Brevet FR2706659A1 — publié le 19941223

Dispositif électronique anti-collision pour navires. L'invention concerne la localisation relative des navires, et l'évitement de collisions entre ceux-ci. Bien que de nombreux navires soient équipés de radars, ceux-ci ne permettent pas de réaliser une fonction anti-collision d'usage général. Une solution envisageable consiste à prévoir que chaque navire détermine sa propre position, et la retransmet. Cette solution est assez délicate à mettre en oeuvre: il faut notamment éviter une saturation" par un grand nombre d'informations de position transmises; il faut aussi assurer que la qualité des informations de position transmises est suffisante pour des besoins d'anticollision, qui demandent une bonne précision. Ces deux contraintes sont particulièrement délicates à satisfaire simultanément. En consequence, il n'existe pas actuellement de moyen simple, de coût raisonnable, qui soit aisément généralisable à toute une classe de navires concernés, tout en permettant à chaque navire d'évaluer lui-même les risques de collision, sans nécessité de recourir à un poste central, et enfin dont l'application ne soit pas confinée à des zones particulières, telles que les ports. La présente invention vient proposer une solution à ce problème. La Demanderesse a observé tout d'abord que les navires sont maintenant quasi systématiquement équipés d'un récepteur GPS. Après étude, elle a constaté que la précision de ceux-ci, typiquement la centaine de mètres, est suffisante pour des besoins d'aide anti-collision. Elle s'est alors aperçue que la combinaison de ce moyen avec d'autres pouvait fournir une solution au problème posé. La présente invention propose tout d'abord un procédé d'aide anti-collision pour des navires, dans lequel, de façon connue: a) on équipe certains au moins des navires d'un moyen individuel de détermination de position, possédant une précision de l'ordre de la centaine de mètres, tel que le GPS. Ce procédé se complète des étapes suivantes: b) on fait émettre, par les navires ainsi équipés, de façon répétitive et sensiblement omnidirectionnelle, un signal de caractéristiques fréquentielles connues, portant la position du navire et une identification de celui-ci, c) au moins au niveau des navires équipés, cl) on reçoit sélectivement les signaux émis par les autres navires, c2) on décode la position qu'ils portent, en correspondance de l'identification qu'ils portent également, c3) on procède à un suivi de trajectoire des autres navires, et c4) on compare ces trajectoires à celle du navire considéré. L'invention peut naturellement être exprimée également sous forme de dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant un navire équipé selon l'invention - la figure 2 est un schéma illustrant une zone où évoluent plusieurs navires - la figure 3 est le schéma de principe d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. - la figure 4 est un exemple de format d'émission des données - la figure 5 est un diagramme temporel permettant de mieux comprendre la présente invention. Les dessins annexés comportent des éléments de caractère certain qu'ils peuvent seuls représenter. En conséquence ils sont à considérer comme partie intégrante de la description. Ils pourront donc servir non seulement à mieux faire comprendre celle-ci, mais aussi pour compléter la définition de l'invention, le cas échéant. La figure 1 illustre un navire MO, équipé d'un récepteur GPS1 travaillant avec plusieurs satellites, dont le satellite S1 illustré. L'homme du métier sait qu'un tel récepteur GPS permet, en mode normal, de déterminer la position du navire (latitude et longitude), avec une précision qui correspond, en termes de position, à la centaine de mètres. Le navire MO est également équipé d'un émetteur 2 et d'un récepteur 3, qui peuvent d'ailleurs être réunis. Sur la figure 2, il apparaît que le navire MO évolue avec une vitesse et un cap définis par le vecteur VO, dans une zone où évoluent également d'autres navires Mi, M2 et M3 possédant respectivement des vecteurs vitesse V1, V2 et V3. Sur la figure 3, on retrouve le récepteur GPS1, l'émetteur 2, le récepteur 3, ainsi qu'une source de fréquence 4 fondée sur un ou plusieurs quartz, et une représentation schématique en 5 des instruments de navigation du navire. Comme déjà indiqué, le récepteur 1 fournit la longitude et la latitude sous forme numérique. Les instruments de navigation 5 peuvent permettre d'y ajouter la route (cap) et la vitesse (en module) du navire. Ceci constitue des données DS qui peuvent par exemple être agencées suivant le format de la figure 4, qui comprend: - 6 bits pour une phase de synchronisation, et de paramétrage, - 30 bits pour l'identification du navire, qui peut être son adresse internationale, - deux fois 19 bits pour la latitude et la longitude, - 8 bits pour la route, et - 6 bits pour la vitesse. Dans l'exemple décrit ici, on considère que les données sont portées par une fréquence F0, sous la forme d'une modulation de phase à quatre mégabits par seconde. La source de fréquences 4 a donc pour fonction de fournir la fréquence porteuse F0, la cadence de modulation FM, et la fréquence de commande d'émission Fr. Un modulateur 22 reçoit la fréquence d'émission F0, les données DS à transmettre, la fréquence de modulation FM, ainsi que la fréquence d'émission Fr. A chaque instant d'émission, défini par la fréquence Fr, le modulateur va réaliser une modulation de la phase de la porteuse F0, en fonction des données DS, et ceci à l'aide de la cadence de modulation FM. Le signal ainsi modulé peut présenter dans l'exemple donné une durée de 22 microsecondes (figure 5). Il est transmis à l'amplificateur d'émission 24 suivi de l'antenne 29. L'amplificateur 24 est commandé par la fréquence Fr de façon à n'être opérationnel que pendant le temps nécessaire de 22 microsecondes. L'émission réalisée par l'antenne 29 est omnidirectionnelle. Elle est réalisée à une puissance de l'ordre de la centaine de watts, afin que le signal soit perceptible dans une zone de l'ordre de 20 kilomètres autour du navire (environ 10 miles nautiques). Côté réception, après l'antenne 31, on trouve un amplificateur de tête 33, suivi d'une boucle à verrouillage de phase 35, qui reçoit elle aussi les trois fréquences FO, Fr et FM. La boucle à verrouillage de phase utilise les 6 bits de tête pour se synchroniser, après quoi elle est en mesure de fournir sous forme numérique la suite ordonnée des informations émises, à savoir dans l'exemple décrit l'identification du navire, sa latitude, sa longitude, sa route et sa vitesse. Ces données sont transmises à une unité de traitement 39, qui va les stocker en correspondance de l'identification du navire, de façon à pouvoir réaliser un suivi de la trajectoire du navire qui vient d'émettre. Par extrapolations successives des positions des navires environnants, et du navire considéré, il devient possible d'indiquer des conflits éventuels de trajectoires. Ceci permet déjà au pilote de conduire lui-même une manoeuvre d'évitement. De préférence, une manoeuvre d'évitement pourra être suggérée par l'unité de traitement 39. Par exemple, le cas de la figure 2 montre qu'un risque de collision existe entre les navires MO et M1. Le navire MO va pouvoir se dérouter en modifiant sa trajectoire pour qu'elle suive la direction de la flèche DOM. Ceci suffit en principe pour éviter le navire M1. Mais, dans la mesure où il est équipé comme le navire MO, et contrôlé de la même manière, ce navire M1 pourra suivre la trajectoire VlM, ce qui montre bien qu'une collision va être évitée. L'homme du métier sait qu'il existe une codification des manoeuvres d'évitement entre navires, qu'il sera donc facile de mettre en oeuvre à l'intérieur de l'unité de traitement 39. A l'aide d'une adresse internationale exprimée sur 30 bits, il est possible de discriminer un milliard de navires, ce qui est largement suffisant pour permettre l'évitement de navires se trouvant dans une zone donnée au même moment, même s'ils proviennent de très loin. Par ailleurs, une émission réalisée comme illustré sur la figure 5, à savoir pendant 22 microsecondes toutes les 5 secondes, laisse largement la place à l'émission pour tous les navires se trouvant à un moment donné dans la même zone de portée d'émission. Dans une variante intéressante, l'émission de chaque navire ne se produit pas avec une cadence régulière de 5 secondes, mais avec une cadence fondée sur une répétition de 5 secondes, modifiée à chaque fois d'une variation qui peut être par exemple tirée au sort, de façon qu'il soit extrêmement improbable que plusieurs navires se trouvent émettre en même temps à plusieurs reprises. Dans un mode de réalisation particulier intéressant, la fréquence d'émission se situe en bande L. On pourra par exemple utiliser la fréquence d'émission de 1,8 gigahertz. Cependant, ceci n'est pas limitatif. Sur la figure 3, l'émetteur 2 et le récepteur 3 ont été illustrés séparément. Des moyens classiques (non représentés) sont utilisés pour inhiber la réception pendant l'émission à laquelle procède le navire concerné. Il suffit à cet effet de bloquer l'amplificateur de réception 33 pendant le temps d'émission, en lui communiquant la durée de l'impulsion d'émission, par exemple par la liaison marquée Fr. Dans une variante, la même antenne est utilisée pour l'émission et la réception. Dans ce cas, cette antenne unique est reliée par un circulateur d'une part à la sortie de l'amplificateur d'émission 24, d'autre part à l'entrée de l'amplificateur de réception 33. On sait qu'actuellement des récepteurs GPS sont disponibles à des prix très compétitifs. Il est maintenant classique à bord des navires de disposer sous forme numérique des informations de cap ou route et de vitesse de ceux-ci. L'information relative à l'adresse internationale ou l'identité du navire peut, si elle n'est pas disponible par ailleurs, être inscrite en mémoire à l'intérieur même de l'émetteur 2. Pour le reste, l'homme du métier comprendra immédiatement qu'un dispositif tel que l'émetteur 2 et le récepteur 3 peut être réalisé en grande série à des coûts également très compétitifs. La présente invention satisfait donc particulièrement bien les conditions du problème pose. La mesure de position GPS peut s'effectuer avantageusement en "poursuivant" au moins 5 satellites, ce qui permet de détecter l'incohérence des mesures. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. Elle peut faire usage de tout mode de détermination de position par satellite, notamment du mode dit GNSS (GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM), qui est une extension du mode GPS actuel. Toute mesure adéquate, plus précise, disponible à bord du navire, peut être utilisée pour améliorer la mesure GPS de mode normal. Par ailleurs, la taille indiquée pour les données émises, de même que leur cadence d'émission, peut être augmentée. Enfin, la bande de fréquences utilisées, et les caractéristiques d'émission ainsi que de modulation peuvent aussi être modifiées. Revendications 1. Procédé d'aide anti-collision pour des navires, dans lequel: a) on équipe certains au moins des navires d'un moyen individuel de détermination de position, possédant une précision de l'ordre de la centaine de mètres, caractérisé en qu'il comporte les étapes suivantes: b) on fait émettre, par les navires ainsi équipés, de façon sensiblement omnidirectionnelle, et de façon répétitive à une cadence de quelques secondes, avec une puissance correspondant à une portée pratique de l'ordre de la dizaine de kilomètres, un signal de caractéristiques fréquentielles connues, portant la position du navire et une identification de celui-ci, c) au moins au niveau des navires équipés, cl) on reçoit sélectivement les signaux émis par les autres navires, c2) on décode la position outils portent, en correspondance de l'identification qu'ils portent également, c3) on procède à un suivi de trajectoire des autres navires, et c4) on compare ces trajectoires à celle du navire considéré. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émission de l'étape b) est effectuée avec une fluctuation temporelle par rapport à la périodicité exacte. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de détermination de position est fondé sur un repérage par satellites. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de détermination de position est un récepteur du type dit GPS. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émission de l'étape b > comprend en outre l'indication de la route et de la vitesse du navire émetteur. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émission de l'étape b) est effectuée en moyenne toutes les 5 secondes environ. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'émission de l'étape b) est effectuée par modulation d'une porteuse en bande L. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la modulation est une modulation de phase cadencée à environ 4 Mégabits par seconde. 9. Procédé - selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'émission de l'étape b) comprend en outre-une séquence d'accrochage pour la démodulation. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émission de l'étape b) comprend: - au moins 30 bits environ pour l'identification du navire, qui peut être son adresse internationale, et - deux fois au moins 19 bits environ pour la latitude et la longitude. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'émission de l'étape b) comprend: - au moins 8 bits environ pour la route, et - au moins 6 bits environ pour la vitesse. 12. Dispositif d'aide anti-collision pour un navire, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison: - un moyen de détermination de position, possédant une précision de l'ordre de la centaine de mètres, - un émetteur d'un signal répétitif de caractéristiques fréquentielles connues, portant à chaque fois une identification du navire et au moins la position de celui-ci, - un récepteur desdits signaux émis par les autres navires, - des moyens pour décoder la position portée par chaque signal reçu, en correspondance de l'identification qu'il porte également, - des moyens de suivi de la trajectoire des autres navires, et - des moyens pour comparer ces trajectoires à celle du navire considéré.