006—Navigation or guidance aids for a single aircraft in accordance with predefined flight zones, e.g. to avoid prohibited zones
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/0073—Surveillance aids
- G08G5/0086—Surveillance aids for monitoring terrain
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- User Interface Of Digital Computer (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
Procédé de calcul d’une trajectoire optimale d’un porteur pour réaliser une mission de surveillance multi-cible et multi-objectif et programme d’ordinateur associé Ce procédé consiste à : définir (110) un plan de mission en associant un objectif d’une pluralité d’objectifs possibles de traitement de cible, à chaque cible d’une pluralité de cibles ; choisir (120) un capteur parmi une pluralité de capteurs du porteur pour traiter une cible conformément à l’objectif associé à cette cible ; pour chaque couple cible / capteur, élaborer (130) un champ de potentiel unitaire traduisant des caractéristiques de détection du capteur en fonction d’une position relative du porteur par rapport à la cible, le champ de potentiel unitaire définissant une zone-cible à l’intérieure de laquelle le porteur doit se trouver pour traiter la cible par le capteur associé ; combiner (140) les champs de potentiel unitaires des cibles pour obtenir un champ de potentiel global ; calculer (150) un chemin à partir du champ de potentiel global en tant que trajectoire optimale du porteur. Figure pour l'abrégé : Figure 2
Description
L’invention a pour domaine général celui de la surveillance aéroportée, en particulier maritime et/ou terrestre, mettant en œuvre une pluralité de capteurs embarqués à bord d’un aéronef porteur.
L’invention a pour domaine particulier la recherche d’une trajectoire optimale pour une mission multi-cible et multi-objectif.
Les capteurs de la pluralité de capteurs embarqués sont hétérogènes. Ils ont des capacités de détection (distance, résolution minimale, …) différentes.
La mission est multi-cible au sens où l’aéronef porteur survole une zone d’intérêt dans le but d’acquérir des informations sur une pluralité de cibles présentes dans cette zone.
La mission est multi-objectif au sens où, sur une cible particulière, l’aéronef porteur peut réaliser différents objectifs, comme par exemple un objectif de détection, de reconnaissance, d’identification, ou autre. On dira que la cible doit être traitée conformément à un objectif qui lui est associé.
Un objectif fait intervenir un sous-ensemble des capteurs embarqués. Le traitement d’une cible conformément à un objectif consiste en l’acquisition de données par au moins un capteur du sous-ensemble de capteurs attaché à l’objectif à remplir. Les différents types de données qui doivent être collectés sur une cible particulière dépendent donc de l’objectif associé à cette cible
Par conséquent, une mission avec plusieurs objectifs (et donc plusieurs cibles) sollicite les capteurs à des instants distincts de la mission et en des lieux différents de la zone d’intérêt.
Il s’agit donc de déterminer un plan de vol optimal, en tenant compte des contraintes capteurs sur la trajectoire que doit suivre l’aéronef porteur et en rationnalisant l’emploi des capteurs embarqués, de façon à acquérir plusieurs cibles dans un temps court à partir de plusieurs capteurs hétérogènes.
Face à une mission où le nombre de cibles et le nombre d’objectifs sont importants, la notion de planification de manière à optimiser les ressources prend davantage d’importance.
À l’heure actuelle, la planification du vol avant mission nécessite le travail d’un équipage expert, capable de prendre en compte les contraintes. Cela représente un investissement conséquent en temps et en charge cognitive pour la préparation et l’exécution de chaque mission.
Il y a donc un besoin de pouvoir déterminer automatiquement un plan de vol optimal permettant de maximiser les performances de surveillance au cours de la réalisation de la mission, en tenant compte des contraintes affectant la réalisation de la mission, notamment les capacités des détecteurs embarqués.
Le but de la présente invention est de répondre à ce besoin.
Pour cela l’invention a pour objet un procédé de calcul d’une trajectoire optimale d’un porteur pour réaliser une mission de surveillance multi-cible et multi-objectif, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes de : définir un plan de mission en associant un objectif, sélectionné parmi une pluralité d’objectifs possibles de traitement de cible, à chaque cible d’une pluralité de cibles présentes dans une zone géographique d’intérêt ; choisir un capteur parmi une pluralité de capteurs embarqués à bord du porteur afin de traiter une cible de la pluralité de cibles conformément à l’objectif associé à ladite cible dans le plan de mission ; pour chaque couple associant une cible de la pluralité de cibles et du capteur choisi pour traiter ladite cible, élaborer un champ de potentiel unitaire traduisant des caractéristiques de détection du capteur en fonction d’une position relative du porteur par rapport à la cible, le champ de potentiel unitaire définissant une zone-cible comme la zone à l’intérieure de laquelle le porteur doit se trouver pour que la cible soit considérée comme traitée par le capteur associé ; combiner les champs de potentiel unitaires des cibles de la pluralité de cibles pour obtenir un champ de potentiel global ; calculer un chemin à partir du champ de potentiel global ; et affecter le chemin calculé en tant que trajectoire optimale du porteur.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- lorsqu’un objectif peut être rempli par différents capteurs d’un groupe de capteurs de la pluralité de capteurs, le procédé consiste à déterminer différentes configurations, une configuration consistant à sélectionner un capteur particulier pour remplir ledit objectif, le procédé se poursuivant en calculant un chemin pour chaque configuration envisagée, en comparant les différents chemins calculés selon un critère prédéterminé, et en sélectionnant un meilleur chemin parmi les différents chemins pour l’affecter en tant que trajectoire optimale du porteur.
- lorsque le champ de potentiel global comporte une première zone-cible et une seconde zone-cible présentant une zone d’intersection commune, le champ de potentiel unitaire de la première cible et le champ de potentiel unitaire de la seconde cible sont remplacés par un champ de potentiel unitaire d’intersection, obtenu de préférence en sommant les champs de potentiel unitaires des première et seconde cibles.
- calculer un chemin à partir du champ de potentiel global comporte les étapes de : définir un point d’entrée du porteur dans la zone géographique d’intérêt ; appliquer un algorithme de descente du gradient sur le champ de potentiel global ; lorsque le porteur entre dans une zone-cible permettant de considérer que la cible correspondante a été traitée, mettre à jour le champ de potentiel global en soustrayant le champ de potentiel unitaire de la cible traitée ; appliquer l’algorithme de descente de gradient sur le champ de potentiel global mis à jour ; et itérer les étapes de mise à jour et d’application de l’algorithme de descente du gradient jusqu’à ce que toutes les cibles de la pluralité de cibles du plan de mission soient traitées.
- l’algorithme de descente de gradient est adapté pour éviter des minima locaux hors des zones-cibles du champ de potentiel global.
- l’adaptation de l’algorithme de descente de gradient comporte : l’identification d’une maille voisine parmi un ensemble de mailles voisines d’une maille courante où se trouve le porteur à l’instant courant, qui présente le potentiel le plus faible ; si la maille voisine identifiée correspond à un minimum local hors des zones-cibles du champ de potentiel global, ou a déjà été traversée par le porteur, ou a fait faire un demi-tour au porteur, supprimer la maille voisine identifiée de l’ensemble des mailles voisines et identifier une autre maille voisine dans l’ensemble des mailles voisines ainsi mis à jour ; sinon déplacer le porteur vers la maille voisine identifiée en tant que nouvelle maille courante.
- l’adaptation de l’algorithme de descente de gradient consiste à ajouter, aux champ de potentiel unitaires des cibles de la pluralité de cibles, un champ de potentiel de correction pour obtenir le champ de potentiel global, le champ de potentiel de correction étant élaboré : en considérant un triangle dont les sommets sont définis par une position initiale du porteur, un premier point correspondant à la position d’une première cible, qui est la cible la plus proche de la position courante du porteur, et un second point correspondant à une seconde cible, qui est la cible la plus proche de la première cible ; en déterminant un premier champ de potentiel unitaire pour le premier point, respectivement un second champ de potentiel unitaire pour le second point, de sorte que le potentiel des mailles à l’intérieur du triangle soit inférieur à celui des mailles à l’extérieur du triangle dans le champ de potentiel global ; et en ajoutant les premier et second champs unitaires pour obtenir le champ de potentiel de correction.
- le premier champ de potentiel unitaire pour le premier point, respectivement le second champ de potentiel unitaire pour le second point, est de la forme :
où est la distance entre les points , où k est un entier choisi pour supprimer tout minimum local à l’intérieur du triangle et i est un entier valant 1 pour le premier champ de potentiel unitaire et 2 pour le second champ de potentiel unitaire.
- la pluralité d’objectifs possibles de traitement de cible comporte un objectif de détection, un objectif de reconnaissance, et un objectif d’identification.
- le procédé comporte une étape d’élaboration d’un potentiel unitaire pour chaque zone d’exclusion de la zone géographique d’intérêt.
- le procédé est itéré à chaque modification de la pluralité de cibles présentes dans une zone géographique d’intérêt et/ou à chaque modification d’une position d’une cible de la pluralité de cibles.
L’invention a également pour objet un produit programme d’ordinateur pour la mise en œuvre du procédé précédent.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d’un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d’exemple non limitatif, cette description étant faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
Selon la , le procédé de calcul d’une trajectoire selon l’invention est mis en œuvre pour une mission de surveillance maritime multi-cible et multi-objectif.
Cette mission est attribuée à un avion de surveillance maritime 2.
Il doit parcourir une zone géographique d’intérêt Z afin de traiter une pluralité de cibles, Ci(i entier entre 1 et N). Une cible est un objet observable par l’un ou l’autre des capteurs embarqués par l’avion 2. Pour une surface de mer, il s’agit par exemple de navires.
L’avion 2 embarque un système de surveillance 4.
Le système de surveillance 4 comporte une pluralité de capteurs, chaque capteur permettant de collecter un type particulier de données lorsqu’il est utilisé pour traiter une cible. Un capteur se caractérise par différentes grandeurs affectant ses capacités de traitement d’une cible, notamment une portée, c’est-à-dire la distance maximale entre le porteur et la cible permettant au capteur de traiter cette cible.
L’avion 2 embarque par exemple un premier capteur du type radar S1et un second capteur du type caméra optronique S2. Le radar présente une portée R1plus importante que celle R2de la caméra optronique.
La manière de traiter une cible constitue un objectif associé à cette cible. Un objectif associé à une cible est choisi parmi une pluralité d’objectifs possibles compte tenu des capteurs effectivement embarqués à bord du porteur. Un objectif de traitement d’une cible peut par exemple être un objectif de détection, un objectif de reconnaissance, ou encore un objectif d’identification.
Le système de surveillance 4 comporte également un calculateur embarqué 10 connecté aux différents capteurs embarqués ainsi qu’à un moyen de radiocommunication embarqué 12.
Le moyen de radiocommunication embarqué 12 permet notamment une communication bidirectionnelle avec un moyen de radiocommunication au sol 22 connecté à un centre de calcul 20.
Le centre de calcul 20 exécute un programme 30 qui permet la mise en œuvre du procédé de calcul d’une trajectoire selon l’invention.
L’exécution du programme 30 permet de déterminer une trajectoire optimale qui, si elle est suivie par l’avion 2, va lui permettre de réaliser la mission, c’est-à-dire traiter convenablement chacune des cibles Ci.
En se référant à la , un mode de réalisation préféré du procédé va être présenté. Ce mode de réalisation est particulièrement simple pour des raisons de clarté de l’exposé.
Le procédé 100 débute par une étape 110 de définition du plan de mission
Dans cette étape du procédé, une zone géographique d’intérêt Z est d’abord définie. Il s’agit par exemple d’une surface de mer.
Un point P de la zone d’intérêt est défini par deux coordonnées, par exemple x et y.
Le point d’entrée PEde l’avion de surveillance 2 dans la zone d’intérêt Z est également défini.
Une liste de cibles à surveiller dans cette zone d’intérêt est ensuite définie. La liste comporte N cibles notées Ci. La position Pide chaque cible est connue. Elles sont supposées immobiles au cours de la mission et du déplacement de l’avion de surveillance 2.
La définition du plan de mission se poursuit en associant à chaque cible de la liste de cibles, un objectif à accomplir, c’est-à-dire la manière dont cette cible doit être traitée.
Le procédé 100 se poursuit par une étape 120 de choix des capteurs et de définition d’une ou plusieurs configuration(s).
Un objectif est réalisé en utilisant un capteur approprié permettant d’acquérir des données adaptées sur la cible considérée.
Pour chaque cible du plan de mission, on définit un couple combinant cette cible avec un capteur permettant de réaliser l’objectif associé à cette cible dans le plan de mission.
Par exemple, l’objectif d’identification d’une cible, qui nécessite un degré de détail élevé afin de décrire la cible de manière précise (nom d’un navire, type d’avion, recherche de cocarde, etc.), est réalisé en utilisant la caméra optronique S2. En conséquence, une première cible C1devant être identifiée correspond un couple combinant cette cible C1et le capteur S2.
Si plusieurs capteurs permettent de remplir un même objectif, on définit alors plusieurs configurations. Une configuration correspond au choix d’un capteur particulier pour réaliser un objectif pouvant être réalisé par plusieurs capteurs.
Par exemple, l’objectif de reconnaissance d’une cible (c’est-à-dire de classification de cette cible) peut être réalisé en utilisant soit le radar S1, soit la caméra optronique S2.
Alors, une première configuration consiste à sélectionner le radar S1pour toutes les cibles associées à un objectif de reconnaissance dans le plan de mission. Une seconde configuration consiste à sélectionner la caméra optronique S2pour toutes les cibles à reconnaître associées à un objectif de reconnaissance dans le plan de mission.
Les étapes suivantes du procédé sont itérées pour chaque configuration envisagée (boucle 125 de la ).
Une fois que chaque cible est combinée à un capteur, l’étape 120 permet d’exprimer les contraintes de détection associées à chaque cible.
La réalisation d’un objectif associé à une cible est contrainte par les caractéristiques du capteur choisi pour traiter la cible et la localisation de cette cible dans la zone d’intérêt.
Le procédé selon l’invention adopte une approche selon laquelle ces contraintes de détection sont traduites dans le repère de la cible et non pas dans celui du porteur. Cette approche permet de ne pas avoir à vérifier à chaque itération si une cible se situe à l’intérieur de la portée du capteur. Travailler du point de vue de la cible est donc moins coûteux en termes de temps de calcul.
Ainsi, si les performances du capteur choisi pour traiter une cible se limitent à la portée de ce capteur, un disque Dijcentré sur la cible Ciet de rayon Rjégal à la portée du capteur Sjchoisi est défini. Un tel disque exprime la contrainte sur la détection d’une cible.
On considère ici que tous les capteurs possèdent une vision sur 360°, ce qui leur permet d’acquérir une cible quelle que soit la position du porteur à l’intérieur du disque associé à la cible.
Le procédé 100 se poursuit par une étape 130 de construction d’un champ de potentiel unitaire pour chaque couple cible / capteur de la configuration étudiée.
Tout d’abord, la région géographique d’intérêt Z est représentée par un maillage discret à deux dimensions. La hauteur des cibles (navires à la surface de la mer) étant négligeable devant l’altitude de l’avion de surveillance et celui-ci étant supposé rester sensiblement à une même altitude au cours de la mission, la discrétisation de la zone d’intérêt s’effectue selon deux dimensions.
Le maillage est constitué de mailles élémentaires, de préférence de mailles identiques et à base carrée.
Une maille est construite de manière à pouvoir contenir l’avion de surveillance 2. La taille des mailles est donc supérieure à celle du porteur.
Par ailleurs, la totalité de l’étendue d’une maille doit être observable par un capteur instantanément. La taille d’une maille doit donc être plus petite que la portée du capteur ayant la portée la plus petite de l’ensemble des capteurs embarqués. La taille des mailles est ainsi calculée à partir des caractéristiques des capteurs.
Cependant, la taille des mailles ne doit pas être excessivement inférieure à la portée la plus petite. Un rapport de dix entre la portée la plus petite et la dimension d’une maille est suffisant pour obtenir un niveau de détail adéquat sans perdre en performance calculatoire.
Puis, chaque contrainte, telle que définie à l’étape 120, est traduite sous la forme d’un champ de potentiel unitaire. Un champ est un scalaire affecté à chaque maille du maillage représentant le zone géographique d’intérêt Z.
Comme indiqué précédemment, l’espace de la zone d’intérêt où une cible peut être traitée par un capteur est un disque centré sur la cible et dont le rayon est égal à la portée du capteur associé.
Pour simplifier la présente description, on considère que, lorsque la distance entre le porteur et la cible est inférieure ou égale à la portée, le capteur peut acquérir des données sur la cible. En revanche, lorsque la distance entre le porteur et la cible est supérieure à la portée, le capteur ne peut acquérir aucune donnée sur la cible. Il s’agit donc d’une approche binaire.
Toujours pour simplifier la présente description, on considère que l’acquisition de données par un capteur est instantanée. Il est donc suffisant que la distance entre le porteur et la cible soit inférieure ou égale à la portée, pendant un unique pas de temps (par exemple le pas d’échantillonnage du capteur), pour acquérir l’ensemble des données que ce capteur est capable d’acquérir sur la cible.
Sur l’exemple de la , on a représenté le cas de la construction d’un champ de potentiel unitaire pour l’acquisition d’une première cible C1, située en P1, avec le capteur S2de rayon R2égal à 3,5 mailles. Cette contrainte est représentée par le disque D12.
Le champ de potentiel unitaire est par exemple construit de la manière suivante :
- les mailles formant le plus grand carré inscrit dans le disque D12 ont un potentiel nul. C’est le potentiel minimal que peut posséder une maille. Ce carré est dénommé « zone-cible ». Il est référencé Z1sur les figure ; et,
- le potentiel des autres mailles est égale à la plus petite distance euclidienne existant entre la maille considérée et la zone-cible Z1, cette distance étant par exemple exprimée en nombre de mailles.
Le procédé 100 se poursuit par une étape 140 de construction d’un champ de potentiel global.
Comme représenté sur la , après avoir défini les champs de potentiel unitaires pour chaque couple cible / capteur de la configuration étudiée, un champ de potentiel global est élaboré. Il associe les contraintes pour toutes les cibles.
Par exemple, il est construit en faisant la somme des champs de potentiel unitaires associés à chacune des cibles de la configuration (c’est-à-dire encore à chacune des cibles du plan de mission).
Sur la , le champ de potentiel global (B) résulte de la superposition des quatre champs de potentiel unitaires (A). Il est à noter que pour la clarté des et 5, les valeurs de potentiel ne sont pas indiquées dans les mailles.
Avantageusement, mais cette correction n’est pas nécessaire, lorsque le champ de potentiel global présente une intersection entre au moins deux zones-cibles, on considère cette intersection comme une zone-cible à part entière, en substitution des deux (ou plus) zones-cibles initiales se recouvrant en tout ou partie.
Un champ de potentiel unitaire pour la zone-cible d’intersection est par exemple élaboré à partir de la somme des champs de potentiel unitaires des zones-cibles initiales.
C’est ce qui est représenté sur la partie (C) de la . Les zones-cibles Z2et Z4se recouvrant partiellement, on les a remplacées par un champ unitaire permettant de définir une zone cible Z’ se limitant à l’intersection de ces deux zones cibles.
Une telle correction va permettre de favoriser les chemins permettant d’effectuer des acquisitions simultanées. En effet, faire passer l’avion de surveillance par un point de l’intersection de deux zones cibles permet d’acquérir simultanément les deux cibles correspondantes avec deux capteurs différents.
Le procédé 100 se poursuit par une étape 150 de calcul d’un chemin en utilisant le un champ de potentiel global.
Par exemple, un algorithme de descente de gradient sur le champ de potentiel global est mis en œuvre.
Le principe de la descente de gradient est le suivant, alors que l’avion de surveillance est localisé à l’instant courant à l’intérieur d’une maille dite maille courante :
- on cherche la maille voisine parmi l’ensemble des mailles voisines de la maille courante qui présente le potentiel le plus faible ;
- on déplace l’avion de surveillance pour qu’il entre dans la maille voisine identifiée, qui devient alors la maille courante.
De proche en proche, un chemin à travers la zone d’intérêt est déterminé.
Dans un mode de réalisation simple, seules les mailles cardinales sont considérées comme faisant partie de l’ensemble des mailles voisines de la maille courante.
Ainsi, comme illustré sur la (A), l’avion 2 entre dans la zone d’intérêt Z au point d’entrée PEdéfini à l’étape 110.
Comme illustré sur la (B), l’avion 2 suit le gradient de potentiel sur le champ global jusqu’à rentrer dans la première zone-cible Z1permettant d’acquérir la cible C1correspondante.
A chaque fois qu’une cible est traitée, le champ de potentiel unitaire correspondant à cette cible est soustrait du champ de potentiel global.
Ainsi, comme illustré par la (C), le champ de potentiel unitaire de la cible C1est retiré et la procédure de descente de gradient est réitérée, mais sur le champ de potentiel global mis à jour.
Le processus se poursuit jusqu’à ce que toutes les cibles aient été traitées.
Un chemin est ainsi déterminé à travers la zone d’intérêt permettant de réaliser le plan de mission conformément à la configuration étudiée.
Le procédé 100 se poursuit par une étape 160 d’évaluation des différentes configurations envisagées.
Une fois que des chemins ont été déterminés pour toutes les configurations construites à l’étape 120, ils sont évalués pour pouvoir être comparés.
Pour cela, une fonction de coût est par exemple définie et appliquée à chaque chemin afin de calculer un coût pour chaque chemin.
Par exemple, dans un mode de réalisation particulièrement simple, seule la longueur d’un chemin est considérée dans la fonction de coût.
Enfin le procédé 100 se termine par une étape 170 de sélection de la trajectoire optimale.
Celle-ci correspond au chemin ayant le coût le plus faible selon l’évaluation faite à l’étape 160.
La trajectoire optimale correspond au meilleur chemin. La configuration associée à ce meilleur chemin indique comment réaliser la mission, c’est-à-dire quel capteur utiliser en tel point de la trajectoire pour réaliser tel objectif associé à telle cible.
La trajectoire optimale et la configuration associée, calculées par le central 30 sont transmises au système 4 de l’avion de surveillance 2 pour réaliser la mission de surveillance.
Lorsque le champ de potentiel global contient un minimum local se trouvant à l’extérieur des zones-cibles, le calcul par descente de gradient est avantageusement adapté.
En effet, un minimum local est une maille dont le potentiel est plus bas que le potentiel de ses mailles voisines. La descente de gradient déplaçe le porteur vers un minimum local. Lorsque ce minimum local n’est pas associé à une zone-cible, le calcul du chemin s’arrête alors et aucun chemin n’est trouvé.
Une première manière de contourner ce problème calculatoire, consiste à implémenter la procédure suivante, dite « LazyTriangle », permettant de guider le calcul de chemin en prévoyant la prochaine cible à atteindre.
Pour la première mise à jour du champ de potentiel global à la première, on considère un triangle T1(figure 5A), dont les sommets sont définis comme étant respectivement : la position d’entrée PEde l’avion 2 ; un premier point qui correspond à la position de la cible la plus proche du point PE(en l’occurrence le point P1de la première cible C1) ; et un second point qui correspond à la position de la cible la plus proche de la cible la plus proche du point PE(en l’occurrence le point P2de la première cible C2).
Deux champs de potentiel unitaire liés aux points P1et P2sont créés et sommés pour obtenir un champ de potentiel de correction.
Le champ attractif associé au point-cible est définie dans la maille comme suit :
Où est la distance entre les points , et où la valeur est choisie de manière empirique.
Le champ de potentiel de correction est ajouté aux champs de potentiel unitaires pour obtenir le champ de potentiel global.
Une fois que le chemin atteint une zone-cible, le champ de potentiel global est mis à jour en ne considérant plus le champ unitaire de la zone-cible visitée et en calculant un nouveau potentiel de correction en considérant un nouveau triangle. Par exemple sur la figure 5B, le chemin calculé permet de visiter la zone cible Z1. Alors le potentiel global est mis à jour en considérant un triangle T2. Il est construit à partir de la position courante du porteur de la position de la seconde cible (la plus proche du porteur) et de la troisième cible (la plus proche de la seconde cible).
Puis la descente de gradient est exécutée à nouveau, mais sur ce champ de potentiel global mis à jour.
De proche en proche, on calcule un chemin permettant de traiter chaque cible.
Les champs de potentiel de correction permettent d’une part que, dans le champ de potentiel global, les valeurs de potentiel des mailles du triangle soient plus faibles que celles des mailles extérieures de manière à favoriser les déplacements à l’intérieur du triangle vers ses sommets P1et P2, là où se trouve une zone-cible.
Les champs de potentiel de correction permettent d’autre part de prévoir la prochaine zone-cible à atteindre afin de s’y déplacer préférentiellement et limiter le nombre de virages lors du calcul du chemin.
Cette procédure favorise par conséquent les déplacements vers les zones-cibles tout en évitant les minima locaux hors des zones-cibles.
Une seconde manière de contourner le problème des minimas locaux consiste à implémenter la procédure suivante portant sur l’analyse du chemin.
A la descente de gradient pour déterminer la maille voisine vers laquelle se déplacer, on rajoute par exemple les trois critères suivants :
- la maille voisine identifiée par la descente de gradient ne se trouve pas dans un minimum local ;
- la maille voisine identifiée par la descente de gradient n’a pas encore été traversée ; ou,
- la maille voisine identifiée par la descente de gradient ne fait pas faire de demi-tour.
On comprend que ces critères permettent de se prémunir d’un minimum local. En effet, si la maille voisine choisie par la descente de gradient a déjà été traversée et que le porteur se déplace vers elle, le calcul du chemin connaît une boucle infinie, puisque le champ de potentiel mission reste le même et que la descente de gradient est un calcul déterministe : le porteur retournera donc, après une ou plusieurs itérations, à la maille actuelle.
Les deux techniques précédentes peuvent être combinées.
La descente de gradient ainsi modifiée permet de calculer un chemin dans un champ de potentiel global en évitant les minimas locaux.
En variante, le programme de calcul de trajectoire est exécuté par le calculateur 10 à bord de l’avion 2.
En variante, la mission est mise à jour dynamiquement avec la définition de nouvelle cible à surveiller, et/ou la mise à jour de la position d’une cible déjà listée. Le procédé selon l’invention peut alors être exécuté à chaque mise à jour de la mission afin de déterminer dynamiquement la trajectoire optimale. Ainsi, le procédé selon l’invention permet de trouver une solution en «boucle ouverte ». En boucle fermée, on connaît des algorithmes (tel que ceux du type « A* ») qui sont efficaces, mais qui ne le sont plus en boucle ouverte. Au contraire, lorsque les objectifs sont dynamiques (par exemple avec l’apparition de nouveaux objectifs), l’utilisation de champs de potentiel permet de refaire un calcul de trajectoire à moindre coûts.
La méthode des champs de potentiel peut être facilement améliorée, par exemple en considérant que la portée d’un capteur dépend du type dont relève la cible (par exemple de sa longueur).
Elle peut également être améliorée en ajoutant des potentiels conduisant à éviter certains espaces de la zone géographique à surveiller. La définition d’une zone d’exclusion est intéressante par exemple lorsque les prévisions météorologiques ne sont pas bonnes dans la partie correspondante de la zone à surveiller ou encore lorsqu’il s’agit d’éviter un système de défense adverse.
En ce qui concerne le nombre de configurations, dans la présente description a été envisagé le cas où toutes le cibles sont traitées par un même capteur lorsqu’un objectif peut être rempli par plusieurs capteurs. En variante, une arborescence est construite de manière à identifier toutes les configurations possibles, c’est-à-dire toutes les combinaisons de couple cible / capteur possibles. En variante, pour limiter le nombre de configurations à explorer, on peut par exemple choisir d’associer à une cible, le capteur ayant les contraintes capteurs les plus fortes.
En plus de la localisation d’une cible, un niveau de priorité peut être associé à chaque cible. Par exemple, la pluralité de cibles est subdivisée en deux groupes de cibles, des cibles avec une priorité élevée et des cibles avec une priorité basse. Le calcul de la trajectoire débute par le calcul d’un chemin permettant de traiter les cibles de priorité élevée en utilisant un champ de potentiel global ne prenant en compte que les champs unitaires de ces cibles prioritaires. Puis, de petites variations autour de ce chemin sont envisagées pour pouvoir traiter tout ou partie des cibles de priorité basse, en ajoutant au champ global les champs unitaires de ces cibles non prioritaires.
Les contraintes environnementales et météorologiques sont souvent les plus complexes à implémenter du fait de leur caractère variable et peu prévisible. La présente invention, fondée sur un champ de potentiel, est facilement adaptable à de telles contraintes en appliquant des potentiels plus ou moins forts dans les zones d’exclusions selon les conditions météorologiques et/ou suivant le capteur utilisé.
Dans la présente description, a été évoqué le cas d’une surface de mer. Mais l’invention s’applique à une surface terrestre ou une surface mixte terre / mer.
Le maillage de la zone d’intérêt peut également s’effectuer selon une troisième dimension d’altitude. Cela peut par exemple permettre, via un potentiel unitaire adapté, de prendre en compte le relief de la zone d’intérêt.
La mise en œuvre de l’invention est minimale en termes de complexité de calcul. Elle a un coût bien plus faible que les algorithmes connus, tels que l’algorithme de Dijkstra, de calcul du plus court chemin dans des graphes. En particulier, le nombre d’itérations nécessaires à la détermination de la trajectoire optimale permettant d’acquérir un maximum d’objectifs est faible, ce qui rend le présent procédé particulièrement intéressant pour le cas d’une mise en œuvre dynamique à bord du porteur lui-même, alors que ses capacités de calcul sont réduites par rapport à celle d’un centre de calcul au sol.
Claims (12)
- Procédé de calcul d’une trajectoire optimale d’un porteur (2) pour réaliser une mission de surveillance multi-cible et multi-objectif, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes de :
- définir (110) un plan de mission en associant un objectif, sélectionné parmi une pluralité d’objectifs possibles de traitement de cible, à chaque cible d’une pluralité de cibles (Ci) présentes dans une zone géographique d’intérêt (Z) ;
- choisir (120) un capteur parmi une pluralité de capteurs embarqués à bord du porteur afin de traiter une cible de la pluralité de cibles conformément à l’objectif associé à ladite cible dans le plan de mission ;
- pour chaque couple associant une cible de la pluralité de cibles et du capteur choisi pour traiter ladite cible, élaborer (130) un champ de potentiel unitaire traduisant des caractéristiques de détection du capteur en fonction d’une position relative du porteur par rapport à la cible, le champ de potentiel unitaire définissant une zone-cible (Zi) comme la zone à l’intérieure de laquelle le porteur doit se trouver pour que la cible soit considérée comme traitée par le capteur associé ;
- combiner (140) les champs de potentiel unitaires des cibles de la pluralité de cibles pour obtenir un champ de potentiel global ;
- calculer (150) un chemin à partir du champ de potentiel global ; et,
- affecter (170) le chemin calculé en tant que trajectoire optimale du porteur.
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel lorsqu’un objectif peut être rempli par différents capteurs d’un groupe de capteurs de la pluralité de capteurs, le procédé consiste à déterminer différentes configurations, une configuration consistant à sélectionner un capteur particulier pour remplir ledit objectif, le procédé se poursuivant en calculant un chemin pour chaque configuration envisagée, en comparant (160) les différents chemins calculés selon un critère prédéterminé, et en sélectionnant un meilleur chemin parmi les différents chemins pour l’affecter en tant que trajectoire optimale du porteur.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel lorsque le champ de potentiel global comporte une première zone-cible (Z2) et une seconde zone-cible (Z4) présentant une zone d’intersection commune, le champ de potentiel unitaire de la première cible et le champ de potentiel unitaire de la seconde cible sont remplacés par un champ de potentiel unitaire d’intersection, obtenu de préférence en sommant les champs de potentiel unitaires des première et seconde cibles.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel calculer (150) un chemin à partir du champ de potentiel global comporte les étapes de :
- définir un point d’entrée (PE) du porteur dans la zone géographique d’intérêt ;
- appliquer un algorithme de descente du gradient sur le champ de potentiel global ;
- lorsque le porteur entre dans une zone-cible (Zi) permettant de considérer que la cible correspondante a été traitée, mettre à jour le champ de potentiel global en soustrayant le champ de potentiel unitaire de la cible traitée ;
- appliquer l’algorithme de descente de gradient sur le champ de potentiel global mis à jour ; et,
- itérer les étapes de mise à jour et d’application de l’algorithme de descente du gradient jusqu’à ce que toutes les cibles de la pluralité de cibles du plan de mission soient traitées.
- Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’algorithme de descente de gradient est adapté pour éviter des minima locaux hors des zones-cibles du champ de potentiel global.
- Procédé selon la revendications 5, dans lequel l’adaptation de l’algorithme de descente de gradient comporte :
- l’identification d’une maille voisine parmi un ensemble de mailles voisines d’une maille courante où se trouve le porteur à l’instant courant, qui présente le potentiel le plus faible ;
- si la maille voisine identifiée correspond à un minimum local hors des zones-cibles du champ de potentiel global, ou a déjà été traversée par le porteur, ou a fait faire un demi-tour au porteur, supprimer la maille voisine identifiée de l’ensemble des mailles voisines et identifier une autre maille voisine dans l’ensemble des mailles voisines ainsi mis à jour ;
- sinon déplacer le porteur vers la maille voisine identifiée en tant que nouvelle maille courante.
- Procédé selon la revendications 5 ou la revendication 6, dans lequel l’adaptation de l’algorithme de descente de gradient consiste à ajouter, aux champ de potentiel unitaires des cibles de la pluralité de cibles, un champ de potentiel de correction pour obtenir le champ de potentiel global, le champ de potentiel de correction étant élaboré :
- en considérant un triangle dont les sommets sont définis par une position initiale du porteur, un premier point correspondant à la position d’une première cible, qui est la cible la plus proche de la position courante du porteur, et un second point correspondant à une seconde cible, qui est la cible la plus proche de la première cible ;
- en déterminant un premier champ de potentiel unitaire pour le premier point, respectivement un second champ de potentiel unitaire pour le second point, de sorte que le potentiel des mailles à l’intérieur du triangle soit inférieur à celui des mailles à l’extérieur du triangle dans le champ de potentiel global ; et,
- en ajoutant les premier et second champs unitaires pour obtenir le champ de potentiel de correction.
- Procédé selon la revendication 7, dans lequel le premier champ de potentiel unitaire pour le premier point, respectivement le second champ de potentiel unitaire pour le second point, est de la forme :
Où - Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pluralité d’objectifs possibles de traitement de cible comporte un objectif de détection, un objectif de reconnaissance, et un objectif d’identification.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une étape d’élaboration d’un potentiel unitaire pour chaque zone d’exclusion de la zone géographique d’intérêt.
- Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, itéré à chaque modification de la pluralité de cibles présentes dans une zone géographique d’intérêt et/ou à chaque modification d’une position d’une cible de la pluralité de cibles.
- Programme d’ordinateur (30) comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur (20), mettent en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2200391A FR3131968A1 (fr) | 2022-01-18 | 2022-01-18 | Procédé de calcul d'une trajectoire optimal d'un porteur pour réaliser une mission de surveillance multi-cible et multi-objectif et programme d'ordinateur associé |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2200391A FR3131968A1 (fr) | 2022-01-18 | 2022-01-18 | Procédé de calcul d'une trajectoire optimal d'un porteur pour réaliser une mission de surveillance multi-cible et multi-objectif et programme d'ordinateur associé |
| FR2200391 | 2022-01-18 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3131968A1 true FR3131968A1 (fr) | 2023-07-21 |
Family
ID=82019865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2200391A Pending FR3131968A1 (fr) | 2022-01-18 | 2022-01-18 | Procédé de calcul d'une trajectoire optimal d'un porteur pour réaliser une mission de surveillance multi-cible et multi-objectif et programme d'ordinateur associé |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3131968A1 (fr) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009093276A1 (fr) * | 2008-01-21 | 2009-07-30 | Galileo Avionica S.P.A. | Dispositif et procédé de planification d’une mission de surveillance de zones d’intérêt susceptible d’être accomplie à l’aide d’un système de reconnaissance utilisant un avion de reconnaissance |
| FR2969753A1 (fr) * | 2010-12-23 | 2012-06-29 | Thales Sa | Procede pour planifier des trajectoires aeroportees sous contrainte de performances plateforme et capteur |
-
2022
- 2022-01-18 FR FR2200391A patent/FR3131968A1/fr active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009093276A1 (fr) * | 2008-01-21 | 2009-07-30 | Galileo Avionica S.P.A. | Dispositif et procédé de planification d’une mission de surveillance de zones d’intérêt susceptible d’être accomplie à l’aide d’un système de reconnaissance utilisant un avion de reconnaissance |
| FR2969753A1 (fr) * | 2010-12-23 | 2012-06-29 | Thales Sa | Procede pour planifier des trajectoires aeroportees sous contrainte de performances plateforme et capteur |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3292377B1 (fr) | Procédé, programme d'ordinateur et système pour la commande d'un déplacement d'un agent navigant dans un environnement organisé en réseau | |
| EP2599021B1 (fr) | Procede de determination optimale des caracteristiques et de la disposition d'un ensemble de senseurs de surveillance d'une zone | |
| EP2428771B1 (fr) | Procédé de recherche de plus court chemin avec heuristique | |
| Tseng et al. | Cropharvest: A global dataset for crop-type classification | |
| EP2973230B1 (fr) | Filtre adaptatif épars | |
| EP2549434A2 (fr) | Procede de modelisation de batiments a partir d'une image georeferencee | |
| EP1664677A1 (fr) | Procede d'estimation de distance pour un mobile soumis a des contraintes dynamiques de parcours | |
| Karan et al. | A comparison of different land-use classification techniques for accurate monitoring of degraded coal-mining areas | |
| FR2689270A1 (fr) | Pistage tridimensionnel de maximum à postériori (MAP). | |
| CN118159997A (zh) | 使用神经网络对深度图像数据去噪 | |
| Senchuri et al. | Machine learning methods for road edge detection on fused airborne hyperspectral and lidar data | |
| Bukheet et al. | Land cover change detection of Baghdad city using multi-spectral remote sensing imagery | |
| US20140321697A1 (en) | Kernel with iterative computation | |
| FR3131968A1 (fr) | Procédé de calcul d'une trajectoire optimal d'un porteur pour réaliser une mission de surveillance multi-cible et multi-objectif et programme d'ordinateur associé | |
| EP0410826B1 (fr) | Procédé itératif d'estimation de mouvement, entre une image de référence et une image courante, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé | |
| EP3324361B1 (fr) | Procede de detection et de pistage de cibles | |
| EP4156102B1 (fr) | Procédé de sélection de paires stéréoscopiques d'images aériennes ou satellite pour générer des données d élévation | |
| FR3011322A1 (fr) | Systeme et procede pour le regroupement d'acquisitions | |
| FR3074342B1 (fr) | Procede de detection et de pistage de cibles | |
| Sitanggang et al. | Burn area processing to generate false alarm data for hotspot prediction models | |
| EP3757943B1 (fr) | Procédé et dispositif de télémétrie passive par traitement d'image et utilisation de modeles en trois dimensions | |
| US20230316745A1 (en) | Atmospheric chemical species detection using multispectral imaging | |
| Yang et al. | Searching anomalies using nonlinear dimensionality reduction techniques | |
| FR3110250A1 (fr) | Méthode et système de génération d'une carte de probabilité de présence d'un émetteur | |
| EP4339853A1 (fr) | Procédé et dispositif de génération d'au moins un plan de trajectoires d'un engin mobile pour réaliser une mission |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20230721 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |