Brevet FR3011322A1 — publié le 20150403

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne un procédé et un système permettant l'optimisation de la construction d'un plan d'acquisitions de zones à réaliser par un aéronef, comme un satellite. ETAT DE L'ART Les satellites d'observation permettent notamment de prendre des clichés de zones de la Terre. Le plus souvent, le satellite doit réaliser une série d'acquisitions, pour 10 un ou plusieurs utilisateurs du satellite. L'enchaînement des différentes acquisitions par le satellite, au cours de son orbite, est défini dans un plan d'acquisitions. Ce plan définit le plan de vol du satellite. Le plus souvent, un système dédié reçoit en entrée les différentes 15 acquisitions souhaitées, et en déduit un plan d'acquisitions, en fonction des différentes contraintes temporelles et cinématiques qu'impliquent ces acquisitions. Les acquisitions sont notamment définies par des mailles géographiques qui caractérisent la zone géographique que le satellite doit 20 acquérir. Or, l'opérateur du satellite souhaite maximiser la capacité du satellite à réaliser des acquisitions, notamment dans des zones denses où une multitude d'acquisitions est à réaliser. Ceci permet de répondre de manière optimale aux demandes d'acquisitions formulées par les utilisateurs du 25 satellite. En outre, l'opérateur souhaite réduire au maximum le temps nécessaire à la mise en oeuvre des acquisitions. Enfin, l'opérateur souhaite réduire le coût des acquisitions, notamment dans le cas d'un satellite partagé, où une pluralité d'utilisateurs 30 formule différentes demandes d'acquisitions propres à chaque utilisateur. PRESENTATION DE L'INVENTION Afin de répondre à ces besoins, l'invention propose un procédé pour la préparation ou la construction d'un plan d'acquisitions de zones à réaliser par un aéronef, à partir d'une liste d'acquisitions étant chacune associée à une ou plusieurs mailles géographiques définissant la zone à acquérir, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes selon lesquelles un processeur: - crée un ou plusieurs groupes d'acquisitions dans lesquels des acquisitions sont regroupées en fonction d'un ou plusieurs critères de proximité, - pour chaque groupe d'acquisitions, o détermine pour chaque maille géographique une maille rectangulaire représentant la projection de la maille géographique dans un repère bidimensionnel, o construit une pluralité de bandes rectangulaires couvrant les mailles rectangulaires, les bandes étant choisies de sorte à minimiser la longueur totale des bandes, - déduit des bandes rectangulaires de nouvelles mailles géographiques. L'invention concerne également les caractéristiques suivantes, prises seules ou selon l'une de leur combinaison techniquement possible : - chaque acquisition est associée à un accès caractérisant le créneau temporel et l'attitude pour lequel le satellite est apte à réaliser ladite acquisition, et le critère de proximité comprend l'écart temporel entre les accès et l'écart de dépointage ; - le procédé comprend une étape préalable au cours de laquelle le processeur trie les acquisitions dans des compartiments en fonction de critères de compatibilité des dites acquisitions, les étapes suivantes du procédé étant mises en oeuvre pour chaque compartiment ; - les critères de compatibilité sont choisis parmi le mode de prise de vue de l'acquisition, le créneau temporel des accès, et l'aéronef ; - la largeur des bandes rectangulaires est inférieure ou égale au champ de vue de l'instrument de prise de vue de l'aéronef ; - le processeur associe les nouvelles mailles géographiques à de nouvelles acquisitions du plan et le processeur calcule un nouvel accès pour chaque nouvelle acquisition; - le processeur : o reçoit des acquisitions candidates, o met en oeuvre le procédé pour déterminer de nouvelles acquisitions candidates regroupant les acquisitions candidates reçues. - le processeur: o reçoit un plan d'acquisitions initial, et une acquisition à insérer dans le plan, o met en oeuvre le procédé sur ces acquisitions pour déterminer de nouvelles acquisitions dans lesquelles l'acquisition à insérer a été regroupée avec des acquisitions du plan d'acquisitions initial. o le cas échéant, le processeur teste l'enchaînabilité cinématique des nouvelles acquisitions, afin de conduire à un plan d'acquisition cinématiquement faisable. - le processeur note les nouvelles acquisitions en fonction d'un ou plusieurs critères de notation ; - le processeur trie les nouvelles acquisitions selon une agrégation de ces critères de notation (par exemple un produit pondéré). L'invention concerne également un système pour la construction d'un plan d'acquisitions de zones à réaliser par un aéronef, ledit plan comprenant une liste d'acquisitions étant chacune associée à une maille géographique correspondant à la zone à acquérir, caractérisé en ce que le processeur est configuré pour déterminer de nouvelles mailles géographiques, conformément au procédé. L'invention permet d'optimiser la construction d'un plan d'acquisitions d'un satellite, en maximisant la capacité d'acquisition. En particulier, l'invention permet de maximiser la capacité d'acquisition sur une zone dense. En outre, l'invention permet de réduire le temps d'utilisation du satellite. Enfin, l'invention permet de réduire le coût des acquisitions, notamment dans le cas d'une pluralité d'utilisateurs du satellite. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention 10 ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une représentation d'un satellite et d'acquisitions à réaliser ; - la Figure 2 schématise différents paramètres d'une acquisition ; 15 - la Figure 3 schématise un système pour la construction d'un plan d'acquisitions de zones ; - la Figure 4 représente différentes étapes d'un procédé pour la construction d'un plan d'acquisitions de zones ; - la Figure 5 représente la construction de bandes rectangulaires 20 couvrant les mailles rectangulaires ; - la Figure 6 représente le calcul d'un nouvel accès pour une nouvelle acquisition. DESCRIPTION DETAILLEE 25 On a représenté en Figure 1 un aéronef 1. Il s'agit par exemple, mais non limitativement, d'un satellite 1 d'observation de la Terre. L'aéronef 1 peut par exemple être un avion ou un drone ou tout autre aéronef destiné à l'acquisition de zones par l'intermédiaire d'un instrument de prise de vue embarqué. 30 Dans la suite, l'exemple non limitatif d'un satellite 1 sera utilisé. Acquisitions à réaliser Des utilisateurs du satellite 1, qui sont typiquement des clients de l'opérateur du satellite 1, émettent une pluralité de demandes d'acquisitions 3 de zones 2 à réaliser par le satellite 1. Ces acquisitions 3 sont chacune associées à une ou plusieurs mailles 15 géographiques définissant la zone géographique à acquérir par la satellite 1. Chaque maille 15 géographique couvre la zone géographique à acquérir dans la limite des capacités de l'instrument de mesure du satellite 10 1. Ainsi, dans le cas d'acquisitions de grandes zones géographiques, plusieurs mailles 15 sont nécessaires pour couvrir la zone. Ces mailles 15 géographiques sont en général définies par une pluralité de points délimitant le contour de la maille, chaque point étant défini par sa latitude et sa longitude. 15 De manière classique, chaque acquisition 3 est associée à au moins un accès 4, caractérisant le créneau temporel pour lequel le satellite 1 est apte à réaliser ladite acquisition 3. En général, l'accès 4 caractérise également l'attitude du satellite 1 pour lequel le satellite 1 est apte à réaliser l'acquisition 3. 20 L'accès 4 est calculé de manière connue à partir de l'orbite du satellite 1, et de la cinématique connue du satellite 1. Comme illustré en Figure 2, le créneau temporel comprend une date de début td, et une date de fin tf, qui définissent le créneau temporel d'accessibilité de cette acquisition. 25 L'attitude du satellite 1 comprend le roulis a, le tangage 3, et le lacet À pour lesquels le satellite 1 est en mesure de réaliser l'acquisition. Il peut également s'agir de plages de valeur pour l'attitude. L'accès 4 caractérise également la façon dont l'acquisition doit être réalisée par le satellite 1. Par exemple, il existe ainsi : 30 - des accès élémentaires, correspondant à une unique mise en oeuvre de l'instrument ; - des accès mono-passe, correspondant à plusieurs mises en oeuvre de l'instrument au cours d'un même passage orbital, pour acquérir plusieurs mailles contiguës ; - des accès stéréo, correspondant à deux (ou plus) mises en oeuvre successives de l'instrument sur une même maille et au cours d'un même passage orbital. Selon les cas, les acquisitions 3 sont également caractérisées par : - le mode de prise de vue de l'acquisition (infrarouge, lumière visible, radar, etc.) ; - le satellite avec lequel elles doivent être réalisées. D'autres paramètres peuvent être définis pour l'acquisition 3, comme par exemple le fait que certaines mailles 15 géographiques soient indivisibles, ou une note caractérisant le degré de priorité de l'acquisition 3 par rapport aux autres. Système pour la construction d'un plan d'acquisitions Un système 13 pour la construction d'un plan d'acquisitions est schématisé en Figure 3. Ce système 13 est configuré pour mettre en oeuvre le procédé décrit par la suite. Le système 13 comprend un processeur 5, et une mémoire 12. La mémoire 12 stocke notamment les acquisitions 3 et leurs accès 4. Un logiciel, stocké dans la mémoire 12, contrôle le processeur 5 pour que celui-ci mette en oeuvre les étapes du procédé décrit ci-après. Le système 13 comprend, le cas échéant, un outil 14 d'interaction avec un utilisateur, permettant à un opérateur d'y rentrer des données ou de paramétrer le logiciel. Il s'agit par exemple d'un clavier associé à un écran. Procédé pour la construction d'un plan d'acquisitions Une étape E0 peut être mise en oeuvre pour classer les acquisitions 30 3 compatibles entre elles dans des compartiments 16. Cette étape sera décrite par la suite. Selon une étape E1, le processeur 5 crée un ou plusieurs groupes 7 d'acquisitions dans lesquels des acquisitions 3 sont regroupées en fonction d'un ou plusieurs critères de proximité. Ce critère de proximité traduit le fait que les acquisitions sont proches temporellement et géographiquement, et qu'il serait donc souhaitable de les regrouper. Dans un mode de réalisation, le processeur 5 détermine l'écart temporel entre les créneaux temporels des accès 4, et regroupe les acquisitions 3 en fonction de ce critère. Alternativement, l'écart temporel et l'écart de dépointage du satellite 10 1 (ou de son instrument), entre les accès 4 des acquisitions 3, sont calculés. Ces écarts sont agrégés dans un unique critère, par exemple homogène à un angle. Pour chaque groupe 7 d'acquisitions, le processeur 5 détermine (étape E2) pour chaque maille 15 géographique associée à chaque 15 acquisition 3, une maille 18 rectangulaire représentant la projection de la maille 15 géographique dans un repère bidimensionnel. Avant cette projection, chaque maille 15 géographique définit une zone de la Terre (ou d'un autre élément à acquérir) qui est en trois dimensions et définie par sa latitude, sa longitude, et son altitude. 20 Dans un mode de réalisation, la projection utilisée est une projection de Mercator rapportée au point de la maille 15 le plus proche de l'équateur, et orientée selon le cap géographique défini par cette maille 15. Cette projection est donc de type "modifiée" car le centre de la projection et le cap utilisés sont différents de la projection Mercator 25 classique (dans laquelle le centre de projection est le point de latitude et de longitude nulles, et le cap est orienté Sud-Nord). A ce stade, une pluralité de mailles 18 rectangulaires est obtenue, dans un repère plan en deux dimensions. Pour chaque groupe 7 d'acquisitions, le processeur 5 construit lors 30 d'une étape E3 une pluralité de bandes 20 rectangulaires couvrant les mailles 18 rectangulaires de ce groupe 7. La largeur maximale des bandes 20 dépend du champ de vue de l'instrument du satellite 1. Le nombre de bandes 20 est déterminé comme étant le nombre minimal de bandes nécessaires pour couvrir l'ensemble des mailles, 5 compte-tenu de l'étendue géométrique des mailles et de la largeur des bandes, déterminée par le champ de vue de l'instrument du satellite 1. Comme illustré en Figure 5, il existe plusieurs possibilités de bandes 20 rectangulaires pour recouvrir les mailles 18 rectangulaires. Le processeur 5 construit les bandes 20 de sorte à minimiser la longueur totale 10 des bandes 20, la longueur des bandes 20 étant la dimension des bandes 20 selon l'axe vertical du repère bidimensionnel de projection. Par exemple, en Figure 5, deux bandes 20 sont nécessaires et la couverture réalisée par les bandes 20 et référencée par la lettre D permet d'obtenir des bandes 20 dont la somme des longueurs est la plus faible. 15 C'est donc cette couverture qui est choisie par le processeur 5.La construction des bandes peut par exemple être effectuée de la manière suivante : - La largeur de la zone à couvrir par les emprises instrumentales, en un seul passage orbital, détermine le nombre de fauchées 20 instrumentales minimales pour réaliser l'acquisition dans son ensemble. Ce nombre détermine le nombre de bandes 20. - Le degré de liberté concernant le calage latéral des bandes est levé en testant tous les cas possible pour ce calage latéral, en veillant à couvrir toutes les mailles initiales dans le nombre 25 déterminé de bandes, avec un recouvrement minimal entre bandes (cf. Figure 5, cas A à E). - Les bandes éventuellement trop longues sont découpées en bandes plus courtes dans leur sens longitudinal. - La configuration des bandes qui présente une longueur totale de 30 bande minimale est celle qui est choisie par le processeur 5. - Les bandes éventuellement indépendantes des autres (c'est-à-dire sans maille initiale partiellement couverte) donnent lieu à des acquisitions indépendantes. Lors d'une étape E4, le processeur 5 déduit des bandes 20 5 rectangulaires de nouvelles mailles 15' géographiques. Cette étape est mise en oeuvre en appliquant la projection inverse à celle mise en oeuvre à l'étape E2. Ceci permet de définir de nouvelles acquisitions auxquelles sont associées ces nouvelles mailles géographiques 15' et de nouveaux accès 10 4'. Ainsi, en regroupant des mailles, les ressources du satellite 1 sont moins utilisées que si chacune des mailles devait être acquise successivement. Le procédé participe donc à l'optimisation du plan d'acquisitions. 15 Dans le cas illustré en Figure 5, le satellite 1 ne devra réaliser que deux acquisitions, alors qu'initialement, une pluralité d'acquisitions étaient prévues. Les nouvelles mailles 15' géographiques définissent chacune la zone géographique de nouvelles acquisitions 3' du plan. 20 Ces nouvelles acquisitions 3' présentent chacune un nouvel accès 4' que le processeur 5 détermine. Le créneau temporel de ce nouvel accès dépend : - des créneaux temporels des acquisitions 3 (initiales), et - de la distance entre les mailles 18 rectangulaires et le centre 19 de 25 la bande 20 rectangulaire les couvrant. Un mode de réalisation géométrique du calcul du créneau temporel de ce nouvel accès 4' est illustré en Figure 6 et décrit ci-dessous. Une bande 20 couvre deux mailles initiales 181 et 182. Chacune des mailles 181 (respectivement 182) a un créneau temporel d'accessibilité T1 30 (respectivement T2). Le centre de la maille initiale (maille 181, respectivement maille 182) est projeté sur la trajectoire 17 du satellite 1. De même, le centre de la bande 20 est projeté sur la trajectoire 17 du satellite 1. On déduit ainsi un segment séparant ces deux projections. Le créneau temporel T1, (respectivement T2) de la maille 181 (respectivement 182) initiale est décalé d'une distance égale à ce segment. Le rapport entre les créneaux temporels et les distances est assuré par la vitesse de déplacement du satellite. On obtient ainsi des créneaux temporels T'l et T'2. L'intersection de 10 ces créneaux temporels permet de définir le créneau temporel du nouvel accès 4'. L'attitude du nouvel accès est déterminée par des moyens de calcul et de modélisation de la cinématique du satellite, à partir notamment de la date de début et de la date de fin du créneau temporel, et de la maille 15 géographique 15', Enfin, le procédé peut comprendre une étape préalable E0 au cours de laquelle le processeur 5 trie les acquisitions 3 dans des compartiments 16 en fonction de critères de compatibilité des dites acquisitions 3. Ceci permet de trier les acquisitions 3 qui sont compatibles entre 20 elles. Différents critères de compatibilité peuvent être utilisés. Ces critères de compatibilité incluent notamment : - le mode de prise de vue de l'acquisition ; - le créneau temporel des accès ; 25 - le satellite (en effet, l'opérateur peut recevoir dans son système 13 des demandes d'acquisition pour différents satellites). Une fois ces acquisitions 3 triées par compartiment 16, le procédé (étapes El à E4) est mis en oeuvre sur chaque compartiment 16 de manière 30 indépendante. Applications à la préparation et à la construction du plan Le procédé peut être mis en oeuvre à différents niveaux de la construction du plan d'acquisitions. Dans un mode de réalisation, le processeur 5 reçoit en entrée une 5 pluralité d'acquisitions candidates 3, formulées par les utilisateurs du satellite 1. Les acquisitions 3 sont triées dans des compartiments 16 en fonction de critères de compatibilité (étape E0). Dans chaque compartiment 16, le processeur 5 crée (étape E1) un 10 ou plusieurs groupes 7 d'acquisitions dans lesquels des acquisitions 3 sont regroupées en fonction d'un critère de proximité, comme l'écart temporel entre les créneaux temporels des accès 4. Puis, le processeur 5 met en oeuvre les étapes E2 et E3 pour obtenir de nouvelles mailles 15' géographiques, et ainsi de nouvelles acquisitions 15 3'. Les nouvelles acquisitions 3' sont notées en fonction de critères choisis par l'opérateur. Le processeur met en oeuvre plusieurs fois le procédé de regroupement en fixant des tailles différentes pour les groupes 7 d'acquisitions. Les nouvelles acquisitions 3' sont triées selon une agrégation 20 des critères de notation (par exemple un produit pondéré), pour être présentées aux opérateurs. Ainsi, de nouvelles acquisitions 3' candidates, regroupant les acquisitions candidates reçues sont obtenues. Les critères de notation peuvent notamment inclure : - le gain temporel pour l'acquisition ; 25 - le coût de réalisation des acquisitions : - la durée nécessaire à la transmission des acquisitions prises par le satellite vers une station au sol (appelée station de vidage par l'homme du métier) ; - l'impact sur les demandes d'acquisitions les plus prioritaires, 30 par le fait qu'elles soient regroupées avec des demandes d'acquisitions moins prioritaires ; - le nombre d'acquisitions ; la perte en souplesse d'insertion cinématique (réduction du créneau temporel d'accessibilité). Dans un autre mode de réalisation, le processeur 5 reçoit un plan d'acquisitions initial. Le cas échéant, ces acquisitions sont elles-mêmes 5 issues de regroupements préalables conformes au procédé. Lors d'une demande d'insertion d'une nouvelle acquisition dans le plan d'acquisitions, le processeur 5 met en oeuvre le procédé, pour tester différents regroupements possibles de cette acquisition avec les acquisitions déjà présentes dans le plan, et ainsi obtenir de nouvelles 10 mailles géographiques, et donc des nouvelles acquisitions 3'. Le processeur 5 met en oeuvre plusieurs fois le procédé afin de tester différents regroupements possibles de cette acquisition avec les acquisitions déjà présentes dans le plan. Les nouvelles acquisitions 3' sont notées comme décrit 15 précédemment. Le processeur 5 choisit les nouvelles acquisitions 3' qui sont à la fois les mieux notées et qui sont cinématiquement réalisables par le satellite, pour compléter le plan d'acquisitions avec la nouvelle acquisition à insérer, en mettant en oeuvre une vérification de la compatibilité des nouvelles 20 acquisitions 3' avec les capacités cinématiques du satellite. Le système et le procédé pour l'optimisation de la construction d'un plan d'acquisitions trouvent de nombreuses applications dans le domaine de l'observation de la Terre. Ils s'appliquent notamment au contrôle de 25 satellites agiles d'observation, mais également à d'autres aéronefs, comme des drones ou des avions. 30 REVENDICATIONS1. Procédé pour la construction d'un plan d'acquisitions de zones (2) à réaliser par un aéronef (1), à partir d'une liste d'acquisitions (3) étant 5 chacune associée à une ou plusieurs mailles (15) géographiques définissant la zone (2) à acquérir, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes selon lesquelles un processeur (5): - crée (El ) un ou plusieurs groupes (7) d'acquisitions dans lesquels 10 des acquisitions (3) sont regroupées en fonction d'un ou plusieurs critères de proximité, - pour chaque groupe (7) d'acquisitions, o détermine (E2) pour chaque maille (15) géographique une maille (18) rectangulaire représentant la projection de la maille 15 (15) géographique dans un repère bidimensionnel, o construit (E3) une pluralité de bandes (20) rectangulaires couvrant les mailles (18) rectangulaires, les bandes (20) étant choisies de sorte à minimiser la longueur totale des bandes (20), 20 - déduit (E4) des bandes (20) rectangulaires de nouvelles mailles (15') géographiques. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque acquisition (3) est associée à un accès (4) caractérisant le 25 créneau temporel et l'attitude pour lequel le satellite (1) est apte à réaliser ladite acquisition (3), et le critère de proximité prend en compte un écart temporel et un écart de dépointage des accès (4). 30 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une étape préalable (E0) au cours de laquelle le processeur (5) trie les acquisitions (3) dans des compartiments (16) en fonction de critères de compatibilité desdites acquisitions (3), les étapes suivantes du procédé étant mises en oeuvre pour chaque compartiment (16). 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel les critères de compatibilité 5 sont choisis parmi : - le mode de prise de vue de l'acquisition ; - le créneau temporel des accès ; - l'aéronef. 10 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la largeur des bandes (20) rectangulaires est inférieure ou égale au champ de vue de l'instrument de prise de vue de l'aéronef (1). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le processeur 15 - associe les nouvelles mailles (15') géographiques à de nouvelles acquisitions (3') du plan, et - calcule un nouvel accès (4') pour chaque nouvelle acquisition (3'). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le processeur 20 (5) : reçoit des acquisitions candidates, met en oeuvre le procédé sur ces acquisitions candidates pour déterminer de nouvelles acquisitions candidates regroupant les acquisitions candidates reçues. 25 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le processeur (5) reçoit un plan d'acquisitions initial, et une acquisition à insérer dans le plan, 30 met en oeuvre le procédé sur ces acquisitions pour déterminer de nouvelles acquisitions dans lesquelles l'acquisition à insérer a été regroupée avec des acquisitions du plan d'acquisitions initial, afin deconduire à un plan d'acquisitions cinématiquement faisable, comprenant les acquisitions du plan d'acquisitions initial et l'acquisition à insérer. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, dans lequel le processeur (5) note les nouvelles acquisitions (3') en fonction d'un ou plusieurs critères de notation. 10. Système (13) pour la construction d'un plan d'acquisitions de zones (2) 10 à réaliser par un aéronef (1), ledit plan comprenant une liste d'acquisitions (3) étant chacune associée à une maille (15) géographique correspondant à la zone (2) à acquérir, caractérisé en ce que le processeur (5) est configuré pour déterminer de nouvelles mailles (15') géographiques, conformément au procédé selon 15 l'une des revendications 1 à 9.