Brevet FR2737026A1 — publié le 19970124

Engin marin automoteur. La présente invention concerne un engin marin automoteur capable de s'autoguider pour suivre une trajectoire et/ou rallier un point prédéfini par un opérateur. L'invention concerne plus particulièrement un engin automoteur du type comportant une structure flottante équipée de moyens de propulsion et de moyens de gouverne de l'engin commandés par un calculateur recevant notamment des informations d'un module de localisation de l'engin, embarqué à bord, et apte à mesurer en temps réel et en continu la position dans l'espace et la vitesse absolue dudit engin. Les fonctions de surveillance, que ce soit celles de surveillance de l'évolution de l'environnement marin ou de la circulation sur mer, se sont, depuis quelques années, développées de manière importante. Ces opérations de surveillance necessitent l'utilisation de bateaux spécialisés, tels que des vedettes hydrographiques ou des vedettes de surveillance dont les coûts de fonctionnement sont particulièrement élevés. Or, aujourd'hui, les seuls véhicules de type robot qui existent pour, par exemple, l'inspection d'ouvrages ou de pipe-lines immergés, sont des véhicules sous-marins robotisés ou des engins de surface pouvant se déplacer sur des plans d'eau peu agités tels que des lacs ou des rivières. Le but de la présente invention est donc de proposer un engin marin automoteur de surface, entièrement automatisé, capable, sans intervention humaine, de suivre une trajectoire prédéterminée et/ou de rallier un point défini par un opérateur tout en recueillant, au cours de son déplacement, des informations du monde environnant à des fins par exemple de surveillance. Les capacités opérationnelles de tels engins peuvent etre réduites dans de larges proportions lors de missions dans des mers formées. En particulier, il faut souligner que les mouvements de l'engin peuvent gravement compromettre les performances des capteurs de perception pouvant y être installés et donc l'ensemble des fonctions qui en dépendent. Pour augmenter les capacités opérationnelles de l'engin il faut réduire la sensibilité de l'ensemble aux vagues. Cette insensibilité sera obtenue dans le cadre de l'invention par l'addition de dispositifs travaillant à plusieurs niveaux pour la stabilisation des capteurs de perception. L'invention, à cet effet, a pour objet un engin marin automoteur capable de s autoguider pour suivre une trajectoire et/ou rallier un point prédéfini par un opérateur, du type comportant une structure flottante équipée de moyens de propulsion et de moyens de gouverne de l'engin commandés par un calculateur recevant notamment des informations d'un module de localisation de l'engin, embarqué à bord, et apte à mesurer en temps réel et en continu la position dans l'espace et la vitesse absolue dudit engin, caractérisé en ce que cet engin comporte en outre, embarqués à son bord, un module de perception d'obstacles pour la mesure de la position relative d'un obstacle et de la vitesse de cet obstacle, un module d'analyse du comportement de l'engin identifiant en temps réel et en continu le lacet, le roulis, le tangage et la vitesse sur l'eau dudit engin, l'ensemble de ces modules transmettant, en temps réel et en continu, lesdites données mesurées au calculateur qui définit la trajectoire à suivre en tenant compte des dérives et des obstacles puis traite lesdites informations au moyen d'une part d'un modèle de manoeuvrabilité, d'autre part de données de positionnement et de fonctionnement fournies par des capteurs reliés aux moyens de propulsion et aux moyens de gouverne de l'engin pour agir sur lesdits moyens de gouverne et de propulsion dudit engin. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le module de perception d'obstacles comporte au moins une platine mobile au moins autour de trois axes par rapport à la structure flottante, cette platine, qui supporte des moyens optiques, étant commandée en déplacement par ledit calculateur agissant sur des actionneurs équipant ladite platine après traitement des informations relatives au lacet, au tangage et au roulis reçues du module d'analyse du comportement de l'engin. Les moyens optiques du module de perception d'obstacles portés par la platine dudit module fournissent des images qui sont traitées numériquement en temps réel et en continu pour permettre, par ce traitement de reconnaissance des formes, le calcul de la vitesse et du positionnement d'un obstacle. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence à la figure unique qui représente une vue schématique d'un engin autonome conforme à l'invention. L'engin marin automoteur, objet de l'invention, est, de préférence, un engin de petite taille (environ 3-4 mètres de long) et léger avec un poids à vide de l'ordre de 500 kg. Il est capable d'atteindre des vitesses supérieures à 20 noeuds sur mer plate et possède une autonomie supérieure à 10 heures. Le choix des formes de l'engin constitue en lui-même un des dispositifs de stabilisation des mouvements car elles lui permettent d'amortir de façon plus ou moins efficace les excitations dues aux vagues. L'engin possédera donc des formes lui donnant les mouvements les plus faibles dans une mer formée compte tenu de sa petite taille. Cet engin est destiné à suivre une trajectoire prédéterminée ou à rallier un point prédéfini choisi par un opérateur 12. Cet opérateur 12 est situé à distance de l'engin sur une base fixe ou mobile. Cet opérateur 12 peut à tout moment réintervenir sur la trajectoire fournie ou le point prédéfini. A partir de ces informations et en fonction de leur teneur, l'engin va soit adapter sa trajectoire en fonction des dérives et des obstacles, voire meme la définir entièrement. Cet engin comporte une structure flottante 1 équipée de moyens de propulsion 2 et de moyens de gouverne 3 de l'engin. Les moyens de propulsion 2 de l'engin peuvent, de manière en soi connue, être par exemple constitués par une hélice actionnée par un moteur. Les moyens de gouverne 3 comprennent quant à eux un gouvernail, des ailerons motorisés horizontaux 10 et verticaux 11 qui permettent une stabilisation de l'engin. Ces ailerons motorisés constituent en eux-mêmes un deuxième dispositif de stabilisation des mouvements. Leur but est de diminuer de façon active l'amplitude des mouvements de la structure flottante dans la houle. Ces moyens de gouverne 3 sont commandés par des actionneurs, tels que des vérins électromécaniques, qui appliquent des consignes de position reçues du calculateur 4. Ces gouvernes sont en outre reliés à des capteurs qui envoient au calculateur 4 des données de mesure de la position et du fonctionnement des gouvernes 3. Le calculateur prend en compte et traite les informations reçues desdits capteurs préalablement à l'envoi des consignes de position aux actionneurs des gouvernes. Ce traitement des informations est notamment réalisé à l'aide d'un modèle de manoeuvrabilité. Pour permettre le calcul des consignes de position à adresser aux actionneurs des gouvernes 3, le calculateur 4 est en outre relié à un module de localisation de l'engin. Ce module, embarqué à bord de l'engin, est apte à mesurer en temps réel et en continu la position dans l'espace et la vitesse absolue dudit engin. Ce module 5 de localisation de l'engin est par exemple un système de localisation GPS différentiel, connu en soi, du type comprenant une station de référence installée à terre, un récepteur, tel qu'une antenne, embarqué sur l'engin et un ensemble de satellites adressant en parallèle des informations à la station de référence et au récepteur 5 embarqué sur l'engin. Outre ce module de localisation de l'engin, le calculateur comporte, embarqués à son bord, un module 6 de perception d'obstacles pour la mesure de la position relative d'un obstacle et la vitesse de cet obstacle. En effet, l'autoguidage de l'engin ne peut être envisagé qu'à partir du moment où l'engin est capable de repérer un obstacle et d'analyser la position et le déplacement de cet obstacle. Pour ce faire, le module 6 de perception d'obstacles comporte au moins une platine 8 mobile autour d'au moins trois axes par rapport à la structure flottante 1. Cette platine 8 ainsi désaccouplée de la structure flottante l peut être stabilisée indépendamment des mouvements de l'engin de manière à permettre la prise de vues. Cette platine support 8 constitue en elle-même un troisième dispositif de stabilisation permettant de diminuer l'amplitude des mouvements des capteurs de perception. Cette platine 8, qui supporte des moyens optiques 9, est commandée en déplacement par ledit calculateur 4 agissant sur des actionneurs 13 équipant ladite platine 8 après traitement des informations relatives au lacet, au tangage et au roulis reçues par un module 7, 7' d'analyse du comportement de l'engin qui sera décrit ultérieurement. Les moyens optiques 9 du module 6 de perception d'obstacles sont par exemple constitués par une caméra. Ces moyens optiques 9 sont portés par la platine 8 dudit module et fournissent des images qui sont traitées numériquement en temps réel et en continu. Ce traitement pourra comporter entre autre une étape de stabilisation numérique par des procédés de déconvolution du flou de bougé et de dérotation existant en eux-mêmes par exemple. Cette étape constitue alors un cinquième dispositif de stabilisation des signaux des capteurs de perception. Par ailleurs, ce traitement, qui inclut notamment un traitement de reconnaissance des formes, permet le calcul de la vitesse et le positionnement d'un obstacle. Parallèlement, ces images peuvent être envoyées à un opérateur qui est à terre, en particulier dans le cadre d'une mission de surveillance assignée à l'engin. Un autre module essentiel au fonctionnement de l'engin est constitué par un module 7, 7' d'analyse du comportement de l'engin. Ce module permet d'identifier en temps réel et en continu le lacet, le roulis, le tangage et la vitesse sur l'eau dudit engin. Ces informations serviront d'une part lors de la commande des actionneurs 13 servant au déplacement de la platine 8, d'autre part lors de la commande des actionneurs servant à modifier la position des gouvernes 3. Ce module 7, 7' d'analyse du comportement de l'engin est donc essentiel car il permet d'assurer une stabilité maximale de la platine 8 pour garantir des prises de vues optimales. Ce module 7, 7' comporte au moins un capteur Loch pour la mesure de la vitesse de l'engin sur l'eau et au moins une centrale gyroscopique associée à au moins un accéléromètre pour la mesure du lacet, du roulis et du tangage, cette centrale et ces capteurs transmettant les données mesurées au calculateur 4. Grâce à l'ensemble des informations recueillies à partir de ces différents modules, le calculateur 4 est capable de définir la trajectoire à suivre de l'engin en tenant compte des dérives et des obstacles. Afin qu'un opérateur puisse suivre la mission à réaliser éventuellement par ledit engin et surveiller ce qui se passe à bord, une liaison, telle qu'une liaison hertzienne, peut être établie entre le calculateur 4 embarqué sur l'engin et l'opérateur 12 situé à distance de l'engin. Cette transmission de données entre l'opérateur 12 et le calculateur 4 permet à l'opérateur, à partir des données reçues, de modifier la trajectoire ou le point rallié ou, à partir des images reçues, d'exercer une action de surveillance. Bien évidemment, d'autres applications que celles de surveillance peuvent être envisagées. Ainsi, un tel engin pourrait servir à la détection d'épaves et de mines, à la mesure des profondeurs de sites stratégiques afin de dresser des cartes marines. REVENDICATIONS 1. Engin marin automoteur capable de s'autoguider pour suivre une trajectoire et/ou rallier un point prédéfini par un opérateur, du type comportant une structure flottante (1) équipée de moyens de propulsion (2) et de moyens de gouverne (3) de l'engin commandés par un calculateur (4) recevant notamment des informations d'un module (5) de localisation de l'engin, embarqué à bord, et apte à mesurer en temps réel et en continu la position dans l'espace et la vitesse absolue dudit engin, caractérisé en ce que cet engin comporte en outre, embarqués à son bord, un module (6) de perception d'obstacles pour la mesure de la position relative d'un obstacle et de la vitesse de cet obstacle, un module (7, 7') d'analyse du comportement de l'engin identifiant en temps réel et en continu le lacet, le roulis, le tangage et la vitesse sur l'eau dudit engin, l'ensemble de ces modules (5, 6, 7, 7') transmettant, en temps réel et en continu, lesdites données mesurées au calculateur (4) qui définit la trajectoire à suivre en tenant compte des dérives et des obstacles puis traite lesdites informations au moyen d'une part d'un modèle de manoeuvrabilité, d'autre part de données de positionnement et de fonctionnement fournies par des capteurs reliés aux moyens de propulsion (2) et aux moyens de gouverne (3) de l'engin pour agir sur lesdits moyens de gouverne (2) et de propulsion (3) dudit engin. 2. Engin marin automoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs agissant à différents niveaux pour la stabilisation de signaux issus de capteurs de perception lorsque l'engin se déplace dans une mer formée, ces dispositifs comprenant une structure 'flottante dont les qualités permettent un amortissement de l'excitation due aux vagues et/ou des ailerons stabilisateurs actifs et/ou une plate-forme stabilisatrice active et/ou un dispositif de stabilisation numérique des signaux des capteurs de perception. 3. Engin marin automoteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le module (6) de perception d'obstacles comporte au moins une platine (8) mobile au moins autour de trois axes par rapport à la structure flottante (1), cette platine (8), qui supporte des moyens optiques (9), étant commandée en déplacement par ledit calculateur (4) agissant sur des actionneurs (13) équipant ladite platine (8) après traitement des informations relatives au lacet, au tangage et au roulis reçus du module (7) d'analyse du comportement de l'engin. 4. Engin marin automoteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens optiques (9) du module (6) de perception d'obstacles portés par la platine (8) dudit module fournissent des images qui sont traitées numériquement en temps réel et en continu pour permettre, notamment par un traitement de reconnaissance des formes, le calcul de la vitesse et du positionnement d'un obstacle. 5. Engin marin automoteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le module (5) de localisation de l'engin est un système de localisation GPS différentiel du type comprenant une station de référence installée à terre, un récepteur embarqué sur l'engin et un ensemble de satellites adressant en parallèle des informations à la station de référence et au récepteur embarqué sur l'engin. 6. Engin marin automoteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de gouverne (3) de l'engin comprennent un gouvernail, des ailerons motorisés horizontaux (10) et verticaux (11), ces moyens de gouverne (3) étant commandés par des actionneurs recevant du calculateur (4) des consignes de position. 7. Engin marin automoteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le calculateur (4), préalablement à l'envoi de consignes de position aux gouvernes (3), traite des données de mesure de la position et du fonctionnement de ces gouvernes (3) reçues de capteurs reliés à ces gouvernes (3). 8. Engin marin automoteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'une liaison, telle qu'une liaison hertzienne, est établie entre le calculateur (4) embarqué sur l'engin (1) et un opérateur (12) situé à distance de l'engin pour assurer la transmission de données entre l'opérateur (12) et le calculateur (4). 9. Engin marin automoteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le module (7, 7') d'analyse du comportement de l'engin comporte au moins un capteur Loch pour la mesure de la vitesse de l'engin sur l'eau et au moins une centrale gyroscopique associée à au moins un accéléromètre pour la mesure du lacet, du roulis et du tangage, cette centrale et ces capteurs transmettant les données mesurées au calculateur (4).