WO2021094178A1 - Système de pilotage de drone et procédé de pilotage associé - Google Patents

Système de pilotage de drone et procédé de pilotage associé Download PDF

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WO2021094178A1
WO2021094178A1 PCT/EP2020/081060 EP2020081060W WO2021094178A1 WO 2021094178 A1 WO2021094178 A1 WO 2021094178A1 EP 2020081060 W EP2020081060 W EP 2020081060W WO 2021094178 A1 WO2021094178 A1 WO 2021094178A1
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WO
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drone
aircraft
radio communication
guidance
malfunction
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Application number
PCT/EP2020/081060
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Inventor
Michel Roger
Original Assignee
Thales
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0011—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement
    • G05D1/0027—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement involving a plurality of vehicles, e.g. fleet or convoy travelling
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying

Definitions

  • the present invention relates to a drone piloting system and an associated drone piloting method.
  • the invention lies in the field of piloting unmanned aerial vehicles on board or drones, and more particularly in the field of the safety of piloting such air vehicles.
  • drones are controlled by an automatic pilot, and are suitable for communicating with a remote control station, for example located on the ground, via long-distance radio communication.
  • the radio communication is used to send information relating to the instantaneous spatial position of the drone, calculated by an onboard positioning module, and to receive commands relating to the trajectory to be flown.
  • an operator remotely supervises the flight of the drone, and, thanks to the radio communication means, can transmit control commands of the drone.
  • the on-board positioning module is for example a satellite geolocation module, for example a GPS or GNSS module.
  • the invention proposes a system for piloting a drone, comprising a drone and a remote control station, the drone comprising a radio communication module adapted to communicate with the control station according to a first communication mode, the drone being controlled by an automatic piloting module adapted to cooperate with a positioning module adapted to calculate a spatial position of the drone in order to fly along a trajectory, said drone being configured to regularly communicate said spatial position to the control station by said first mode of communication.
  • the piloting system is such that the command station is configured to detect a malfunction of the radio communication module and / or a malfunction of the positioning module of said drone, select a guide aircraft from among a set of aircraft on the ground and / or in flight according to at least one criterion of relevance, and controlling the selected guiding aircraft to go to a spatial guiding position of said drone in order to perform guiding by servo-control of said drone on the guiding aircraft.
  • the proposed piloting system makes it possible to guide a drone in a distress situation, on which a malfunction of the radio communication module and / or a malfunction of the positioning module has been observed, by a guidance aircraft.
  • control system according to the invention may also have one or more of the characteristics below, taken independently or in any technically conceivable combination.
  • the guiding spatial position is the last valid spatial position of said drone received by the command station.
  • the drone comprises an on-board programmable electronic device configured to detect a malfunction of the radio communication module and / or a malfunction of the positioning module, and upon detection of a malfunction command a loop flight around a chosen spatial position.
  • the chosen spatial position is the last valid spatial position of the drone transmitted to the command station.
  • the radio communication module is a first radio communication module, said drone further comprising a second radio communication module adapted to communicate in transmission / reception according to a second radio communication mode.
  • the guidance aircraft also comprises a radio communication module adapted to communicate in transmission / reception according to said second radio communication mode.
  • the guidance aircraft is suitable for transmitting to the drone, according to said second radio communication mode, spatial position information calculated by a positioning module of the guidance aircraft and / or commands relating to a flight path to be followed. .
  • the drone further includes an image sensor and a computing module configured to analyze images captured by the image sensor and detect the presence of a stored target of predetermined shape.
  • the guidance aircraft has a target having said predetermined shape.
  • the relevance criterion is a criterion of geographic proximity to said last received spatial position.
  • the invention relates to a drone piloting method implemented in a drone piloting system as briefly described above, the method comprising the following steps implemented by a processor of a programmable device on board a drone:
  • the drone piloting method further comprises a step of detecting a guiding aircraft by the drone, followed by a step of slaving the flight of the drone on the guiding aircraft.
  • the drone piloting method further comprises the following steps implemented by a control station:
  • the method further comprises a step of selecting a guidance aircraft by the remote control station from among a set of guidance aircraft according to at least one criterion of relevance.
  • the invention relates to a computer program comprising first software instructions which, when they are implemented by a programmable electronic device on board a drone, implement a drone piloting method such as briefly described above, and second software instructions which, when they are implemented by a programmable electronic device of a control station, implement a drone piloting method as briefly described above.
  • FIG 1 Figure 1 schematically illustrates an implementation scenario of the invention
  • FIG 2 is a block diagram of a drone piloting system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of the main steps of a drone piloting method implemented on board the drone according to one embodiment of the invention
  • FIG 4 is a block diagram of the main steps of a drone piloting method implemented in a control station according to one embodiment of the invention.
  • Figure 1 schematically illustrates a drone piloting system according to the invention in an application case.
  • the invention applies to any type of drone or aircraft without a pilot on board or with an incapacitated pilot.
  • the drone piloting system 1 comprises a drone 2, a remote control station 4, for example located on the ground, in which operators are present who remotely control the flight of the drone 2.
  • Remote control can in particular be carried out by means of long-distance radio communication 6, according to a first communication mode, for example using the technology of telecommunications satellite, WiFi, UFIF, VFIF or HF radio communication.
  • the control station 4 is also suitable for communicating by radio communication means 9 with a set 8 of aircraft 12, comprising aircraft which are in a ground base 10, therefore which are awaiting flight and aircraft that are already in flight.
  • the radio communication means 9 are radio communication means, for example by telecommunications satellite, WiFi or UHF, VHF or HF radio communication.
  • the set 8 of aircraft includes other drones, but also aircraft piloted by pilots on board.
  • the drone 2 comprises in particular a radio communication module suitable for communicating with the control station according to the first radio communication mode, and a positioning module, suitable for calculating its spatial position, as illustrated below in FIG. 2.
  • the positioning module comprises, for example, a GNSS receiver, making it possible to calculate the spatial position of the drone in a geolocated frame of reference using geolocation signals received from a plurality of satellites.
  • the drone 2 during flight, enters a distress situation.
  • a distress situation is referred to here as a malfunction of the radio communication module which results in a loss of radio communication between the drone 2 and the control station 4, and / or a malfunction of the positioning module which results in the impossibility of precise spatial geolocation of the drone.
  • One or the other of the malfunctions described above involves a breach 16 of the possibility of securely controlling the flight of the drone 2 from the remote control station 4.
  • the piloting system 1 is configured, as explained in more detail below, so that following the detection of such a distress situation by the control station 4, the latter chooses a guide aircraft 14, for example from among the set of aircraft 8, whether it is an aircraft awaiting flight or an aircraft already in flight.
  • the chosen guide aircraft 14 is in good working order.
  • the guide aircraft 14 is either another remotely controlled unmanned aircraft on board (drone) or an aircraft with a pilot on board.
  • the guidance aircraft 14 is chosen on a criterion of relevance, for example a criterion of geographical proximity to a last position received from the drone 2.
  • the piloting system 1 is configured to command the autopilot of the drone 2 to execute a flight in a loop around a chosen spatial position.
  • the guidance aircraft 14 is commanded by the control station 4 to go to the geographical proximity of the drone 2, taking into consideration the last known spatial position of the drone 2, the known spatial position being a real position and not a position of setpoint.
  • Flight control is then performed in a control phase 18.
  • Several embodiments of the flight control system are envisioned in the piloting system according to the invention.
  • the drone 2 is then controlled to follow the guide aircraft 14, for example at a distance of between a few meters and 1000 meters depending on the speed of the drone.
  • Figure 2 schematically illustrates the main functional blocks of a control system according to the invention.
  • the piloting system 1 comprises, as indicated with reference to FIG. 1, a drone 2, a control station 4 and at least one guidance aircraft 14.
  • the drone 2 comprises a first radio communication module 20 adapted to communicate with a similar radio communication module 42 of the control station 4, according to the first communication mode.
  • the drone 2 also includes a positioning module 22 suitable for calculating a spatial position of the drone.
  • This positioning module 22 receives data, for example geolocation signals transmitted by satellites, from a sensor 24, for example a reception antenna, and performs calculations on the geolocation signals to calculate the spatial position of the drone 2 in a predetermined repository. The position of the drone is calculated regularly, at a given time frequency.
  • the drone 2 comprises a second radio communication module 26, suitable for communicating in transmission / reception according to a second communication mode.
  • the second mode of communication is a medium / short range radio communication, such as for example VHF, WiFi or Bluetooth radio telephony or any other short / medium range radio communication mode.
  • the drone 2 further comprises an autopilot module 28 configured to control all of the means allowing the drone to fly, for example engines, propellers, control surfaces.
  • the drone 2 comprises a calculation module 30, for example an on-board computer or more generally, a programmable electronic device, comprising a memory unit suitable for storing data and at least one calculation processor, configured to implement program code instructions for implementing steps of a drone piloting method as described below.
  • a calculation module 30 for example an on-board computer or more generally, a programmable electronic device, comprising a memory unit suitable for storing data and at least one calculation processor, configured to implement program code instructions for implementing steps of a drone piloting method as described below.
  • the drone 2 comprises at least one image sensor 32, suitable for capturing images of the landscape located outside the drone.
  • the image sensor 32 is mounted so as to be orientable in a plurality of spatial directions, for example it is fixed on a support which is adapted to rotate about at least one axis.
  • the image sensor 32 is adapted to capture images at 360 ° around this axis.
  • the control station 4 comprises a radio communication module 42, adapted to communicate according to the first long-distance radio communication mode. It also includes at least one control terminal 44, comprising a man-machine interface 46 for receiving operator commands.
  • the control terminal 44 also comprises a calculation module 48, for example a computer or more generally, a programmable electronic device, comprising at least one calculation processor, configured to implement program code instructions for implementing steps of 'a drone piloting method as described below.
  • the control terminal 44 is suitable for sending piloting commands to the drone 2, via the radio communication module 42, in nominal operating mode.
  • the guidance aircraft 14 also comprises a first radio communication module 52, adapted to communicate according to the first long-distance radio communication mode, and a second radio communication module 54, adapted to communicate with the second radio communication module 26 of the drone 2, according to the second short / medium range radio communication mode.
  • the guidance aircraft 14 also includes a conventional flight control system 56, which will not be described in detail here.
  • the guidance aircraft also includes a target 58 of predetermined shape, affixed to the outside of the guidance aircraft 14, for example on the tail.
  • the shape of the target 58 is also memorized by a memory unit of the drone 2.
  • the target 58 is a luminous target, for example formed of one or more two signaling devices, added on the aircraft or already present on an aircraft, for example two anti-collision.
  • FIG. 3 is a block diagram of the main steps of a drone piloting method implemented by the drone, according to one embodiment of the invention.
  • the piloting system In a nominal flight mode 60, the piloting system, on board the drone, implements a step 62 of calculating the spatial position of the drone in a predetermined spatial geolocation frame of reference, a sending 64 of data, comprising the spatial position of the drone. drone, via radio communication according to the first communication mode, to the control station and reception 66 of flight commands from the control station.
  • the spatial position of the drone is calculated regularly by the positioning module 22, and each position calculation includes an evaluation of the validity of the calculated spatial position.
  • the validity is positive (valid calculated spatial position) or negative (invalid calculated spatial position).
  • step 64 the calculated spatial position and associated validity information are sent to the control station.
  • the method implements a flight mode 70 in a distress situation.
  • a step 72 of detecting a malfunction of the first radio communication module and / or of the positioning module of the drone is implemented.
  • the malfunction of the first communication module is detected if this module does not receive messages from the remote control station. Failure to receive messages may be due to a hardware or software failure or to the existence of external conditions (eg interference) preventing reception of radio waves by this first communication module.
  • failure to receive messages may be due to a hardware or software failure or to the existence of external conditions (eg interference) preventing reception of radio waves by this first communication module.
  • step 72 is followed by steps 62 to 66 of operation in nominal flight mode.
  • step 72 is followed by a step 74 for verifying the operating state of the positioning module.
  • step 74 is followed by a step 76 for controlling a flight of the drone in a loop around a spatial position.
  • the chosen spatial position is the last valid spatial position transmitted by the drone to the remote control station.
  • the chosen spatial position is a predetermined spatial position according to a previously stored flight plan.
  • step 74 is followed by a step 78 for controlling a flight of the drone in a loop around a position.
  • chosen spatial position which is the last valid spatial position calculated by the drone's positioning module.
  • the chosen spatial position is the current spatial position of the drone at the time of detection of the malfunction of the positioning module.
  • steps 76 and 78 of looping flight control around a chosen spatial position are followed by a step 80 of detecting the presence of a guiding aircraft near the drone, that is to say in a perimeter extending to a distance of between a few meters and 1000 meters depending on the speed of the drone in relation to the chosen spatial position.
  • the step 80 of detecting the presence of a guidance aircraft is iterated until the actual detection of a guidance aircraft.
  • the signals received by the second radio communication module are listened to, according to the second medium / short range radio communication mode, for example communication by VHF, WIFI, Bluetooth telephony.
  • step 82 a slaving of the flight of the drone in a distress situation on the flight of the guide aircraft is implemented in step 82.
  • images captured by an image sensor 32 carried by the drone are analyzed, and a target tracking algorithm of predetermined shape is implemented.
  • the guidance aircraft comprises a target of the chosen predetermined shape placed on an exterior face.
  • the drone is then programmed to pursue the guidance aircraft, thanks to this target detection and tracking, the shape of the target being memorized beforehand in a memory unit of the drone, at a predetermined distance of a few meters to 1000 meters depending on the performance of the camera and the speed of the drone.
  • the drone is controlled in a distress situation on the guidance aircraft via the recognition of a luminous target of the traffic light type carried by the guidance aircraft.
  • the second radio communication mode is used to communicate between the guidance aircraft and the drone.
  • the guidance aircraft transmits to the drone spatial position information calculated by its own positioning module and / or guidance instructions, for example commands relating to the flight path to be followed.
  • FIG. 4 is a block diagram of the main steps of a drone piloting method implemented by the control station, according to one embodiment of the invention.
  • the command station implements commands for piloting the drone.
  • the method comprises, as in the case of the drone, a nominal control mode 90 and a control mode in a distress situation 100.
  • the control station receives, at the reception step 92, data coming from the drone, in the form of messages, comprising in particular the spatial position of the drone in the predetermined frame of reference and the associated validity information, and stores the valid spatial positions received in a storage step 94.
  • the spatial positions are stored successively or are stored in connection with a date of reception.
  • the valid spatial positions are the actual flight spatial positions of the drone.
  • a step of generating and sending commands 96 is also implemented, with the help of an operator or automatically by a computing system of the command station.
  • Step 96 implements, for example, a previously established flight plan, a trajectory calculation and validation of the data received from the drone with respect to the calculated trajectory.
  • a detection 102 of a malfunction of the first radio communication module of the drone and / or of the positioning module of the drone is implemented.
  • a malfunction in the radio communication according to the first radio communication mode is detected in the event of failure to receive messages containing data from the drone.
  • the absence of reception of messages may be due to a hardware or software failure of the first radio communication module on board the drone or to the existence of external conditions (for example interference) preventing the propagation of radio waves, for example.
  • the malfunction of the positioning module is detected in the event of the absence of reception of the drone's spatial position or of reception of invalid spatial positions.
  • step 102 is followed by steps 92 to 96 of nominal operation.
  • step 102 is followed by a step 104 of selecting a guide aircraft from among a set of guide aircraft.
  • the selection is made on a criterion of relevance, including for example: the geographical proximity to the last valid spatial position of the recorded drone, the characteristics of the guiding aircraft (speed, equipment), or the flight autonomy of guiding aircraft.
  • the selection 104 is followed by a control step 106 sent by the command station to the guidance aircraft, for a drone guidance mission.
  • the command includes in particular a spatial guidance position, which is the last valid spatial position of the drone recorded in the command station.
  • a check against a pre-established trajectory is performed to choose the spatial guidance position.
  • the guidance spatial position is a predetermined spatial position according to a previously stored flight plan.
  • the order also includes the flight plan of the drone or a pre-established trajectory of the drone.
  • the guidance aircraft then proceeds to the spatial guidance position indicated in the command received from the command station and searches for the drone in distress from this spatial position.
  • the guidance aircraft transmits to the drone spatial position information calculated by its own positioning module. and / or commands relating to the flight path to be followed, using the second medium / short range radio communication mode.
  • the drone piloting system proposed in the event of detection of a distress situation, by a communication or positioning malfunction of the drone, makes it possible to guide the drone in distress by slaving its flight to a guiding aircraft in good condition. working condition, and therefore helps prevent accidents.

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Abstract

L'invention concerne un système et un procédé de pilotage d'un drone. Le système de pilotage comporte un drone (2) et une station de commande distante (4). La station de commande (4) est configurée pour détecter un dysfonctionnement du module de communication radio et/ou un dysfonctionnement du module de positionnement dudit drone (2) et commander un aéronef de guidage (14) pour se rendre à une position spatiale de guidage, en particulier une dernière position spatiale valide reçue dudit drone (2), pour effectuer un guidage dudit drone sur l'aéronef de guidage. Le drone (2) est capable de s'asservir sur l'aéronef de guidage (14) par des moyens visuels ou par la réception de position spatiale ou de consignes de guidage.

Description

TITRE : Système de pilotage de drone et procédé de pilotage associé
La présente invention concerne un système de pilotage de drone et un procédé de pilotage de drone associé.
L’invention se situe dans le domaine du pilotage des véhicules aériens sans pilote à bord ou drones, et plus particulièrement dans le domaine de la sécurité du pilotage de tels véhicules aériens.
De manière connue, les drones sont contrôlés par un pilote automatique, et sont adaptés à communiquer avec une station de commande distante, par exemple située au sol, via une communication radio longue distance. En particulier, la communication radio est utilisée pour envoyer des informations relatives à la position spatiale instantanée du drone, calculée par un module de positionnement de bord, et pour recevoir des commandes relatives à la trajectoire à voler. Classiquement, un opérateur supervise à distance le vol du drone, et, grâce aux moyens de communication radio, peut transmettre des commandes de contrôle du drone. Le module de positionnement embarqué est par exemple un module de géolocalisation par satellite, par exemple un module GPS ou GNSS.
Néanmoins, dans le cas d’une éventuelle défaillance des moyens de communication radio longue distance embarqués et/ou du module de positionnement de bord, un risque de sécurité se présente. En effet, une telle défaillance entraîne soit la perte des commandes de contrôle en provenance de la station de commande, soit l’impossibilité du drone à se positionner correctement par rapport à la trajectoire prévue, et par conséquent, la trajectoire volée par le drone est alors non contrôlée. Le drone risque alors de rentrer en collision avec d’autres aéronefs ou avec d’autres obstacles s’il vole en milieu urbain par exemple. Un tel risque n’est pas tolérable.
Dans les aéronefs classiques de transport de passagers pilotés par des pilotes, les moyens de communication et de positionnement sont multipliés, de manière à avoir un fonctionnement redondant et à augmenter la sécurité en cas de panne matérielle, la probabilité qu’une même panne survienne simultanément sur des matériels différents étant faible. Néanmoins, la redondance de matériel pose deux problèmes importants pour les drones, d’une part le coût et d’autre part le poids.
L’invention a pour objet de remédier aux inconvénients de l’état de la technique. A cet effet, l’invention propose un système de pilotage d’un drone, comportant un drone et une station de commande distante, le drone comportant un module de communication radio adapté à communiquer avec la station de commande selon un premier mode de communication, le drone étant contrôlé par un module de pilotage automatique adapté à coopérer avec un module de positionnement adapté à calculer une position spatiale du drone pour voler selon une trajectoire, ledit drone étant configuré pour communiquer régulièrement ladite position spatiale à la station de commande par ledit premier mode de communication. Le système de pilotage est tel que la station de commande est configurée pour détecter un dysfonctionnement du module de communication radio et/ou un dysfonctionnement du module de positionnement dudit drone, sélectionner un aéronef de guidage parmi un ensemble d’aéronefs au sol et/ou en vol selon au moins un critère de pertinence, et commander l’aéronef de guidage sélectionné pour se rendre à une position spatiale de guidage dudit drone pour effectuer un guidage par asservissement dudit drone sur l’aéronef de guidage.
Avantageusement, le système de pilotage proposé permet de réaliser un guidage d’un drone en situation de détresse, sur lequel un dysfonctionnement du module de communication radio et/ou un dysfonctionnement du module de positionnement a été constaté, par un aéronef de guidage.
Le système de pilotage selon l’invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, prises indépendamment ou selon toutes les combinaisons techniquement envisageables.
La position spatiale de guidage est la dernière position spatiale valide dudit drone reçue par la station de commande.
Le drone comporte un dispositif électronique programmable embarqué configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de communication radio et/ou un dysfonctionnement du module de positionnement, et dès la détection d’un dysfonctionnement commander un vol en boucle autour d’une position spatiale choisie.
La position spatiale choisie est la dernière position spatiale valide du drone transmise à la station de commande.
Le module de communication radio est un premier module de communication radio, ledit drone comportant en outre un deuxième module de communication radio adapté à communiquer en émission/réception selon un deuxième mode de communication radio. L’aéronef de guidage comporte également un module de communication radio adapté à communiquer en émission/réception selon ledit deuxième mode de communication radio.
L’aéronef de guidage est adapté à transmettre au drone, selon ledit deuxième mode de communication radio, une information de position spatiale calculée par un module de positionnement de l’aéronef de guidage et/ou des commandes relatives à une trajectoire de vol à suivre.
Le drone comporte en outre un capteur d’images et un module calculatoire configuré pour analyser des images captées par le capteur d’images et détecter la présence d’une cible mémorisée de forme prédéterminée.
L’aéronef de guidage présente une cible ayant ladite forme prédéterminée.
Le critère de pertinence est un critère de proximité géographique par rapport à ladite dernière position spatiale reçue.
Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de pilotage de drone mis en oeuvre dans un système de pilotage de drone tel que brièvement décrit ci- dessus, le procédé comportant les étapes suivantes mises en oeuvre par un processeur d’un dispositif programmable embarqué à bord d’un drone :
-détection d’un dysfonctionnement du module de communication radio avec la station de commande et/ou d’un dysfonctionnement du module de positionnement,
-en cas de détection d’un dysfonctionnement, commande de vol en boucle du drone autour d’une position spatiale choisie.
Le procédé de pilotage de drone comporte en outre une étape de détection d’un aéronef de guidage par le drone, suivie d’une étape d’asservissement du vol du drone sur l’aéronef de guidage.
Le procédé de pilotage de drone comporte en outre les étapes suivantes mises en oeuvre par une station de commande :
- détection d’un dysfonctionnement de communication radio selon le premier mode de communication avec le drone et/ou d’un dysfonctionnement du module de positionnement,
- envoi d’une commande à un aéronef de guidage pour se rendre à une position spatiale de guidage dudit drone pour effectuer un guidage par asservissement dudit drone sur l’aéronef de guidage.
Le procédé comporte en outre une étape de sélection d’un aéronef de guidage par la station de commande distante parmi un ensemble d’aéronefs de guidage selon au moins un critère de pertinence. Selon un autre aspect, l’invention concerne un programme d’ordinateur comportant des premières instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont mises en oeuvre par un dispositif électronique programmable embarqué dans un drone, mettent en oeuvre un procédé de pilotage de drone tel que brièvement décrit ci- dessus, et des deuxièmes instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont mises en oeuvre par un dispositif électronique programmable d’une station de commande mettent en oeuvre un procédé de pilotage de drone tel que brièvement décrit ci- dessus.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
[Fig 1] la figure 1 illustre schématiquement un scénario de mise en oeuvre de l’invention ;
[Fig 2] la figure 2 est un synoptique d’un système de pilotage de drone selon un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 3] la figure 3 est un synoptique des principales étapes d’un procédé de pilotage de drone mis en oeuvre à bord du drone selon un mode de réalisation de l’invention ;
[Fig 4] la figure 4 est un synoptique des principales étapes d’un procédé de pilotage de drone mis en oeuvre dans une station de commande selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 1 illustre schématiquement un système de pilotage de drone selon l’invention dans un cas d’application. L’invention s’applique à tout type de drone ou aéronef sans pilote à bord ou avec pilote en incapacité.
Le système de pilotage de drone 1 comprend un drone 2, une station de commande distante 4, par exemple située au sol, dans laquelle sont présents des opérateurs qui contrôlent à distance le vol du drone 2.
Le contrôle à distance est notamment réalisable grâce à la communication radio longue distance 6, selon un premier mode de communication, par exemple utilisant la technologie de satellite de télécommunication, de WiFi, de radio communication UFIF, VFIF, ou HF.
La station de commande 4 est également adaptée pour communiquer par des moyens de communication radio 9 avec un ensemble 8 d’aéronefs 12, comprenant des aéronefs qui sont dans une base au sol 10, donc qui sont en attente de vol et des aéronefs qui sont déjà en vol. Par exemple, les moyens de communication radio 9 sont des moyens de communication radio, par exemple par satellite de télécommunication, WiFi ou communication radio UHF, VHF ou HF. L’ensemble 8 d’aéronefs comprend d’autres drones, mais également des aéronefs pilotés par des pilotes à bord.
Le drone 2 comporte notamment un module de communication radio adapté à communiquer avec la station de commande selon le premier mode de communication radio, et un module de positionnement, adapté à calculer sa position spatiale, comme illustré ci-après à la figure 2.
Le module de positionnement comporte par exemple un récepteur GNSS, permettant de calculer la position spatiale du drone dans un référentiel géolocalisé grâce à des signaux de géolocalisation reçus d’une pluralité de satellites.
Dans un cas d’application dans lequel l’invention trouve son application, le drone 2, en cours de vol, entre dans une situation de détresse.
On appelle ici situation de détresse un dysfonctionnement du module de communication radio qui entraîne une perte de communication radio entre le drone 2 et la station de commande 4, et/ou un dysfonctionnement du module de positionnement qui entraîne l’impossibilité de géolocalisation spatiale précise du drone.
L’un ou l’autre des dysfonctionnements décrits ci-dessus implique une rupture 16 de la possibilité de commander de manière sécurisée le vol du drone 2 à partir de la station de commande distante 4.
Le système de pilotage 1 est configuré, comme expliqué plus en détail ci- après, pour que suite à la détection d’une telle situation de détresse par la station de commande 4, celle-ci choisisse un aéronef de guidage 14, par exemple parmi l’ensemble d’aéronefs 8, qu’il s’agisse d’un aéronef en attente de vol ou d’un aéronef déjà en vol.
L’aéronef de guidage 14 choisi est en bon état de fonctionnement. L’aéronef de guidage 14 est soit un autre aéronef sans pilote à bord (drone) commandé à distance, soit un aéronef avec pilote à bord.
De préférence, l’aéronef de guidage 14 est choisi sur un critère de pertinence, par exemple un critère de proximité géographique d’une dernière position reçue du drone 2.
De plus, suite à la détection d’une situation de détresse par le drone 2, le système de pilotage 1 est configuré pour commander au pilote automatique du drone 2 d’exécuter un vol en boucle autour d’une position spatiale choisie. L’aéronef de guidage 14 est commandé par la station de commande 4 pour se rendre à proximité géographique du drone 2, en prenant en considération la dernière position spatiale connue du drone 2, la position spatiale connue étant une position réelle et non une position de consigne.
Un asservissement de vol est alors réalisé dans une phase d’asservissement 18. Plusieurs modes de réalisation de l’asservissement de vol sont envisagés dans le système de pilotage selon l’invention.
Le drone 2 est alors commandé pour suivre l’aéronef de guidage 14, par exemple à une distance comprise entre quelques mètres et 1000 mètres selon la vitesse du drone.
La figure 2 illustre schématiquement les principaux blocs fonctionnels d’un système de pilotage selon l’invention.
Le système de pilotage 1 comporte, comme indiqué en référence à la figure 1 , un drone 2, une station de commande 4 et au moins un aéronef de guidage 14.
Le drone 2 comporte un premier module de communication radio 20 adapté à communiquer avec un module de communication radio 42 analogue de la station de commande 4, selon le premier mode de communication.
Le drone 2 comporte également un module de positionnement 22 adapté à calculer une position spatiale du drone. Ce module de positionnement 22 reçoit des données, par exemple des signaux de géolocalisation émis par des satellites, d’un capteur 24, par exemple une antenne de réception, et effectue des calculs sur les signaux de géolocalisation pour calculer la position spatiale du drone 2 dans un référentiel prédéterminé. Le calcul de position du drone est effectué régulièrement, à une fréquence temporelle donnée.
De plus, le drone 2 comporte un deuxième module de communication radio 26, adapté à communiquer en émission/réception selon un deuxième mode de communication. Par exemple, le deuxième mode de communication est une communication radio de moyenne/courte portée, comme par exemple la radio téléphonie VHF, WiFi ou Bluetooth ou tout autre mode de communication radio de courte/moyenne portée.
Le drone 2 comporte en outre un module 28 de pilotage automatique configuré pour contrôler l’ensemble des moyens permettant au drone de voler, par exemple moteurs, hélices, gouvernes.
Enfin, le drone 2 comporte un module 30 de calcul, par exemple un ordinateur de bord ou plus généralement, un dispositif électronique programmable, comportant une unité de mémoire adaptée à mémoriser des données et au moins un processeur de calcul, configuré pour implémenter des instructions de code de programme pour mettre en oeuvre des étapes d’un procédé de pilotage de drone tel que décrit ci-après.
Optionnellement, le drone 2 comporte au moins un capteur d’images 32, adapté à capter des images du paysage situé à l’extérieur du drone. Par exemple, dans un mode de réalisation, le capteur d’images 32 est monté de manière à être orientable dans une pluralité de directions spatiales, par exemple il est fixé sur un support qui est adapté à tourner autour d’au moins un axe. Ainsi, dans un mode de réalisation, le capteur d’images 32 est adapté à capter des images à 360° autour de cet axe.
La station de commande 4 comporte un module de communication radio 42, adapté à communiquer selon le premier mode de communication radio longue distance. Elle comporte également au moins un terminal de commande 44, comportant une interface homme-machine 46 pour recevoir des commandes d’opérateur. Le terminal de commande 44 comporte également un module de calcul 48, par exemple un ordinateur ou plus généralement, un dispositif électronique programmable, comportant au moins un processeur de calcul, configuré pour implémenter des instructions de code de programme pour mettre en oeuvre des étapes d’un procédé de pilotage de drone tel que décrit ci-après.
Le terminal de commande 44 est adapté à envoyer des commandes de pilotage au drone 2, via le module de communication radio 42, en mode de fonctionnement nominal.
Il est également adapté à envoyer des commandes de pilotage à un aéronef 14 dit aéronef de guidage.
L’aéronef de guidage 14 comporte également un premier module de communication radio 52, adapté à communiquer selon le premier mode de communication radio longue distance, et un deuxième module de communication radio 54, adapté à communiquer avec le deuxième module de communication radio 26 du drone 2, selon le deuxième mode de communication radio de courte/moyenne portée.
L’aéronef de guidage 14 comporte également un système de contrôle de vol 56 classique, qui ne sera pas décrit en détail ici.
Dans un mode de réalisation, de manière optionnelle, l’aéronef de guidage comporte également une cible 58 de forme prédéterminée, apposée à l’extérieur de l’aéronef de guidage 14, par exemple sur l’empennage. La forme de la cible 58 est par ailleurs mémorisée par une unité de mémoire du drone 2.
Selon une variante, la cible 58 est une cible lumineuse, par exemple formée d’un ou plusieurs deux de signalisation, ajoutés sur l’aéronef ou déjà présents sur un aéronef, par exemple des deux anticollision.
La figure 3 est un synoptique des principales étapes d’un procédé de pilotage de drone mis en oeuvre par le drone, selon un mode de réalisation de l’invention.
Dans un mode de vol nominal 60, le système de pilotage, à bord du drone, met en oeuvre une étape 62 de calcul de position spatiale du drone dans un référentiel spatial de géolocalisation prédéterminé, un envoi 64 de données, comportant la position spatiale du drone, via une communication radio selon le premier mode de communication, vers la station de commande et une réception 66 de commandes de vol en provenance de la station de commande.
En fonctionnement nominal, le calcul de position spatiale du drone est effectué par le module de positionnement 22 régulièrement, et chaque calcul de position comporte une évaluation de validité de la position spatiale calculée. La validité est positive (position spatiale calculée valide) ou négative (position spatiale calculée non-valide).
En fonctionnement nominal, à l’étape d’envoi 64, la position spatiale calculée et une information de validité associée sont envoyées à la station de commande.
Le procédé met en oeuvre un mode de vol 70 en situation de détresse.
Une étape 72 de détection d’un dysfonctionnement du premier module de communication radio et/ou du module de positionnement du drone est mise en oeuvre.
Par exemple, le dysfonctionnement du premier module de communication est détecté en cas d’absence de réception par ce module de messages de la station de commande distante. L’absence de réception de messages peut être due à une défaillance matérielle, ou logicielle ou à l’existence de conditions externes (par exemple un brouillage) empêchant la réception d’ondes radio par ce premier module de communication.
De même, le dysfonctionnement du module de positionnement est détecté en cas d’absence de réception de signaux de géolocalisation, ou d’impossibilité de calcul autonome de position spatiale, ou encore de calcul de position spatiale pour laquelle l’information de validité est négative, en d’autres termes le calcul d’une position spatiale non-valide. En cas d’absence de dysfonctionnement constaté, l’étape 72 est suivie par les étapes 62 à 66 de fonctionnement en mode de vol nominal.
En cas de détection de dysfonctionnement, l’étape 72 est suivie d’une étape 74 de vérification de l’état de fonctionnement du module de positionnement.
En cas d’absence de dysfonctionnement du module de positionnement (réponse « non » à l’étape 74), l’étape 74 est suivie d’une étape 76 de commande d’un vol du drone en boucle autour d’une position spatiale choisie. Dans un mode de réalisation, la position spatiale choisie est la dernière position spatiale valide transmise par le drone à la station de commande distante. En variante, la position spatiale choisie est une position spatiale prédéterminée selon un plan de vol préalablement mémorisé.
En cas de détection d’un dysfonctionnement du module de positionnement (réponse « oui » à l’étape 74), l’étape 74 est suivie d’une étape 78 de commande d’un vol du drone en boucle autour d’une position spatiale choisie qui est la dernière position spatiale valide calculée par le module de positionnement du drone. Selon une variante, la position spatiale choisie est la position spatiale courante du drone au moment de la détection du dysfonctionnement du module de positionnement.
Les étapes respectives 76 et 78 de commande de vol en boucle autour d’une position spatiale choisie sont suivies d’une étape 80 de détection de présence d’un aéronef de guidage à proximité du drone, c’est-à-dire dans un périmètre s’étendant à une distance comprise entre quelques mètres et 1000 mètres selon la vitesse du drone par rapport à la position spatiale choisie.
L’étape 80 de détection de présence d’un aéronef de guidage est itérée jusqu’à la détection effective d’un aéronef de guidage.
Par exemple, dans un mode de réalisation, une écoute des signaux reçus par le deuxième module de communication radio est effectuée, selon le deuxième mode de communication radio de moyenne/courte portée radio, par exemple une communication par téléphonie VHF, WIFI, Bluetooth.
Ensuite, un asservissement du vol du drone en situation de détresse sur le vol de l’aéronef de guidage est mis en oeuvre à l’étape 82.
Par exemple, dans un mode de réalisation, des images captées par un capteur d’images 32 porté par le drone sont analysées, et un algorithme de poursuite de cible de forme prédéterminée est mis en oeuvre. Dans ce mode de réalisation, l’aéronef de guidage comporte une cible de la forme prédéterminée choisie placée sur une face extérieure. Le drone est alors programmé pour poursuivre l’aéronef de guidage, grâce à cette détection et poursuite de cible, la forme de la cible étant mémorisée préalablement dans une unité de mémoire du drone, à une distance prédéterminée de quelques mètres à 1000 mètres selon la performance de la caméra et la vitesse du drone.
En variante ou en complément, l’asservissement du drone en situation de détresse sur l’aéronef de guidage se fait via la reconnaissance de cible lumineuse de type feux de signalisation portée par l’aéronef de guidage.
En variante ou en complément, le deuxième mode de communication radio est utilisé pour communiquer entre l’aéronef de guidage et le drone. En particulier, l’aéronef de guidage transmet au drone une information de position spatiale calculée par son propre module de positionnement et/ou des consignes de guidage, par exemple des commandes relatives à la trajectoire de vol à suivre.
La figure 4 est un synoptique des principales étapes d’un procédé de pilotage de drone mis en oeuvre par la station de commande, selon un mode de réalisation de l’invention.
La station de commande met en oeuvre des commandes de pilotage du drone. Le procédé comporte, comme dans le cas du drone, un mode de commande nominal 90 et un mode de commande en situation de détresse 100.
Dans le mode de commande nominal, la station de commande reçoit à l’étape de réception 92 des données en provenance du drone, sous forme de messages, comportant notamment la position spatiale du drone dans le référentiel prédéterminé et l’information de validité associée, et mémorise les positions spatiales valides reçues dans une étape de mémorisation 94. Par exemple les positions spatiales sont mémorisées successivement ou sont mémorisées en lien avec une date de réception. Les positions spatiales valides sont des positions spatiales de vol effectif du drone.
Une étape de génération et d’envoi de commandes 96 est également mise en oeuvre, avec l’aide d’un opérateur ou automatiquement par un système de calcul de la station de commande. L’étape 96 met en oeuvre par exemple un plan de vol préalablement établi, un calcul de trajectoire et une validation des données reçues du drone par rapport à la trajectoire calculée.
Une détection 102 d’un dysfonctionnement du premier module de communication radio du drone et/ou du module de positionnement du drone est mise en oeuvre.
En particulier, un dysfonctionnement dans la communication radio selon le premier mode de communication radio est détecté en cas d’absence de réception de messages contenant des données en provenance du drone. L’absence de réception de messages peut être due à une défaillance matérielle ou logicielle du premier module de communication radio embarqué sur le drone ou à l’existence de conditions externes (par exemple un brouillage) empêchant la propagation des ondes radio par exemple.
De même, le dysfonctionnement du module de positionnement est détecté en cas d’absence de réception de position spatiale du drone ou de réception de positions spatiales non-valides.
En l’absence de dysfonctionnement constaté, l’étape 102 est suivie des étapes 92 à 96 de fonctionnement nominal.
En cas de détection de dysfonctionnement, l’étape 102 est suivie d’une étape 104 de sélection d’un aéronef de guidage parmi un ensemble d’aéronefs de guidage. La sélection est effectuée sur un critère de pertinence, incluant par exemple : la proximité géographique par rapport à la dernière position spatiale valide du drone enregistrée, des caractéristiques de l’aéronef de guidage (vitesse, équipement), ou l’autonomie de vol de l’aéronef de guidage.
La sélection 104 est suivie d’une étape 106 de commande envoyée par la station de commande à l’aéronef de guidage, pour une mission de guidage du drone.
La commande comprend notamment une position spatiale de guidage, qui est la dernière position spatiale valide du drone enregistrée dans la station de commande. Dans un mode de réalisation, en plus de la validité associée à la position spatiale reçue du drone, une vérification par rapport à une trajectoire pré établie est effectuée pour choisir la position spatiale de guidage.
En variante, lorsqu’un dysfonctionnement de communication a été constaté sans dysfonctionnement du module de positionnement, la position spatiale de guidage est une position spatiale prédéterminée selon un plan de vol préalablement mémorisé.
En complément, la commande comprend également le plan de vol du drone ou une trajectoire pré-établie du drone.
L’aéronef de guidage se rend alors à la position spatiale de guidage indiquée dans la commande reçue de la station de commande et effectue une recherche du drone en détresse à partir de cette position spatiale.
Ensuite, une phase d’asservissement de vol est mise en oeuvre.
Dans un mode de réalisation, l’aéronef de guidage transmet au drone des informations de position spatiale calculée par son propre module de positionnement et/ou des commandes relatives à la trajectoire de vol à suivre, en utilisant le deuxième mode de communication radio de moyenne/courte portée.
Avantageusement, le système de pilotage de drone proposé en cas de détection d’une situation de détresse, par un dysfonctionnement de communication ou de positionnement du drone, permet de guider le drone en détresse par asservissement de son vol à un aéronef de guidage en bon état de fonctionnement, et donc permet d’éviter des accidents.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de pilotage d’un drone, comportant un drone (2) et une station de commande distante (4), le drone (2) comportant un module de communication radio (20) adapté à communiquer avec la station de commande (4) selon un premier mode de communication, le drone (2) étant contrôlé par un module de pilotage automatique (28) adapté à coopérer avec un module de positionnement (22) adapté à calculer une position spatiale du drone (2) pour voler selon une trajectoire, ledit drone (2) étant configuré pour communiquer régulièrement ladite position spatiale à la station de commande (4) par ledit premier mode de communication, le système de pilotage (1) étant caractérisé en ce que la station de commande (4) est configurée pour :
-détecter un dysfonctionnement du module de communication radio (20) et/ou un dysfonctionnement du module de positionnement (22) dudit drone (2),
- sélectionner un aéronef de guidage (14) parmi un ensemble d’aéronefs au sol et/ou en vol selon au moins un critère de pertinence,
-commander l’aéronef de guidage (14) sélectionné pour se rendre à une position spatiale de guidage dudit drone (2) pour effectuer un guidage par asservissement dudit drone (2) sur l’aéronef de guidage (14).
2. Système de pilotage selon la revendication 1 , dans lequel ladite position spatiale de guidage est la dernière position spatiale valide dudit drone reçue par la station de commande (4).
3. Système de pilotage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit drone (2) comporte un dispositif électronique programmable (30) embarqué configuré pour détecter un dysfonctionnement du module de communication radio (20) et/ou un dysfonctionnement du module de positionnement (22), et dès la détection d’un dysfonctionnement commander un vol en boucle autour d’une position spatiale choisie.
4. Système de pilotage selon la revendication 3, dans lequel ladite position spatiale choisie est la dernière position spatiale valide du drone (2) transmise à la station de commande.
5. Système de pilotage selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit module de communication radio (20) est un premier module de communication radio, ledit drone (2) comportant en outre un deuxième module de communication radio (26) adapté à communiquer en émission/réception selon un deuxième mode de communication radio.
6. Système de pilotage selon la revendication 5, dans lequel ledit aéronef de guidage (14) comporte également un module de communication radio (54) adapté à communiquer en émission/réception selon ledit deuxième mode de communication radio.
7. Système selon la revendication 6, dans lequel ledit aéronef de guidage est adapté à transmettre au drone, selon ledit deuxième mode de communication radio, une information de position spatiale calculée par un module de positionnement de l’aéronef de guidage et/ou des commandes relatives à une trajectoire de vol à suivre.
8. Système de pilotage selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel ledit drone (2) comporte en outre un capteur d’images (32) et un module calculatoire configuré pour analyser des images captées par le capteur d’images et détecter la présence d’une cible mémorisée de forme prédéterminée.
9. Système de pilotage selon la revendication 8, dans lequel ledit aéronef de guidage (14) présente une cible (58) ayant ladite forme prédéterminée.
10. Système de pilotage selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel ledit critère de pertinence est un critère de proximité géographique par rapport à ladite dernière position spatiale reçue.
11. Procédé de pilotage de drone mis en oeuvre dans un système de pilotage de drone conforme aux revendications 1 à 10, le procédé comportant les étapes suivantes mises en oeuvre par un processeur d’un dispositif programmable embarqué à bord d’un drone :
-détection d’un dysfonctionnement (72, 74) du module de communication radio avec la station de commande et/ou d’un dysfonctionnement du module de positionnement,
-en cas de détection d’un dysfonctionnement, commande (76, 78) de vol en boucle du drone (2) autour d’une position spatiale choisie.
12. Procédé selon la revendication 11 , comportant en outre une étape de détection (80) d’un aéronef de guidage par le drone, suivie d’une étape d’asservissement (82) du vol du drone sur l’aéronef de guidage.
13. Procédé selon l’une des revendications 11 ou 12, comportant en outre les étapes suivantes mises en oeuvre par une station de commande :
- détection (102) d’un dysfonctionnement de communication radio selon le premier mode de communication avec le drone et/ou d’un dysfonctionnement du module de positionnement, - envoi (106) d’une commande à un aéronef de guidage pour se rendre à une position spatiale de guidage dudit drone pour effectuer un guidage par asservissement dudit drone sur l’aéronef de guidage.
14. Procédé selon la revendication 13, comportant en outre une étape de sélection (104) d’un aéronef de guidage par la station de commande distante parmi un ensemble d’aéronefs de guidage selon au moins un critère de pertinence.
15. Programme d’ordinateur comportant des premières instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont mises en oeuvre par un dispositif électronique programmable embarqué dans un drone, mettent en oeuvre un procédé de pilotage de drone conforme aux revendications 11 à 12 et des deuxièmes instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont mises en oeuvre par un dispositif électronique programmable d’une station de commande mettent en oeuvre un procédé de pilotage de drone conforme aux revendications 13 à 14.
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