Brevet FR2735445A1 — publié le 19961220

DESCRIPTION L'invention concerne un procédé d'atterrissage pour des aéronefs qui sont équipés d'un système de guidage de vol, d'un capteur définisseur d'images et d'un système de traitement d'images. Des aéronefs non habités sont employés pour la reconnaissance aérienne en tant qu'"aeronefs espions". De tels aéronefs espions sont fréquemment pourvus d'un capteur definisseur d'images répondant à un rayonnement infrarouge et d'un système de traitement d'images pour pouvoir reconnaître des cibles également la nuit ou dans de mauvaises conditions de visibilité. L'atterrissage de tels aéronefs non habités posent un problème. On ne dispose pour cela habituellement d'aucun terrain d'aviation normal. D'après la technique connue, l'atterrissage pour de tels aéronefs non habités a lieu au moyen d'un parachute ou de coussins d'air amortisseurs de chocs. On connaît également des aéronefs non habités compliqués à décollage vertical. On a besoin à cette occasion pour la propulsion de tellement de poids et d'espace que le rayon d'action ou la charge utile de l'aéronef est fortement limité. Pour d'autres aéronefs non habités, l'atterrissage a lieu au moyen d'un téléguidage par radio. Cela nécessite un personnel au sol extrêmement bien qualifié. L'atterrissage nécessite une piste d'atterrissage assez grande. En outre l'atterrissage ne peut avoir lieu que le jour. L'invention a pour but de créer un procédé d'atterrissage pour des aéronefs, notamment des aéronefs non habités de l'espèce mentionnée ci-dessus qui - permet un atterrissage de l'aéronef sur un terrain d'atterrissage simple à arranger et - se déroule automatiquement et sans grande contrainte pour le personnel au sol. Conformément à l'invention ce problème est résolu avec un aéronef de l'espèce nommée ci-dessus avec les. étapes de procédé suivantes: (a) marquage d'un terrain d'atterrissage avec des marques effectuées dans des positions définies relatives et susceptibles d'être reconnues par le capteur, (b) détermination de l'emplacement de ces marques dans le champ de vision saisi par le capteur, (c) détermination de paramètres d'approche au moyen du système de traitement d'images à partir des emplacements des marques dans le champ de vision et (d) application des paramètres d'approche ainsi déterminés au système de guidage de vol destiné à guider l'aéronef pour l'atterrissage sur le terrain d'atterrissage. D'après l'invention il se produit ainsi un atterrissage normal de l'aéronef p. ex. dans un pré. L'aéronef peut atterrir à cette occasion sur des patins. La surface d'atterrissage est marquée. Le marquage est observé par le capteur définisseur d'images, p. ex. par une caméra vidéo infrarouge. À partir de l'image observée de la surface d'atterrissage et à partir des dimensions connues de la surface d'atterrissage on peut définir au moyen du système de traitement d'images la position et l'emplacement dé l'aéronef (hauteur, élévation et azimut) par rapport à la surface d'atterrissage et en référence à un point de pose. L'angle azimutal est réglé sur zéro par le système de guidage de vol. L'élévation par rapport au point de pose livre alors un angle de couloir de descente. Cet angle de couloir de descente est alors ajusté en angle d'élévation. L'aeronef est mené par ce moyen au point de pose. Dans beaucoup de cas l'aéronef non habité est de toute façon pourvu, pour des fins de reconnaissance aérienne, d'un capteur definisseur d'images. Ce capteur peut ensuite être exploité pour le procédé d'atterrissage. Si le terrain d'atterrissage comprend des marques émettrices d'infrarouge et si le capteur de l'aéronef répond à un rayonnement infrarouge l'atterrissage est également possible dans l'obscurité. Un adversaire ne peut pas voir le terrain d'atterrissage dans la mesure o il ne possède pas non plus de capteur sensible à l'infrarouge. Un exemple d'exécution de l'invention est expliqué ci- après, plus en détail, en référence aux dessins annexes. La fig. 1 est une représentation schématique en perspective et illustre le guidage de l'aéronef non habité dans la direction d'atterrissage. La fig. 2 est une vue de dessus de la surface d'atterrissage et montre l'importance des différentes désignations. La fig. 3 montre un aéronef non habité approchant diagonalement par rapport au sens longitudinal de la surface d'atterrissage. La fig. 4 montre l'image saisie pour l'emplacement et la position de l'aéronef de la fig. 3 par un capteur répondant à un rayonnement infrarouge et disposé dans l'aéronef, des cotes utilisées pour le traitement d'images étant inscrites dans l'image. La fig. 5 montre une vue latérale du terrain d'atterrissage et de l'avion à l'approche de l'atterrissage. La fig. 6 est un schéma général et montre schématiquement le capteur, le système de traitement d'images et le système de guidage de vol. La fig. 7 montre l'image de la surface d'atterrissage saisie par le capteur à une distance de 900 m. La fig. 8 montre l'image de la surface d'atterrissage saisie par le capteur à une distance de 200 m. La fig. 9 montre l'image de la surface d'atterrissage saisie par le capteur à une distance de 25 m. Un terrain d'atterrissage 10 inséré dans un paysage est représenté dans la fig. 1. Le terrain d'atterrissage 10 est rectangulaire et est jalonné de quatre marques 14, 16, 18, 20 sur une surface 12 essentiellement plane, p. ex. un pré ou un champ. Les marques 14, 16, 18 et 20 sont des plaques ou des hémisphères chauffées qui émettent un rayonnement infrarouge mais pas de lumière visible. Les deux marques 14 et 16 définissent un côté court du terrain d'atterrissage situé du côté d'approche. Les deux marques 18 et 20 définissent un côté court du terrain d'atterrissage situé du côté opposé au côté d'approche. Une ligne médiane longitudinale 22 du terrain d'atterrissage 10 est désignée par 22. Une cinquième marque 24 en forme de T ou de croix d'atterrissage est disposée sur la ligne médiane longitudinale 22 au milieu entre les deux marques 14 et 16 situées du côté d'approche. Un aéronef 26 non habité, p. ex. un aéronef espion, vole le long d'une trajectoire 28. L'aéronef 26 est manoeuvré jusqu'au point "X" par les moyens de navigation prévus pour sa mission comme la navigation par satellites (GPS), la navigation inertielle ou la radio relais. Un capteur définisseur d'images prévu dans l'aéronef 26 détecte au point "X" le terrain d'atterrissage 10. L'aéronef 26 est mené au point "Y" à peu près dans la direction d'atterrissage par un système de traitement d'images prévu également dans l'aéronef 26. Le point d'atterrissage est reconnaissable à l'aide du T d'atterrissage 24 qui est disposé sur le côté court du terrain d'atterrissage situé du côté d'approche. La direction d'atterrissage résulte du prolongement de la ligne médiane longitudinale 22 passant par le T d'atterrissage 24. La fig. 2 montre une vue de dessus du terrain d'atterrissage 10. La longueur A - B du côté court du terrain d'atterrissage 10 situé du côté d'approche entre les marques 14 et 16 est BL. La longueur D - C du côté court du terrain d'atterrissage opposé au côté d'approche entre les marques 18 et 20 est bL; BL étant égale à bL. La longueur des côtés longitudinaux du terrain d'aviation 10 est LL. La fig. 3 est une représentation en perspective du terrain d'atterrissage 10 et de l'aéronef 26 non habité. L'aeronef 26 se trouve, considéré à partir du T d'atterrissage 24, sur une ligne de collimation 30 qui forme un angle a avec la ligne médiane longitudinale 22. La projection de la ligne de collimation 30 sur le plan horizontal forme un angle a' avec le plan médian longitudinal 22. La fig. 4 montre une image que le capteur définisseur d'images de l'aéronef 26 "voit" dans cette configuration. Cette image est en perspective: les deux côtés longitudinaux parallèles A -D et B - C du rectangle et le plan médian longitudinal 22 se coupent dans la perspective en un point de projection 32. L'image du côté court A - B situé du côté d'approche est plus longue que l'image du côté court D - C opposé au côté d'approche. La longueur de la première image est Bi, la longueur de la dernière image est bi. L'écart des images apparaissant essentiellement en parallèle des deux côtés courts, mesuré verticalement par rapport à la direction de ces images, est désigné par hi. La ligne de collimation de l'aéronef vers le T d'atterrissage 24 est en outre inscrite en pointillé. On peut reconnaître à partir de la position inclinée de la ligne médiane longitudinale 22 dans l'image de la fig. 4 que l'aéronef 26 non habité se trouve encore latéralement par rapport à cette ligne médiane longitudinale 22. On peut en déduire par le système de traitement d'images un signal de manoeuvre qui est appliqué au système de guidage de vol et qui place l'aéronef 26 dans un plan vertical comprenant le plan médian longitudinal 22 et qui maintient l'aéronef 26 dans ce plan. Il en résulte alors une situation, ainsi qu'elle est représentée dans la fig. 5. L'aéronef 26 se trouve essentiellement dans un plan vertical passant par la ligne médiane longitudinale 22 du terrain d'atterrissage 10. Sa hauteur au-dessus du sol est Hu. L'écart horizontal de l'aéronef 26 par rapport au T d'atterrissage 24 est Xu. L'angle d'élévation sous lequel l'aéronef 26 est considéré à partir du T d'atterrissage et avec cela l'angle de piste de couloir de descente du couloir de descente 34 que l'aéronef 26 doit suivre pour se poser au T d'atterrissage 24 est désigné par A. On peut déterminer ces paramètres à partir de l'image (fig. 4) reçue par le capteur du terrain connu d'atterrissage. Ce sont: hi BL HY= [XU LL] BiLL LLbi xu = Bi - bi F hiBL 1 p = arcxbL j 6 arI bi LL ' Ces valeurs sont appliquées au système de guidage de vol de l'aéronef 26 non habité. Le système de guidage de vol maintient constant l'angle de descente B par l'intermédiaire du réglage de la poussée et/ou des déporteurs. Les influences du vent contraire ou arrière sont automatiquement prises en compte à cette occasion par le réglage de la poussée et par le déploiement des déporteurs. L'aéronef 26 est guidé par se moyen sur le T d'atterrissage 24. L'aéronef 26 se pose avec des patins 36. Avant d'atteindre le T d'atterrissage 24 on peut entamer une opération d'arrondissement commandée par l'information sur l'altitude ou l'éloignement afin que l'aéronef se pose plus en douceur sur le terrain d'atterrissage. La fig. 6 est un schéma général et montre le capteur 38, le système de traitement d'images 40 et le système de guidage de vol 42. Le capteur 38 est un capteur définisseur d'images répondant à un rayonnement infrarouge à la façon d'une caméra vidéo. Le système de traitement d'images 40 est arrangé afin de reconnaître et identifier les marques dans le champ de vision et afin de déterminer les écarts des marques ainsi reconnues ainsi que le sens de la ligne médiane longitudinale 22 dans l'image. Le sens de la ligne médiane longitudinale livre des cotes pour la déviation latérale de l'aéronef 26 par rapport au plan vertical traversant la ligne médiane longitudinale 22. Le système de guidage de vol règle par l'intermédiaire du gouvernail de direction la trajectoire et l'emplacement de l'aéronef si bien que l'angle a dans l'image saisie par le capteur passe essentiellement à zéro et si bien que la ligne médiane longitudinale 22 s'étend au milieu et verticalement dans l'image de la fig. 4. Le système de traitement d'images 40 livre en outre l'angle de descente B. Le système de guidage de vol maintient alors cet angle B constant par l'intermédiaire du réglage de la poussée et par les déporteurs. Les fig. 7 à 9 montrent les images d'un terrain d'atterrissage 10 saisies successivement lors de l'atterrissage par le capteur définisseur d'images avec une étendue de 15 m x m à des distances de 900 m, 200 m et 25 m. On reconnaît dans la fig. 9 que ce n'est plus le terrain d'atterrissage 10 tout entier qui est saisi au stade final de l'approche d'atterrissage mais que les coins avant de la délimitation de l'image sont coupés. Pourtant il n'apparaît dans l'équation ci- dessus pour l'angle d'élévation B que les grandeurs bi et hi, c. à. d. la largeur apparaissant dans l'image du côté court arrière du terrain d'atterrissage 10 et la longueur apparaissant dans l'image du terrain d'atterrissage 10 mesurée le long de la ligne médiane longitudinale 22. On peut également encore extraire ces grandeurs de l'image de la fig. 9. BL et LL sont des paramètres connus donnés avant le départ. Le procédé d'atterrissage décrit fonctionne par conséquent également dans la phase finale de l'approche d'atterrissage quand le capteur ne "voit" plus l'ensemble du terrain d'atterrissage. Il en résulte à nouveau le fait que seulement trois marques sont suffisantes pour le marquage du terrain d'atterrissage afin de guider l'aéronef 26 le long du couloir de descente 34, c. à. d. le long des deux marques arrière 18 et et du T d'atterrissage. À la place du T d'atterrissage on peut y utiliser le cas échéant une marque normale dont la construction s'accorde avec les marques 14 et 20. Le procédé d'atterrissage décrit permet l'emploi d'aéronefs non habités également dans l'obscurité ou par mauvaise visibilité. REVENDICATIONS 1. Procédé d'atterrissage pour des aéronefs (26) qui sont équipés d'un système de guidage de vol (42), d'un capteur (38) définisseur d'images et d'un système de traitement d'images (40), avec les étapes de procédé suivantes (a) marquage d'un terrain d'atterrissage (10) avec des marques (14,16,18,20,24) effectuées dans des positions définies relatives et susceptibles d'être reconnues par le capteur (38), (b) détermination de l'emplacement de ces marques (14,16,18,20,24) dans le champ de vision saisi par le capteur (38), (c) détermination de paramètres d'approche au moyen du système de traitement d'images (40) à partir des emplacements des marques (14,16,18,20,24) dans le champ de vision et (d) application des paramètres d'approche ainsi déterminés au système de guidage de vol (42) destiné à guider l'aéronef (26) pour l'atterrissage sur le terrain d'atterrissage (10). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le terrain d'atterrissage (10) est marqué par des marques (14,16,18,20,24) émettrices d'infrarouge et que le capteur (38) de l'aéronef (26) répond à un rayonnement infrarouge. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un rectangle est marqué en terrain d'atterrissage (10) par quatre marques (14,16,18,20), rectangle dont les dimensions sont rentrées en tant que paramètres avant la mission dans le système de traitement d'images (40) de l'aéronef (26). 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une cinquième marque (24) est disposée au milieu entre les marques (14,16) déterminant le côté court du rectangle situé du côté d'approche. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la cinquième marque (24) est developpée en croix ou en T d'atterrissage. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par le fait que la distance Xu de l'aéronef (26) du point de pose et des angles de couloir de descente B est déterminée à partir de l'image de capteur selon les relations LLbi xu- Bi -bi [hi BLi arI -b.LL BL étant la largeur du terrain d'atterrissage (10), LL étant la longueur du terrain d'atterrissage (10), Bi étant dans l'image saisie par le capteur la largeur du côté court du terrain d'atterrissage (10) situé du côté d'approche, bi étant dans l'image saisie par le capteur (38) la largeur du côté court du terrain d'atterrissage (10) opposé à la direction d'approche et hi étant dans l'image saisie par le capteur (38) l'écart des côtés courts. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'aeronef est non habité.