Brevet FR3054068A1 — publié le 20180119

Aéronef, système de surveillance de l'espace aérien et programme d'ordinateur L'invention concerne un aéronef comportant au moins un transpondeur et au moins un agencement d'antennes relié au transpondeur et configuré pour émettre les signaux du transpondeur. L'invention concerne en outre un système de surveillance de l'espace aérien pour surveiller le trafic aérien, ainsi qu'un programme d'ordinateur. De manière générale, l'invention concerne le domaine de la surveillance de l'espace aérien, c'est-à-dire la surveillance et le contrôle du trafic aérien. La surveillance et le contrôle du trafic aérien mondial est actuellement basé essentiellement sur la surveillance radar et sur des systèmes de radiocommunications vocales VHF pour la gestion du trafic aérien (Air Traffic Management). La surveillance actuelle n'assure toutefois pas une couverture de surface totale. Des régions à infrastructure insuffisante ne permettent d'assurer qu'une détection insuffisante du trafic aérien, voire ne permettent pas sa détection. Une extension de l'infrastructure serait toutefois complexe et coûteuse, notamment en mer et dans les régions désertiques. Aussi, le but de l'invention consiste-t-il à indiquer des propositions pour une meilleure surveillance et un meilleur contrôle du trafic aérien mondial, avec une couverture totale de surface, ceci à l'aide de moyens assez réduits. Le but recherché est atteint, conformément à l'invention, grâce à un aéronef comportant au moins un transpondeur et au moins un agencement d'antennes relié au transpondeur et configuré pour émettre les signaux du transpondeur, l'agencement d'antennes présentant une caractéristique de rayonnement pour laquelle une partie essentielle de la puissance de rayonnement est orientée au-dessus de l'aéronef, dans la 3054068 2 direction de l'axe vertical (ou axe de lacet). Un tel aéronef permet la réception des signaux du transpondeur également par des satellites se trouvant exactement au-dessus de l'aéronef. 5 Jusqu'à présent les aéronefs étaient équipés de manière standard, d'agencements d'antennes configurés pour une communication optimale avec des aéronefs voisins ou avec des infrastructures de contrôle du trafic aérien comme le radar secondaire. En conséquence la caractéristique de rayonnement de tels agencements d'antennes est 10 optimisée pour la direction horizontale. Même si avec les agencements d'antennes actuels les signaux peuvent également être rayonnés vers le haut selon un certain angle limité, une réception fiable des signaux au niveau du satellite n'est en règle générale possible qu'à partir d'un angle de rayonnement de plus de 35 degrés. Dans le cas de satellites LEO en 15 révolution rapide, il peut se produire, en raison de l'éloignement relativement faible entre l'aéronef et le satellite, une interruption de courte durée des signaux de transpondeur au niveau du satellite, en raison du cône de silence. Mais comme un satellite LEO en révolution rapide modifie, en un temps très court, sa position par rapport à 20 l'aéronef, une réception des signaux de transpondeur est à nouveau possible à partir d'angles de réception plus grands, en conséquence de quoi la technique actuelle permet une surveillance par satellites suffisante de l'espace aérien. 25 Conformément à l'invention, l'aéronef est équipé d'un agencement d'antennes avec une caractéristique de rayonnement pour laquelle une partie essentielle de la puissance de rayonnement est orientée au-dessus de l'aéronef dans la direction de l'axe vertical. En conséquence, une partie essentielle de la puissance de rayonnement est rayonnée en 30 direction de satellites se trouvant au-dessus de l'aéronef. Cela permet aux signaux de transpondeur d'être reçus, non seulement par des satellites LEO, mais également par des satellites évoluant à très haute 3054068 3 altitude et en conséquence très lents, voire stationnaires (satellites géostationnaires). Comme de tels satellites, en raison de leur grand éloignement de l'aéronef, se trouvent pendant un temps assez long dans un corridor angulaire étroit par rapport à l'axe vertical (cône de silence) 5 de l'aéronef, il est possible, par une concentration de la puissance de rayonnement dans la direction de l'axe vertical, de garantir une transmission énergétiquement efficiente des signaux de transpondeur vers le satellite. Ainsi, la caractéristique de rayonnement peut en particulier être conçue de manière que soit produite une puissance de 10 rayonnement plus grande dans la direction de l'axe vertical que dans la direction de l'axe longitudinal de l'aéronef. Conformément à un développement avantageux de l'invention, il est prévu que l'agencement d'antennes comporte au moins une première 15 antenne directionnelle, qui est orientée, avec sa direction de rayonnement principale, dans la direction de l'axe vertical, au-dessus de l'aéronef. La première antenne directionnelle peut par exemple être réalisée sous la forme d'une antenne planaire dite antenne patch. De cette manière, il est possible, à l'aide de moyes simples, de concentrer 20 la puissance de rayonnement des signaux de transpondeur selon une forte concentration dans la direction de l'axe vertical au-dessus de l'aéronef. La première antenne directionnelle présente un lobe de rayonnement 25 principal de sa caractéristique de rayonnement, qui est orienté dans la direction de sa direction de rayonnement principale. Conformément à un développement avantageux de l'invention, il est prévu que la première antenne directionnelle présente un angle d'ouverture de son lobe de rayonnement principal orienté dans la direction de l'axe vertical, d'au 30 maximum 90° (+/- 45° par rapport à l'axe vertical de l'aéronef). L'angle d'ouverture peut en particulier être d'une valeur maximale de 70° (+/35° par rapport à l'axe vertical de l'aéronef). De cette manière, la 3054068 4 transmission de signaux de transpondeur vers des satellites évoluant à haute altitude, notamment des satellites MEO et/ou GEO, peut être optimisée. 5 Les satellites MEO désignent des satellites se trouvant sur une orbite terrestre moyenne (MEO - Medium Earth Orbit), c'est-à-dire à un niveau d'altitude au-dessus de la surface terrestre entre 2.000 et 35.780 km. Les satellites GEO désignent des satellites se trouvant sur l'orbite terrestre géostationnaire, c'est à dire un niveau d'altitude d'environ 10 35.780 km. De plus, il existe des satellites dits satellites LEO, qui se trouvent sur des orbites terrestres basses (LEO - Low Earth Orbit). Les satellites LEO se trouvent à un niveau d'altitude de 180 à 2.000 km. Conformément à un développement avantageux de l'invention, il est 15 prévu que l'agencement d'antennes comporte au moins une deuxième antenne directionnelle, qui est orientée, avec sa direction de rayonnement principale, perpendiculairement à la direction de l'axe vertical, dans la direction de l'axe longitudinal de l'aéronef. La direction de rayonnement principale de la deuxième antenne directionnelle peut 20 par exemple être orientée de manière omnidirectionnelle dans le plan horizontal ou dans la direction de l'axe longitudinal de l'aéronef. La première antenne directionnelle et la deuxième antenne directionnelle peuvent être couplées au transpondeur, par exemple par l'intermédiaire d'un répartiteur ou splitter. Il est également possible de prévoir un 25 deuxième transpondeur, couplé à la deuxième antenne directionnelle. Dans ce cas, le transpondeur cité en premier lieu peut être couplé à la première antenne directionnelle. De cette manière, des aéronefs existants peuvent, sans modification de leurs antennes déjà existantes, pouvant faire office de deuxième antenne directionnelle, être équipés en 30 complément pour former un aéronef conforme à l'invention. La deuxième antenne directionnelle peut par exemple se présenter sous la forme d'une antenne dite antenne-lame. 3054068 5 La direction de rayonnement principale de la première et de la deuxième antenne directionnelle désigne ici la direction dans laquelle est délivrée la plus grande puissance de rayonnement. 5 Conformément à un développement avantageux de l'invention, il est prévu qu'au moins une partie de l'agencement d'antennes ou bien l'ensemble de l'agencement d'antennes, notamment la première antenne directionnelle, soit intégré dans la surface extérieure de 10 l'aéronef. De cette manière l'agencement d'antennes ou au moins une partie de l'agencement d'antennes peut être placé sur l'aéronef, de manière particulièrement favorable sur le plan aérodynamique et de manière protégée contre des dommages. L'agencement d'antennes, du moins sa partie intégrée dans la surface de l'aéronef, peut être intégré 15 sur le côté extérieur de la surface ou dans le matériau de l'enveloppe extérieure de l'aéronef. A cet effet, on peut par exemple utiliser une antenne dite antenne wrap-around (enroulée). Les aéronefs conformes à l'invention, du type décrit précédemment, 20 permettent avantageusement de réaliser un système de surveillance de l'espace aérien, qui atteint également le but mentionné en introduction. Un tel système de surveillance de l'espace aérien présente les caractéristiques suivantes : a) une pluralité d'aéronefs du type cité précédemment, 25 b) un ou plusieurs satellites, c) au moins une station de sol, système dans lequel les satellites sont conçus pour recevoir des signaux de transpondeur des aéronefs et, le cas échéant après un traitement préliminaire, les transmettre, directement ou indirectement par 30 l'intermédiaire d'au moins une station-relais, à ladite au moins une station de sol. 3054068 6 La station de sol est en conséquence une station terrestre, qui peut être placée sur terre ou bien également sur mer. La station de sol peut également être réalisée en tant que station de sol mobile, qui est placée sur un véhicule terrestre, un navire ou un aéronef. Un tel système de 5 surveillance de l'espace aérien peut, notamment en présence de satellites correspondants, former un système global de surveillance de l'espace aérien, c'est-à-dire un système permettant de surveiller et contrôler le trafic aérien mondial avec une couverture de surface totale. Le système de surveillance de l'espace aérien est particulièrement 10 adapté à une surveillance de l'espace aérien en temps réel. Conformément à un développement avantageux de l'invention, le système de surveillance de l'espace aérien est configuré pour établir, à partir des signaux de transpondeur, au moins pour une région 15 géographique prédéterminée, une image de situation du trafic aérien de la région. Le système de surveillance de l'espace aérien peut ainsi établir une telle image de situation pour une ou plusieurs régions géographiques, ou bien une image de situation mondiale du trafic aérien. L'image de situation du trafic aérien peut par exemple être 20 établie en indiquant sur une représentation cartographique de la région géographique considérée, les positions et caractéristiques des aéronefs s'y trouvant. Par ailleurs, il est également possible de représenter l'itinéraire de vol effectué jusqu'à présent ou au cours d'une période précédente. 25 L'image de situation établie, ou tout au moins une partie de celle-ci, peut par exemple être transmise à un aéronef volant dans la région géographique prédéterminée. Ainsi, le système de surveillance de l'espace aérien peut être configuré, par exemple via sa station de sol, 30 pour transmettre l'image de situation établie ou au moins une partie de celle-ci, à un tel aéronef. 3054068 7 Conformément à un développement avantageux de l'invention, les satellites du système de surveillance de l'espace aérien sont des satellites LEO (orbite terrestre basse), MEO (orbite terrestre moyenne) et/ou GEO (géostationnaire). Cela permet une surveillance d'espace 5 aérien efficace et couvrant totalement la surface mondiale avec un nombre relativement restreint de satellites. Le but recherché mentionné en introduction est en outre atteint grâce à un procédé de surveillance de l'espace aérien comprenant les étapes io suivantes : a) sur un ou plusieurs satellites, recevoir les signaux de transpondeur d'une pluralité d'aéronefs du type précité, b) transmettre les signaux de transpondeur reçus, le cas échéant après un traitement préliminaire, directement ou indirectement par 15 l'intermédiaire d'une station-relais, à une station de sol, c) établir, à partir des signaux de transpondeur, au moins pour une région géographique prédéterminée, une image de situation du trafic aérien de la région. 20 Le but recherché mentionné en introduction, est en outre atteint grâce à un programme d'ordinateur comprenant des moyens de codes de programme, conçu pour effectuer les étapes suivantes, lorsque le programme est exécuté dans un calculateur : a) sur un ou plusieurs des satellites, recevoir les signaux de 25 transpondeur d'une pluralité d'aéronefs du type précité, b) transmettre les signaux de transpondeur reçus, le cas échéant après un traitement préliminaire, directement ou indirectement par l'intermédiaire d'une station-relais, à une station de sol, c) établir, à partir des signaux de transpondeur, au moins pour une 30 région géographique prédéterminée une image de situation du trafic aérien de la région. 3054068 8 Cela permet également de procurer les avantages explicités précédemment. Conformément à un développement avantageux de l'invention, les satellites sont des satellites LEO, MEO et/ou GEO. 5 L'invention va être présentée plus en détail ci-après, au regard d'exemples de réalisation et à l'aide des dessins annexés. Ceux-ci montrent : 10 Figure 1 Figure 2 Figure 3 15 Figure 4 un aéronef en vol, et un agencement d'antennes relié à un transpondeur, et une caractéristique de rayonnement de l'agencement d'antennes, et un système de surveillance de l'espace aérien. Dans les figures, on utilise des repères identiques pour désigner des éléments mutuellement correspondants. 20 La figure 1 montre, en vue de côté, un aéronef 1 en vol. L'aéronef 1 comporte un agencement d'antennes 2 relié à un transpondeur agencé dans l'aéronef 1. L'agencement d'antennes 2 présente une caractéristique de rayonnement 3 avec laquelle sont rayonnés les signaux de transpondeur. La caractéristique de rayonnement 3 présente 25 en premier lieu les lobes de rayonnement horizontal 30, 31 usuels dans les aéronefs actuels, qui sont conçus pour la communication avec d'autres aéronefs ou avec un radar secondaire. Selon une extension conforme à l'invention, l'agencement d'antennes 2 présente une caractéristique de rayonnement 3 avec un rayonnement supplémentaire 30 32 en direction de l'axe vertical au-dessus de l'aéronef 1. Grâce au rayonnement 32, une partie essentielle de la puissance de rayonnement des signaux de transpondeur est rayonnée dans la direction de l'axe 3054068 9 vertical au-dessus de l'aéronef 1. En conséquence, les signaux de transpondeur peuvent vraiment être captés et reçus par des satellites 4 évoluant à altitude relativement élevée, et il est possible d'éviter un cône de silence. 5 La figure 2 montre un transpondeur 5. Le transpondeur 5 est relié par l'intermédiaire d'un répartiteur ou splitter 6 à l'agencement d'antennes 2. L'agencement d'antennes 2 comprend une première antenne directionnelle 20, qui, avec sa direction de rayonnement principale, est 10 orientée dans la direction de l'axe vertical au-dessus de l'aéronef 1, et est par exemple réalisé sous forme d'antenne planaire dite antenne patch. Cela produit le rayonnement 32. L'agencement d'antennes 2 comporte une deuxième antenne directionnelle 21, qui, avec sa direction de rayonnement principale, est orientée dans la direction de l'axe 15 longitudinal de l'aéronef 1. Il en résulte les lobes de rayonnement horizontal 30, 31. La première antenne directionnelle 20 et la deuxième antenne directionnelle 21 sont reliées à des bornes de raccordement respectives du répartiteur 6. 20 La figure 3 montre une caractéristique de rayonnement 3 de l'agencement d'antennes 2 selon la figure 1 ou la figure 2, pour laquelle est réalisé, en-dehors des lobes de rayonnement horizontal 30, 31, un lobe de rayonnement 32 orienté dans la direction de l'axe vertical de l'aéronef et présentant un angle d'ouverture o de par exemple environ 25 70°. La figure 4 montre un système de surveillance de l'espace aérien comprenant plusieurs aéronefs 10, 11, 12 du type précité, qui se déplacent dans un espace aérien au-dessus de la surface terrestre 8. En 30 orbite se trouvent des satellites 40, 41, par exemple un satellite GEO (géostationnaire) 40 à une altitude d'environ 36.000 km, et un satellite MEO (orbite terrestre moyenne) 41 à une altitude d'environ 20.000 km. 3054068 10 Le satellite 41 peut également être un satellite LEO (orbite terrestre basse) à une altitude d'environ 300 à 2.000 km. Les aéronefs 10, 11, 12 émettent leurs signaux de transpondeur, par l'intermédiaire de leur agencement d'antennes 2, ces signaux pouvant être reçus, en raison de 5 la caractéristique de rayonnement dirigée vers le haut, au moins par certains satellites 40, 41. La figure 4 montre à titre d'exemple que les signaux de transpondeur de l'aéronef 10 sont reçus par le satellite 40, et les signaux de 10 transpondeur des aéronefs 11, 12 par le satellite 41. Les signaux de transpondeur émis et reçus peuvent notamment renfermer des données de position et d'identification de l'aéronef 1, 10, 11, 12 respectif. Fait également partie du système de surveillance de l'espace aérien, une 15 station de sol 7 à laquelle les satellites 40, 41 transmettent les signaux de transpondeur reçus en provenance des aéronefs, un traitement préalable pouvant par exemple être effectué dans le satellite. Suivant la position de la station de sol 7, la transmission des signaux de transpondeur à partir des satellites 40, 41 vers la station de sol peut 20 s'effectuer directement, comme représenté sur la figure 4 par les flèches en trait plein, ou bien indirectement, par une transmission des signaux de transpondeur, par exemple à partir du satellite 40, d'abord vers l'autre satellite 41 (flèche en trait interrompu), puis du satellite 41 vers la station de sol 7. 25 REVENDICATIONS1. Aéronef (1, 10, 11, 12) comportant au moins un transpondeur (5) et au moins un agencement d'antennes (2) relié au transpondeur (5) et s configuré pour émettre les signaux du transpondeur (5), caractérisé en ce que l'agencement d'antennes (2) présente une caractéristique de rayonnement (3) pour laquelle une partie essentielle (32) de la puissance de rayonnement est orientée au-dessus de l'aéronef (1, 10, 11, 12), dans la direction de l'axe vertical. 10 2. Aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la caractéristique de rayonnement (3) présente une puissance de rayonnement plus grande dans la direction de l'axe vertical que dans la direction de l'axe longitudinal de l'aéronef (1, 10, 11, 12). 15 3. Aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'agencement d'antennes (2) comprend au moins une première antenne directionnelle (20), qui est orientée, avec sa direction de rayonnement principale, dans la direction de l'axe vertical, au-dessus de 20 l'aéronef (1, 10, 11, 12). 4. Aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'agencement d'antennes (2) comprend au moins une deuxième antenne directionnelle (21), qui est orientée, avec sa direction de rayonnement 25 principale, perpendiculairement à la direction de l'axe vertical de l'aéronef (1, 10, 11, 12). 5. Aéronef selon l'une des revendications 3 à 4, caractérisé en ce que la première antenne directionnelle (20) présente un angle d'ouverture (a) 30 de son lobe de rayonnement principal orienté dans la direction de l'axe vertical, d'au maximum 90°. 3054068 12 6. Aéronef selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la première antenne directionnelle (20) est intégrée dans la surface extérieure de l'aéronef (1, 10, 11, 12). 7. Aéronef selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'agencement d'antennes (2) ou bien l'ensemble de l'agencement d'antennes (2) est intégré dans la surface extérieure de l'aéronef (1, 10, 11, 12). 8. Système de surveillance de l'espace aérien, comprenant les caractéristiques suivantes : a) une pluralité d'aéronefs (1, 10, 11, 12) selon l'une des revendications précédentes, b) un ou plusieurs satellites (4, 40, 41), c) au moins une station de sol (7), système dans lequel les satellites (4, 40, 41) sont conçus pour recevoir des signaux de transpondeur des aéronefs (1, 10, 11, 12) et, le cas échéant après un traitement préliminaire, les transmettre, directement ou indirectement par l'intermédiaire d'au moins une station-relais, à ladite au moins une station de sol (7). 9. Système de surveillance de l'espace aérien selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système de surveillance de l'espace aérien est configuré pour établir, à partir des signaux de transpondeur, au moins pour une région géographique prédéterminée, une image de situation du trafic aérien de la région. 10. Système de surveillance de l'espace aérien selon l'une des revendications 8 à 9, caractérisé en ce que les satellites (4, 40, 41) sont 30 des satellites LEO (orbite terrestre basse), MEO (orbite terrestre moyenne) et/ou GEO (géostationnaire). 3054068 13 11. Programme d'ordinateur comprenant des moyens de codes de programme, conçu pour effectuer les étapes suivantes, lorsque le programme est exécuté dans un calculateur : a) sur un ou plusieurs satellites (4, 40, 41), recevoir les signaux de 5 transpondeur d'une pluralité d'aéronefs (1, 10, 11, 12) selon l'une des revendications 1 à 7, b) transmettre les signaux de transpondeur reçus, le cas échéant après un traitement préliminaire, directement ou indirectement par l'intermédiaire d'une station-relais, à une station de sol (7), lo c) établir, à partir des signaux de transpondeur, au moins pour une région géographique prédéterminée, une image de situation du trafic aérien de la région. 12. Programme d'ordinateur selon la revendication précédente, 15 caractérisé en ce que les satellites (4, 40, 41) sont des satellites LEO (orbite terrestre basse), MEO (orbite terrestre moyenne) et/ou GEO (géostationnaire).