EP0490722B1 - Installation de télédétection aérienne et/ou terrestre, notamment pour la détection des feux de forêts - Google Patents

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EP0490722B1
EP0490722B1 EP19910403141 EP91403141A EP0490722B1 EP 0490722 B1 EP0490722 B1 EP 0490722B1 EP 19910403141 EP19910403141 EP 19910403141 EP 91403141 A EP91403141 A EP 91403141A EP 0490722 B1 EP0490722 B1 EP 0490722B1
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EP
European Patent Office
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cable
installation according
camera
detection
lia
Prior art date
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EP19910403141
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German (de)
English (en)
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EP0490722A1 (fr
Inventor
Pierre Nicole
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Thales SA
Original Assignee
Dassault Electronique SA
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/005—Fire alarms; Alarms responsive to explosion for forest fires, e.g. detecting fires spread over a large or outdoors area
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/12—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions
    • G08B17/125—Actuation by presence of radiation or particles, e.g. of infrared radiation or of ions by using a video camera to detect fire or smoke

Definitions

  • the invention relates to aerial and / or terrestrial remote sensing.
  • Airborne and / or terrestrial remote sensing installations are already known for detecting forest fires.
  • the invention aims to remedy these drawbacks.
  • a first object of the invention is to provide an aerial and / or terrestrial remote sensing installation, in particular for the detection of forest fires, making it possible to permanently monitor, using a static machine at altitude, an area to risk with a view to immediately and precisely detecting the start of a fire.
  • Another object of the invention is to provide an installation making it possible to transmit information remotely between an on-board remote sensing system and a station on the fixed or mobile ground without polluting the radio environment.
  • Another object of the invention aims to provide an installation which supports strong winds of the order of 150 km / h.
  • Yet another object of the invention is to provide an installation whose implementation is easy, light, inexpensive, not too bulky for air space, modifiable, mobile and modular, i.e. capable of being combined with other similar installations to cover a larger area to be monitored.
  • the object of the invention is to offer an installation which has a high degree of safety in the event of a possible collision between the static machine at altitude and / or the cable connection and a flying object.
  • the cable comprises at least one optical fiber for ensuring the transmission of said remote sensing information from the on-board system to the reception means of the ground station.
  • the core of the cable is made of a light and resistant material of the Kevlar type.
  • the cable forms at at least a predetermined location a closed loop inside which extends a cylindrical spring to absorb the tension exerted on the cable.
  • predetermined location on the cable a mechanical fuse suitable for this purpose. predetermined location, in response to a specific command from the ground station, to break the cable or detach the cable.
  • the mechanical fuse is of the ball type explosive filled with a powder capable of exploding in response to an optical stress of a predetermined power emanating from the ground station and propagating through the optical fiber to said ball.
  • the cable comprises one or more monomode or multimode optical fibers.
  • the cable is filled with micro-particles of a talc type material so as to dampen any oscillations in the cable.
  • the reference INS designates an aerial and / or terrestrial remote sensing installation for the detection of forest fires according to the invention.
  • the INS installation is based on an observation from an ENG vehicle lighter than air, such as an aerostat or kite, including a NAC nacelle.
  • the ENG is static or fixed via a cable LIA link fixed at one of its ends to the ENG and at the other of its ends to a mobile or fixed ground station STA.
  • An aerial and / or terrestrial remote sensing system is embedded in the NAC nacelle and cooperates unidirectionally or bidirectionally with UT means equipping the STA station for receiving the detected information and processing it.
  • the LIA cable link provides unidirectional or bidirectional transmission of the information thus detected by the on-board system to the reception means UT of the ground station STA.
  • the means UT for receiving and processing the information detected by the on-board system can cooperate with means of intervention UAE to circumscribe, for example remotely the fire thus detected.
  • the lift of the craft is in calm weather (without wind) given mainly by inert gases such as helium suitable for filling the envelope of the aerostat.
  • Such an installation according to the invention makes it possible to detect, from the first minutes, the start of a forest fire with a view to allowing rapid and effective intervention and thus limiting not only the immediate damage caused to the forest, but also the risks incurred by civil security personnel and financial losses resulting from such a disaster.
  • the first problem encountered by the Applicant to provide a cable connection making it possible to connect a lighter-than-air machine at an altitude of the order of 4 to 5 km to a mobile or fixed ground station was to find a material allowing to resist winds higher than 150 km / h.
  • the Applicant has designed a cable whose main core is made of a light and resistant material of the Kevlar type (registered trademark).
  • the latter forms, at at least one predetermined location, a closed loop inside which extends, for example, a cylindrical spring.
  • the cable comprises one or more single or multimode optical fibers for the transmission of information originating from the on-board system to the autonomous station and vice versa.
  • the cable diameter is for example of the order of 5 mm.
  • the Applicant has planned to dampen any oscillations in the cable by filling said cable with micro-particles of a talc type material.
  • the envelope of the lighter-than-air craft is semi-rigid, which makes it possible to easily deflect the aerostat or quite simply to tear the envelope of said aerostat.
  • the system on board the nacelle is friable. As a result, in the event of an impact, its elements are liable to crumble without causing damage.
  • the stress waves in said connection can be strong enough for it to break in one or more places, thus releasing the flying object.
  • the mechanical fuse is of the explosive ball type filled with a powder capable of exploding in response to an optical stress of a predetermined power emanating from the ground station and propagating through the optical fiber to said ball.
  • the attenuation of the optical fiber incorporated in said cable will increase very quickly. It follows that by monitoring the levels transmitted by said optical fiber, by verification means which will be described in more detail below, it is possible, beyond a certain value, to order the cut-off. at the aerostat, or from an intermediate point of said link, and at the level of the ground station.
  • FIG. 2 represents a general diagram of the essential means of the on-board system according to the invention.
  • the on-board system according to the invention is based on sensor means constituted by the following means.
  • At least one CAM camera in visible, infrared, or ultraviolet light capable of delivering video signals.
  • the camera is of the infrared type operating in the 3-5 micrometer band.
  • the camera is arranged to observe the area situated vertically from the machine.
  • the CAM camera is a linear or matrix detector.
  • the CAM camera operating in the infrared is the one sold by MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION under the reference IR5120 A or C.
  • Such a CAM camera has a definition of 500 ⁇ 500 image points, which makes it possible to obtain a resolution on the ground for an image point of the order of 20 m when the machine is at an altitude of the order of 5 km. .
  • optical input means OE of the projector type and their control means connected to the camera is provided.
  • the camera / optical input OE assembly is mounted for example on an orientation system in site and deposit suitable for remote control in response to a specific command from the ground station.
  • the infrared CAM camera is for example supplied by a regulated supply ALIM whose primary source consists of CEL solar cells replaced at night by a buffer battery.
  • the ALIM regulated power supply also supplies CAT attitude sensors making it possible to deliver electrical signals representative of the attitude of the machine.
  • An electrical multiplexer MXE1 receives the video signals from the CAM camera as well as the electrical signals from the attitude sensors means CAT.
  • An optical transmitter EMO1 connected to the electric multiplexer MXE1 then transmits to the ground via the optical fiber or fibers LIA the information collected by the sensor means.
  • the optical transmitter EMO1 is for example with light-emitting diodes.
  • the ALIM regulated power supply also makes it possible to power an RTH thermoelectric cooler connected to the infrared camera.
  • the regulated power supply ALIM also makes it possible to supply electronic scanning and video formatting connected to the infrared camera SCAN.
  • the CAT attitude sensors comprise a first local vertical sensor (not shown) capable of delivering an electrical signal representative of the inclination of the machine relative to a vertical axis.
  • a second sensor (not shown) of the magnetic compass type is also provided, making it possible to deliver a signal representative of the direction of the machine relative to magnetic north.
  • a third sensor (not shown) of altimeter type makes it possible to deliver an electrical signal representative of the altitude of the machine.
  • All of these three sensors make it possible not only to give information intended to elaborate orders by the ground station to the different actuators, but especially in particular for the detection of forest fires to perform a registration and cropping of the image observed in relation to an ideal aerial shot at a strictly fixed point (that is to say in relation to a reference image corresponding to a shot without wind).
  • FIG. 3 schematically illustrates the reception means of the ground station.
  • the information collected by the sensor means on board the nacelle is received at the autonomous station by an optical receiver RO2.
  • the optical receiver RO2 for example with PIN photodiodes of current invoice (for example in silicon) thus receives the video signals emanating from the camera CAM and the electrical signals emanating from the attitude sensors CAT which are transmitted by the optical fiber or fibers.
  • An electrical demultiplexer DME2 connected to the optical receiver RO2 delivers the video signals as well as the electrical signals thus received to an ORD computer of the PC (Personal Computer) type.
  • the PC type computer UT is equipped with a video screen, a monitor, TI image processing means acting in real time or in deferred time and receiving the video signals and signal management means.
  • electrical units receiving electrical signals from CAT sensors.
  • the monitor has an EGA-VGA standard display card.
  • the electrical signal management card with means suitable for informing the operator OP as a function of the processing of information.
  • these means consist of an audible and / or visual ALARM alarm capable of warning the operator OP.
  • all the information thus detected is stored in mass memory, and can be viewed using a LIS listing.
  • Such a configuration has the advantage of being light, but its processing and control performance are reduced.
  • the Applicant has posed the problem of providing additional processing and control performance to such an installation.
  • the machine control means capable of delivering control signals for focusing the camera, adjusting the zoom, adjusting the threshold of the image points, the adjustment of the detection range scale, the orientation in elevation and in bearing of the camera / projector assembly, and of the ACT actuators of the GOV control surfaces of the aerostat ( Figure 2).
  • the aerostat must not exceed a certain mass.
  • the envelope of the aerostat has a mass of the order of 8 kg, with an on-board system of the order of 7 kg, therefore for a total of the order of 15 kg excluding cable which has a mass of the order of 5 kg.
  • active on-board stabilization comprising control means suitable for controlling the stabilization of the aerostat, we therefore exceed twenty kilos, which reduces the degree of safety of the installation.
  • the Applicant has posed the problem of providing an active remote stabilization of the aerostat.
  • Such remote active stabilization is made possible by a bidirectional transmission of information between the on-board system and the ground station and by the ground equipment of control means capable of delivering control signals for stabilization of the aerostat as well. than the camera setting.
  • an optical transmitter is also provided EO2 in the ground station suitable for transmitting said control signals to the on-board system via the optical fiber or fibers while the on-board system further comprises an optical receiver RO1 for receiving the control signals thus transmitted and own ACT actuator means in response to the control signals to carry out the focusing of the camera, the adjustment of the zoom, the threshold adjustment of the image points as well as the adjustments of scale of the range of detection and orientation in elevation and in bearing of the camera / projector and control of the GOV control surfaces of the aerostat.
  • the entire ultra-light structure has a mass of around 15 kg which breaks down as follows: 3 kg of electronics, 5 kg for the cable and mechanical fuses and 7 kg for the aerostat casing.
  • the Applicant also posed the problem of providing a security solution in the event of an accidental break in the cable connection.
  • VERI1 verification means (FIG. 2) pass through the cable link a predetermined signal which is looped back over said cable link, at the autonomous station via VERI2 verification means (FIG. 3). by the GS management card. If the VERI1 verification means do not detect a return signal, the result is that the cable is broken.
  • the verification means VERI1 and VERI2 respectively comprise a passive optical coupler (of the reflectometer type) connected in a particular way to the input (at the level of the on-board system) or to the output (at the level of the ground station) of the connecting cable.
  • the optical coupler is connected at the ground station to a standard PC reflectometry card housed in the computer ORD.
  • the VERI1 verification means detect a return signal, it follows that the ground station is down, then the VERI1 verification means send a signal making it possible to cut the video and a signal making it possible to trigger an alarm signal at the autonomous station.
  • the aerostat tanks are then locked in the neutral position.
  • verification means VERI1 and VERI2 are coupled respectively to electrical demultiplexers DME1 and DME2.
  • the aerostat type system is operational 24 hours a day thanks to the autonomy of the aerostatic part.
  • the bidirectional transmission of information by the way of optical fibers is an advantage insofar as it does not obstruct or it does not pollute the hertzian space. On the other hand it is a silent operation which is an advantage to avoid environmental degradation.
  • the installation provides a high degree of security against flying objects such as airliners, helicopters or motorized ultralights.
  • the envelope of the aerostat can be transparent. It follows that in association with the fact that the aerostat is in a position of equilibrium at high altitude (of the order of 5 km) and the use of a light-colored material for the cable, the installation can blend in completely with the landscape. This also has the advantage of not degrading the environment on the one hand, and conferring insensitivity to malicious attacks or sabotage on the other.
  • the on-board system has the advantage of using reliable and light electronics based on conventional and commercially available components such as infrared sensors, attitude sensors, multiplexing electronics, etc. ..
  • the installation provides a high degree of security.
  • the installation can be completed by a logic allowing to release part of the helium to make fall the material at reduced speed in the monitored area, and possibly detach the heaviest part to make it fall after a mini-parachute.
  • the invention finds a particular application in the detection of forest fires. However, it finds a more general application in aerial and / or ground surveillance.

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
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Description

  • L'invention concerne la télédétection aérienne et/ou terrestre.
  • Elle trouve une application dans la surveillance aérienne et/ou terrestre et plus particulièrement dans la détection de feux de forêts.
  • On connaît déjà des installations de télédétection aérienne et/ou terrestre pour la détection des feux de forêts.
  • Généralement de telles installations sont fondées soit sur une observation au sol (EP-A-0 117 162), soit sur des systèmes embarqués dans de petits avions ou hélicoptères.
  • Pour ce qui concerne les installations au sol, elles ne sont pas satisfaisantes dans la mesure où elles ne permettent pas une détection précoce et précise des feux de forêts.
  • En effet, actuellement un observateur humain (par exemple une personne équipée de jumelles) ou automatique (par exemple une caméra classique) qui observe sensiblement horizontalement une zone à surveiller se trouve gênée par les frondaisons, les arbres ou autres obstacles du relief de ladite zone.
  • Or, les feux de forêts commencent pratiquement toujours au niveau du sol et non sur les arbres.
  • Il en résulte qu'il faut attendre un incendie présentant un volume de feu suffisant pour pouvoir détecter, au-dessus des frondaisons ou autres obstacles, des poches de fumée qui permettent d'en déduire qu'il y a peut-être un incendie.
  • Pour ce qui concerne les installations à systèmes embarqués dans de petits avions ou hélicoptères survolant ponctuellement la zone à surveiller, elles ne sont pas non plus satisfaisantes dans la mesure où elles ne permettent souvent qu'une détection a posteriori d'une part, et elles sont rendues très onéreuses par le coût de l'heure de vol sur les petits avions ou hélicoptères d'autre part.
  • Par ailleurs, on connaît, par le document "Fluctuations in humidity, temperature, and horizontal wind as measured by a subcloud tethered-balloon system", M. Garstang et al, IEEE Transactions on Geoscience electronics, No. 4, Octobre 1971", une installation de télédétection météorologique comprenant un ballon, une nacelle, et une liaison par câble fixé entre le ballon et une station au sol. Un système de télédétection est embarqué dans la nacelle et coopère par radiofréquence avec des moyens équipant la station pour la réception des informations détectées et leur traitement.
  • Toutefois, une telle installation a l'inconvénient de polluer l'environnement hertzien.
  • L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
  • Un premier but de l'invention est de fournir une installation de télédétection aérienne et/ou terrestre, notamment pour la détection des feux de forêts, permettant de surveiller en permanence, à l'aide d'un engin statique en altitude, une zone à risque en vue de détecter immédiatement et avec précision notamment un début d'incendie.
  • Un autre but de l'invention est de fournir une installation permettant de transmettre des informations à distance entre un système embarqué de télédétection et une station au sol fixe ou mobile sans polluer l'environnement hertzien.
  • Un autre but de l'invention vise à fournir une installation qui supporte des vents forts de l'ordre de 150 km/h.
  • Encore un autre but de l'invention est de fournir une installation dont la mise en oeuvre est facile, légère, peu couteuse, pas trop encombrante pour l'espace aérien, modifiable, mobile et modulaire, c'est-à-dire susceptible d'être associée à d'autres installations similaires pour couvrir une plus grande zone à surveiller.
  • Enfin l'invention a pour but d'offrir une installation qui présente un haut degré de sécurité dans le cas d'une éventuelle collision entre l'engin statique en altitude et/ou la liaison par câble et un objet volant.
  • L'invention porte sur une installation de télédétection aérienne et/ou terrestre du type comprenant :
    • un engin plus léger que l'air du type aérostat ou cerf-volant comprenant une nacelle,
    • une liaison par câble fixée à l'une de ses extrémités à l'engin et à l'autre de ses extrémités à une station au sol mobile ou fixe, et
    • un système de télédétection aérienne et/ou terrestre embarqué dans la nacelle et coopérant avec des moyens équipant la station pour la réception des informations détectées et leur traitement.
  • Selon une définition générale de l'invention, le câble comprend au moins une fibre optique pour assurer la transmission desdites informations de télédétection du système embarqué vers les moyens de réception de la station au sol.
  • Avantageusement, l'âme du câble est constituée d'un matériau léger et résistant du type Kevlar.
  • De préférence, le câble forme à au moins un endroit prédéterminé une boucle fermée à l'intérieur de laquelle s'étend un ressort cylindrique pour amortir la tension exercée sur le câble.
  • En pratique, il est prévu de disposer à au moins un endroit prédéterminé du câble un fusible mécanique propre à cet endroit prédéterminé, en réponse à une commande particulière provenant de la station au sol, à rompre le câble ou à détacher ledit câble.
  • Plus précisément, le fusible mécanique est du type boule explosive remplie d'une poudre propre à exploser en réponse à une sollicitation optique d'une puissance prédéterminée émanant de la station au sol et se propageant à travers la fibre optique jusqu'à ladite boule.
  • Avantageusement, le câble comprend une ou plusieurs fibres optiques monomodes ou multimodes.
  • De préférence, le câble est rempli de micro-particules d'un matériau du type talc de manière à amortir les éventuelles oscillations du câble.
  • Selon un mode de réalisation de l'installation conforme à l'invention, le système embarqué de télédétection aérienne et/ou terrestre comprend:
    • des moyens senseurs constitués par:
      • . au moins une caméra en lumière visible, infrarouge, ou ultraviolet propre à délivrer des signaux vidéo,
      • . des moyens capteurs d'attitude de l'engin propres à délivrer des signaux électriques représentatifs de l'attitude de l'engin,
    • un multiplexeur électrique propre à recevoir les signaux vidéo issus de la caméra ainsi que les signaux électriques issus des moyens capteurs d'attitude,
    • un émetteur optique connecté au multiplexeur électrique et propre à transmettre au sol via la ou les fibres optiques les informations recueillies par les moyens senseurs.
  • En pratique, les moyens capteurs d'attitude comprennent:
    • un premier capteur de verticale locale propre à délivrer un signal électrique représentatif de l'inclinaison de l'engin,
    • un second capteur du type boussole magnétique propre à délivrer un signal électrique représentatif de la direction de l'engin par rapport au nord magnétique, et
    • un troisième capteur du type altimètre propre à délivrer un signal électrique représentatif de l'altitude de l'engin.
  • Par exemple, la caméra est équipée:
    • . de moyens de mise au point,
    • . de moyens de réglage de zoom,
    • . de moyens de réglage de seuil des points image,
    • . de moyens de réglage d'échelle de la plage de détection,
    • . de moyens optiques d'entrée du type projecteur et leur moyen de commande, l'ensemble caméra/moyens optiques d'entrée étant monté sur un système d'orientation en site et en gisement propre à être télécommandé en réponse à une commande particulière émanant de la station au sol.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'installation selon l'invention, les moyens de réception de la station comprennent:
    • un récepteur optique propre à recevoir les signaux vidéo et électriques émanant du système embarqué ainsi transmis par la ou les fibres optiques,
    • un ordinateur du type PC équipé d'un écran vidéo, d'un moniteur, de moyens de traitement d'image agissant en temps réel ou en temps différé et de moyens de gestion des signaux électriques, et
    • un démultiplexeur électrique connecté au récepteur optique et propre à délivrer les signaux vidéo aux moyens de traitement d'image ainsi que les signaux électriques aux moyens de gestion.
  • Selon un autre aspect de l'invention, la station comprend en outre :
    • des moyens de commande propres à délivrer des signaux de commande pour la mise au point de la caméra, le réglage de zoom, le réglage de seuil des points image, le réglage d'échelle de la plage de détection, l'orientation en site et en gisement de l'ensemble caméra/projecteur, et des moyens actionneurs des gouvernes de l'engin,
    • un émetteur optique propre à émettre lesdits signaux de commande vers le système embarqué via la ou les fibres optiques,
    tandis que le système embarqué comprend en outre:
    • un récepteur optique pour recevoir les signaux de commande ainsi émis,
    • des moyens actionneurs propres en réponse aux signaux de commande à effectuer la mise au point de la caméra, le réglage de zoom, le réglage de seuil des points image, le réglage d'échelle de la plage de détection, l'orientation en site et en gisement de l'ensemble caméra/projecteur et la commande des gouvernes de l'engin.
  • En pratique, l'engin est équipé d'une alimentation autonome. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lumière de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est une vue représentant schématiquement l'installation selon l'invention ;
    • la figure 2 illustre schématiquement les éléments essentiels du système embarqué de télédétection ; et
    • la figure 3 représente schématiquement les éléments essentiels des moyens de réception de la station au sol selon l'invention.
  • Sur la figure 1, la référence INS désigne une installation de télédétection aérienne et/ou terrestre pour la détection des feux de forêts selon l'invention.
  • L'installation INS est fondée sur une observation depuis un engin ENG plus léger que l'air du type aérostat ou cerf-volant comprenant une nacelle NAC.
  • L'engin ENG est statique ou fixe par l'intermédiaire d'une liaison LIA par câble fixée à l'une de ses extrémités à l'engin ENG et à l'autre de ses extrémités à une station au sol mobile ou fixe STA. Un système de télédétection aérienne et/ou terrestre est embarqué dans la nacelle NAC et coopère de façon unidirectionnelle ou bidirectionnelle avec des moyens UT équipant !a station STA pour la réception des informations détectées et leur traitement.
  • La liaison par câble LIA assure la transmission unidirectionnelle ou bidirectionnelle des informations ainsi détectées par le système embarqué vers les moyens de réception UT de la station au sol STA. Dans le cas d'une application de l'installation pour la détection de feux de forêts FEU, les moyens UT de réception et de traitement des informations détectées par le système embarqué peuvent coopérer avec des moyens d'intervention EAU pour circonscrire par exemple à distance le feu ainsi détecté.
  • Avec une longueur de câble LIA d'environ 4 à 5 km, une telle installation permet de surveiller des zones d'environ 10 km de côté.
  • Par exemple, la portance de l'engin est par temps calme (sans vent) donnée essentiellement par des gaz inertes tels que de l'hélium propre à remplir l'enveloppe de l'aérostat.
  • Par vent plus fort, alors que la force exercée par ledit vent sur le câble devient croissante et tend à ramener l'aérostat vers le sol, il est possible d'apporter une portance supplémentaire à l'engin par l'adjonction de structures aérodynamiques à portance positive (non représentées), le cas échéant modifiable par transit d'informations de débit de la station au sol vers ledit engin via la liaison par câble.
  • Une telle installation selon l'invention permet de détecter, dès les premières minutes, le départ d'un feu de forêt en vue de permettre une intervention rapide et efficace et limiter ainsi non seulement les dégâts immédiats causés à la forêt, mais aussi les risques encourus par les personnels de la sécurité civile et les pertes financières résultant d'un tel sinistre.
  • Le premier problème rencontré par la Demanderesse pour fournir une liaison par câble permettant de relier un engin plus léger que l'air à une altitude de l'ordre de 4 à 5 km à une station au sol mobile ou fixe a été de trouver un matériau permettant de résister à des vents supérieurs à 150 km/h.
  • Pour répondre à cette exigence, la Demanderesse a conçu un câble dont l'âme principale est constituée d'un matériau léger et résistant de type Kevlar (Marque déposée).
  • Par ailleurs, en vue d'amortir la tension exercée sur le câble, celui-ci forme à au moins un endroit prédéterminé une boucle fermée à l'intérieur de laquelle s'étend par exemple un ressort cylindrique.
  • Comme on le verra plus en détail ci-après, il est préférable que le câble comprenne une ou plusieurs fibres optiques monomodes ou multimodes pour la transmission d'informations émanant du système embarqué vers la station autonome et vice versa.
  • Le diamètre du câble est par exemple de l'ordre de 5 mm.
  • Il est à remarquer également que la Demanderesse a prévu d'amortir les éventuelles oscillations du câble en remplissant ledit câble de micro-particules d'un matériau du type talc.
  • Dans le cas d'une collision entre l'aérostat et des objets volants, les conséquences d'une telle collision sont minimisées de la façon suivante selon l'invention.
  • Tout d'abord, l'enveloppe de l'engin plus léger que l'air est semi-rigide, ce qui permet de dévier facilement l'aérostat ou tout simplement de déchirer l'enveloppe dudit aérostat.
  • Ensuite, le gaz inerte du type hélium qui remplit l'enveloppe est neutre. Il en résulte aucun risque d'explosion malencontreuse contrairement à ce qui se passerait avec de l'hydrogène.
  • Comme on le verra plus en détail ci-après, le système embarqué dans la nacelle est friable. Il en résulte qu'en cas de choc, ses éléments sont susceptibles de s'effriter sans causer de dégâts.
  • Dans le cas d'une collision entre la liaison par câble et des objets volants, la Demanderesse propose en outre quatre solutions permettant de minimiser les conséquences d'une telle collision.
  • Premièrement, dans le cas d'une collision avec de petits objets volants tels que des petits avions de tourisme, la rencontre du câble avec une des ailes dudit objet, se traduit au pire par une légère rotation de l'objet volant autour du câble.
  • Deuxièmement, si la liaison par câble s'enroule dans l'hélice de l'objet volant, les ondes de contraintes dans ladite liaison peuvent être suffisamment fortes pour qu'elle casse en un ou plusieurs endroits, libérant ainsi l'objet volant.
  • Troisièmement, selon l'invention il est possible de répartir le long de la liaison par câble, l'équivalent de fusibles mécaniques propres, en réponse à une commande particulière provenant de la station au sol, à rompre directement le câble ou à déclencher des moyens propres à rompre ou à détacher ledit câble au niveau desdits fusibles.
  • En pratique, le fusible mécanique est du type boule explosive remplie d'une poudre propre à exploser en réponse à une sollicitation optique d'une puissance prédéterminée émanant de la station au sol et se propageant à travers la fibre optique jusqu'à ladite boule.
  • Quatrièmement, dans le cas d'une contrainte subite au niveau du câble, par exemple dans le cas d'une rencontre avec un gros avion, l'atténuation de la fibre optique incorporée dans ledit câble va augmenter très vite. Il en résulte qu'en surveillant les niveaux transmis par ladite fibre optique, par des moyens de vérification que l'on décrira plus en détail ci-après, il est possible, au-delà d'une certaine valeur, d'ordonner la coupure au niveau de l'aérostat, ou d'un point intermédiaire de ladite liaison, et au niveau de la station au sol.
  • Nous faisons maintenant référence à la figure 2 qui représente un schéma général des moyens essentiels du système embarqué selon l'invention.
  • Le système embarqué selon l'invention est fondé sur des moyens senseurs constitués par les moyens suivants.
  • Tout d'abord, il est prévu au moins une caméra CAM en lumière visible, infrarouge, ou ultraviolet propre à délivrer des signaux vidéo.
  • Dans le cas d'une application de l'installation pour la détection de feux de forêts, la caméra est du type infrarouge fonctionnant dans la bande 3-5 micromètres. Avantageusement, la caméra est disposée pour observer la zone située à la verticale de l'engin.
  • Par exemple, la caméra CAM est un détecteur linéaire ou matriciel.
  • Par exemple, la caméra CAM opérant dans l'infrarouge est celle vendue par MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION sous la référence IR5120 A ou C.
  • Une telle caméra CAM possède une définition de 500 × 500 points image, ce qui permet d'obtenir une résolution au sol pour un point image de l'ordre de 20 m lorsque l'engin est à une altitude de l'ordre de 5 km.
  • Avantageusement, il est prévu des moyens optiques d'entrée OE du type projecteur et leur moyen de commande connectés à la caméra. L'ensemble caméra/moyens optiques d'entrée OE est monté par exemple sur un système d'orientation en site et en gisement propre à être télécommandé en réponse à une commande particulière émanant de la station au sol.
  • La caméra CAM infrarouge est par exemple alimentée par une alimentation régulée ALIM dont la source primaire est constituée de cellules solaires CEL remplacée la nuit par une batterie tampon.
  • L'alimentation régulée ALIM alimente également des capteurs d'attitude CAT permettant de délivrer des signaux électriques représentatifs de l'attitude de l'engin.
  • Un multiplexeur électrique MXE1 reçoit les signaux vidéo issus de la caméra CAM ainsi que les signaux électriques issus des moyens capteurs d'attitude CAT.
  • Un émetteur optique EMO1 connecté au multiplexeur électrique MXE1 transmet alors au sol via la ou les fibres optiques LIA les informations recueillies par les moyens senseurs.
  • L'émetteur optique EMO1 est par exemple à diodes électroluminescentes.
  • L'alimentation régulée ALIM permet également d'alimenter un refroidisseur thermoélectrique RTH connecté à la caméra infrarouge.
  • Avantageusement, l'alimentation régulée ALIM permet également d'alimenter une électronique de balayage et mise en forme vidéo connectée à la caméra infrarouge SCAN.
  • Il est important de remarquer que le contrôle de l'attitude globale de l'aérostat permet de conférer à l'installation un degré de sécurité supplémentaire.
  • Par exemple, les capteurs d'attitude CAT comprennent un premier capteur (non représenté) de verticale locale propre à délivrer un signal électrique représentatif de l'inclinaison de l'engin par rapport à un axe vertical.
  • Est prévu également un second capteur (non représenté) de type boussole magnétique permettant de délivrer un signal représentatif de la direction de l'engin par rapport au nord magnétique.
  • Enfin un troisième capteur (non représenté) de type altimètre permet de délivrer un signal électrique représentatif de l'altitude de l'engin.
  • L'ensemble de ces trois capteurs permet non seulement de donner des informations destinées à élaborer des ordres par la station au sol aux différents actionneurs, mais surtout en particulier pour la détection des feux de forêts d'opérer un recalage et un recadrage de l'image observée par rapport à une prise de vue aérienne idéale en un point rigoureusement fixe (c'est-à-dire par rapport à une image de référence correspondant à une prise de vue sans vent).
  • Nous faisons maintenant référence à la figure 3 qui illustre schématiquement les moyens de réception de la station au sol.
  • Les informations recueillies par les moyens senseurs embarqués dans la nacelle sont reçues au niveau de la station autonome par un récepteur optique RO2. Le récepteur optique RO2 par exemple à photodiodes PIN de facture courante (par exemple en silicium) reçoit ainsi les signaux vidéo émanant de la caméra CAM et les signaux électriques émanant des capteurs d'attitude CAT qui sont transmis par la ou les fibres optiques.
  • Un démultiplexeur électrique DME2 connecté au récepteur optique RO2 délivre les signaux vidéo ainsi que les signaux électriques ainsi reçus à un ordinateur ORD de type PC (Personal Computer).
  • Avantageusement, l'ordinateur UT de type PC est équipé d'un écran vidéo, d'un moniteur, de moyens de traitement d'image TI agissant en temps réel ou en temps différé et recevant les signaux vidéo et de moyens de gestion des signaux électriques GS recevant les signaux électriques provenant des capteurs CAT.
  • Par exemple, le moniteur est doté d'une carte d'affichage au standard EGA-VGA.
  • Il est possible de doter la carte de gestion des signaux électriques de moyens propres à informer l'opérateur OP en fonction du traitement des informations. Par exemple ces moyens sont constitués d'une alarme ALARM sonore et/ ou visuelle propre à avertir l'opérateur OP. En outre toutes les informations ainsi détectées sont stockés en mémoire de masse, et peuvent être visualisées à l'aide d'un listing LIS.
  • L'installation que nous venons de décrire, permet une stabilisation passive de l'aérostat qui ne nécessite qu'une transmission unidirectionnelle air-sol des informations.
  • Une telle configuration a l'avantage d'être légère mais ses performances de traitement et de commande sont réduites.
  • La Demanderesse s'est posé le problème d'apporter des performances supplémentaires de traitement et de commande à une telle installation.
  • Ainsi, il est prévu d'incorporer dans le système embarqué dans l'engin des moyens de commande propres à délivrer des signaux de commande pour la mise au point de la caméra, le réglage de zoom, le réglage de seuil des points image, le réglage d'échelle de la plage de détection, l'orientation en site et en gisement de l'ensemble caméra/projecteur, et des actionneurs ACT des gouvernes GOV de l'aérostat (figure 2).
  • Toutefois, une telle configuration consistant ainsi en une stabilisation active embarquée de l'aérostat a l'inconvénient d'être lourde.
  • En effet, l'aérostat ne doit pas dépasser une certaine masse. Dans l'exemple décrit ci-avant, l'enveloppe de l'aérostat a une masse de l'ordre de 8 kg, avec un système embarqué de l'ordre de 7 kg donc pour un total de l'ordre de 15 kg hors câble qui lui a une masse de l'ordre de 5 kg. Avec une stabilisation active embarquée comprenant des moyens de commande propres à commander la stabilisation de l'aérostat, nous dépassons donc la vingtaine de kilos, ce qui diminue le degré de sécurité de l'installation.
  • Pour remédier à un tel inconvénient, la Demanderesse s'est posé le problème de fournir une stabilisation active déportée de l'aérostat.
  • Une telle stabilisation active déportée est rendue possible par une transmission bidirectionnelle d'informations entre le système embarqué et la station au sol et par l'équipement au sol de moyens de commande propres à délivrer des signaux de commande pour la stabilisation de l'aérostat ainsi que le réglage de la caméra.
  • Dans ces conditions, il est prévu en outre un émetteur optique EO2 dans la station au sol propre à émettre lesdits signaux de commande vers le système embarqué via la ou les fibres optiques tandis que le système embarqué comprend en outre un récepteur optique RO1 pour recevoir les signaux de commande ainsi émis et des moyens actionneurs ACT propres en réponse aux signaux de commande à effectuer la mise au point de la caméra, le réglage du zoom, le réglage de seuil des points image ainsi que les réglages d'échelle de la plage de détection et d'orientation en site et en gisement de l'ensemble caméra/projecteur et la commande des gouvernes GOV de l'aérostat.
  • Dans le cas d'une transmission bidirectionnelle entre la station au sol et le système embarqué, il est prévu avantageusement d'équiper à chaque extrémité de la liaison par câble à fibres optiques d'un multiplexeur optique respectif MXO1 et MXO2 pour l'émission/réception des informations.
  • Dans le cas d'une stabilisation déportée de l'engin, l'ensemble de la structure ultra-légère a une masse de l'ordre de 15 kg qui se décompose de la façon suivante : 3 kg d'électronique, 5 kg pour le câble et les fusibles mécaniques et 7 kg pour l'enveloppe de l'aérostat.
  • La Demanderesse s'est posé aussi le problème d'apporter une solution de sécurité dans le cas d'une rupture accidentelle de la liaison par câble.
  • La solution selon l'invention consiste à faire circuler un signal dans la boucle constituée par le système embarqué, la liaison par câble et la station au sol. Il suffit alors de détecter en permanence le signal se propageant dans la boucle au niveau par exemple de la station au sol. La non-réception de ce signal permet ainsi de déduire les conséquences suivantes :
    • 1) le câble est cassé ;
    • 2) la station autonome est en panne ou le système embarqué dans la nacelle de l'aérostat est lui-même en panne.
  • En pratique, des moyens de vérification VERI1 (figure 2) font transiter par la liaison par câble un signal prédéterminé qui est rebouclé sur ladite liaison par câble, au niveau de la station autonome via des moyens de vérification VERI2 (figure 3), sans passer par la carte de gestion GS. Si les moyens de vérification VERI1 ne détectent pas de signal de retour, il en résulte que le câble est cassé.
  • En pratique, les moyens de vérification VERI1 et VERI2 comprennent respectivement un coupleur optique passif (de type réflectomètre) branché de façon particulière à l'entrée (au niveau du système embarqué) ou à la sortie (au niveau de la station au sol) du câble de liaison. Avantageusement le coupleur optique est raccordé au niveau de la station au sol à une carte de réflectométrie au standard PC logée dans l'ordinateur ORD.
  • En revanche, si les moyens de vérification VERI1 détectent un signal de retour, il en résulte que c'est la station au sol qui est en panne, alors les moyens de vérification VERI1 envoient un signal permettant de couper la vidéo et un signal permettant de déclencher un signal d'alarme au niveau de la station autonome. Avantageusement, les gourvernes de l'aérostat sont alors bloquées en position neutre.
  • Il est à remarquer que les moyens de vérification VERI1 et VERI2 sont couplés respectivement à des démultiplexeurs électriques DME1 et DME2.
  • En résumé, et de façon non limitative, les avantages de l'installation selon l'invention sont les suivants.
  • Le système de type aérostat est opérationnel 24 h sur 24 h grâce à l'autonomie de la partie aérostatique.
  • La maintenance de la partie aérienne est réduite car l'aérostat est alimenté de façon autonome.
  • Il n'y a pas lieu d'équiper la partie aérostatique de moyens cryogéniques ou de fonctions complexes
  • Pour ce qui concerne la partie au sol, la maintenance est rendue aisée dans la mesure où il s'agit d'un ordinateur de type PC ou compatible associé à des cartes internes standard et à un logiciel qui peut être portable. Il en résulte une utilisation et une mise en place aisées et faciles.
  • Il est à remarquer que la transmission bidirectionnelle des informations par la voie de fibres optiques est un avantage dans la mesure où elle n'encombre pas ou elle ne pollue pas l'espace hertzien. D'autre part il s'agit d'un fonctionnement silencieux ce qui est un avantage pour éviter la dégradation de l'environnement.
  • L'installation confère un haut degré de sécurité vis-à-vis des objets volants tels que les avions de lignes, hélicoptères ou ultra-légers motorisés.
  • Avantageusement, l'enveloppe de l'aérostat peut être transparente. Il en résulte qu'en association avec le fait que l'aérostat est en position d'équilibre à haute altitude (de l'ordre de 5 km) et l'utilisation d'un matériau de couleur claire pour le câble, l'installation peut se fondre totalement dans le paysage. Ceci a pour avantage en outre de ne pas dégrader l'environnement d'une part, et de conférer une insensibilité aux attaques malveillantes ou aux sabotages d'autre part.
  • Pour ce qui concerne le système embarqué, il a l'avantage de faire appel à une électronique fiable et légère fondée sur des composants classiques et disponibles dans le commerce tels que des capteurs infrarouge, des capteurs d'attitude, une électronique de multiplexage etc...
  • Comme mentionné ci-avant, en cas de cassure du câble, l'installation confère un haut degré de sécurité. En outre, l'installation peut être complétée par une logique permettant de libérer une partie de l'hélium pour faire chuter le matériel à vitesse réduite dans la zone surveillée, et éventuellement détacher la partie la plus lourde pour la faire chuter au bout d'un mini-parachute.
  • La détection de plusieurs feux de forêt survenant simultanément et/ou de la naissance brusque desdits feux est possible selon l'invention dès les premiers instants de ceux-ci, ce qui peut permettre de déduire facilement les origines criminelles éventuelles de tels sinistres.
  • L'invention trouve une application particulière dans la détection de feux de forêts. Toutefois elle trouve une application plus générale dans la surveillance aérienne et/ou terrestre.

Claims (15)

  1. Installation de télédétection aérienne et/ou terrestre du type comprenant :
    - un engin (ENG) plus léger que l'air du type aérostat ou cerf-volant comprenant une nacelle (NAC),
    - une liaison (LIA) par câble fixée à l'une de ses extrémités à l'engin et à l'autre de ses extrémités à une station (STA) au sol mobile ou fixe, et
    - un système de télédétection aérienne et/ou terrestre embarqué dans la nacelle (NAC) et coopérant avec des moyens (UT) équipant la station pour la réception des informations détectées et leur traitement, caractérisée en ce que le câble (LIA) comprend au moins une fibre optique pour assurer la transmission desdites informations de télédétection du système embarqué vers les moyens de réception de la station au sol.
  2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'âme du câble (LIA) est constituée d'un matériau léger et résistant du type Kevlar.
  3. Installation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que le câble (LIA) forme à au moins un endroit prédéterminé une boucle fermée à l'intérieur de laquelle s'étend un ressort cylindrique pour amortir la tension exercée sur le câble.
  4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'il est prévu de disposer à au moins un endroit prédéterminé du câble (LIA) un fusible mécanique propre à cet endroit prédéterminé, en réponse à une commande particulière provenant de la station au sol, à rompre le câble ou à déclencher des moyens aptes à rompre ou à détacher ledit câble à cet endroit prédéterminé.
  5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le fusible mécanique est du type boule explosive remplie d'une poudre propre à exploser en réponse à une sollicitation optique d'une puissance prédéterminée émanant de la station au sol et se propageant à travers la fibre optique jusqu'à ladite boule.
  6. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le câble (LIA) comprend une/ou plusieurs fibres optiques monomodes ou multimodes.
  7. Installation selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce que le câble (LIA) est rempli de micro-particules d'un matériau du type talc de manière à amortir les éventuelles oscillations du câble.
  8. Installation selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce que le système embarqué de télédétection aérienne et/ou terrestre comprend:
    - des moyens senseurs constitués par:
    . au moins une caméra (CAM) en lumière visible, infrarouge, ou ultraviolet propre à délivrer des signaux vidéo,
    . des moyens capteurs d'attitude (CAT) de l'engin propres à délivrer des signaux électriques représentatifs de l'attitude de l'engin,
    - un multiplexeur électrique (MXE1) propre à recevoir les signaux vidéo issus de la caméra (CAM) ainsi que les signaux électriques issus des moyens capteurs d'attitude (CAT),
    - un émetteur optique (EMO1) connecté au multiplexeur électrique (MXE1) et propre à transmettre au sol via la ou les fibres optiques (LIA) les informations recueillies par les moyens senseurs.
  9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens capteurs d'attitude (CAT) comprennent:
    - un premier capteur de verticale locale propre à délivrer un signal électique représentatif de l'inclinaison de l'engin,
    - un second capteur du type boussole magnétique propre à délivrer un signal électrique représentatif de la direction de l'engin par rapport au nord magnétique, et
    - un troisième capteur du type altimètre propre à délivrer un signal électrique représentatif de l'altitude de l'engin.
  10. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la caméra (CAM) est équipée :
    . de moyens de mise au point,
    . de moyens de réglage de zoom,
    . de moyens de réglage de seuil des points image,
    . de moyens de réglage d'échelle de la plage de détection,
    . de moyens optiques d'entrée (OE) du type projecteur et leur moyen de commande, l'ensemble caméra/moyens optiques d'entrée étant monté sur un système d'orientation en site et en gisement propre à être télécommandé en réponse à une commande particulière émanant de la station au sol.
  11. Installation selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce que les moyens de réception (UT) de la station comprennent:
    - un récepteur optique (R02) propre à recevoir les signaux vidéo et électriques émanant du système embarqué ainsi transmis par la ou les fibres optiques,
    - un ordinateur (ORD) du type PC équipé d'un écran vidéo, d'un moniteur, de moyens de traitement d'image (TI) agissant en temps réel ou en temps différé et de moyens de gestion (GS) des signaux électriques, et
    - un démultiplexeur électrique (DME2) connecté au récepteur optique (RO2) et propre à délivrer les signaux vidéo aux moyens de traitement d'image (TI) ainsi que les signaux électriques aux moyens de gestion (GS).
  12. Installation selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce que la station comprend en outre :
    - des moyens de commande propres à délivrer des signaux de commande pour la mise au point de la caméra, le réglage de zoom, le réglage de seuil des points image, le réglage d'échelle de la plage de détection, l'orientation en site et en gisement de l'ensemble caméra projecteur et des moyens actionneurs (ACT) des gouvernes (GOV) de l'engin (ENG) ;
    - un émetteur optique (EMO2) propre à émettre lesdits signaux de commande vers le système embarqué via la ou les fibres optiques ;
    tandis que le système embarqué comprend en outre :
    - un récepteur optique (RO1) pour recevoir les signaux de commande ainsi émis ;
    - des moyens actionneurs (ACT) propres en réponse aux signaux de commande à effectuer la mise au point de la caméra, le réglage de zoom, le réglage de seuil des points image, le réglage d'échelle de la plage de détection, l'orientation en site et en gisement de l'ensemble caméra projecteur et la commande des gouvernes (GOV) de l'engin (ENG).
  13. Installation selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce qu'il est prévu d'équiper respectivement le système de télédétection et la station au sol de moyens de vérification (VERI1 et VERI2) propres à détecter l'atténuation de la ou des fibres optiques et/ou la cassure de la liaison par câble (LIA).
  14. Installation selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée en ce que l'engin est équipé d'une alimentation autonome (ALIM).
  15. Application de l'installation et de l'engin selon l'une quelconque des précédentes revendications à la détection des feux de forêts.
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