Brevet FR2754350A1 — publié le 19980410

La présente invention concerne de façon générale un système d'observation aérienne. La présente invention concerne de façon plus précise un système de ballon d'observation aérienne (appelé aussi système BAO). Un tel système peut trouver de nombreuses applications, sans sortir du cadre de l'invention, mais il est en particulier adapté pour une opération de déminage. Les opérations de déminage sont menées classiquement de différentes façon, en particulier en effectuant une progression lente directement sur le terrain à déminer, tout en tentant de détecter de différentes façon les mines enterrées. II est également connu d'effectuer des observations aériennes avec des avions ou des hélicoptères pour tenter de repérer des mines ou du moins des lieux propices aux mines, mais ces observations ne sont pas fiables parce que les avions ou hélicoptères bougent ou vibrent trop, génèrent des gaz chauds qui perturbent les détections et sont d'un coût d'utilisation très élevé. II est également connu d'utiliser des grues pour faire balayer une zone relativement restreinte de terrain à un appareil de détection fixé en bout de la flèche de la grue, sans toucher le sol, mais de telles grues sont peu transportables, chères et couvrent des superficies trop faibles. D'autre part, au cours des dernières années, un besoin s'est fortement accru concernant les prises de vues aériennes de sites privés. Plus particulièrement, une demande s'est récemment fortement accrue pour effectuer des prises de vues aériennes de sites privés tels que des maisons d'habitation, des piscines, des jardins privés ou publics, etc... Ces prises de vues aériennes doivent être effectuées à un coût relativement faible pour pouvoir être abordables par une clientèle privée. D'autre part, ces prises de vues aériennes doivent pouvoir être effectuées dans des lieux qui sont souvent peu accessibles par des aéronefs, par exemple des lieux urbanisés. Les systèmes de prise de vues aériennes connus ne permettent pas d'effectuer dans des conditions techniques et de coût satisfaisantes de telles prises de vues aériennes pouvant satisfaire une demande domestique. Enfin, lorsque l'on souhaite effectuer une prise de vue aérienne concernant un site domestique situé dans une zone fortement urbanisée, sans pour cela requérir nécessairement des autorisations spéciales d'une quelconque administration, il est nécessaire que le système de prise de vues aériennes soit tel qu'il puisse fonctionner dans toutes les circonstances avec un niveau de sécurité très élevé. Les systèmes de prise de vues aériennes connus ne présentent pas ces caractéristiques. Un objet de la présente invention consiste à proposer un système de prise de vues aériennes facile à mettre en oeuvre et d'un coût très réduit. Un autre objet de l'invention consiste à proposer un tel système offrant un niveau très élevé de sécurité, en particulier vis-à-vis des possibilités de retombées d'un quelconque objet provenant du ciei. Un autre objet de l'invention consiste à proposer un tel système pouvant en outre effectuer des prises de vues d'une bonne qualité et suivant un cadrage précis indépendamment des variations même brutales de l'intensité ou de la direction du vent, et cela avec un faible coût de mise en oeuvre. Un autre objet de l'invention consiste à proposer un tel système pouvant être en outre installé sur un site d'une façon rapide, commode et non détériorante. Un autre objet de l'invention consiste à proposer un tel système pouvant être en outre installé sur un site en vue d'effectuer une détection exhaustive de mines enfouies dans le sol. Selon une caractéristique de l'invention, un système de d'observation aérienne comprend un ballon gonflé à l'hélium une balise de positionnement par satellite fixée sur le ballon un appareil de propulsion par hélice et d'orientation de la propulsion, cet appareil étant fixé sur le ballon et étant télécommandé; une nacelle fixée sous le ballon, à laquelle est fixé un appareil d'observation aérienne par l'intermédiaire d'un moyen de fixation mobile qui permet d'orienter de façon contrôlée l'appareil d'observation aérienne un unique dispositif de treuillage fixé sur une installation immobilisée sur le sol, et relié par l'intermédiaire d'un câble à la nacelle et servant à commander à volonté la longueur du câble entre le dispositif de treuillage et la nacelle, ce câble servant à acheminer une énergie électrique pour l'appareil de propulsion; une balise de positionnement par satellite fixée sur ladite installation ; et une unité de traitement traitant les signaux des deux balises de positionnement pour obtenir une position précise du ballon par rapport à elle et pour délivrer des informations de positions précises sur le sol observé d'objets ou de phénomènes présents sur ou dans le sol observé. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, L'appareil d'observation aérienne comprend une caméra infrarouges. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, la caméra infra-rouges opère dans la plage de longueurs d'ondes de 8 à 12 lim. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le câble sert en outre à transporter des signaux entre le ballon et l'installation concernant le positionnement de l'appareil d'observation aérienne, la télécommande de l'appareil de propulsion et d'orientation, et les signaux d'information en provenance de la balise de positionnement sur le ballon Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le câble sert en outre à transporter des signaux entre le ballon et l'installation concernant des images de l'appareil d'observation aérienne. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, I'installation comprend un moyen pour commander la force de propulsion de l'appareil de propulsion de telle sorte que cette force provoque une tension du câble déterminée de façon à régler selon les souhaits et de façon précise la hauteur du ballon par rapport au sol en utilisant au moins l'équation suivante P = L.F/H où P est la composante de la force de propulsion horizontale dans le plan vertical incluant le câble, L est la longueur du câble entre l'installation et le ballon, F est la force ascensionnelle statique du ballon, et H est la hauteur du ballon par rapport au sol, Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, I'installation inclut en outre un récupérateur d'hélium constitué par une pompe qui pompe l'hélium dans le ballon et la renvoie de façon comprimée dans des bouteilles de stockage en vue d'une utilisation ultérieure pour regonfler le ballon. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront mieux compris lors de la description détaillée d'un mode de réalisation qui va suivre, illustrée par les figures annexées parmi lesquelles la figure 1 est une vue générale de côté d'un système d'observation aérienne selon la présente invention la figure 2 une vue générale de côté d'un autre système d'observation aérienne selon la présente invention adapté pour une utilisation en déminage d'un sol. Sur la figure 1, on distingue un système de d'observation aérienne selon un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention. Ce système comprend un ballon gonflé à l'hélium 1 une balise de positionnement par satellite 2 fixée sur le ballon 1 un appareil de propulsion par hélice 3 et d'orientation 4 de la propulsion, cet appareil étant fixé sur le ballon et étant télécommandé; une nacelle 5 fixée sous le ballon 1, à laquelle est fixé un appareil d'observation aérienne 6 par l'intermédiaire d'un moyen de fixation mobile (non représenté) qui permet de faire pivoter de façon contrôlée l'appareil d'observation aérienne 6 un unique dispositif de treuillage 7 fixé sur une installation 8 immobilisée sur le sol 9, et relié par l'intermédiaire d'un câble 10 à la nacelle et servant à commander à volonté la longueur du câble 10 entre le dispositif de treuillage 7 et la nacelle 5, ce câble servant à acheminer une énergie électrique pour l'appareil de propulsion 3 une balise de positionnement par satellite 1 1 fixée sur ladite installation 8 ; et une unité de traitement 12 traitant les signaux des deux balises de positionnement 2, 11 pour obtenir une position précise du ballon par rapport à elle et pour délivrer des informations de positions précises sur le sol 9 observé d'objets ou de phénomènes présents sur ou dans le sol 9 observé. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, L'appareil d'observation aérienne est une caméra infra-rouges qui opère dans la plage de longueurs d'ondes de 8 à 12 Rm, ce qui fait que cette caméra est capable de détecter des mines enfouies dans le sol. Les mise les plus dangereuses sont les mine réalisées entièrement en matériaux non métalliques, par exemple en matières plastiques mais aussi en bois. Ces mines sont très difficilement détectables et il a été trouvé après de nombreux essais que le meilleur moyen de détecter de telles mines est une caméra infra-rouges utilisée pour détecter des écarts de températures de l'ordre du centième de degré. La caméra est le plus sensible lorsqu'elle est utilisée au cours de périodes de la journée où il se produit la plus forte variation de température dans le temps, en particulier au voisinage du lever et du coucher du soleil et par temps sec. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le câble 10 sert en outre à transporter des signaux entre le ballon 1 et l'unité de traitement 12, ces signaux concernant le positionnement de l'appareil d'observation aérienne, la télécommande de l'appareil de propulsion et d'orientation, et les signaux d'information en provenance de la balise de positionnement sur le ballon L'utilisation de deux balises 2, 11 est avantageuse parce qu'elle permet d'effectuer un positionnement relatif entre les deux balises (qui est précis à quelques centimètres) au lieu d'un positionnement absolu d'une seule balise (qui est précis à quelques mètres), étant donné qu'il est en général aisé de connaître la position précise de l'installation 8 par apport au sol 9. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, le câble 10 sert en outre à transporter des signaux entre le ballon 1 et l'installation 8, ces signaux concernant des images de l'appareil d'observation aérienne 6. Cependant, il est possible d'utiliser des moyens classiques de transmission d'informations par voie hertzienne, en particulier par rayons infra-rouges, par exemple en utilisant des antennes d'émissionréception sur le ballon (non représenté) et sur l'installation 8 (représenté en 13). Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, I'installation 8 comprend un moyen pour commander la force de propulsion de l'appareil de propulsion 3 de telle sorte que cette force provoque une tension du câble 10 déterminée de façon à régler selon les souhaits et de façon précise la hauteur du ballon 1 par rapport au sol 9 en utilisant au moins l'équation suivante P = L.F/H où P est la composante de la force de propulsion horizontale dans le plan vertical incluant le câble, L est la longueur du câble entre l'installation et le ballon, F est la force ascensionnelle statique du ballon, et H est la hauteur du ballon par rapport au sol, Cette équation n'est qu'une équation de base des calculs. En effet, il peut être préférable, sans sortir du cadre de l'invention, de la compléter par des équations qui tiennent compte du poids du câble (qui entraîne une flèche), de la détection et de la force du vent, de la possibilité de créer avec l'appareil de propulsion 3 et d'orientation 4 une force de poussée incluant une composant verticale, etc. Ces moyens peuvent être avantageusement complétés par un moyen de mesure optique directe de la position du ballon 1, ce moyen étant constitué par un appareil de mesure optique de position (non représenté) installé sur l'installation fixe 8 et visant le ballon. Ces moyens peuvent servir à stabiliser automatiquement la position horizontale et en hauteur du ballon 1 par rapport à l'installation fixée 8. On peut par exemple stabiliser le ballon à une hauteur de 50 m tandis qu'il est éloigné horizontalement par rapport à l'installation fixée 8 d'une très grande distance pouvant atteindre 500 m. On voit alors l'aire d'observation possible sans déplacer l'installation est très grande puisqu'elle pourrait atteindre en théorie it x 5002, soit environ 780000 m2, soit 78 hectares. Même pour une distance horizontale maximum entre le ballon 1 et l'installation fixée 8 ramenée à 200 m, I'aire explorable sans bouger l'installation 8 est très grande et peut répondre de manière très satisfaisante et nouvelle à un besoin crucial de déminage non satisfait actuellement. Le système selon l'invention a cependant certaines limites en ce qui concerne l'application de déminage, en particulier par le fait qu'il est peu efficace dans des régions boisées. Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, l'installation 8 inclut en outre un récupérateur d'hélium 14 constitué par une pompe qui pompe l'hélium dans le ballon 1 (lorsqu'il a été ramené au sol) et la renvoie de façon comprimée dans des bouteilles de stockage en vue d'une utilisation ultérieure pour regonfler le ballon 1. Cette autre caractéristique de l'invention s'est avérée très économique par l'inventeur, lors de ses expérimentations, et cela en pouvant vaincre un préjugé défavorable basé sur des arguments tels que le fait que les pompes classique haute pression introduirait des huiles dans le ballon et qu'elles créeraient des détériorations du ballon ou des pertes d'hélium qui en amoindriraient les avantages, arguments qui se sont révélés erronés par l'inventeur. L'installation 8 est rendue fixe par rapport au sol 9, mais elle peut en outre être une installation mobile, par exemple une installation montée sur une remorque ou sur un véhicule automobile terrestre. On peut utiliser d'autres caméras qu'une caméra infrarouges, par exemple une caméra utilisant d'autres ondes électromagnétiques ou d'autres faisceaux tels que des faisceaux d'électrons, de positrons, des rayons gamma, des rayons X, etc. la figure 2 une vue générale de côté du système d'observation aérienne selon l'invention adapté pour une utilisation en déminage d'un sol. On voit que le sol 9 peut être accidenté, et que le système selon l'invention peut en outre servir à effectuer un relevé topographique du sol (en utilisant en plus un appareil de mesure topographique monté sur la nacelle du ballon 1. Une mine 15 est en cours de détection et des mines 16 ont déjà été détectées et ont fait l'objet d'un repérage topologique précis rapporté par exemple sur une carte en vue d'une utilisation par le personnel chargé d'extraire physiquement ces mines par des moyens classiques. On voit en outre que l'installation 8 peut être déplacée pour étendre l'aire d'observation. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit mais elle inclut également toutes les modifications, adaptations ou perfectionnements que l'homme de l'art pourrait apporter de façon évidente, sans pour cela sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Système de d'observation aérienne caractérisé en ce qu'il comprend un ballon gonflé à l'hélium un appareil de propulsion par hélice et d'orientation de la propulsion, cet appareil étant fixé sur le ballon et étant télécommandé; une nacelle fixée sous le ballon, à laquelle est fixé un appareil d'observation aérienne par l'intermédiaire d'un moyen de fixation mobile qui permet d'orienter de façon contrôlée l'appareil d'observation aérienne un unique dispositif de treuillage fixé sur une installation immobilisée sur le sol, et relié par l'intermédiaire d'un câble à la nacelle et servant à commander à volonté la longueur du câble entre le dispositif de treuillage et la nacelle, ce câble servant à acheminer une énergie électrique pour l'appareil de propulsion et une unité de traitement traitant des signaux reçus pour déterminer une position précise du ballon par rapport à elle et pour délivrer des informations de positions précises sur le sol observé d'objets ou de phénomènes présents sur ou dans le sol observé. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une balise de positionnement par satellite fixée sur le ballon ; et une balise de positionnement par satellite fixée sur ladite installation ladite unité de traitement traitant les signaux des deux balises de positionnement pour obtenir une position précise du ballon par rapport à elle et pour délivrer des informations de positions précises sur le sol observé d'objets ou de phénomènes présents sur ou dans le sol observé. 3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil d'observation aérienne comprend une caméra infra-rouges. 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la caméra infra-rouges opère dans la plage de longueurs d'ondes de 8 à 12 clam. 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble sert en outre à transporter des signaux entre le ballon et l'installation concernant le positionnement de l'appareil d'observation aérienne, la télécommande de l'appareil de propulsion et d'orientation, et les signaux d'information en provenance de la balise de positionnement sur le ballon 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le câble sert en outre à transporter des signaux entre le ballon et l'installation concernant des images de l'appareil d'observation aérienne. 7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation comprend un moyen pour commander la force de propulsion de l'appareil de propulsion de telle sorte que cette force provoque une tension du câble déterminée de façon à régler selon les souhaits et de façon précise la hauteur du ballon par rapport au sol en utilisant au moins l'équation suivante P = L.F/H où P est la composante de la force de propulsion horizontale dans le plan vertical incluant le câble, L est la longueur du câble entre l'installation et le ballon, F est la force ascensionnelle statique du ballon, et H est la hauteur du ballon par rapport au sol, 8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation inclut en outre un récupérateur d'hélium constitué par une pompe qui pompe l'hélium dans le ballon et la renvoie de façon comprimée dans des bouteilles de stockage en vue d'une utilisation ultérieure pour regonfler le ballon.