FR3142590A1 - Système de gestion de trajectoire d'atterrissage d'urgence d'un drone ou aéronef sans pilote. - Google Patents
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Abstract
Système de gestion de trajectoire d'atterrissage d'urgence d'un drone (1) comprenant :
une station (2) de commande au sol comprenant un premier calculateur (3) muni d'un module (4) de détermination en continu d'une première trajectoire d'atterrissage d'urgence et d'un module (5) de vérification de la première trajectoire ; etune unité de commande (6) à bord du drone comprenant un deuxième calculateur (7), comprenant un module (8) de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage, un module (9) de détection d'un aléa critique impliquant un passage d'un mode nominal à mode d'atterrissage d'urgence activant le fonctionnement d'un module de sélection de la première ou de la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence ; le module de sélection (10) étant configuré pour sélectionner la première trajectoire d'atterrissage d'urgence élaborée ou la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence de manière à sélectionner la première trajectoire si la première trajectoire tient compte de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté, et à sélectionner la deuxième trajectoire si la première trajectoire tient compte d'une dernière valeur reçue différente de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté.
Figure pour l’abrégé : [Fig.1]
Description
La présente invention porte sur un système de gestion de trajectoire d'atterrissage d'urgence d'un drone ou aéronef sans pilote.
L’invention concerne les aéronefs sans pilote ou drones. L’invention concerne la détermination d’une solution de posé d’urgence lors de la survenue d’un aléa critique nécessitant de se poser rapidement sur une zone qui n’engendre pas de perte humaine. Les aléas peuvent être dus à la météorologie, une panne d’un système bord ou une perte de localisation.
L’invention a pour objectif de résoudre la problématique de la prise de décision d’interrompre une mission loin de l’opérateur qui ne dispose pas d’une reconstitution correcte de l’environnement, notamment en cas de retards de transmission d'informations du drone, dus à son éloignement ou même à une perte de transmission.
A ce jour, l’opérateur de l’aéronef sans pilote ou drone a la responsabilité de détecter qu’un aléa ne permet plus de continuer la mission. Son rôle consiste, à partir de sa perception d'un aléa critique, d’utiliser des macros commandes simples de type "Retour Maison" ou de type poser le drone là où il se trouve, par exemple par descente en spirale jusqu’au sol.
Ces solutions fonctionnent correctement lorsque le drone évolue à faible distance de l’opérateur et que celui-ci dispose d’une bonne connaissance de l’environnement du drone. Cela n'est pas le cas sur des missions de plusieurs heures. Dès lors, les systèmes devront apporter des solutions automatiques à l’opérateur.
Les opérations drones de grande élongation, ou, en d'autres termes, dont la mission de vol supérieure à 10 km, doivent apporter une solution aux différents aléas critiques tels que :
- un niveau d’autonomie d’énergie critique : un suivi de l’énergie détecte que le drone n’a plus les capacités d’atteindre la zone de posé prédéterminée la plus proche ;
- des dégradations de performances de vol suite à une panne d'actionneur, un vent excessif ou un problème structurel suite à un impact avec un élément extérieur, pour lesquels un suivi de la position du drone par rapport à la trajectoire permet de détecter que les fonctions de guidage et de pilote automatique ne permettent plus de suivre la trajectoire ; ou
- une divergence critique de la position dans le cas d’une perte de la position GNSS, pour laquelle un suivi est mis en place, et au-delà d’un certain délai, l’incertitude grandissante ne permet plus une navigabilité du drone.
Dans ces cas, un mode d’urgence est défini afin que le drone réponde à l’aléa critique.
Dans le cas d'opérations de grande élongation, la solution classique dite "système de terminaison de vol" ou "Flight Termination System" en langue anglaise, d'acronyme FTS, consistant à déclencher l'ouverture d'un parachute ou de procéder à une descente en spirale, n’est pas viable car il est difficile pour l’opérateur de se faire une idée précise de la situation, car le drone est à plusieurs dizaines voire centaines de kilomètres de l'opérateur.
Les solutions existantes pour trouver un chemin entre deux points en évitant des obstacles utilisent des algorithmes de recherche de chemin ou "Path Finding" en langue anglaise. Cependant, dans le cadre des drones, la solution matérielle, ou "hardware" en langue anglaise embarquée de faible coût, ou "low cost en langue anglaise, n’offre pas la performance nécessaire pour de tels algorithmes.
De plus, les coûts de développement dans le domaine des drones doivent être les moins élevés pour des raisons de compétitivité. Pour des raisons de coûts de développement liés au niveau de certification et de performance, la solution de type path finding ne peut être retenue.
Un but de l’invention est de répondre aux problèmes précédemment cités, et de trajectoire de posé d’urgence calculée par le système drone (sol/bord) dans le cas d’un aléa critique nécessitant que l’aéronef se pose au plus vite, cette trajectoire devant amener l’aéronef sur une zone sans activité humaine tout en garantissant le non survol de zones interdites ou NFZ pour acronyme de "No Fly Zone" en langue anglaise, la prise en compte du relief, ainsi que la prise en compte de la présence d'obstacles comme des zones interdites.
Il est proposé, selon un aspect de l'invention, un système de gestion de trajectoire d'atterrissage d'urgence d'un drone comprenant :
- une station de commande au sol comprenant un premier calculateur muni :
- d'un module de détermination en continu d'une première trajectoire d'atterrissage d'urgence prenant en compte la dernière valeur d'au moins un paramètre représentatif du fonctionnement ou de l'environnement du drone, reçue du drone, et une base de données de posés d'urgence ; et
- d'un module de vérification de la première trajectoire, à partir de la base de données de posés d'urgence ; et - une unité de commande à bord du drone comprenant un deuxième calculateur, comprenant :
- un module de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence à partir de la base de données de posés d'urgence et de la valeur courante d'au moins un paramètre de fonctionnement ou d'environnement du drone ;
- un module de détection d'un aléa critique impliquant un passage à un mode d'atterrissage d'urgence activant le fonctionnement d'un module de sélection de la première ou de la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence, un aléa étant détecté à partir de la valeur courante d'au moins un paramètre de fonctionnement ou d'environnement du drone ; et
- le module de sélection étant configuré pour sélectionner la première trajectoire d'atterrissage d'urgence élaborée ou la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence de manière à sélectionner la première trajectoire si la première trajectoire tient compte de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté, et à sélectionner la deuxième trajectoire si la première trajectoire tient compte d'une dernière valeur reçue différente de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté.
Dans un mode de réalisation, le module de détermination en continu d'une première trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour calculer la première trajectoire d'atterrissage d'urgence à partir d'un algorithme de type recherche de chemin, ou "Path Finding" en langue anglaise, de la base de données de posés d'urgence, et de la dernière valeur reçue du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone.
Selon un mode de réalisation, le module de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour calculer la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence en comprenant, pour chaque point de posé d'urgence, un calcul de trajectoire latérale, un calcul de trajectoire verticale, et configuré pour vérifier que la trajectoire d'urgence est sécurisée dans un couloir de sécurité, à partir de la base de données de posés d'urgence, et de la dernière valeur du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone.
Dans un mode de réalisation, la base de données de posés comprend des zones de posés polygonales, des zones interdites de vol, et des obstacles.
Selon un mode de réalisation, la base de données de posés comprend des points de posés avec un axe d'approche finale associé et une altitude associée, des zones interdites de vol, et des obstacles.
Dans un mode de réalisation, le module de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour calculer des points de posé d'urgence en définissant un secteur de recherche de points de posé, en identifiant les segments des polygones directement visibles en ligne droite, et pour chaque point de posé :
- déterminer un axe d'approche finale pour chaque point de posé ; et
- vérifier le respect d'un couloir de sécurité de la trajectoire évitant les zones interdites de vol et les obstacles.
Selon un mode de réalisation, le module de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour évaluer les points de posés, du plus proche au plus lointain, en calculant une trajectoire latérale, une trajectoire verticale de posé d'urgence, et un couloir de sécurité associé.
Dans un mode de réalisation, le deuxième calculateur a une puissance de calcul inférieure à celle du premier calculateur.
L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :
Sur l'ensemble des figures, les éléments ayant des références identiques sont similaires.
La [ ] illustre schématiquement un système de gestion de trajectoire d'atterrissage d'urgence d'un drone 1, selon un aspect de l'invention.
Le système comprend une station 2 de commande au sol comprenant un premier calculateur 3 muni :
- d'un module 4 de détermination en continu d'une première trajectoire d'atterrissage d'urgence prenant en compte la dernière valeur d'au moins un paramètre représentatif du fonctionnement ou de l'environnement du drone, reçue du drone, et une base de données de posés d'urgence ; et
- d'un module 5 de vérification de la première trajectoire, à partir de la base de données de posés d'urgence.
Le système comprend une station 2 de commande au sol comprenant un premier calculateur 3 muni :
- d'un module 4 de détermination en continu d'une première trajectoire d'atterrissage d'urgence prenant en compte la dernière valeur d'au moins un paramètre représentatif du fonctionnement ou de l'environnement du drone, reçue du drone, et une base de données de posés d'urgence ; et
- d'un module 5 de vérification de la première trajectoire, à partir de la base de données de posés d'urgence.
Les capteurs 14 du drone 1 fournissent des mesures à un module émetteur/récepteur 11 du drone 1 qui les transmet au premier calculateur 3 de la station 2 de commande au sol. Les capteurs 14 du drone 1 fournissent également ces mesures à un module 12 de suivi de vol du drone 1, permettant, à partir de ces mesures des capteurs 14 de déterminer des aléas, tels une incapacité à voler la fin de la mission avec les capacités d’énergie restantes, un dépassement des déviations latérale et verticale à la trajectoire par rapport à des seuils prédéfinis, ou des pannes d’équipements.
Le système comprend également une unité de commande 6 à bord du drone comprenant un deuxième calculateur 7 ayant, par exemple, une puissance de calcul inférieure à celle du premier calculateur 3, qui comprend :
- un module 8 de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence à partir de la base de données de posés d'urgence et de la valeur courante d'au moins un paramètre de fonctionnement ou d'environnement du drone ;
- un module 9 de détection d'un aléa critique impliquant un passage à un mode d'atterrissage d'urgence activant le fonctionnement d'un module de sélection 10 de la première ou de la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence, un aléa étant détecté à partir de la valeur courante d'au moins un paramètre de fonctionnement ou d'environnement du drone ; et
- le module de sélection 10 étant configuré pour sélectionner la première trajectoire d'atterrissage d'urgence élaborée ou la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence de manière à sélectionner la première trajectoire si la première trajectoire tient compte de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté, et à sélectionner la deuxième trajectoire si la première trajectoire tient compte d'une dernière valeur reçue différente de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté.
Le module 4 de détermination en continu d'une première trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour calculer la première trajectoire d'atterrissage d'urgence à partir d'un algorithme de type recherche de chemin, de la base de données de posés d'urgence, et de la dernière valeur reçue du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone.
Le module de détermination en continu 8 d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour calculer la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence en comprenant, pour chaque point de posé d'urgence, un calcul de trajectoire latérale, un calcul de trajectoire verticale, et configuré pour vérifier que la trajectoire d'urgence est sécurisée dans un couloir de sécurité, à partir de la base de données de posés d'urgence, et de la dernière valeur du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone.
La base de données de posés comprend des zones de posés LZ, pour acronyme de "landing zone" en langue anglaise, polygonales, et des zones interdites de vol NFZ, pour acronyme de "no fly zone" en langue anglaise.
La base de données de posés comprend des points de posés avec un axe d'approche finale associé et une altitude associée, et des zones interdites de vol.
Le module 8 de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour calculer des points de posé d'urgence en définissant un secteur de recherche de points de posé, et pour chaque point de posé :
- identifier les segments des polygones directement visibles en ligne droite ;
- déterminer un axe d'approche finale pour chaque point de posé ; et
- vérifier le respect d'un couloir de sécurité de la trajectoire évitant les zones interdites de vol.
Le module 8 de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour évaluer les points de posés, du plus proche au plus lointain, en calculant une trajectoire latérale et une trajectoire verticale de posé d'urgence.
L’idée de base de la présente invention est d'utiliser deux algorithmes distincts de calcul de trajectoire d’urgence sur les deux calculateurs : disposer d’un calcul simple de trajectoire à bord du drone et d’une solution plus élaborée dans la station de commande au sol.
Un algorithme de sélection de trajectoire à bord permet lorsque le système passe en mode urgence de sélectionner la trajectoire d’urgence à voler. La trajectoire sélectionnée est alors envoyée au module 13 de guidage/pilotage pour exécution.
Le module 8 de détermination du deuxième calculateur 7 à bord calcule une deuxième trajectoire basique de type directe, ou "Direct-To" en langue anglaise, entre le drone et une zone de posé. Le module 4 de détermination du premier calculateur 3, dans la station 2 de commande au sol, calcule une deuxième trajectoire plus complexe avant d’être remontée au drone.
Le module 10 de sélection est configuré pour sélectionner la première trajectoire d'atterrissage d'urgence élaborée ou la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence de manière à sélectionner la première trajectoire si la première trajectoire tient compte de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs d'un aléa critique détecté, et à sélectionner la deuxième trajectoire si la première trajectoire tient compte d'une dernière valeur reçue différente de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté.
Le module 12 de suivi de vol du drone 1 permet de détecter l’incapacité à voler la fin de la mission avec les capacités d’énergie restantes, le dépassement des déviations latérale et verticale à la trajectoire par rapport à des seuils prédéfinis, et les pannes d'équipement. Le résultat de ce suivi est transmis au module 9 de détection d'un aléa critique qui, en cas de détection d'un aléa critique qui ne permet plus la poursuite de la mission et nécessite de se poser en urgence (par exemple dans les 2 ou 3 minutes), passe dans un mode d'atterrissage d'urgence. L’opérateur au sol a également la capacité de déclencher un posé d’urgence s’il considère que la situation l’exige.
La présente invention permet :
- d’avoir une charge de calcul raisonnable dans le drone et d’adresser des matériels de faible capacité ;
- d’engendrer un coût raisonnable de certification ;
- de permettre de simuler au sol en préparation de mission les algorithmes afin de valider les solutions de posé le long de la mission ; et
- de s’affranchir du stockage à bord du drone d’un ensemble de solutions d’urgence calculées au sol pour répondre à un aléa critique en cas de perte de communication.
Sur détection d'un aléa critique impliquant un passage à un mode d'atterrissage d'urgence, le module 10 de sélection sélectionne la trajectoire la première trajectoire d'atterrissage d'urgence élaborée ou la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence de manière à sélectionner la première trajectoire si la première trajectoire tient compte de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté, et à sélectionner la deuxième trajectoire si la première trajectoire tient compte d'une dernière valeur reçue différente de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté.
Ainsi, à bord du drone, lors du passage en mode d'atterrissage d'urgence, on a potentiellement le choix entre deux solutions : celle provenant du sol et celle calculée à bord. La fonction de sélection détermine laquelle de ces deux solutions est la plus pertinente.
A chaque trajectoire d’urgence est associé un ensemble de données permettant de définir les raisons du passage en urgence : batterie faible, perte de la position, perte d’un l’équipement … Ces données peuvent avoir eu un impact sur la solution d’urgence calculée.
Par exemple, des contraintes liées à l’autonomie restante peuvent réduire le secteur de recherche de point de posé.
Le mécanisme de sélection du module 10, fonctionne de la manière suivante :
- Si les jeux de données associés aux première et deuxième trajectoires d'urgence sont cohérents :
- Cela signifie que la station 2 de commande au sol a bien connaissance des contraintes courantes détectées à bord du drone 1 ;
- On privilégie alors la première trajectoire fournie par la station 2 de commande au sol, déterminée à l’aide d’algorithmes plus complexes. - Sinon
- La station 2 de commande sol et le bord du drone 1 n’ont pas les mêmes informations, à cause de problème de transmission ;
- On considère que l’aléa critique détecté à bord du drone 1 est plus pertinent ; et
- On choisit la trajectoire calculée à bord.
En amont de la mission, la base de données de posés d'urgence est élaborée au sol et chargée à bord de l’aéronef en début de mission. La illustre un exemple de carte représentative d'une base de données de posés d'urgence
Ces zones de posé, ou "landing zone" en langue anglaise, d'acronyme LZ, correspondent à des zones identifiées comme sûres, et sont modélisées par des polygones. Ces polygones sont générés à l’aide de plusieurs sources de données.
Sur les zones de posé, on retranche une bordure de sécurité, correspondant à la distance nécessaire pour que le drone puisse descendre sans toucher un obstacle qui serait au bord de la zone de posé, et prenant en compte une incertitude (imprécision d’élévation terrain, imprécision de mesure d’altitude, …). Cette bordure de sécurité dépend du type de drone (caractéristiques techniques) et de ses capacités (pente de descente). Ainsi, tout point d’une zone de posé est un point de posé valide.
La base de données de posés d'urgence comprend également des zones interdites de vol.
En variante, la base de données de posés peut comprendre des points de posés avec un axe d'approche finale associé et une altitude associée.
Le module 8 de détermination en continu de la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence à partir de la base de données de posés d'urgence et de la valeur courante d'au moins un paramètre de fonctionnement ou d'environnement du drone 1.
Le module 8 de détermination en continu de la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence, à bord du drone 1, comporte les grandes étapes suivantes :
- détermination de points de posé candidats, si nécessaire, c’est-à-dire si la base de donnée de posés ne les contient pas déjà ;
- pour chaque point de posé :
- calcul de la trajectoire latérale ;
- Calcul de la trajectoire verticale ; et
- Vérification que la trajectoire est sécurisée (définition d’un couloir de sécurité et vérification que celui-ci n’a pas de collision avec une zone interdite de vol ni avec un obstacle).
Lorsque la base de données de posés ne contient pas directement des points de posés, mais des zones de posés, la détermination de points de posé candidats est effectuée comme suit par le module 8, comme illustré sur la .
Un secteur de recherche est déterminé dans lequel on recherche un point de posé.
Ce secteur est défini par un arc de cercle, ou un cercle, ayant pour centre la position du drone, extrapolée à X secondes devant (X étant la fréquence de calcul de cette solution d’urgence du deuxième calculateur 7) et le cap courant du drone 1. La longueur du secteur correspond à la distance maximale parcourue par le drone dans des cas d’urgence : par exemple 2 ou 3 minutes dans notre cas.
L’angle du secteur de recherche peut être défini en fonction des performances du drone ou de diverses contraintes externes.
Ensuite, les polygones de la base de données de posés préalablement chargés à bord du drone 1 sont alors évalués au regard de ce secteur de recherche. Seuls les segments de polygones inclus dans le secteur de recherche sont considérés. Ils sont limités aux bornes du secteur de recherche si nécessaire.
Une projection en coordonnées polaires est réalisée, afin de pouvoir facilement déterminer quelles zones sont directement visibles en ligne droite depuis le centre du secteur de recherche, dans quel secteur angulaire et à quelle distance.
Les zones de posés visibles sont ensuite identifiées. Les projections permettent de connaître quels secteurs angulaires permettent d’atteindre une zone de posés LZ, et à quelle distance. Le fait que les bords des zones de posé (polygones) tiennent compte d’une marge de sécurité garantit que n’importe quel point de la zone de posés est éligible comme point d’atterrissage.
Cela permet de déterminer un ensemble de points de posé candidats à évaluer. Par exemple, en visant au centre des segments des zones de posés LZ visibles.
On peut être amené à vouloir déterminer un axe de posé particulier afin d’améliorer la sécurité de l’atterrissage selon le type de drone 1 ou les conditions de vol (comme le vent).
Dans ce cas, à partir d’un point de posé candidat, il est possible de recommencer une projection au sein de la zone de posé, afin de déterminer un axe de posé (ou plusieurs) qui laisse suffisamment de distance pour atterrir au sein de la zone.
Il est possible d’y inclure la prise en compte d’autres paramètres tels que le sens du vent.
Il faut ensuite, pour les deux cas de la base de données de posés, de landing zones ou de points de posés, évaluer chaque point de posé, avec son axe d'approche finale associé et son altitude associée.
Plusieurs stratégies d’évaluation sont possibles, par exemple du plus proche au plus lointain, ou du plus proche à partir de la distance minimale pour atterrir au plus lointain.
Chaque évaluation de point de posé exécute les étapes suivantes.
Tout d'abord une trajectoire latérale est calculée, comme illustrée sur la . Le calcul de la trajectoire latérale cherche la trajectoire de rejointe la plus directe à partir d’une position et un cap donné, pour arriver sur un point donné avec un cap donné.
Le point de départ de l’algorithme est le centre du secteur de recherche, et le cap courant du drone 1. Le point d’arrivée correspond au point de début d’approche. Il est placé le long de l’axe de posé, avant le point de posé. Le segment d’approche (droit) est ensuite ajouté en fin de trajectoire.
Ensuite, une trajectoire verticale est calculée, comme illustré en 3D sur la , qui tient compte des élévations terrains, disponibles dans une base de données terrain embarquée à bord du drone 1, et des caractéristiques du drone 1.
La trajectoire doit également respecter les contraintes de suivi de terrain pour garantir qu’elle reste volable sans risquer d’entrer en collision avec le terrain. Si cela n’est pas possible, le point de posé est rejeté ou ignoré.
Enfin, la trajectoire est vérifiée afin de garantir que celle-ci n’entre pas en collision avec les zones interdites ou des obstacles (intégrés comme des zones interdites dans la base de données). Pour cela, un couloir de sécurité autour de la trajectoire est pris en compte. En cas d’impossibilité, ce point de posé est ignoré.
Dès qu’un point de posé candidat a permis le calcul d’une trajectoire sécurisée, le calcul peut s’arrêter : une solution valide a été trouvée.
Tous ces calculs sont réalisés continuellement à bord du drone 1 à une certaine fréquence de calcul, limitée par les capacités du deuxième calculateur 7. Ainsi, une solution de posé est réactualisée régulièrement à partir du contexte mesuré.
Dans le cas où une trajectoire d’urgence est sélectionnée par le module de sélection 10 pour être volée, de nouvelles trajectoires d’urgence sont sans cesse recalculées afin de proposer une solution adéquate à une évolution des aléas critiques à bord du drone 1.
Le module 4 de détermination en continu d'une première trajectoire d'atterrissage d'urgence effectue tout d'abord la construction d’un chemin qui prend en compte les zones interdites de vol NFZ. La capacité de calcul du premier calculateur 3 de la station au sol 2 est généralement plus grande qu’à bord du drone 1 dans le deuxième calculateur 7, et permet au sol l’utilisation d’algorithmes de type Path Finding (Theta* ou Field D*) ou de type RRT (arbre aléatoire à exploration rapide).
Ce chemin est ensuite fourni à un algorithme de calcul de trajectoire pour calculer la première trajectoire de posé 3D pour prendre en compte le terrain. La première trajectoire est alors fournie au module 5 de vérification de la première trajectoire. Son rôle est de garantir qu’une trajectoire est volable en proposant un niveau de DAL, pour acronyme de "Design Assurance Levels" en langue anglaise, égal aux algorithmes embarqués à bord du drone 1. L’algorithme permet de vérifier que la trajectoire est volable en termes de continuité et de performance, qu’il n’y a pas de conflit avec le terrain, les obstacles et les No Fly Zones. Le résultat de la vérification et la trajectoire son transmis au drone 1.
La trajectoire ainsi produite est envoyée à bord du drone, périodiquement ou ponctuellement, afin d’être éventuellement prise en compte en cas d’aléa critique nécessitant le passage en mode urgence.
Ainsi la présente invention permet de garantir de toujours disposer d’une trajectoire de posé d’urgence tout au long de la mission, qui répond à la nature de l’aléa critique rencontré.
Le fait de calculer dynamiquement une trajectoire qui prend en compte le contexte courant du drone 1 évite de pré-charger un nombre important de solutions à bord. Cela réduit la capacité mémoire à allouer au stockage des trajectoires.
La solution continue de fonctionner même en cas de perte de communication entre la station au sol 2 et le drone 1.
L’utilisation d’un algorithme simple à bord du drone 1 permet de simuler rapidement en préparation de mission le déroulé du vol pour identifier des portions non couvertes par une solution d’urgence.
Claims (8)
- Système de gestion de trajectoire d'atterrissage d'urgence d'un drone (1) comprenant
- une station (2) de commande au sol comprenant un premier calculateur (3) muni :
- d'un module (4) de détermination en continu d'une première trajectoire d'atterrissage d'urgence prenant en compte la dernière valeur d'au moins un paramètre représentatif du fonctionnement ou de l'environnement du drone, reçue du drone, et une base de données de posés d'urgence ; et
- d'un module (5) de vérification de la première trajectoire, à partir de la base de données de posés d'urgence ; et - une unité de commande (6) à bord du drone (1) comprenant un deuxième calculateur (7), comprenant :
- un module (8) de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence à partir de la base de données de posés d'urgence et de la valeur courante d'au moins un paramètre de fonctionnement ou d'environnement du drone ;
- un module (9) de détection d'un aléa critique impliquant un passage à un mode d'atterrissage d'urgence activant le fonctionnement d'un module de sélection de la première ou de la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence, un aléa étant détecté à partir de la valeur courante d'au moins un paramètre de fonctionnement ou d'environnement du drone ; et
- le module de sélection (10) étant configuré pour sélectionner la première trajectoire d'atterrissage d'urgence élaborée ou la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence de manière à sélectionner la première trajectoire si la première trajectoire tient compte de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté, et à sélectionner la deuxième trajectoire si la première trajectoire tient compte d'une dernière valeur reçue différente de la valeur courante du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone représentatifs de l'aléa critique détecté.
- une station (2) de commande au sol comprenant un premier calculateur (3) muni :
- Système selon la revendication 1, dans lequel le module (4) de détermination en continu d'une première trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour calculer la première trajectoire d'atterrissage d'urgence à partir d'un algorithme de type recherche de chemin, de la base de données de posés d'urgence, et de la dernière valeur reçue du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone.
- Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le module de détermination en continu (8) d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour calculer la deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence en comprenant, pour chaque point de posé d'urgence, un calcul de trajectoire latérale, un calcul de trajectoire verticale, et configuré pour vérifier que la trajectoire d'urgence est sécurisée dans un couloir de sécurité, à partir de la base de données de posés d'urgence, et de la dernière valeur du ou des paramètres de fonctionnement ou d'environnement du drone.
- Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la base de données de posés comprend des zones de posés (LZ) polygonales, des zones interdites de vol (NFZ), et des obstacles.
- Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la base de données de posés comprend des points de posés avec un axe d'approche finale associé et une altitude associée, des zones interdites de vol, et des obstacles.
- Système selon la revendication 4, dans lequel le module (8) de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour calculer des points de posé d'urgence en définissant un secteur de recherche de points de posé, en identifiant les segments des polygones directement visibles en ligne droite, et pour chaque point de posé :
- déterminer un axe d'approche finale pour chaque point de posé ; et
- vérifier le respect d'un couloir de sécurité de la trajectoire évitant les zones interdites de vol et les obstacles.
- Système selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le module (8) de détermination en continu d'une deuxième trajectoire d'atterrissage d'urgence est configuré pour évaluer les points de posés, du plus proche au plus lointain, en calculant une trajectoire latérale, une trajectoire verticale de posé d'urgence, et un couloir de sécurité associé.
- Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième calculateur (7) a une puissance de calcul inférieure à celle du premier calculateur (3).
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| FR2212254A FR3142590A1 (fr) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | Système de gestion de trajectoire d'atterrissage d'urgence d'un drone ou aéronef sans pilote. |
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Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR2212254A FR3142590A1 (fr) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | Système de gestion de trajectoire d'atterrissage d'urgence d'un drone ou aéronef sans pilote. |
| FR2212254 | 2022-11-24 |
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Family Applications (1)
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| FR2212254A Pending FR3142590A1 (fr) | 2022-11-24 | 2022-11-24 | Système de gestion de trajectoire d'atterrissage d'urgence d'un drone ou aéronef sans pilote. |
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- 2022-11-24 FR FR2212254A patent/FR3142590A1/fr active Pending
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- 2023-10-30 WO PCT/EP2023/080185 patent/WO2024110152A1/fr unknown
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