WO2015173033A1 - Procede de navigation d'un drone aerien en presence d'un aeronef intrus et drone pour la mise en œuvre de ce procede - Google Patents

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WO2015173033A1
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drone
aircraft
estimated
altitude
intruder aircraft
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Julien FARJON
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    • G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
    • G08G5/0069—Navigation or guidance aids for a single aircraft specially adapted for an unmanned aircraft
    • G—PHYSICS
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    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
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    • G—PHYSICS
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    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/04—Anti-collision systems
    • G08G5/045—Navigation or guidance aids, e.g. determination of anti-collision manoeuvers

Definitions

  • the present invention relates to the prevention of collisions between aircraft and more particularly to a method of navigation and control of aerial drones.
  • the invention also relates to a drone implementing such a method of navigation and control.
  • An aerial drone is a human unmanned aircraft on board. This aircraft can be equipped with automated systems and perform its flight autonomously; it can also be provided with sensors connected to an automatic piloting device and / or to a remote control device by a pilot on the ground. Air drones are increasingly used in the military field, especially for battlefield surveillance, reconnaissance or even ground attack.
  • TCAS anti-collision system
  • ACAS anti-collision standard defined by the Convention on International Civil Aviation.
  • the use of this system tends to be extended and all commercial aircraft with more than nineteen passenger seats must be equipped with version II of this system incorporating an S mode transponder.
  • the system is arranged to recover information on the heading and the position of any aircraft, said intruder aircraft, evolving in the space surrounding the aircraft considered at a distance varying between 2.5 (4 km) and 30 miles (48 km). This information includes mainly the distance with these aircraft, their barometric altitude and approximate azimuth information.
  • the information is retrieved by interrogating the Mode S transponder of the intruder aircraft and is used by the TCAS II system to determine whether a collision with this intruder aircraft is possible.
  • the pilot of each aircraft is informed by a hearing alert issued in the cockpit. If the risk of collision is not reduced after this alert and the collision seems imminent, the TCAS system determines a maneuver set point for the pilot: maintain the current trajectory, climb, descend or monitor the vertical speed. hold.
  • TCAS II system is, however, restrictive and unsuitable for UAVs that do not ship pilots and are generally of a relatively low cost.
  • An object of the invention is to facilitate the navigation of a drone and increase its safety by allowing the taking into account of at least one intruder aircraft in the space surrounding the drone.
  • a method of navigation of an aerial drone in the presence of at least one intruder aircraft in a zone of space surrounding the drone comprises the steps, implemented at the level of the drone, of:
  • the positioning data can be the altitude of the intruder aircraft ⁇ the measured value being the transmitted altitude) or the angle of bearing of the intruder aircraft with respect to the drone (the measured value of the angle of view being that determined on the image ⁇ .
  • the comparison of the estimated value and the measured value makes it possible to check the validity of the estimated distance between the drone and the intruder aircraft.
  • the estimated and validated distance can then be taken into account in the navigation, in particular to foresee an avoidance maneuver of the intruding aircraft or to identify among the available information those which are the safest to use for navigation
  • the drone it is not mandatory for the drone to be equipped with a transponder interrogator, the receiver of the drone receiving, for example, the signals transmitted by the mode C or S transponder of the aircraft i after being interrogated by either a secondary radar on the ground or by another aircraft equipped with an interrogator; the drone of the receiver can also receive, for example the transmitted signals automati cally ⁇ by a device type ADS-B (standing for "Automatic Dependent Surveillance-Broadcast").
  • the method of the invention can therefore be implemented from solely passive sensors, in particular if the drone is brought to evolve only in an environment covered by secondary radars.
  • the invention also relates to an aerial drone comprising a control device connected to an altitude measuring instrument, to an optronic detection device arranged to determine a bearing angle of an intruding aircraft operating in a surrounding area. the drone, and a receiver to receive a signal that is emitted by an intruder aircraft and that contains an altitude of the intruder aircraft.
  • the piloting device of the drone is arranged for:
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of a crossing situation of an aircraft and a drone according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of the piloting device of the drone according to the invention.
  • the aerial drone has the general shape of an aircraft and comprises a fuselage 1 and wings 2 which are provided with movable flight surfaces by means of actuators connected to a control device embedded in the aircraft. drone.
  • the very structure of the drone is not part of the invention and will not be more detailed here.
  • the steering system generally designated 3 comprises a data processing unit 4 connected to an altitude measuring instrument 5, to an optronic detection device 6 and to a receiver 7.
  • the control device 3 also comprises in a manner known in itself. even means for controlling the actuators of the flight surfaces and the engine of the drone.
  • the data processing unit 4 is a computer unit which notably comprises a processor for processing the data and a memory for recording the data.
  • the altitude measuring instrument 5 is a conventional barometric instrument.
  • the optronic detection device 6 comprises an image sensor connected to an acquisition unit and oriented to have a field covering a zone of monitored space located in front of the drone.
  • the sensor of the detection device 6 is arranged to operate in the infrared range and / or in the visible range.
  • the sensor has sufficient performance to detect, in the images provided, an aircraft (said intruder aircraft) located in the area of monitored space at a maximum distance of between 8 and 10 km.
  • the processing unit 4 incorporates an image processing module (software or hardware) arranged to determine a bearing angle of the intruder aircraft operating in the area of monitored space.
  • the receiver 7 has a directional antenna and is arranged to receive a signal that is transmitted by the mode S transponders of aircraft operating near the drone.
  • the receiver operates here at the frequency of 1090 MHz.
  • the signal contains: a barometric altitude of the intruder aircraft, a transponder code, and a hexadecimal code identifying each aircraft equipped with a mode S transponder.
  • the control device 3 is arranged and grammed for:
  • the processing unit 4 is programmed to implement Kalman filters in particular to calculate:
  • the processing unit 4 also incorporates a module (software or hardware) for associating information derived solely from the received signal (transmitted altitude, estimated distance, estimated approximation speed, vertical speed) and derived information as well. images (estimated elevation speed, estimated altitude).
  • a module software or hardware for associating information derived solely from the received signal (transmitted altitude, estimated distance, estimated approximation speed, vertical speed) and derived information as well. images (estimated elevation speed, estimated altitude).
  • the optical device 6 When the drone A is in flight, the optical device 6 provides images to the processing unit 4 which processes these images to search for the presence of an intruder aircraft. As soon as an intruder C is detected by the image processing module in one of the images transmitted by the optronic device 6, the image processing module then determines in the image a bearing angle of the intruder aircraft. C present in the image.
  • the drone A in flight receives signals from aircraft transponders responding to a secondary radar station B which is located on the ground S and which has a surveillance zone in which said aircraft and the drone A are moving. 4 of the drone A extracts the transmitted altitude contained in the signal, the identifier of the aircraft that emitted the signal and the power of the received signal.
  • the estimated distance between the drone and the intruder aircraft is calculated by the Kalman filter from the power of the received signal and is transmitted to the association module.
  • the estimated distance is also used by the processing unit 4 to calculate an estimated altitude of the intruder aircraft from the estimated distance and the bearing angle.
  • control unit 3 is arranged to control the optronic device 6 in such a way that the reception of a signal automatically triggers the capture of an image by the optronic device 6.
  • the estimated altitude is calculated in the local terrestrial reference (for example in the NED or ENU coordinate system).
  • the accuracy of the estimated altitude depends on the proximity in time of signal reception and image capture.
  • the power of the received signal is here used in the form of the signal-to-noise ratio of the received signal. This ratio depends on the distance between the transponder and the receiver, the transmission power (transponder from 1 to 5 Watts TBC), the gain of the transmitting antenna (antenna of the transponder of the intruder C aircraft), the gain of the receiver antenna 7, and the atmospheric attenuation. Nevertheless, it has been possible to determine experimentally that the distance can be approximated by a law of the second degree of the signal-to-noise ratio. The chosen law is valid on the range of distance considered, here between 1 and 10 km.
  • the data that will be extracted from images of the intruder aircraft C or signals subsequently transmitted by the intruder aircraft C will be associated with said identifier.
  • the Kalman filters of the processing unit 4 are arranged to calculate, from the estimated distances, a speed of approaching the intruder aircraft C and the drone A and an estimated time before a collision between the intruder aircraft C and the drone h.
  • Kalman filters are designed to follow the evolution of data over time, to detect errors reduce the results.
  • Transmitted altitudes, estimated distances, vi ⁇ tesses approximation of estimated (calculated by dif ferences ⁇ estimated distances over a given time), vi- vertical tesses (calculated by difference altitudes transmitted over a given time), the estimated heights (calculated from the estimated distances and bearing angles) and the estimated elevation rates are transmitted to the association module of the processing unit 4 which is arranged to associate this information with a data identification code such as as the identifier of the intruder aircraft (transmitted in the received signal).
  • association module is arranged to perform a comparison of altitudes, that is to say:
  • the processing unit 4 From the estimated time before collision, the processing unit 4 provides the control device 3 with an avoidance command, the avoidance command can be systematically the same (right turn or left turn) or be adapted for example taking into account the elevation speed of the intruding aircraft C (ascent or descent).
  • association module retains as identifier the one for which the estimated altitude is substantially equal to the transmitted altitude. estimated rate then validated). In the hypothesis where several identifiers could be selected, the association module retains as identifier that cor ⁇ responding to the most unfavorable case, that is to say that leading to the lowest estimated distance and the speed of highest approximation.
  • the identification code chosen is specific to the association module until the data associated with this identification code can be associated with a transmitted identifier and to the data associated with it.
  • the identification code is thus either specific to the association mode if no signal has yet been received or to the identifier extracted from the received signal if such a signal has been received.
  • the directive antenna makes it possible to remove ambiguities during the association by making it possible to determine a direction of emission of the signal and to check its compatibility with the angle of bearing determined in the image.
  • the elevation angle can be used to determine a trajectory of the intruding aircraft in order to develop an avoidance maneuver and / or to refine the collision prediction.
  • the processing unit 4 is also preferably arranged to determine the approach speed of the intruder aircraft from a dimension of the aircraft intruded in two successive images captured by the optronic device.
  • the image processing module extracts from each image a solid angle formed by the surface of the aircraft intruded into each image or the pixel size of the aircraft intruded into each image.
  • an estimated distance between the drone and the intruder aircraft it is possible to determine an estimated distance between the drone and the intruder aircraft (it will also be possible to use a size of the intruder aircraft obtained from information contained in the mode signal S).
  • the processing unit 4 is arranged to periodically provide approximation speeds from the variation of the solid angle or the pixel size of the incoming aircraft obtained by comparing these data of two successive images.
  • the approximation speeds obtained by image processing can be compared with those obtained as a function of the variation of the estimated distance calculated as a function of the signal strength. received. This makes it possible to validate or correct the results provided by the association module. It is thus possible to compare and analyze the results obtained by using only the data from the optronic device 6 and the results obtained by also using the data extracted from the signals to retain only the least noisy results.
  • the processing unit 4 is also connected to an interrogator arranged to interrogate the transponders of the aircraft operating in the vicinity.
  • the invention is not limited to the embodiments described but encompasses any variant within the scope of the invention as defined by the claims.
  • the invention can be used with transponders operating in modes other than mode S, for example mode C or the transponder modes of military aircraft. If the signal has no identifier, information consistent with the received signal is sought to identify the corresponding track.
  • the invention can also be used with the automatic dependent surveillance system ADS-B in which the intruder aircraft periodically transmits an omnidirectional signal containing in particular its position and altitude.
  • the positioning data is the bearing angle of the intruder aircraft, the method thus comprising the steps of:
  • the processing unit may be arranged to extract from the image other information than that cited and for example an elevation angle of the intruder aircraft.
  • this angle of elevation is not used because it is considered that the intruder aircraft is heading straight for the drone to take into account the most critical situation in the navigation of the drone.
  • the altitudes used may be barometric elevations and / or obtained by a satellite geolocation.

Abstract

Procédé de navigation d'un drone aérien en présence d' au moins un aéronef intrus dans une zone d' espace environnant le drone, dans lequel une distance estimée entre le drone et l'aéronef intrus est calculée à partir d'une puissance du signal reçu et validée si une valeur estimée d'une donnée de positionnement calculée par le drone en utilisant la distance estimée correspond sensiblement à une valeur mesurée de la donnée de positionnement. Drone aérien agencé pour la mise en œuvre de ce procédé.

Description

PROCEDE DE NAVIGATION D'UN DRONE AERIEN EN PRESENCE D'UN AERONEF INTRUS ET DRONE POUR LA MISE EN ŒUVRE DE CE PROCEDE
La présente invention concerne la prévention des colli- sions entre aéronefs et plus particulièrement un procédé de navigation et de pilotage de drones aériens.
L'invention a également pour objet un drone mettant en œuvre un tel procédé de navigation et de pilotage .
Etat de la technique
Un drone aérien est un aéronef sans pilote humain à bord. Cet aéronef peut être pourvu de systèmes automatisés et réaliser son vol de façon autonome ; il peut également être pourvu de capteurs reliés à un dispositif de pilotage automatique et/ou à un dispositif de commande à distance par un pilote au sol. Les drones aériens sont de plus en plus utilisés dans le domaine militaire, notamment pour la surveillance des champs de bataille, la reconnaissance voire l'attaque au sol.
II a été envisagé d'utiliser des drones aériens dans le domaine civil pour réaliser notamment des opérations de surveillance aérienne de territoires. Ces drones sont en effet intéressants car ils disposent d'une grande autonomie de vol. En revanche, ils pâtissent d'une faible manœuvrabilité . L'absence de pilote à bord interdit au drone de pouvoir satisfaire aux règles de l'air en vigueur dans l'espace aérien civil, règles qui prévoient en particulier qu' un aéronef puisse assurer une fonction « voir et éviter » lui permettant d'échapper à une colli- sion. Ainsi les drones ne sont-ils pas autorisés à voler dans l'espace aérien non ségrégué, c'est-à-dire aux mêmes endroits et mêmes moments que les aéronefs civils embarquant un pilote.
Il est connu d'embarquer sur les aéronefs des transpondeurs (fonctionnant selon le mode A, C ou S pour les aéronefs civils) permettant notamment aux stations radars secondaires de contrôle aérien de déterminer la position de ces aéronefs et de les identifier dans l'espace surveillé. A cette fin, les stations radars se- condaires interrogent les transpondeurs des aéronefs évoluant dans la zone d'espace surveillée et les transpondeurs renvoient en réponse un signal contenant un identifiant et également une altitude barométrique selon le mode de fonctionnement du transpondeur.
II existe un système d' anticollision, destiné à équiper certains aéronefs pilotés, qui est connu sous le nom de TCAS et correspond au standard ACAS défini par la Convention sur l'aviation internationale civile. En Europe, l'utilisation de ce système tend à être étendue et tous les avions commerciaux avec plus de dix-neuf sièges passagers doivent être obligatoirement équipés de la version II de ce système intégrant un transpondeur de mode S. Le système est agencé pour récupérer des informations sur le cap et la position de tout aéronef, dit aéronef intrus, évoluant dans l'espace environnant l'aéronef considéré a une distance variant entre 2,5 (4 km) et 30 miles (48 km) . Ces informations comprennent principalement la distance avec ces aéronefs, leur altitude barométrique et une information approximative d'azimut. Les in- formations sont récupérées par interrogation du transpondeur de mode S de l'aéronef intrus et sont utilisées par le système TCAS II pour déterminer si une collision avec cet aéronef intrus est possible. En cas de collision potentielle détectée par le système TCAS, le pilote de chaque aéronef est informé par une alerte auditive émise dans la cabine de pilotage. Si le risque de collision n' est pas réduit après cette alerte et que la collision semble imminente, le système TCAS détermine une consigne de manœuvre pour le pilote : maintenir la trajectoire ac- tuelle, monter, descendre ou surveiller la vitesse verti- cale .
L'utilisation de système TCAS II est cependant contraignante et inadaptée sur des drones qui n' embarquent pas de pilote et sont généralement d' un coût relativement faible.
Objet de l'invention
Un but de l'invention est de faciliter la navigation d'un drone et augmenter sa sécurité en permettant la prise en compte d'au moins un aéronef intrus dans l'espace environnant le drone.
Exposé de l'invention
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de navigation d'un drone aérien en présence d'au moins un aéronef intrus dans une zone d'espace environ- nant le drone. Le procédé comprend les étapes, mises en œuvre au niveau du drone, de :
- recevoir un signal de l'aéronef intrus, signal comportant au moins l'altitude de l'aéronef intrus, et calculer une distance estimée entre le drone et l'aéronef intrus à partir d'une puissance du signal reçu ;
- capturer au moins une image de l'aéronef intrus et déterminer un angle de gisement de l'aéronef intrus à partir de cette image ;
extraire du signal l'altitude transmise par l'aéronef intrus ;
-calculer en utilisant la distance estimée une valeur estimée d' une donnée de positionnement de l'aéronef intrus ou du drone ;
- comparer la valeur estimée de la donnée de po- sitionnement à une valeur mesurée de la donnée de posi¬ tionnement et tenir compte de la distance calculée pour la navigation si la valeur estimée correspond sensiblement à la valeur mesurée.
La donnée de positionnement peut être l'altitude de l'aéronef intrus {la valeur mesurée étant l'altitude transmise) ou l'angle de gisement de l'aéronef intrus par rapport au drone (la valeur mesurée de l'angle de gisement étant celle déterminée sur l'image}. Ainsi, comme la distance estimée intervient dans le calcul de la valeur estimée de la donnée de positionnement, la comparaison de la valeur estimée et de la valeur mesurée permet de vérifier la validité de la distance estimée entre le drone et l'aéronef intrus. Ceci limite donc le risque d'erreur. La distance estimée et validée peut alors être prise en compte dans la navigation, notamment pour prévoir une manœuvre d' évitement de l'aéronef intrus ou pour identifier parmi les informations disponibles celles qui sont les plus sûres à utiliser pour la navigation. Il n'est pas obligatoire que le drone soit équipé d'un interrogateur de transpondeur, le récepteur du drone recevant par exemple les signaux émis par le transpondeur mode C ou S de l'aéronef intrus après qu'il a été interrogé soit par un radar secondaire au sol soit par un autre aéronef équipé d'un interrogateur ; le récepteur du drone peut également recevoir par exemple les signaux émis automati¬ quement par un dispositif de type ADS-B (de l'anglais « Automatic Dépendent Surveillance-Broadcast ») . Le procédé de l'invention peut donc être mis en œuvre à partir de capteurs uniquement passifs notamment si le drone est amené à évoluer uniquement dans un environnement couvert par des radars secondaires.
L'invention a également pour objet un drone aérien comprenant un dispositif de pilotage relié à un ins- trument de mesure d'altitude, à un dispositif optronique de détection agencé pour déterminer un angle de gisement d'un aéronef intrus évoluant dans une zone environnant le drone, et à un récepteur pour recevoir un signal qui est émis par un aéronef intrus et qui contient une altitude de l'aéronef intrus. Le dispositif de pilotage du drone est agencé pour :
- calculer une distance estimée entre le drone et un aéronef intrus à partir d'une puissance d'un signal reçu par le récepteur ;
- capturer au moins une image de l'aéronef intrus par le dispositif optronique et déterminer l'angle de gisement de l'aéronef intrus à partir de cette image ;
extraire du signal l'altitude transmise par l'aéronef intrus ;
- calculer une altitude estimée de l'aéronef intrus à partir de l'angle de gisement et de la distance calculée ;
- comparer l'altitude estimée à l'altitude transmise et tenir compte de la distance calculée pour la na- vigation si l'altitude estimée correspond sensiblement à l'altitude transmise.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limita- tifs de l'invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une situation de croisement d'un aéronef et d'un drone selon l'invention ;
la figure 2 est une vue schématique du dispositif de pilotage du drone selon l'invention.
En référence aux figures, le drone aérien selon l'invention a la forme générale d'un avion et comprend un fuselage 1 et des ailes 2 qui sont pourvus de surfaces de vol déplaçables au moyen d' actionneurs reliés à dispositif de pilotage embarqué dans le drone. La structure même du drone ne fait pas partie de l'invention et ne sera donc pas plus détaillée ici.
Le dispositif de pilotage, généralement désigné en 3, comprend une unité de traitement de données 4 reliée à un instrument de mesure d'altitude 5, à un dispositif optronique de détection 6 et à un récepteur 7. Le dispositif de pilotage 3 comprend également de façon con- nue en elle-même des moyens de commande des actionneurs des surfaces de vol et du moteur du drone .
L'unité de traitement 4 de données est une unité informatique qui comprend notamment un processeur pour le traitement des données et une mémoire pour l'enregistrement des données.
L'instrument de mesure d'altitude 5 est un instrument barométrique classique.
Le dispositif optronique de détection 6 comprend un capteur d'image relié à une unité d'acquisition et orienté pour avoir un champ couvrant une zone d'espace surveillée située en avant du drone. Le capteur du dispositif de détection 6 est agencé pour fonctionner dans le domaine infrarouge et/ou dans le domaine visible. Le capteur a des performances suffisantes pour permettre de dé- tecter, dans les images fournies, un aéronef (dit aéronef intrus) se trouvant dans la zone d'espace surveillée à une distance maximale comprise entre 8 et 10 km. L'unité de traitement 4 incorpore un module (logiciel ou matériel) de traitement d'image agencé pour déterminer un angle de gisement de l'aéronef intrus évoluant dans la zone d'espace surveillée.
Le récepteur 7 a une antenne directive et est agencé pour recevoir un signal qui est émis par les transpondeurs mode S des aéronefs évoluant à proximité du drone. Le récepteur fonctionne ici à la fréquence de 1090 MHz. Le signal contient : une altitude barométrique de l'aéronef intrus, un code du transpondeur, et un code hexadécimal identifiant chaque aéronef équipé d'un transpondeur mode S.
Le dispositif de pilotage 3 est agencé et pro- grammé pour :
- calculer une distance estimée entre le drone et un aéronef intrus à partir d'une puissance d'un signal reçu par le récepteur 7 ;
- capturer au moins une image de l'aéronef intrus par le dispositif optronique de détection 6 et déterminer l'angle de gisement de l'aéronef intrus à partir de cette image ;
extraire du signal l'altitude transmise par l'aéronef intrus ;
- calculer une altitude estimée de l'aéronef intrus à partir de l'angle de gisement et de la distance calculée ;
- comparer l'altitude estimée à l'altitude trans- mise et tenir compte de la distance calculée pour la navigation si l'altitude estimée correspond sensiblement à l'altitude transmise.
L' unité de traitement 4 est programmée pour mettre en œuvre des filtres de Kalman pour notamment cal- culer :
- une altitude et une vitesse verticale de l'aéronef intrus à partir de l'altitude transmise contenue dans les signaux reçus ;
- une distance estimée et une vitesse relative (ou vitesse de rapprochement) entre le drone et l'aéronef intrus à partir de la puissance de chaque signal reçu ;
- une altitude estimée et une vitesse d'élévation estimée de l'aéronef intrus à partir de l'angle de gisement et de la distance estimée.
L'unité de traitement 4 incorpore en outre un module (logiciel ou matériel) d'association des informations uniquement dérivées du signal reçu (altitude transmise, distance estimée, vitesse de rapprochement estimée, vitesse verticale) et des informations dérivées également des images (vitesse d'élévation estimée, altitude estimée) .
Une situation de collision potentielle entre un drone conforme à l'invention et un aéronef intrus va maintenant être exposée pour expliciter le procédé de 1 ' invention .
Lorsque le drone A est en vol, le dispositif op- tronique 6 fournit des images à l'unité de traitement 4 qui traite ces images pour y rechercher la présence d'un aéronef intrus. Dès qu'un aéronef intrus C est détecté par le module de traitement d' image dans une des images transmises par le dispositif optronique 6, le module de traitement d' image détermine alors dans l' image un angle de gisement de l'aéronef intrus C présent dans l'image.
En parallèle, le drone A en vol reçoit des signaux des transpondeurs des aéronefs répondant à une station radar secondaire B qui est située au sol S et qui a une zone de surveillance dans laquelle évoluent lesdits aéronefs et le drone A. L'unité de traitement 4 du drone A extrait l'altitude transmise contenue dans le signal, l'identifiant de l'aéronef ayant émis le signal et la puissance du signal reçu.
La distance estimée entre le drone et l'aéronef intrus est calculée par le filtre de Kalman à partir de la puissance du signal reçu et est transmise au module d' association.
La distance estimée est également utilisée par l'unité de traitement 4 pour calculer une altitude estimée de l'aéronef intrus à partir de la distance estimée et de l'angle de gisement.
Il va de soi que le calcul de distance estimée n'est valable que si la réception du signal et la capture de l'image sont proches l'une de l'autre dans le temps. On peut ainsi prévoir que l'unité de pilotage 3 soit agencée pour commander le dispositif optronique 6 de telle manière que la réception d'un signal déclenche automatiquement la capture d'une image par le dispositif optronique 6.
L'altitude estimée est calculée dans le repère terrestre local (par exemple dans le système de coordonnées NED ou ENU) . Là encore, la précision de l'altitude estimée dépend de la proximité dans le temps de la récep- tion du signal et de la capture de l'image.
La puissance du signal reçu est ici utilisée sous la forme du rapport signal à bruit du signal reçu. Ce rapport dépend de la distance entre le transpondeur et le récepteur, de la puissance d'émission (transpondeur de 1 à 5 watts TBC) , du gain de l'antenne d'émission (antenne du transpondeur de l'aéronef intrus C) , du gain de l'antenne du récepteur 7, et de l'atténuation atmosphérique. Néanmoins, on a pu déterminer expérimentalement que la distance peut être approximée par une loi du se- cond degré du rapport signal à bruit. La loi retenue est valable sur la plage de distance considérée, ici entre 1 et 10 km.
Dans l'hypothèse où une association a pu être faite avec un identifiant transmis, les données qui se- ront extraites d'images de l'aéronef intrus C ou de signaux transmis ultérieurement par l'aéronef intrus C seront associées audit identifiant.
A partir des données issues de deux signaux successifs, les filtres de Kalman de l'unité de traitement 4 sont agencés pour calculer, à partir des distances estimées, une vitesse de rapprochement de l'aéronef intrus C et du drone A et un temps estimé avant une collision entre l'aéronef intrus C et le drone h.
Les filtres de Kalman sont agencés pour suivre l'évolution des données dans le temps, détecter des er- reurs, lisser les résultats.
Les altitudes transmises, distances estimées, vi¬ tesses de rapprochement estimées (calculées par diffé¬ rences des distances estimées sur un temps donné) , vi- tesses verticales (calculées par différence des altitudes transmises sur un temps donné) , les altitudes estimées (calculées à partir des distances estimées et des angles de gisement) et les vitesses d'élévation estimées sont transmises au module d'association de l'unité de traite- ment 4 qui est agencé pour associer ces informations à un code d'identification des données tel que l'identifiant de l'aéronef intrus (transmis dans le signal reçu) .
Ainsi, le module d'association est agencé pour réaliser une comparaison d'altitudes, c'est-à-dire :
- une comparaison directe des altitudes (altitude transmise et altitude estimée de l'aéronef intrus) ; et/ou
- une comparaison des vitesses d'élévation (obte¬ nues par différence des altitudes transmises successive- ment et par différence des altitudes estimées à partir de deux images successives, rapportées respectivement au temps entre les réceptions des signaux successifs et au temps entre les captures des images successives).
A partir du temps estimé avant collision, l'unité de traitement 4 fournit au dispositif de pilotage 3 une commande d'évitement, la commande d' évitement peut être systématiquement la même (virage à droite ou virage à gauche) ou être adaptée par exemple en tenant compte de la vitesse d'élévation de l'aéronef intrus C (montée ou descente ) .
On comprend donc que la distance estimée validée a été prise en compte dans la navigation du drone A.
On notera que le module d' association retient comme identifiant celui pour lequel l'altitude estimée est sensiblement égale à l'altitude transmise (la dis- tance estimée étant alors validée). Dans l'hypothèse où plusieurs identifiants pourraient être sélectionnés, le module d'association retient comme identifiant celui cor¬ respondant au cas le plus défavorable, c'est-à-dire celui conduisant à la distance estimée la plus faible et à la vitesse de rapprochement la plus élevée.
Si aucune altitude transmise n' est sensiblement égale à l'altitude estimée, le code d'identification choisi est propre au module d'association jusqu'à ce que les données associés à ce code d'identification puisse être associé à un identifiant transmis et aux données qui lui sont associées.
Le code d'identification est ainsi soit propre au mode d'association si aucun signal n'a encore été reçu ou à l'identifiant extrait du signal reçu si un tel signal a été reçu.
On notera également que l'antenne directive permet de lever les ambiguïtés lors de l'association en permettant de déterminer une direction d' émission du signal et de vérifier sa compatibilité avec l'angle de gisement déterminé dans l'image. Dans ce cas, il serait également intéressant d'extraire également des images un angle de site dont on pourra vérifier la cohérence avec la direction d'émission. En outre, l'angle de site peut être uti- lisé pour déterminer une trajectoire de l'aéronef intrus afin d'élaborer une manœuvre d' évitement et/ou d'affiner la prédiction de collision.
L'unité de traitement 4 est en outre de préférence agencée pour déterminer la vitesse de rapprochement de l'aéronef intrus à partir d'une dimension de l'aéronef intrus dans deux images successives capturées par le dispositif optronique. A cette fin, le module de traitement d'image extrait de chaque image un angle solide formé par la surface de l'aéronef intrus dans chaque image ou la taille en pixels de l'aéronef intrus dans chaque image. Par comparaison avec des signatures contenues dans une banque de données de signatures d'aéronef,, il est possible de déterminer une distance estimée entre le drone et l'aéronef intrus (on pourra s'aider également d'une taille de l'aéronef intrus obtenue à partir d'informations contenues dans le signal mode S) . L'unité de traitement 4 est agencée pour fournir périodiquement des vitesses de rapprochement à partir de la variation de l'angle solide ou de la taille en pixels de l'aéronef in- trus obtenue par comparaison de ces données de deux images successives.
Ainsi, en l'absence de transpondeur sur l'aéronef intrus, seules les données extraites des images fournies par le dispositif optronique de détection sont utilisées pour déterminer le risque de collision et la manœuvre d'évitement à exécuter.
En outre, si l'aéronef intrus est équipé d'un transpondeur, les vitesses de rapprochement obtenues par traitement d' images peuvent être comparées à celles obte- nues en fonction de la variation de la distance estimée calculée en fonction de la puissance des signaux reçus. Ceci permet de valider ou corriger les résultats fournis par le module d'association. On peut ainsi comparer et analyser les résultats obtenus en n'utilisant que les données issues du dispositif optronique 6 et les résultats obtenus en utilisant également les données extraites des signaux pour ne retenir que les résultats les moins bruités .
En variante, l'unité de traitement 4 est égale- ment reliée à un interrogateur agencé pour Interroger les transpondeurs des aéronefs évoluant à proximité.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais enqlobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, l' invention est utilisable avec des transpondeurs fonctionnant selon d'autres modes que le mode S, par exemple le mode C ou les modes des transpondeurs des avions militaires. Si le signal est dépourvu d' identifiant, on recherche les informations cohérentes avec le signal reçu pour identifier la piste correspondante .
L' invention est également utilisable avec le système de surveillance dépendante automatique ADS-B dans lequel l'aéronef intrus émet périodiquement de manière omnidirectionnelle un signal contenant notamment sa position et son altitude.
En variante, la donnée de positionnement est l'angle de gisement de l'aéronef intrus, le procédé com- prenant donc les étapes de :
calculer un angle de gisement estimé de l'aéronef intrus à partir de l'altitude du drone, de l'altitude transmise et de la distance estimée ;
- comparer l'angle de gisement estimé à l'angle de gisement déterminé à partir de l'image et tenir compte de la distance estimée pour la navigation si l'angle de gisement estimé correspond sensiblement à l'angle de gisement déterminé à partir de l'image.
L'unité de traitement peut être agencée pour ex- traire de l'image d'autres informations que celles citées et par exemple un angle de site de l'aéronef intrus. Dans le procédé décrit cet angle de site n'est pas utilisé car on considère que l'aéronef intrus se dirige droit vers le drone pour prendre en compte la situation la plus cri- tique dans la navigation du drone. On pourrait imaginer d'utiliser l'angle de site pour déterminer une trajectoire de l'aéronef intrus afin d'affiner la prédiction de collision et la manœuvre d'évitement à réaliser.
Les altitudes utilisées peuvent être des alti- tudes barométrique et/ou obtenues par un dispositif de géolocalisation satellitaire.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de navigation d'un drone aérien en présence d'au moins un aéronef intrus dans une zone d'espace environnant le drone, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes, mises en œuvre au niveau du drone, de :
recevoir au niveau du drone un signal de l'aéronef intrus, signal comportant au moins une altitude de l'aéronef intrus, et calculer une distance estimée entre le drone et l'aéronef intrus à partir d'une puis¬ sance du signal reçu ;
- capturer au moins une image de l'aéronef intrus et déterminer un angle de gisement de l'aéronef intrus à partir de cette image ;
extraire du signal l'altitude transmise par l'aéronef intrus ;
- calculer en utilisant la distance estimée une valeur estimée d'une donnée de positionnement de l'aéronef intrus ou du drone ;
- comparer la valeur estimée de la donnée de po¬ sitionnement à une valeur mesurée de la donnée de positionnement et tenir compte de la distance calculée pour la navigation si la valeur estimée correspond sensible- ment à la valeur mesurée.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la donnée de positionnement est l'altitude de l'aéronef intrus, le procédé comprenant donc les étapes de :
- calculer une altitude estimée de l'aéronef in- trus à partir de l'angle de gisement et de la distance estimée ;
- comparer l'altitude estimée à l'altitude transmise et tenir compte de la distance estimée pour la navigation si l'altitude estimée correspond sensiblement à l'altitude transmise.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la donnée de positionnement est l'angle de gisement de l'aéronef intrus, le procédé comprenant donc les étapes de :
- calculer un angle de gisement estimé de l'aéronef intrus à partir de l'altitude du drone, de l'altitude transmise et de la distance estimée ;
- comparer l'angle de gisement estimé à l'angle de gisement déterminé à partir de l'image et tenir compte de la distance estimée pour la navigation si l'angle de gisement estimé correspond sensiblement à l'angle de gisement déterminé à partir de l' image.
4. Procédé selon la revendication 1, comprenant l'étape ultérieure de calculer au moins une vitesse de rapprochement du drone et de l'aéronef intrus et un temps estimé avant collision à partir de la distance estimée calculée sur deux images successives.
5. Procédé selon la revendication 4, comprenant les étapes de calculer une vitesse de rapprochement du drone et de l'aéronef intrus à partir d'une dimension de l'aéronef intrus dans deux images successives et de comparer la vitesse de rapprochement déterminée à partir d'une dimension de l'aéronef intrus dans deux images successives et la vitesse de rapprochement déterminée à par- tir de la distance estimée calculée sur deux images successives .
6. Drone aérien comprenant un dispositif de pilotage comportant une unité de traitement de données reliée à un instrument de mesure d'altitude, à un dispositif op- t ironique de détection agencé pour déterminer un angle de gisement d'un aéronef intrus évoluant dans une zone environnant le drone, et à un récepteur pour recevoir un signal qui est émis par un aéronef intrus et qui contient une altitude de l'aéronef intrus, le dispositif de pilo- tage étant agencé pour : - calculer une distance estimée entre le drone et un aéronef intrus à partir d'une puissance d'un signal reçu par le récepteur ;
- capturer au moins une image de l'aéronef intrus par le dispositif optronique et déterminer l'angle de gisement de l'aéronef intrus à partir de cette image ;
extraire du signal l'altitude transmise par l'aéronef intrus ;
- calculer en utilisant la distance estimée une valeur estimée d'une donnée de positionnement de l'aéronef intrus ou du drone ;
- comparer la valeur estimée de la donnée de positionnement à une valeur mesurée de la donnée de positionnement et tenir compte de la distance calculée pour la navigation si la valeur estimée correspond sensiblement à la valeur mesurée.
7. Drone selon la revendication 6, comprenant un interrogateur agencé pour interroger un transpondeur de l'aéronef intrus.
8. Drone selon la revendication 6, dans lequel l'unité de traitement de données comporte un moyen d'estimation d'une vitesse de rapprochement de l'aéronef intrus .
9. Drone selon la revendication 8, dans lequel le moyen d'estimation est une unité de traitement d'image agencée pour déterminer la vitesse de rapprochement de l'aéronef intrus en fonction d'une taille de l'aéronef intrus dans deux images successives capturées par le dispositif optronique.
10. Drone selon la revendication 8, clans lequel le moyen d'estimation comprend un filtre de Kalman pour calculer la vitesse de rapprochement à partir des distances estimées.
11. Drone selon la revendication 10, dans lequel le filtre Kalman est agencé pour fournir périodiquement des distances estimées et des vitesses de rapprochement à partir des images fournies par le dispositif optronique et de l'altitude transmise par l'aéronef.
12. Drone selon la revendication 11, dans lequel les distances estimées et les vitesses de rapprochement sont associées à un identifiant de l'aéronef intrus, l'identi iant étant extrait du signal reçu par le trans¬ pondeur du drone.
13. Drone selon la revendication 6, dans lequel le récepteur comporte une antenne directionnelle.
14. Drone selon la revendication 6, dans lequel la donnée de positionnement est l'altitude transmise par l'aéronef intrus.
15. Drone selon la revendication 6, dans lequel la donnée de positionnement est l'angle de gisement de l'aéronef intrus.
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