Brevet FR2790573A1 — publié le 20000908

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETERMINATION D'UNE FIGURE D'INTERVISIBILITE La présente invention concerne les procédés et dispositifs permettant de déterminer une figure d'intervisibilité entre un aéronef et le sol. L'invention est notamment utilisable pour présenter en temps réel une représentation exploitable d'une figure d'intervisibilité au pilote d'un avion ou d'un hélicoptère, notamment sur un écran tel qu'un tube cathodique. La détermination en temps réel d'une figure d'intervisibilité au fur et à mesure du déplacement d'un aéronef présente un grand intérêt dans de nombreux cas. Dans le domaine de la reconnaissance et du sauvetage en terrain accidenté, la disponibilité de la figure d'intervisibilité permet au pilote une observation d'une durée maximale par un choix approprié de la route qu'il suit. Dans le domaine militaire, la présentation de la figure d'intervisibilité permet au pilote de déterminer une route telle que l'aéronef ne soit en vue directe d'un point déterminé du sol que pendant une durée minimale. Il existe déjà des systèmes de détermination d'une figure d'intervisibilité utilisant pour cela un modèle numérique de terrain mémorisé et des informations sur la position de l'aéronef dans un repère lié au sol. Il est possible d'effectuer en temps réel des calculs très complexes nécessaires à la détermination précise d'une figure d'intervisibilité à condition de disposer d'un organe de calcul de très grande puissance. Cette solution est utilisable sur un simulateur placé au sol. Il est également possible de déterminer quand l'aéronef et un point déterminé du sol, représentant une menace, sont en vue directe(U.S.-A-5 787 733). Un calcul complet 2 2790573 en temps réel est pratiquement impossible à bord d'un avion o les capacités de calcul disponibles sont limitées par des considérations de poids et de puissance. Le fait que la représentation est généralement affichée sur un écran avec une orientation correspondant au cap de l'aéronef, ce qui oblige à faire tourner la représentation de la figure au cours des évolutions, complique encore les calculs. Cela conduit à une détermination qui est loin d'être en temps réel et s'effectue sur des secteurs larges ou avec un échantillonnage grossier qui réduit de façon très considérable la définition et la précision de l'image restituée. A titre d'exemple, la figure 1 montre une figure réelle d'intervisibilité 10 dans une zone circulaire 12 qui représente par exemple la portée de menaces éventuelles au sol. Un calcul grossier, seul possible en une durée se rapprochant du temps réel avec les moyens disponibles à bord d'un avion, conduit à une représentation de la figure d'intervisibilité au sol du genre montré en 14 sur la figure 2. On voit qu'un calcul grossier est susceptible de donner une représentation inexacte ou incomplète de la figure d'intervisibilité, notamment au-dessus d'un terrain accidenté. Dans le cas montré sur les figures 1 et 2, un secteur de non- intervisibilité disparaît complètement sur la représentation de la figure dont la périphérie est également très modifiée. La présente invention vise notamment à fournir un procédé et un dispositif de construction de la figure d'intervisibilité susceptible d'être mis en oeuvre avec des moyens de calcul de puissance réduite (processeur de capacité réduite ou fraction réduite des ressources d'un calculateur de bord) et permettant de disposer rapidement d'une représentation exploitable. 3 2790573 Pour atteindre ce but, l'invention exploite la capacité de l'être humain à estimer le contour d'une image même si cette image n'est constituée que d'éléments non jointifs. Un procédé suivant l'invention propose en conséquence: a) de déterminer les segments d'intervisilité le long d'un jeu de n rayons régulièrement répartis dans une zone angulaire (éventuellement de 3600) et de présenter l'image d'intervisibilité le long de ces n rayons, b) de répéter m fois (m étant un entier) la détermination de l'intervisibilité le long de jeux successifs de n rayons, également régulièrement répartis, chaque jeu étant décalé de tous les précédents et l'opération étant répétée jusqu'à obtention de la définition requise. Avantageusement, les rayons du second jeu sont prévus au milieu des intervalles angulaires délimités par les rayons du premier jeu; puis les déterminations successives sont effectuées le long de rayons dirigés suivant la bissectrice des zones préexistantes. Le nombre m est choisi de façon que tous les rayons observés soient également répartis dans la représentation finale. On poursuit les itérations jusqu'à ce que les intervalles entre les rayons préexistants ne dépassent pas un seuil fixé à la périphérie de l'image (ou le long d'un cercle représentant la limite de la zone dans laquelle une définition maximale est recherchée). Pratiquement, il est inutile d'aller au-delà d'un intervalle d'un pixel à la limite. Une fois le processus initialisé, il peut être répété, chaque détermination le long d'un jeu de rayons provoquant le changement d'affichage suivant ces rayons et uniquement suivant eux. 4 2790573 La détermination des segments d'intervisibilité le long de chaque rayon peut s'effectuer par un processus classique, à partir d'un modèle numérique de terrain mémorisé et de données de hauteur qui peuvent notamment être l'altitude absolue ou l'altitude du sol en cas de vol en suivi de terrain. Un tel procédé permet de construire une représentation complète en quelques secondes, avec un processeur de puissance modeste, mettant par exemple en ouvre 36 jeux de chacun dix rayons. L'image devient exploitable par un opérateur humain après quelques fractions de seconde seulement, du fait de la capacité du cerveau à compléter l'image qui lui est fournie. Avec des jeux de 14 rayons sur un domaine de 360 , la forme précise est appréciable dès quelques itérations seulement. L'invention propose également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, en utilisant un processeur de faible puissance, éventuellement complété ou remplacé par une fraction de la capacité de calcul de l'ordinateur de bord et par la mémoire de masse de ce dernier. Les fonctions peuvent également être remplies par le calculateur de bord programmé de façon appropriée. Incidemment, le modèle numérique de terrain peut également être prévu pour d'autres applications, et notamment pour le survol d'une zone en suivi de terrain. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est une représentation de l'image réelle d'intervisibilité dans une zone circulaire autour d'un aéronef; - la figure 2 montre la représentation classiquement obtenue à l'aide d'un calculateur fonctionnant de façon classique; 2790573 - les figures 3 à 5 montrent des étapes successives de formation de la représentation de l'image d'intervisibilité, conformément à un mode de mise en ouvre de l'invention; -- la figure 6 est un schéma synoptique montrant des moyens qui interviennent dans la mise en ouvre de l'invention. - les figures 7A et 7B montrent schématiquement les segments d'intervisibilité suivant une direction radiale par rapport à l'aéronef, respectivement en vol à niveau constant et à hauteur constante au-dessus du sol. Le procédé suivant l'invention est destiné à générer et à afficher en continu une figure d'intervisibilité telle que celle montrée en Fig.1 progressivement, par rayons successifs. Dans le cas illustré sur les figures 3,4 et 5,la génération s'effectue par jeux successifs de 24 rayons. La figure 3 montre l'aspect de la représentation fournie dès le premier jeu sur un écran dont la périphérie a un rayon qui correspond à la portée sur laquelle la zone d'intervisibilité est à déterminer. Dans une partie centrale de l'écran, la résolution limitée de ce dernier et i'écartement faible des rayons fait que l'image est déjà complète. Le calcul suivant est effectué le long de rayons dirigés suivant la bissectrice des rayons du premier jeu, c'est à dire avec un décalage angulaire de 360 /2n si chaque jeu comporte n rayons. Il conduit à la représentation montrée en figure 4. On y voit déjà apparaître le secteur angulaire qui constitue une brèche dans la région d'intervisibilité. Les calculs ultérieurs peuvent être effectués en alternance de part et d'autre des rayons existants, par exemple avec les décalages suivants par rapport aux orientations d'origine: - 360 x 2 /4n, dans le sens horaire, - 360 x 2 /4n, dans le sens anti-horaire, 6 2790573 - 360 x 3 /4n, dans le sens horaire, - 360 x 3 /4n, dans le sens anti-horaire, - et ainsi de suite jusqu'à ce que l'on ait atteint le nombre total d'itérations jugé nécessaire pour une résolution satisfaisante ou qu'il est inutile de dépasser du fait de la définition limitée de l'écran d'affichage à sa périphérie. La durée de construction totale augmente avec le nombre m de jeux de rayons dans l'image complète. Suivant les applications, et par exemple suivant la durée de réaction jugée acceptable, on choisira un nombre de jeux plus ou moins important. Le nombre de rayons par jeu sera lui même choisi en fonction de la puissance de calcul disponible et du temps jugé acceptable pour avoir une première approximation de la figure d'intervisibilité. Ce nombre peut être ajusté dynamiquement en fonction de la charge instantanée de calcul requise par le reste du logiciel. Le procédé peut être mis en ouvre dans un dispositif suivant le schéma synoptique de la figure 6 sur un aéronef, tel qu'un avion ou un hélicoptère, muni d'une centrale de navigation 18. La centrale de navigation fournit à tout instant la position de l'aéronef en latitude L et en longitude G ainsi que l'altitude Z absolue ou mesurée par rapport au sol à l'aide d'un radar altimétrique. Le dispositif comporte de plus une mémoire de masse 22 dans laquelle est chargée, avant chaque mission, un modèle numérique de terrain ou MNT correspondant aux régions qui seront survolées. Dans le cas de missions militaires, les menaces peuvent être identifiées par leur position géographique et leur nature dans une mémoire auxiliaire 24. Un générateur de symboles 28 représentant les menaces peut alors être prévue pour affichage sur l'écran 26 destiné à montrer l'image 7 2790573 d'intervisibilité, éventuellement en surimpression sur une représentation de la carte, obtenue dans un sommateur 40. Le dispositif comporte un organe de calcul 30 qui peut être indépendant ou utiliser les ressources du calculateur de bord de l'aéronef. Cet organe de calcul doit recevoir les caractéristiques du terrain dans l'environnement de l'aéronef, pour toute la région o la figure d'intervisibilité ets à déterminer. Pour cela le dispositif comporte un extracteur matériel ou logiciel 32 qui, à partir des indications de longitude G, de latitude L et d'altitude Z fournies par la centrale de navigation et éventuellement numérisées, transfère dans une mémoire de travail 34 les caractéristiques de la région. Le calcul de l'intervisibilité est effectué suivant des jeux de rayons successifs, chaque fois identifiés par le générateur d'angles qui désigne les pixels de la représentation sur l'écran 26 correspondant aux rayons. Un séquenceur 38 fournit successivement les angles de décalage 0 , 360 /2n, etc... mentionnés plus haut. Les résultats de chaque calcul sont stockés dans une mémoire vive matricielle 42. Cette mémoire se remplit au fur et à mesure du calcul des n jeux. Une fois la figure complète établie, le cycle reprend, chaque détermination des segments d'intervisibilité le long d'un jeu de rayons provoquant une réécriture. Les symboles 28 représentant des menaces ou des repères peuvent être inscrits dans la mémoire matricielle 42 en superposition aux zones d'intervisibilité. Suivant chaque rayon, le segment d'intervisibilité 46 peut par exemple être représenté par une couleur différente, ou un ombrage. Les figures 7A et 7B o D désigne le diamètre de la zone circulaire dans laquelle on souhaite obtenir une 8 2790573 représentation, montrent respectivement le cas d'un vol à altitude absolue constante Ha et celui d'un survol à hauteur constante Hs au-dessus du sol. Dans le premier cas le segment d'intervisibilité 46 est continu. Dans le second cas, il est en deux tronçons 46a et 46b. Les différents modules de calcul qui viennent d'être définis peuvent avoir diverses constitutions et notamment être constitués par des circuits indépendants, éventuellement câblés, ou par des instructions de programme. 9 2790573 REVENDICATIONS -1. Procédé de détermination d'une figure d'intervisibilité entre un aéronef et le sol, suivant lequel: a) on détermine les segments d'intervisilité le long d'un jeu de n rayons régulièrement répartis dans une zone angulaire (éventuellement de 360 ) et on présente l'image d'intervisibilité le long de ces n rayons, b) on répéte m fois (m étant un entier) la détermination de l'intervisibilité le long de m jeux successifs de n rayons, également régulièrement répartis, chaque jeu étant décalé de tous les précédents et l'opération étant répétée jusqu'à obtention d'une définition déterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les rayons du second jeu sont prévus au milieu des intervalles angulaires délimités par les rayons du premier jeu. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les déterminations successives sont effectuées le long de rayons dirigés suivant la bissectrice de zones préexistantes. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nombre m est choisi de façon que tous les rayons observés sont également répartis dans la représentation finale. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on poursuit les itérations jusqu'à ce que les intervalles entre les rayons préexistants ne dépassent pas un seuil fixé à la périphérie de l'image ou le long d'un cercle représentant la limite de la zone dans laquelle une définition maximale est recherchée. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on répète la séquence, en provoquant, à 2790573 chaque détermination le long d'un jeu de rayons, un changement d'affichage suivant ces rayons et uniquement suivant eux. 7. Dispositif de mise en ouvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant: une centrale de navigation (18) qui fournit à tout instant la position de l'aéronef en latitude L et en longitude G ainsi que l'altitude A absolue ou au dessus du sol; une mémoire de masse (22) dans laquelle est chargée, avant chaque mission, un modèle numérique de terrain; un organe (30) de calcul d'intervisibilité suivant un jeu de n rayons régulièrement répartis angulairement; et un séquenceur (38) pour provoquer des décalages successifs des jeux de n rayons choisis pour provoquer un calcul d'intervisibilité suivant des bissectrices de zones délimitées par des rayons déjà traités. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'angles (36) qui désigne les pixels de la représentation sur un écran d'affichage (26) correspondant à n rayons. 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par une mémoire vive matricielle (42) remplie au fur et mesure du calcul de m jeux de rayons à réinscription des segments d'intervisibilité à chaque calcul le long des rayons déjà traités.