CA3048013A1 - Procede et drone muni d'un systeme d'aide a l'atterrissage/decollage - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un drone (1) muni d'un système de pilotage automatique (10) comprenant au moins un actionneur de pilotage (11) et au moins un calculateur embarqué (15). Le système de pilotage automatique (10) comprenant un jeu principal (20) de senseurs embarqué et un jeu complémentaire (30) de senseurs, ledit calculateur embarqué (15) étant configuré pour générer un ordre de commande pour commander un actionneur de pilotage sur la base par défaut de premières mesures réalisées par le jeu principal (20) de senseurs et au moins une deuxième mesure réalisée par le jeu complémentaire (30) de senseurs en cas de meilleures précisions de la deuxième mesure par rapport aux premières mesures pour notamment optimiser une approche.
Description
PROCEDE ET DRONE MUNI D'UN SYSTEME D'AIDE A
L'ATTERRISSAGE/DECOLLAGE
La présente invention concerne un procédé et un drone muni d'un système d'aide à l'atterrissage/décollage.
Un drone peut posséder un système de navigation autonome qui contrôle des actionneurs afin de piloter la trajectoire suivie par ce drone. Le terme actionneur est à interpréter au sens large, ce terme pouvant notamment désigner tout organe apte à engendrer le déplacement ou la déformation d'un autre organe et pouvant par exemple comprendre des vérins, des servocommandes, des moteurs...
Ce système de navigation peut être à cet effet relié à un jeu de capteurs. Un tel jeu de capteurs peut comprendre un système de positionnement par satellites fournissant les coordonnées du drone et une centrale inertielle fournissant notamment les angles de tangage, de roulis et de lacet de l'aéronef.
Par sécurité, le jeu de capteurs peut être redondé. Néanmoins, si par exemple des conditions météorologiques perturbent un système de positionnement par satellites, tous les systèmes de positionnement par satellites seront perturbés.
Par ailleurs, les document US2016/335901, W02017/165854, CA2996709 et US2014/032034 sont aussi connus.
La présente invention a alors pour objet de proposer un drone innovant visant à être robuste d'un point de vue sécurité et fiabilité.
L'ATTERRISSAGE/DECOLLAGE
La présente invention concerne un procédé et un drone muni d'un système d'aide à l'atterrissage/décollage.
Un drone peut posséder un système de navigation autonome qui contrôle des actionneurs afin de piloter la trajectoire suivie par ce drone. Le terme actionneur est à interpréter au sens large, ce terme pouvant notamment désigner tout organe apte à engendrer le déplacement ou la déformation d'un autre organe et pouvant par exemple comprendre des vérins, des servocommandes, des moteurs...
Ce système de navigation peut être à cet effet relié à un jeu de capteurs. Un tel jeu de capteurs peut comprendre un système de positionnement par satellites fournissant les coordonnées du drone et une centrale inertielle fournissant notamment les angles de tangage, de roulis et de lacet de l'aéronef.
Par sécurité, le jeu de capteurs peut être redondé. Néanmoins, si par exemple des conditions météorologiques perturbent un système de positionnement par satellites, tous les systèmes de positionnement par satellites seront perturbés.
Par ailleurs, les document US2016/335901, W02017/165854, CA2996709 et US2014/032034 sont aussi connus.
La présente invention a alors pour objet de proposer un drone innovant visant à être robuste d'un point de vue sécurité et fiabilité.
2 Un drone selon l'invention peut être muni d'un système de pilotage automatique comprenant au moins un actionneur de pilotage, le système de pilotage automatique comprenant au moins un calculateur embarqué configuré pour générer un ordre de commande afin de commander ledit au moins un actionneur de pilotage, le système de pilotage automatique comprenant un jeu principal de senseurs embarqués mesurant au moins une valeur d'une donnée relative à la position du drone, éventuellement par rapport à une aire d'atterrissage voire en communication avec ledit au moins un calculateur embarqué, le jeu principal de senseurs comprenant deux senseurs qui incluent respectivement un organe embarqué d'un système de localisation par satellites et une centrale inertielle.
Le drone embarque un jeu complémentaire de senseurs en communication avec ledit au moins un calculateur embarqué, le jeu complémentaire comprenant au moins un senseur fournissant au moins une dite valeur et par exemple une information relative à la position du drone par rapport à une aire d'atterrissage, ledit au moins un senseur du jeu complémentaire et les senseurs du jeu principal de senseurs étant dissimilaires, le calculateur embarqué étant configuré
pour calculer la précision de chaque senseur du jeu principal et du jeu complémentaire et pour générer ledit ordre de commande sur la base par défaut de premières mesures réalisées par le jeu principal de senseurs et au moins d'une deuxième mesure réalisée par le jeu complémentaire de senseurs en cas de meilleures précisions de la deuxième mesure par rapport aux premières mesures.
Le terme dissimilaire signifie que les senseurs concernés fonctionnent selon des principes physiques différents. Deux senseurs dissimilaires mesurent alors la valeur d'un même paramètre de manière différente.
Le drone embarque un jeu complémentaire de senseurs en communication avec ledit au moins un calculateur embarqué, le jeu complémentaire comprenant au moins un senseur fournissant au moins une dite valeur et par exemple une information relative à la position du drone par rapport à une aire d'atterrissage, ledit au moins un senseur du jeu complémentaire et les senseurs du jeu principal de senseurs étant dissimilaires, le calculateur embarqué étant configuré
pour calculer la précision de chaque senseur du jeu principal et du jeu complémentaire et pour générer ledit ordre de commande sur la base par défaut de premières mesures réalisées par le jeu principal de senseurs et au moins d'une deuxième mesure réalisée par le jeu complémentaire de senseurs en cas de meilleures précisions de la deuxième mesure par rapport aux premières mesures.
Le terme dissimilaire signifie que les senseurs concernés fonctionnent selon des principes physiques différents. Deux senseurs dissimilaires mesurent alors la valeur d'un même paramètre de manière différente.
3 Pour remplir ses fonctions, le calculateur embarqué peut comprendre un ou plusieurs calculateurs, une ou plusieurs cartes électroniques d'un même équipement, un ou plusieurs segments de code... Selon un exemple, un calculateur complémentaire du calculateur embarqué est relié à chaque senseur du jeu principal et du jeu complémentaire de senseurs, ce calculateur complémentaire étant relié à un calculateur de navigation du calculateur embarqué lui-même relié à chaque actionneur. Selon un autre exemple, chaque senseur du jeu principal et du jeu complémentaire de senseurs est relié à un calculateur de navigation, éventuellement via des filtres usuels. D'autres architectures sont possibles sans sortir du cadre de l'invention.
Dans le cadre d'un vol autonome d'un drone, à savoir sans pilote embarqué et sans pilote à distance, les phases de décollage et d'atterrissage sont de fait les plus critiques. Le drone de l'invention peut permettre de réaliser ces manoeuvres avec un niveau de sécurité
et de fiabilité optimisé.
A cet effet, le drone embarque au moins un jeu complémentaire de senseurs. Par exemple, le jeu complémentaire peut comprendre au moins deux systèmes dissimilaires mesurant la hauteur du drone et/ou au moins deux systèmes dissimilaires mesurant la position du drone par exemple par rapport à une aire d'atterrissage et/ou au moins un système permettant d'évaluer l'attitude du drone. Un même système du jeu complémentaire peut permettre de mesurer la hauteur du drone et/ou la position du drone par rapport à une aire d'atterrissage et/ou les angles d'attitude du drone en roulis, tangage et lacet.
Dans le cadre d'un vol autonome d'un drone, à savoir sans pilote embarqué et sans pilote à distance, les phases de décollage et d'atterrissage sont de fait les plus critiques. Le drone de l'invention peut permettre de réaliser ces manoeuvres avec un niveau de sécurité
et de fiabilité optimisé.
A cet effet, le drone embarque au moins un jeu complémentaire de senseurs. Par exemple, le jeu complémentaire peut comprendre au moins deux systèmes dissimilaires mesurant la hauteur du drone et/ou au moins deux systèmes dissimilaires mesurant la position du drone par exemple par rapport à une aire d'atterrissage et/ou au moins un système permettant d'évaluer l'attitude du drone. Un même système du jeu complémentaire peut permettre de mesurer la hauteur du drone et/ou la position du drone par rapport à une aire d'atterrissage et/ou les angles d'attitude du drone en roulis, tangage et lacet.
4 Dès lors, chaque jeu complémentaire de senseurs peut permettre au système de fonctionner malgré plusieurs pannes telles que la perte du système de localisation par satellites et/ou de la centrale inertielle mais aussi de la perte éventuelle d'un des senseurs de ce jeu complémentaire de senseurs.
L'utilisation de senseurs fonctionnant sur des phénomènes physiques totalement différents peut tendre à éviter des pannes communes, par exemple suite à des problèmes météorologiques ou à
des interférences électromagnétiques.
Ainsi, le calculateur embarqué pilote le drone pour suivre une trajectoire selon des méthodes usuelles en utilisant les informations de positionnement fournies par le jeu principal et/ou le jeu complémentaire de senseurs. Par exemple, en vol de croisière les senseurs du jeu principal sont sollicités. Par contre, lors d'un atterrissage la précision du système de positionnement par satellites étant relativement faible pour une information de hauteur, le calculateur embarqué utilise si possible la centrale inertielle et le jeu complémentaire. Éventuellement, le calculateur embarqué peut détecter, par comparaison des données mesurées, la panne d'un senseur particulier et peut alors l'ignorer partiellement ou totalement par la suite.
Les divers senseurs du jeu complémentaire peuvent être redondés et/ou le jeu complémentaire peut lui-même être redondé.
Le drone peut par ailleurs comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui suivent.
L'utilisation de senseurs fonctionnant sur des phénomènes physiques totalement différents peut tendre à éviter des pannes communes, par exemple suite à des problèmes météorologiques ou à
des interférences électromagnétiques.
Ainsi, le calculateur embarqué pilote le drone pour suivre une trajectoire selon des méthodes usuelles en utilisant les informations de positionnement fournies par le jeu principal et/ou le jeu complémentaire de senseurs. Par exemple, en vol de croisière les senseurs du jeu principal sont sollicités. Par contre, lors d'un atterrissage la précision du système de positionnement par satellites étant relativement faible pour une information de hauteur, le calculateur embarqué utilise si possible la centrale inertielle et le jeu complémentaire. Éventuellement, le calculateur embarqué peut détecter, par comparaison des données mesurées, la panne d'un senseur particulier et peut alors l'ignorer partiellement ou totalement par la suite.
Les divers senseurs du jeu complémentaire peuvent être redondés et/ou le jeu complémentaire peut lui-même être redondé.
Le drone peut par ailleurs comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui suivent.
5 Par exemple, ledit au moins un senseur dudit jeu complémentaire peut comporter plusieurs senseurs dissimilaires qui mesurent des valeurs d'au moins un même paramètre.
Selon un aspect, ledit au moins un senseur du jeu complémentaire peut comporter au moins deux capteurs embarqués à
ultrasons d'un système de positionnement par ultrasons ainsi qu'une caméra et qu'un système de télédétection par laser et une radiosonde. Un système de télédétection par laser et une radiosonde peuvent être des sous-ensembles d'un système de détection par laser altimétrique.
Un tel système par ultrasons est par exemple du type du système LOLAS de la société Internest . Un système de télédétection par laser est aussi connu sous l'acronyme LIDAR et l'expression anglaise light detection and ranging .
De manière usuelle, une aire d'atterrissage peut être associée à
un référentiel comprenant trois axes orthogonaux entre eux. Ces trois axes peuvent comprendre deux axes horizontaux et un axe vertical.
Un système de télédétection par laser permet de mesurer une hauteur, à savoir une coordonnée selon l'axe vertical, et une vitesse de descente.
Le système par ultrasons permet de mesurer un décalage par rapport à une aire d'atterrissage, à savoir deux coordonnées selon les axes horizontaux, la radiosonde fournissant une hauteur.
La caméra peut former des images de l'aire d'atterrissage permettant de déterminer par des méthodes d'imagerie usuelles la
Selon un aspect, ledit au moins un senseur du jeu complémentaire peut comporter au moins deux capteurs embarqués à
ultrasons d'un système de positionnement par ultrasons ainsi qu'une caméra et qu'un système de télédétection par laser et une radiosonde. Un système de télédétection par laser et une radiosonde peuvent être des sous-ensembles d'un système de détection par laser altimétrique.
Un tel système par ultrasons est par exemple du type du système LOLAS de la société Internest . Un système de télédétection par laser est aussi connu sous l'acronyme LIDAR et l'expression anglaise light detection and ranging .
De manière usuelle, une aire d'atterrissage peut être associée à
un référentiel comprenant trois axes orthogonaux entre eux. Ces trois axes peuvent comprendre deux axes horizontaux et un axe vertical.
Un système de télédétection par laser permet de mesurer une hauteur, à savoir une coordonnée selon l'axe vertical, et une vitesse de descente.
Le système par ultrasons permet de mesurer un décalage par rapport à une aire d'atterrissage, à savoir deux coordonnées selon les axes horizontaux, la radiosonde fournissant une hauteur.
La caméra peut former des images de l'aire d'atterrissage permettant de déterminer par des méthodes d'imagerie usuelles la
6 position du drone dans le référentiel de l'aire d'atterrissage et de déterminer si le drone est à plat par rapport à l'aire d'atterrissage.
Cette architecture est alors redondante, dissimilaire et robuste puisque les divers senseurs fonctionnent sur des principes physiques différents.
Tous ces senseurs peuvent être fusionnés au travers de filtres adéquats au niveau du calculateur embarqué en fonction du type et de la forme des signaux renvoyés par chacun des senseurs.
Cette architecture permet de rester performante en fonction des conditions météorologiques.
L'utilisation de plusieurs familles de senseurs fonctionnant selon des principes physiques différents permet au drone de fonctionner sous différentes conditions environnementales.
Par exemple, de nuit ou en présence de brouillard le système de positionnement par ultrasons et les radiosondes restent efficaces.
En présence de vent ou de bruit importants, le système de télédétection par laser peut permettre de fournir une indication de hauteur fiable.
Par ailleurs, en cas de panne du système de positionnement par .. satellites dans une zone où le jeu complémentaire est actif, ce jeu complémentaire permet d'obtenir la position du drone par rapport à
l'aire d'atterrissage, même en cas de panne d'un senseur du jeu complémentaire.
Cette architecture est alors redondante, dissimilaire et robuste puisque les divers senseurs fonctionnent sur des principes physiques différents.
Tous ces senseurs peuvent être fusionnés au travers de filtres adéquats au niveau du calculateur embarqué en fonction du type et de la forme des signaux renvoyés par chacun des senseurs.
Cette architecture permet de rester performante en fonction des conditions météorologiques.
L'utilisation de plusieurs familles de senseurs fonctionnant selon des principes physiques différents permet au drone de fonctionner sous différentes conditions environnementales.
Par exemple, de nuit ou en présence de brouillard le système de positionnement par ultrasons et les radiosondes restent efficaces.
En présence de vent ou de bruit importants, le système de télédétection par laser peut permettre de fournir une indication de hauteur fiable.
Par ailleurs, en cas de panne du système de positionnement par .. satellites dans une zone où le jeu complémentaire est actif, ce jeu complémentaire permet d'obtenir la position du drone par rapport à
l'aire d'atterrissage, même en cas de panne d'un senseur du jeu complémentaire.
7 En cas de panne de la centrale inertielle, les images fournies par la caméra peuvent permettre de maintenir une assiette à plat lors de phases d'approche et de descente verticales du drone.
Selon un aspect, le calculateur embarqué peut être configuré
pour générer ledit ordre de commande sur la base par défaut des premières mesures du jeu principal de senseurs puis dès que le système de positionnement par satellites est moins précis que le système de positionnement par ultrasons sur la base par défaut de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons et de la caméra et de la radiosonde puis de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons et de la radiosonde et du système de télédétection par laser en cas de panne de la caméra ou de deuxièmes mesures de la caméra et du système de télédétection par laser et de la radiosonde en cas de panne du système de positionnement par ultrasons ou de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons et de la radiosonde de la caméra en cas de panne du système de télédétection par laser.
Selon un aspect, ledit calculateur embarqué est configuré pour comparer lesdites premières mesures et ladite au moins une deuxième mesure provenant du jeu principal de senseurs et du jeu complémentaire de senseurs, par exemple via un calculateur complémentaire relié à un calculateur de navigation.
Le calculateur embarqué peut par exemple comparer la hauteur mesurée via les images transmises par la caméra, via la radiosonde et via le système de télédétection par laser voire via le système de positionnement par satellites. Si une des hauteurs mesurées est aberrante au regard des autres hauteurs le senseur concerné est ignoré, du moins en ce qui concerne le paramètre de hauteur. Le
Selon un aspect, le calculateur embarqué peut être configuré
pour générer ledit ordre de commande sur la base par défaut des premières mesures du jeu principal de senseurs puis dès que le système de positionnement par satellites est moins précis que le système de positionnement par ultrasons sur la base par défaut de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons et de la caméra et de la radiosonde puis de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons et de la radiosonde et du système de télédétection par laser en cas de panne de la caméra ou de deuxièmes mesures de la caméra et du système de télédétection par laser et de la radiosonde en cas de panne du système de positionnement par ultrasons ou de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons et de la radiosonde de la caméra en cas de panne du système de télédétection par laser.
Selon un aspect, ledit calculateur embarqué est configuré pour comparer lesdites premières mesures et ladite au moins une deuxième mesure provenant du jeu principal de senseurs et du jeu complémentaire de senseurs, par exemple via un calculateur complémentaire relié à un calculateur de navigation.
Le calculateur embarqué peut par exemple comparer la hauteur mesurée via les images transmises par la caméra, via la radiosonde et via le système de télédétection par laser voire via le système de positionnement par satellites. Si une des hauteurs mesurées est aberrante au regard des autres hauteurs le senseur concerné est ignoré, du moins en ce qui concerne le paramètre de hauteur. Le
8 même procédé peut être appliqué pour les autres paramètres mesurés.
L'invention vise par ailleurs un procédé de pilotage autonome et automatique d'un drone, et notamment d'un drone selon l'invention.
Selon ce procédé, le calculateur embarqué calcule la précision de chaque senseur du jeu principal et du jeu complémentaire et calcule l'ordre de commande transmis à un actionneur de pilotage en utilisant par défaut des premières mesures du jeu principal de senseurs et au moins une deuxième mesure du jeu complémentaire de senseurs en cas de meilleures précisions de ladite au moins une deuxième mesure par rapport aux premières mesures.
Par exemple, le calculateur embarqué mémorise une trajectoire à suivre et utilise les données mesurées par le jeu principal et le jeu complémentaire de senseurs pour suivre cette trajectoire à l'aide d'une ou plusieurs lois de pilotage mémorisées.
Le calculateur embarqué peut déterminer la précision de chaque senseur de manière statistique sur la base par exemple d'une pluralité de mesures successives réalisées par ce senseur.
Selon un aspect, ledit au moins un senseur dudit jeu complémentaire peut comporter au moins deux capteurs embarqués à
ultrasons d'un système de positionnement par ultrasons, ledit système de positionnement par ultrasons comprenant des capteurs de sol agencés sur une aire d'atterrissage.
Selon un aspect, le calculateur embarqué peut générer ledit ordre de commande sur la base par défaut de premières mesures du jeu principal de senseurs puis dès que le système de positionnement
L'invention vise par ailleurs un procédé de pilotage autonome et automatique d'un drone, et notamment d'un drone selon l'invention.
Selon ce procédé, le calculateur embarqué calcule la précision de chaque senseur du jeu principal et du jeu complémentaire et calcule l'ordre de commande transmis à un actionneur de pilotage en utilisant par défaut des premières mesures du jeu principal de senseurs et au moins une deuxième mesure du jeu complémentaire de senseurs en cas de meilleures précisions de ladite au moins une deuxième mesure par rapport aux premières mesures.
Par exemple, le calculateur embarqué mémorise une trajectoire à suivre et utilise les données mesurées par le jeu principal et le jeu complémentaire de senseurs pour suivre cette trajectoire à l'aide d'une ou plusieurs lois de pilotage mémorisées.
Le calculateur embarqué peut déterminer la précision de chaque senseur de manière statistique sur la base par exemple d'une pluralité de mesures successives réalisées par ce senseur.
Selon un aspect, ledit au moins un senseur dudit jeu complémentaire peut comporter au moins deux capteurs embarqués à
ultrasons d'un système de positionnement par ultrasons, ledit système de positionnement par ultrasons comprenant des capteurs de sol agencés sur une aire d'atterrissage.
Selon un aspect, le calculateur embarqué peut générer ledit ordre de commande sur la base par défaut de premières mesures du jeu principal de senseurs puis dès que le système de positionnement
9 par satellites est moins précis qu'un système de positionnement par ultrasons sur la base par défaut de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons et de la caméra et de la radiosonde puis de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons et de la radiosonde et du système de télédétection par laser en cas de panne de la caméra ou de mesures de la caméra et du système de télédétection par laser et de la radiosonde en cas de panne du système de positionnement par ultrasons ou de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons et de la radiosonde de la caméra en cas de panne du système de télédétection par laser.
Selon un aspect, de nuit le procédé peut comporter les étapes suivantes : émission de plusieurs faisceaux lumineux périphériques formant des coins d'un polygone localisé sur une aire d'atterrissage, émission d'un faisceau lumineux central localisé au centre du polygone, détermination avec le calculateur embarqué d'une position du drone par rapport à l'aire d'atterrissage à l'aide d'une image desdits faisceaux lumineux périphériques et central prise par une caméra.
Le polygone n'est pas nécessairement tracé sur l'aire d'atterrissage.
Selon un aspect, pour atterrir sur une aire d'atterrissage mobile, le procédé peut comporter les étapes suivantes : positionnement du drone à la verticale de ladite aire d'atterrissage sur ordre du calculateur embarqué, détermination par le calculateur embarqué
d'une période d'un mouvement de roulis et de tangage de ladite aire d'atterrissage en scrutant avec une caméra deux axes orthogonaux entre eux d'un cercle géométrique de ladite aire d'atterrissage,
Selon un aspect, de nuit le procédé peut comporter les étapes suivantes : émission de plusieurs faisceaux lumineux périphériques formant des coins d'un polygone localisé sur une aire d'atterrissage, émission d'un faisceau lumineux central localisé au centre du polygone, détermination avec le calculateur embarqué d'une position du drone par rapport à l'aire d'atterrissage à l'aide d'une image desdits faisceaux lumineux périphériques et central prise par une caméra.
Le polygone n'est pas nécessairement tracé sur l'aire d'atterrissage.
Selon un aspect, pour atterrir sur une aire d'atterrissage mobile, le procédé peut comporter les étapes suivantes : positionnement du drone à la verticale de ladite aire d'atterrissage sur ordre du calculateur embarqué, détermination par le calculateur embarqué
d'une période d'un mouvement de roulis et de tangage de ladite aire d'atterrissage en scrutant avec une caméra deux axes orthogonaux entre eux d'un cercle géométrique de ladite aire d'atterrissage,
10 détermination d'un taux de montée et de descente de ladite aire d'atterrissage avec ledit calculateur embarqué, descente du drone vers l'aire d'atterrissage sur ordre du calculateur embarqué pour atteindre l'aire d'atterrissage lorsque cette aire d'atterrissage est .. horizontale et en phase de descente.
Selon un aspect, pour poser le drone sur une aire d'atterrissage comprenant un marquage d'identification, le procédé peut comporter une étape d'identification de l'aire d'atterrissage en scrutant ledit marquage avec une caméra, ledit calculateur embarqué autorisant l'atterrissage si le marquage correspond à un marquage mémorisé de l'aire d'atterrissage ciblée.
L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples donnés à
titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent :
- la figure 1, une vue schématique de composants d'un drone selon l'invention, - les figures 2 et 3, des schémas explicitant le fonctionnement du drone, - la figure 4, une vue présentant une aire d'atterrissage munie d'un marquage, et - la figure 5, une vue explicitant une procédure d'atterrissage de nuit.
Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence.
Selon un aspect, pour poser le drone sur une aire d'atterrissage comprenant un marquage d'identification, le procédé peut comporter une étape d'identification de l'aire d'atterrissage en scrutant ledit marquage avec une caméra, ledit calculateur embarqué autorisant l'atterrissage si le marquage correspond à un marquage mémorisé de l'aire d'atterrissage ciblée.
L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples donnés à
titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent :
- la figure 1, une vue schématique de composants d'un drone selon l'invention, - les figures 2 et 3, des schémas explicitant le fonctionnement du drone, - la figure 4, une vue présentant une aire d'atterrissage munie d'un marquage, et - la figure 5, une vue explicitant une procédure d'atterrissage de nuit.
Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence.
11 Trois directions X, Y et Z orthogonales les unes par rapport aux autres sont représentées sur les figures 2 à 5 et définissent un référentiel attaché à l'aire d'atterrissage présentée.
La première direction X est dite longitudinale et la deuxième direction Y est dite transversale. La première direction X et la deuxième direction Y définissent un plan d'atterrissage XY.
Enfin, la troisième direction Z est dite en élévation.
La figure 1 illustre un drone 1 selon l'invention. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention sont décrits pour ne pas alourdir inutilement cette figure 1.
Outre des éléments usuels, le drone 1 comporte au moins un organe de vol pilotable 2 assurant la propulsion et/ou le déplacement de ce drone 1. Selon l'exemple illustré, le drone 1 comporte des organes de vol pilotables 2 prenant la forme de rotors mis en rotation par des moteurs électriques 3. Outre des rotors, des organes de vol pilotables 2 peuvent comprendre des réacteurs, des hélices, des volets, des ailerons...
Pour piloter des organes de vol pilotables 2, le drone 1 comporte un système de pilotage automatique 10, par exemple autonome en vol. Ce système de pilotage automatique 10 comporte un ou plusieurs actionneurs de pilotage 11 configurées pour piloter un ou plusieurs organes de vol pilotables 2. Par exemple, un tel actionneur de pilotage peut prendre la forme d'un moteur électrique 3 entraînant en rotation un rotor, ce moteur pouvant présenter un arbre de sortie ayant une vitesse de rotation ajustable. Selon un autre exemple, un actionneur de pilotage peut prendre la forme d'un vérin
La première direction X est dite longitudinale et la deuxième direction Y est dite transversale. La première direction X et la deuxième direction Y définissent un plan d'atterrissage XY.
Enfin, la troisième direction Z est dite en élévation.
La figure 1 illustre un drone 1 selon l'invention. Seuls les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention sont décrits pour ne pas alourdir inutilement cette figure 1.
Outre des éléments usuels, le drone 1 comporte au moins un organe de vol pilotable 2 assurant la propulsion et/ou le déplacement de ce drone 1. Selon l'exemple illustré, le drone 1 comporte des organes de vol pilotables 2 prenant la forme de rotors mis en rotation par des moteurs électriques 3. Outre des rotors, des organes de vol pilotables 2 peuvent comprendre des réacteurs, des hélices, des volets, des ailerons...
Pour piloter des organes de vol pilotables 2, le drone 1 comporte un système de pilotage automatique 10, par exemple autonome en vol. Ce système de pilotage automatique 10 comporte un ou plusieurs actionneurs de pilotage 11 configurées pour piloter un ou plusieurs organes de vol pilotables 2. Par exemple, un tel actionneur de pilotage peut prendre la forme d'un moteur électrique 3 entraînant en rotation un rotor, ce moteur pouvant présenter un arbre de sortie ayant une vitesse de rotation ajustable. Selon un autre exemple, un actionneur de pilotage peut prendre la forme d'un vérin
12 déplaçant en rotation un aileron ou un volet ou encore une pale autour de son axe de pas collectif...
Pour piloter le drone afin de lui faire suivre une trajectoire, le drone peut comprendre un calculateur embarqué 15 qui est notamment configuré pour transmettre des ordres de commande aux divers actionneurs de pilotage 11. De tels ordres de commande peuvent à titre illustratif prendre la forme de signaux électriques, numériques ou encore optiques transmis aux actionneurs de pilotage 11 par des liaisons filaires ou non filaires. Le calculateur embarqué
peut notamment contrôler les actionneurs de pilotage pour suivre une trajectoire mémorisée dans une mémoire du calculateur embarqué
avant le décollage, voire une trajectoire transmise par une station sol après le décollage puis mémorisée.
A cet effet, le calculateur embarqué peut être relié à divers senseurs pour estimer la position du drone au regard de la trajectoire à suivre afin de suivre cette trajectoire. De plus, le calculateur embarqué peut appliquer au moins une loi de pilotage pour suivre la trajectoire souhaitée en fonction de la position du drone.
Par exemple, une telle loi de pilotage est mémorisée dans une mémoire du calculateur embarqué ou peut être appliquée au travers d'un circuit logique.
Selon un autre aspect, le calculateur embarqué peut comprendre par exemple au moins un processeur et au moins une mémoire et/ou au moins un circuit intégré et/ou au moins un système programmable et/ou au moins un circuit logique, ces exemples ne limitant pas la portée donnée à
l'expression calculateur embarqué .
Pour piloter le drone afin de lui faire suivre une trajectoire, le drone peut comprendre un calculateur embarqué 15 qui est notamment configuré pour transmettre des ordres de commande aux divers actionneurs de pilotage 11. De tels ordres de commande peuvent à titre illustratif prendre la forme de signaux électriques, numériques ou encore optiques transmis aux actionneurs de pilotage 11 par des liaisons filaires ou non filaires. Le calculateur embarqué
peut notamment contrôler les actionneurs de pilotage pour suivre une trajectoire mémorisée dans une mémoire du calculateur embarqué
avant le décollage, voire une trajectoire transmise par une station sol après le décollage puis mémorisée.
A cet effet, le calculateur embarqué peut être relié à divers senseurs pour estimer la position du drone au regard de la trajectoire à suivre afin de suivre cette trajectoire. De plus, le calculateur embarqué peut appliquer au moins une loi de pilotage pour suivre la trajectoire souhaitée en fonction de la position du drone.
Par exemple, une telle loi de pilotage est mémorisée dans une mémoire du calculateur embarqué ou peut être appliquée au travers d'un circuit logique.
Selon un autre aspect, le calculateur embarqué peut comprendre par exemple au moins un processeur et au moins une mémoire et/ou au moins un circuit intégré et/ou au moins un système programmable et/ou au moins un circuit logique, ces exemples ne limitant pas la portée donnée à
l'expression calculateur embarqué .
13 Le calculateur embarqué peut selon un aspect comprendre un unique calculateur ou une pluralité de calculateurs. Par exemple, le calculateur embarqué peut comprendre un calculateur de navigation 16 ayant un processeur de navigation pour suivre une trajectoire en fonction de la position du drone et/ou un calculateur complémentaire 17 fusionnant des données relatives à une position du drone dans l'espace et/ou un calculateur d'imagerie 18 élaborant des données de position voire de déplacement à partir d'images captées par une caméra et/ou un calculateur compagnon 19 fusionnant des données de position de diverses natures. Le calculateur complémentaire et le calculateur compagnon représentent plusieurs étages de fusion de données en fonction par exemple de la nature des signaux reçus et du caractère brut ou filtré de ces signaux.
La figure 1 illustre une architecture, mais d'autres architectures sont envisageables sans sortir du cadre de l'invention.
Éventuellement, le calculateur embarqué 15 peut comprendre uniquement un calculateur de navigation pour exécuter le procédé
selon l'invention.
Pour évaluer sa position, par exemple par rapport à une aire d'atterrissage et dès lors à la trajectoire suivie, le drone 1 peut embarquer un jeu principal 20 de senseurs dénommé plus simplement jeu principal . Ce jeu principal comprend au moins deux senseurs, à savoir respectivement un organe embarqué 22 d'un système de localisation par satellites 23 et une centrale inertielle 21. L'organe embarqué 22 transmet des signaux portant une information de position du drone, au travers éventuellement de trois coordonnées dans un référentiel terrestre. La centrale inertielle 21 transmet des signaux portant des informations relatives d'une part à l'angle de
La figure 1 illustre une architecture, mais d'autres architectures sont envisageables sans sortir du cadre de l'invention.
Éventuellement, le calculateur embarqué 15 peut comprendre uniquement un calculateur de navigation pour exécuter le procédé
selon l'invention.
Pour évaluer sa position, par exemple par rapport à une aire d'atterrissage et dès lors à la trajectoire suivie, le drone 1 peut embarquer un jeu principal 20 de senseurs dénommé plus simplement jeu principal . Ce jeu principal comprend au moins deux senseurs, à savoir respectivement un organe embarqué 22 d'un système de localisation par satellites 23 et une centrale inertielle 21. L'organe embarqué 22 transmet des signaux portant une information de position du drone, au travers éventuellement de trois coordonnées dans un référentiel terrestre. La centrale inertielle 21 transmet des signaux portant des informations relatives d'une part à l'angle de
14 lacet ainsi qu'à l'ange de roulis et à l'angle de tangage du drone de position du drone et, d'autre part à une vitesse angulaire en lacet ainsi qu'à une vitesse angulaire en roulis et à une vitesse angulaire en tangage du drone. Par exemple, l'organe embarqué 22 d'un système de localisation par satellites 23 et une centrale inertielle 21 sont reliés à un calculateur complémentaire 17 du calculateur embarqué ou au calculateur de navigation 16.
De plus, le drone 1 embarque un jeu complémentaire 30 de senseurs dénommé plus simplement jeu complémentaire . Ce jeu complémentaire 30 comprenant au moins un senseur fournissant au moins une valeur d'une information de position faisant aussi l'objet d'une mesure directe ou indirecte du jeu principal. Les senseurs du jeu complémentaire 30 et du jeu principal 20 de senseurs sont dissimilaires.
De plus, des senseurs du jeu complémentaire peuvent aussi mesurer des valeurs d'un même paramètre de manière différente.
Ainsi, plusieurs senseurs du jeu complémentaire peuvent permettre d'établir la position du drone au travers d'au moins une coordonnée. En particulier, les trois coordonnées du drone dans un référentiel peuvent chacune être établie par le biais de mesures réalisées par un senseur du jeu principal, à savoir par le système de positionnement par satellites, et au moins d'un voire deux senseurs du jeu complémentaire.
Les angles d'attitude du drone peuvent aussi être évalués par un senseur du jeu principal, à savoir la centrale inertielle, et au moins un senseur du jeu complémentaire.
De plus, le drone 1 embarque un jeu complémentaire 30 de senseurs dénommé plus simplement jeu complémentaire . Ce jeu complémentaire 30 comprenant au moins un senseur fournissant au moins une valeur d'une information de position faisant aussi l'objet d'une mesure directe ou indirecte du jeu principal. Les senseurs du jeu complémentaire 30 et du jeu principal 20 de senseurs sont dissimilaires.
De plus, des senseurs du jeu complémentaire peuvent aussi mesurer des valeurs d'un même paramètre de manière différente.
Ainsi, plusieurs senseurs du jeu complémentaire peuvent permettre d'établir la position du drone au travers d'au moins une coordonnée. En particulier, les trois coordonnées du drone dans un référentiel peuvent chacune être établie par le biais de mesures réalisées par un senseur du jeu principal, à savoir par le système de positionnement par satellites, et au moins d'un voire deux senseurs du jeu complémentaire.
Les angles d'attitude du drone peuvent aussi être évalués par un senseur du jeu principal, à savoir la centrale inertielle, et au moins un senseur du jeu complémentaire.
15 Ainsi, le jeu complémentaire 30 peut comporter au moins deux capteurs embarqués à ultrasons 34 d'un système de positionnement par ultrasons 35 et/ou une caméra 31 et/ou un système de télédétection par laser 32 et/ou une radiosonde 33 et/ou un système de télédétection par laser altimétrique formant un système de télédétection par laser et une radiosonde.
La caméra 31 peut être reliée à un calculateur d'imagerie 18 capable d'analyser des images par des méthodes usuelles afin de déterminer la position du drone. La calculateur d'imagerie 18 peut être relié à un calculateur complémentaire 17, ou encore peut être une partie d'un calculateur complémentaire 17 voire du calculateur de navigation 16.
La littérature explicite des procédés permettant de localiser un aéronef par rapport à une aire d'atterrissage avec une caméra 31. Un tel procédé peut consister à analyser une forme de l'aire d'atterrissage sur une image.
Selon l'exemple de la figure 2, l'aire d'atterrissage 50 d'un drone peut comprendre un ou plusieurs anneaux qui prennent chacun la forme d'ellipses lorsque le drone n'est pas situé à la verticale de l'aire d'atterrissage. Par exemple, plusieurs anneaux concentriques ayant des couleurs différentes sont utilisés. Selon une méthode, le calculateur d'imagerie détermine à partir d'une image le rapport entre la moitié a d'un grand axe 61 d'une ellipse d'un anneau et la moitié b d'un petit axe 62 de cette ellipse. Si le rapport est égal à 1, le drone est à la verticale de l'aire d'atterrissage. Ce rapport permet d'évaluer le décalage du drone par rapport au centre de l'aire d'atterrissage.
Une méthode dite de scaling permet d'évaluer la hauteur du drone. Une telle méthode de scaling peut consister à déterminer le
La caméra 31 peut être reliée à un calculateur d'imagerie 18 capable d'analyser des images par des méthodes usuelles afin de déterminer la position du drone. La calculateur d'imagerie 18 peut être relié à un calculateur complémentaire 17, ou encore peut être une partie d'un calculateur complémentaire 17 voire du calculateur de navigation 16.
La littérature explicite des procédés permettant de localiser un aéronef par rapport à une aire d'atterrissage avec une caméra 31. Un tel procédé peut consister à analyser une forme de l'aire d'atterrissage sur une image.
Selon l'exemple de la figure 2, l'aire d'atterrissage 50 d'un drone peut comprendre un ou plusieurs anneaux qui prennent chacun la forme d'ellipses lorsque le drone n'est pas situé à la verticale de l'aire d'atterrissage. Par exemple, plusieurs anneaux concentriques ayant des couleurs différentes sont utilisés. Selon une méthode, le calculateur d'imagerie détermine à partir d'une image le rapport entre la moitié a d'un grand axe 61 d'une ellipse d'un anneau et la moitié b d'un petit axe 62 de cette ellipse. Si le rapport est égal à 1, le drone est à la verticale de l'aire d'atterrissage. Ce rapport permet d'évaluer le décalage du drone par rapport au centre de l'aire d'atterrissage.
Une méthode dite de scaling permet d'évaluer la hauteur du drone. Une telle méthode de scaling peut consister à déterminer le
16 nombre de pixels d'une image pour évaluer la hauteur voire la vitesse de descente de l'aéronef.
Toute méthode d'imagerie permettant de positionner un aéronef par rapport à une cible avec une image peut être envisagée.
Dès lors, la caméra permet de positionner le drone dans un référentiel. De plus, l'analyse d'image peut permettre de déterminer que le drone n'est pas à plat, voire peut permettre d'évaluer les angles de gite et de tangage d'une aire d'atterrissage mobile, par exemple sur un navire.
Le système de positionnement par ultrasons 35 comporte au moins un capteur embarqué à ultrasons 34 voire au moins deux capteurs embarqués à ultrasons 34 d'un système de positionnement par ultrasons 35. De plus, ce système de positionnement par ultrasons 35 comporte une pluralité de capteurs de sol 36 agencés sur une aire d'atterrissage 50, par exemple au pourtour de cette aire d'atterrissage.
Chaque capteur de sol peut émettre des ultrasons vers le haut, à savoir vers l'espace. Lorsque le drone entre dans le champ d'émission des ultrasons, les capteurs embarqués reçoivent les ultrasons. Un calculateur compagnon 19 peut en déduire la position du drone par rapport à l'aire d'atterrissage, au moins dans le plan d'atterrissage XY. Éventuellement, une radiosonde 33 est reliée au calculateur compagnon 19 pour fournir une information relative à la hauteur du drone.
Le calculateur compagnon 19 peut être relié à un calculateur complémentaire 17, ou encore peut être une partie d'un calculateur complémentaire 17 voire du calculateur de navigation 16.
Toute méthode d'imagerie permettant de positionner un aéronef par rapport à une cible avec une image peut être envisagée.
Dès lors, la caméra permet de positionner le drone dans un référentiel. De plus, l'analyse d'image peut permettre de déterminer que le drone n'est pas à plat, voire peut permettre d'évaluer les angles de gite et de tangage d'une aire d'atterrissage mobile, par exemple sur un navire.
Le système de positionnement par ultrasons 35 comporte au moins un capteur embarqué à ultrasons 34 voire au moins deux capteurs embarqués à ultrasons 34 d'un système de positionnement par ultrasons 35. De plus, ce système de positionnement par ultrasons 35 comporte une pluralité de capteurs de sol 36 agencés sur une aire d'atterrissage 50, par exemple au pourtour de cette aire d'atterrissage.
Chaque capteur de sol peut émettre des ultrasons vers le haut, à savoir vers l'espace. Lorsque le drone entre dans le champ d'émission des ultrasons, les capteurs embarqués reçoivent les ultrasons. Un calculateur compagnon 19 peut en déduire la position du drone par rapport à l'aire d'atterrissage, au moins dans le plan d'atterrissage XY. Éventuellement, une radiosonde 33 est reliée au calculateur compagnon 19 pour fournir une information relative à la hauteur du drone.
Le calculateur compagnon 19 peut être relié à un calculateur complémentaire 17, ou encore peut être une partie d'un calculateur complémentaire 17 voire du calculateur de navigation 16.
17 Par ailleurs, le système de télédétection par laser 32 permet de mesurer une hauteur du drone. Ce système de télédétection par laser 32 peut transmettre un signal porteur de ladite hauteur au calculateur complémentaire 17 voire au calculateur de navigation 16.
Dès lors, le calculateur embarqué 15 est configuré, par exemple par le biais de ligne de codes d'un programme, pour générer des ordres de commande en utilisant au moins une loi de pilotage et par défaut des premières mesures réalisées par le jeu principal 20 et au moins des deuxièmes mesures réalisées par le jeu complémentaire 30 de senseurs en cas de meilleures précisions des deuxièmes mesures par rapport aux premières mesures. La précision de chaque mesure peut par exemple être calculée par le calculateur embarqué 15 en déterminant une moyenne entre un nombre donné de mesures et l'écart entre d'une part cette moyenne et, d'autre part, les mesures .. maximale et minimale relevées.
La figure 3 illustre une trajectoire 70 à suivre par un drone.
Cette trajectoire 70 comporte plusieurs points de passage 71, 72, 73, 74, 75 reliés par des segments pour aller d'une aire de décollage 71 jusqu'à une aire d'atterrissage 50. L'aire de décollage 71 et l'aire d'atterrissage 50 peuvent former une seule et même aire, le drone décollant de cette aire et atterrissant sur cette même aire.
Au décollage, le drone décolle verticalement et suit un premier tronçon vertical 76 de la trajectoire entre le premier point de passage 71 et le second point de passage 72. Durant ce parcours, le système de positionnement par ultrasons 35 et la radiosonde 33 peuvent être particulièrement précis. Dès lors, leurs mesures sont exploitées par le calculateur embarqué pour suivre la trajectoire
Dès lors, le calculateur embarqué 15 est configuré, par exemple par le biais de ligne de codes d'un programme, pour générer des ordres de commande en utilisant au moins une loi de pilotage et par défaut des premières mesures réalisées par le jeu principal 20 et au moins des deuxièmes mesures réalisées par le jeu complémentaire 30 de senseurs en cas de meilleures précisions des deuxièmes mesures par rapport aux premières mesures. La précision de chaque mesure peut par exemple être calculée par le calculateur embarqué 15 en déterminant une moyenne entre un nombre donné de mesures et l'écart entre d'une part cette moyenne et, d'autre part, les mesures .. maximale et minimale relevées.
La figure 3 illustre une trajectoire 70 à suivre par un drone.
Cette trajectoire 70 comporte plusieurs points de passage 71, 72, 73, 74, 75 reliés par des segments pour aller d'une aire de décollage 71 jusqu'à une aire d'atterrissage 50. L'aire de décollage 71 et l'aire d'atterrissage 50 peuvent former une seule et même aire, le drone décollant de cette aire et atterrissant sur cette même aire.
Au décollage, le drone décolle verticalement et suit un premier tronçon vertical 76 de la trajectoire entre le premier point de passage 71 et le second point de passage 72. Durant ce parcours, le système de positionnement par ultrasons 35 et la radiosonde 33 peuvent être particulièrement précis. Dès lors, leurs mesures sont exploitées par le calculateur embarqué pour suivre la trajectoire
18 mémorisée. De plus, les données de la centrale inertielle 21 sont utilisées pour maitriser l'assiette du drone.
A partir du deuxième point de passage 72, le drone peut suivre un deuxième tronçon horizontal 77 de la trajectoire 70. Le drone sort de la zone de captation des capteurs à ultrasons de l'aire de décollage. Les mesures du système de positionnement par satellites sont exploitées par le calculateur embarqué pour suivre le deuxième tronçon.
A l'approche du troisième point de passage 73, le drone peut entrer dans la zone de captation 90 des capteurs à ultrasons de l'aire d'atterrissage 50.
Selon une option et en référence à la figure 4, l'aire d'atterrissage peut comprendre un marquage 65 d'identification qui lui est propre, par exemple un marquage connu sous l'expression ARuco .
Le calculateur embarqué peut mémoriser le marquage théorique de l'aire d'atterrissage sur laquelle ce drone doit se poser. Dès lors, le calculateur embarqué analyse via le calculateur d'imagerie 16 une image du marquage d'une aire d'atterrissage cible et le compare au marquage théorique mémorisé. En cas de différence, l'atterrissage est annulé. Éventuellement, le drone peut communiquer avec une station sol pour obtenir de nouvelles instructions.
Le marquage 65 d'une aire d'atterrissage peut être obtenu à
l'aide de plaques électroluminescentes susceptibles d'être allumées ou éteintes pour former le code requis.
A partir du deuxième point de passage 72, le drone peut suivre un deuxième tronçon horizontal 77 de la trajectoire 70. Le drone sort de la zone de captation des capteurs à ultrasons de l'aire de décollage. Les mesures du système de positionnement par satellites sont exploitées par le calculateur embarqué pour suivre le deuxième tronçon.
A l'approche du troisième point de passage 73, le drone peut entrer dans la zone de captation 90 des capteurs à ultrasons de l'aire d'atterrissage 50.
Selon une option et en référence à la figure 4, l'aire d'atterrissage peut comprendre un marquage 65 d'identification qui lui est propre, par exemple un marquage connu sous l'expression ARuco .
Le calculateur embarqué peut mémoriser le marquage théorique de l'aire d'atterrissage sur laquelle ce drone doit se poser. Dès lors, le calculateur embarqué analyse via le calculateur d'imagerie 16 une image du marquage d'une aire d'atterrissage cible et le compare au marquage théorique mémorisé. En cas de différence, l'atterrissage est annulé. Éventuellement, le drone peut communiquer avec une station sol pour obtenir de nouvelles instructions.
Le marquage 65 d'une aire d'atterrissage peut être obtenu à
l'aide de plaques électroluminescentes susceptibles d'être allumées ou éteintes pour former le code requis.
19 Par ailleurs et en référence à la figure 3, si l'approche est confirmée le drone suit alors un troisième tronçon 78 incliné de la trajectoire 70 pour atteindre le quatrième point de passage 74 situé à
la verticale de l'aire d'atterrissage, puis un quatrième tronçon 79 vertical pour atteindre le dernier point de passage 75 situé au centre de l'aire d'atterrissage.
Durant le parcours du troisième tronçon 78 et du quatrième tronçon 79, le jeu complémentaire du système d'aide au décollage et à l'atterrissage peut prendre le relais au moins du système de positionnement par satellites pour réaliser une approche précise.
Dans le cas nominal, le calculateur embarqué peut piloter le drone pour suivre le troisième tronçon 78 et le quatrième tronçon 79 en fonction des mesures effectuées par la centrale inertielle, le système de positionnement par ultrasons 35 voire la radiosonde 33.
En outre, les images prises par la caméra peuvent permettre de déterminer le centre de la zone de posé mais aussi la hauteur du drone ainsi que la vitesse de descente. Par ailleurs durant le suivi du troisième tronçon 78 en phase d'approche, ce même dispositif permet, au travers du rapport demi grand axe/demi petit axe évoqué
précédemment, de piloter l'inclinaison 95 de l'approche.
En cas de panne d'un des organes du jeu complémentaire, l'approche peut se poursuivre dans de bonnes conditions.
Ainsi, le calculateur embarqué 15 est configuré pour générer les ordres de commande en exploitant les mesures du système de positionnement par ultrasons 35 et de la radiosonde 33 et du système de télédétection par laser 32 en cas de panne de la caméra 31, voire de la centrale inertielle 21 pour assurer l'assiette.
la verticale de l'aire d'atterrissage, puis un quatrième tronçon 79 vertical pour atteindre le dernier point de passage 75 situé au centre de l'aire d'atterrissage.
Durant le parcours du troisième tronçon 78 et du quatrième tronçon 79, le jeu complémentaire du système d'aide au décollage et à l'atterrissage peut prendre le relais au moins du système de positionnement par satellites pour réaliser une approche précise.
Dans le cas nominal, le calculateur embarqué peut piloter le drone pour suivre le troisième tronçon 78 et le quatrième tronçon 79 en fonction des mesures effectuées par la centrale inertielle, le système de positionnement par ultrasons 35 voire la radiosonde 33.
En outre, les images prises par la caméra peuvent permettre de déterminer le centre de la zone de posé mais aussi la hauteur du drone ainsi que la vitesse de descente. Par ailleurs durant le suivi du troisième tronçon 78 en phase d'approche, ce même dispositif permet, au travers du rapport demi grand axe/demi petit axe évoqué
précédemment, de piloter l'inclinaison 95 de l'approche.
En cas de panne d'un des organes du jeu complémentaire, l'approche peut se poursuivre dans de bonnes conditions.
Ainsi, le calculateur embarqué 15 est configuré pour générer les ordres de commande en exploitant les mesures du système de positionnement par ultrasons 35 et de la radiosonde 33 et du système de télédétection par laser 32 en cas de panne de la caméra 31, voire de la centrale inertielle 21 pour assurer l'assiette.
20 En cas de panne du système de positionnement par ultrasons 35, le calculateur embarqué 15 est configuré pour générer les ordres de commande sur la base de mesures de la caméra 31 et du système de télédétection par laser 32 et de la radiosonde 33.
En cas de panne du système de télédétection par laser 32, le calculateur embarqué 15 est configuré pour générer les ordres de commande sur la base de mesures du système de positionnement par ultrasons 35 et de la radiosonde 33 et de la caméra 31.
Par ailleurs, durant tout le vol, les diverses mesures peuvent être fusionnées pour obtenir pour chaque paramètre une mesure précise. Éventuellement, les diverses mesures peuvent être comparées afin d'exclure si nécessaire une mesure erronée. Par exemple, le calculateur complémentaire 17 compare les diverses mesures et informe les autres senseurs de la défaillance éventuelle d'un de leurs partenaires, voire change le poids des senseurs encore en fonctionnement pour obtenir la meilleure fusion de données.
En outre et en cas de panne du système de positionnement par satellites, tous les senseurs du jeu complémentaire et la centrale inertielle peuvent être utilisés pour piloter le drone.
En cas de panne de la centrale inertielle, tous les senseurs du jeu complémentaire peuvent être utilisés pour piloter le drone, la caméra étant notamment utilisée pour permettre au calculateur embarqué de piloter le drone afin de garder une assiette à plat grâce au repérage des formes environnantes (horizontalité et verticalité).
Par ailleurs, pour atterrir sur une aire d'atterrissage mobile, le calculateur embarqué peut maintenir le drone en vol stationnaire au niveau du quatrième point de passage 74.
En cas de panne du système de télédétection par laser 32, le calculateur embarqué 15 est configuré pour générer les ordres de commande sur la base de mesures du système de positionnement par ultrasons 35 et de la radiosonde 33 et de la caméra 31.
Par ailleurs, durant tout le vol, les diverses mesures peuvent être fusionnées pour obtenir pour chaque paramètre une mesure précise. Éventuellement, les diverses mesures peuvent être comparées afin d'exclure si nécessaire une mesure erronée. Par exemple, le calculateur complémentaire 17 compare les diverses mesures et informe les autres senseurs de la défaillance éventuelle d'un de leurs partenaires, voire change le poids des senseurs encore en fonctionnement pour obtenir la meilleure fusion de données.
En outre et en cas de panne du système de positionnement par satellites, tous les senseurs du jeu complémentaire et la centrale inertielle peuvent être utilisés pour piloter le drone.
En cas de panne de la centrale inertielle, tous les senseurs du jeu complémentaire peuvent être utilisés pour piloter le drone, la caméra étant notamment utilisée pour permettre au calculateur embarqué de piloter le drone afin de garder une assiette à plat grâce au repérage des formes environnantes (horizontalité et verticalité).
Par ailleurs, pour atterrir sur une aire d'atterrissage mobile, le calculateur embarqué peut maintenir le drone en vol stationnaire au niveau du quatrième point de passage 74.
21 A l'aide des images saisies par la caméra 32, le calculateur embarqué et par exemple le calculateur d'imagerie 18 peut calculer la période d'un mouvement de roulis et de tangage de l'aire d'atterrissage 50. En particulier, cette période peut être calculée à
l'aide du rapport demi grand axe/demi petit axe évoqué
précédemment. Le temps séparant l'obtention de deux images présentant un cercle parfait selon les deux axes principaux du navire est égal à la valeur de la période en roulis et en tangage.
De plus, le calculateur embarqué détermine un taux de montée et de descente de l'aire d'atterrissage 50, éventuellement au travers d'une fluctuation de la hauteur du drone par rapport à l'aire d'atterrissage, par exemple via les mesures du système de télédétection par laser 32.
Dès lors, le calculateur embarqué 15 calcule le moment adéquat pour entamer la descente finale afin d'atteindre l'aire d'atterrissage 50 lorsque cette aire d'atterrissage 50 est horizontale et en phase de descente. Cette caractéristique tend à éviter un choc brutal à l'atterrissage. Le calculateur embarqué 15 génère alors les ordres de commande requis pour effectuer la descente vers l'aire d'atterrissage 50 au dit moment requis.
En référence à la figure 5, l'atterrissage peut éventuellement être réalisé de nuit.
Dès lors, des projecteurs ou équivalents émettent plusieurs faisceaux lumineux 51 périphériques au niveau de coins 53 d'un polygone 52 localisé sur l'aire d'atterrissage 50.
De plus, un projecteur ou équivalent émet un faisceau lumineux central 54 localisé au centre 55 de ce polygone 52.
l'aide du rapport demi grand axe/demi petit axe évoqué
précédemment. Le temps séparant l'obtention de deux images présentant un cercle parfait selon les deux axes principaux du navire est égal à la valeur de la période en roulis et en tangage.
De plus, le calculateur embarqué détermine un taux de montée et de descente de l'aire d'atterrissage 50, éventuellement au travers d'une fluctuation de la hauteur du drone par rapport à l'aire d'atterrissage, par exemple via les mesures du système de télédétection par laser 32.
Dès lors, le calculateur embarqué 15 calcule le moment adéquat pour entamer la descente finale afin d'atteindre l'aire d'atterrissage 50 lorsque cette aire d'atterrissage 50 est horizontale et en phase de descente. Cette caractéristique tend à éviter un choc brutal à l'atterrissage. Le calculateur embarqué 15 génère alors les ordres de commande requis pour effectuer la descente vers l'aire d'atterrissage 50 au dit moment requis.
En référence à la figure 5, l'atterrissage peut éventuellement être réalisé de nuit.
Dès lors, des projecteurs ou équivalents émettent plusieurs faisceaux lumineux 51 périphériques au niveau de coins 53 d'un polygone 52 localisé sur l'aire d'atterrissage 50.
De plus, un projecteur ou équivalent émet un faisceau lumineux central 54 localisé au centre 55 de ce polygone 52.
22 Chaque faisceau lumineux peut être émis dans le domaine des fréquences infrarouge et dans le domaine des fréquences visibles par l'homme.
Les projecteurs peuvent comprendre des diodes électroluminescentes.
La calculateur embarqué 15 et par exemple le calculateur d'imagerie 18 peut analyser les images saisies par la caméra 31 pour calculer le centre du polygone à l'aide de l'emplacement des faisceaux lumineux périphériques et peut vérifier que le faisceau central est positionné au niveau de ce centre La position mesurée peut être comparée par le calculateur embarqué à la position obtenue avec le système de positionnement par ultrasons.
Dès lors, le calculateur embarqué 15 peut estimer la position du drone 1 par rapport à l'aire d'atterrissage 50 à l'aide d'une image desdits faisceaux lumineux périphériques 51 et central 54 prise par la caméra 31. Le calculateur embarqué 15 finit alors l'approche de manière usuelle.
Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en uvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.
Les projecteurs peuvent comprendre des diodes électroluminescentes.
La calculateur embarqué 15 et par exemple le calculateur d'imagerie 18 peut analyser les images saisies par la caméra 31 pour calculer le centre du polygone à l'aide de l'emplacement des faisceaux lumineux périphériques et peut vérifier que le faisceau central est positionné au niveau de ce centre La position mesurée peut être comparée par le calculateur embarqué à la position obtenue avec le système de positionnement par ultrasons.
Dès lors, le calculateur embarqué 15 peut estimer la position du drone 1 par rapport à l'aire d'atterrissage 50 à l'aide d'une image desdits faisceaux lumineux périphériques 51 et central 54 prise par la caméra 31. Le calculateur embarqué 15 finit alors l'approche de manière usuelle.
Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en uvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.
Claims (11)
1. Drone (1) muni d'un système de pilotage automatique (10) comprenant au moins un actionneur de pilotage (11), ledit système de pilotage automatique (10) comprenant au moins un calculateur embarqué (15) configuré pour générer un ordre de commande afin de commander ledit au moins un actionneur de pilotage (11), ledit système de pilotage automatique (10) comprenant un jeu principal (20) de senseurs embarqués mesurant au moins une valeur d'une donnée relative à la position du drone (1), ledit jeu principal (20) de senseurs comprenant deux senseurs qui incluent respectivement un organe embarqué (22) d'un système de localisation par satellites et une centrale inertielle (21), caractérisé en ce que ledit drone (1) embarque un jeu complémentaire (30) de senseurs, ledit jeu complémentaire (30) comprenant au moins un senseur fournissant au moins une dite valeur, ledit au moins un senseur (31, 32, 33, 34) du jeu complémentaire (30) et lesdits senseurs (21, 22) du jeu principal (20) de senseurs étant dissimilaires, ledit calculateur embarqué (15) étant configuré pour calculer la précision de chaque senseur du jeu principal et du jeu complémentaire et pour générer ledit ordre de commande sur la base par défaut de premières mesures réalisées par le jeu principal (20) de senseurs et d'au moins d'une deuxième mesure réalisée par le jeu complémentaire (30) de senseurs en cas de meilleures précisions de la deuxième mesure par rapport aux premières mesures.
2. Drone selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit au moins un senseur dudit jeu complémentaire (30) comporte plusieurs senseurs (31, 32, 33, 34) dissimilaires qui mesurent des valeurs d'au moins un même paramètre.
3. Drone selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit au moins un senseur dudit jeu complémentaire (30) comporte au moins deux capteurs embarqués à
ultrasons (34) d'un système de positionnement par ultrasons (35), une caméra (31) ainsi qu'un système de télédétection par laser (32) et une radiosonde (33).
ultrasons (34) d'un système de positionnement par ultrasons (35), une caméra (31) ainsi qu'un système de télédétection par laser (32) et une radiosonde (33).
4. Drone selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit calculateur embarqué (15) est configuré
pour générer ledit ordre de commande sur la base par défaut des premières mesures du jeu principal (20) de senseurs puis dès que le système de positionnement par satellites (23) est moins précis que le système de positionnement par ultrasons (35) sur la base par défaut de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons (35) et de la caméra (31) et de la radiosonde (33) puis de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons (35) et de la radiosonde (33) et du système de télédétection par laser (32) en cas de panne de la caméra (31) ou de deuxièmes mesures de la caméra (31) et du système de télédétection par laser (32) et de la radiosonde (33) en cas de panne du système de positionnement par ultrasons (35) ou de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons (35) et de la radiosonde (33) et de la caméra (31) en cas de panne du système de télédétection par laser (32).
pour générer ledit ordre de commande sur la base par défaut des premières mesures du jeu principal (20) de senseurs puis dès que le système de positionnement par satellites (23) est moins précis que le système de positionnement par ultrasons (35) sur la base par défaut de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons (35) et de la caméra (31) et de la radiosonde (33) puis de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons (35) et de la radiosonde (33) et du système de télédétection par laser (32) en cas de panne de la caméra (31) ou de deuxièmes mesures de la caméra (31) et du système de télédétection par laser (32) et de la radiosonde (33) en cas de panne du système de positionnement par ultrasons (35) ou de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons (35) et de la radiosonde (33) et de la caméra (31) en cas de panne du système de télédétection par laser (32).
5. Drone selon l'une quelconque des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que ledit calculateur embarqué (15) est configuré
pour comparer lesdites premières mesures et ladite au moins une deuxième mesure provenant du jeu principal (20) de senseurs et du jeu complémentaire (30) de senseurs.
pour comparer lesdites premières mesures et ladite au moins une deuxième mesure provenant du jeu principal (20) de senseurs et du jeu complémentaire (30) de senseurs.
6. Procédé de pilotage autonome et automatique d'un drone (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit calculateur embarqué (15) détermine la précision de chaque senseur du jeu principal et du jeu complémentaire et calcule ledit ordre de commande en utilisant par défaut des premières mesures du jeu principal (20) de senseurs et d'au moins une deuxième mesure du jeu complémentaire (30) de senseurs en cas de meilleures précisions de ladite au moins une deuxième mesure par rapport aux premières mesures.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit au moins un senseur dudit jeu complémentaire (30) comporte au moins un capteur embarqué à
ultrasons (34) d'un système de positionnement par ultrasons (35), ledit système de positionnement par ultrasons (35) comprenant des capteurs de sol (36) agencés sur une aire d'atterrissage (50).
ultrasons (34) d'un système de positionnement par ultrasons (35), ledit système de positionnement par ultrasons (35) comprenant des capteurs de sol (36) agencés sur une aire d'atterrissage (50).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisé en ce que ledit calculateur embarqué (15) génère ledit ordre de commande sur la base par défaut de premières mesures du jeu principal (20) de senseurs puis dès que le système de positionnement par satellites (23) est moins précis qu'un système de positionnement par ultrasons (35) sur la base par défaut de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons (35) et de la caméra (31) et de la radiosonde (33) puis de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons (35) et de la radiosonde (33) et du système de télédétection par laser (32) en cas de panne de la caméra (31) ou de deuxièmes mesures de la caméra (31) et du système de télédétection par laser (32) et de la radiosonde (33) en cas de panne du système de positionnement par ultrasons (35) ou de deuxièmes mesures du système de positionnement par ultrasons (35) et de la radiosonde (33) et de la caméra (31) en cas de panne du système de télédétection par laser (32).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que de nuit ledit procédé comporte les étapes suivantes : émission de plusieurs faisceaux lumineux (51) périphériques formant des coins (53) d'un polygone (52) localisé sur une aire d'atterrissage (50), émission d'un faisceau lumineux central (54) localisé au centre (55) du polygone (52), détermination avec le calculateur embarqué (15) d'une position du drone (1) par rapport à l'aire d'atterrissage (50) à l'aide d'une image desdits faisceaux lumineux périphériques (51) et central (54) prise par une caméra (31).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que pour atterrir sur une aire d'atterrissage mobile, ledit procédé comporte les étapes suivantes : positionnement du drone (1) à la verticale de ladite aire d'atterrissage (50) sur ordre du calculateur embarqué (15), détermination par le calculateur embarqué (15) d'une période d'un mouvement de roulis et de tangage de ladite aire d'atterrissage (50) en scrutant avec une caméra deux axes orthogonaux (61, 62) entre eux d'un cercle géométrique (51) de ladite aire d'atterrissage (50), détermination d'un taux de montée et de descente de ladite aire d'atterrissage (50) avec ledit calculateur embarqué (15), descente du drone (1) vers l'aire d'atterrissage (50) sur ordre du calculateur embarqué pour atteindre l'aire d'atterrissage (50) lorsque cette aire d'atterrissage (50) est horizontale et en phase de descente.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que pour poser le drone (1) sur une aire d'atterrissage (50) comprenant un marquage (65) d'identification, ledit procédé comporte une étape d'identification de l'aire d'atterrissage (50) en scrutant ledit marquage 65() avec une caméra (31), ledit calculateur embarqué (15) autorisant l'atterrissage si le marquage (65) correspond au marquage mémorisé de l'aire d'atterrissage (50) ciblée.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1800735 | 2018-07-12 | ||
| FR1800735A FR3083882B1 (fr) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | Procede et drone muni d'un systeme d'aide a l'atterrissage/decollage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA3048013A1 true CA3048013A1 (fr) | 2020-01-12 |
| CA3048013C CA3048013C (fr) | 2021-11-09 |
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ID=65031151
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|---|---|---|---|
| CA3048013A Active CA3048013C (fr) | 2018-07-12 | 2019-06-26 | Procede et drone muni d'un systeme d'aide a l'atterrissage/decollage |
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| Country | Link |
|---|---|
| CA (1) | CA3048013C (fr) |
| FR (1) | FR3083882B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4015376A1 (fr) | 2020-12-21 | 2022-06-22 | Airbus Helicopters | Procede de pilotage d'un aeronef ayant une pluralite de senseurs de navigation dissimilaires et aeronef |
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|---|---|---|---|---|
| US9384668B2 (en) * | 2012-05-09 | 2016-07-05 | Singularity University | Transportation using network of unmanned aerial vehicles |
| US20160335901A1 (en) * | 2015-04-07 | 2016-11-17 | Near Earth Autonomy, Inc. | Control of autonomous rotorcraft in limited communication environments |
| AU2016313150A1 (en) * | 2015-08-27 | 2018-03-08 | Dronsystems Limited | A highly automated system of air traffic control (ATM) for at least one Unmanned Aerial Vehicle (Unmanned Aerial Vehicles UAV) |
| EP3433692B1 (fr) * | 2016-03-24 | 2023-12-20 | Teledyne FLIR Detection, Inc. | Système de reconnaissance et de communication aérienne persistante |
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2018
- 2018-07-12 FR FR1800735A patent/FR3083882B1/fr active Active
-
2019
- 2019-06-26 CA CA3048013A patent/CA3048013C/fr active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4015376A1 (fr) | 2020-12-21 | 2022-06-22 | Airbus Helicopters | Procede de pilotage d'un aeronef ayant une pluralite de senseurs de navigation dissimilaires et aeronef |
| FR3118000A1 (fr) * | 2020-12-21 | 2022-06-24 | Airbus Helicopters | procédé de pilotage d’un aéronef ayant une pluralité de senseurs de navigation dissimilaires et un aéronef |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3083882B1 (fr) | 2021-02-26 |
| FR3083882A1 (fr) | 2020-01-17 |
| CA3048013C (fr) | 2021-11-09 |
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