Brevet FR3061028A1 — publié le 20180629

L'invention concerne le pilotage à distance d'appareils motorisés, ci-après désignés généralement sous la dénomination de "drones", et plus précisément les antennes de radiocommunication utilisées par ces appareils pour leur pilotage à distance. II peut s'agir notamment de drones volants, à voilure tournante ou à voi- lure fixe. L'invention n'est toutefois pas limitée au pilotage et à l'échange de données avec des appareils volants, et elle peut s'appliquer aussi bien à des appareils roulants évoluant sur le sol sous le contrôle d'un opérateur distant, le terme de "drone" devant être entendu dans son acception la plus générale. Un exemple typique de drone volant grand public est le Bebop Drone de Parrot (Paris, France), qui est un drone à voilure tournante de type quadricoptère, ou encore le Disco, également de Parrot, qui est un drone à voilure fixe de type aile volante. Un autre type de drone auquel peut s'ap- pliquer l'invention est le jouet roulant et sauteur télécommandé Jumping Sumo, également de Parrot (toutes les désignations commerciales citées dans la présente description sont des marques déposées). Les WO 2010/061099 A2, EP 2 364 757 A1, et EP 2 613 213 A1 (Parrot) décrivent le principe du pilotage d'un drone par l'intermédiaire d'un télé- phone ou tablette multimedia à écran tactile et accéléromètres intégrés, exécutant un logiciel applicatif spécifique de télécommande tel que l'application pour mobile Parrot FreeFlight. Le téléphone ou la tablette peuvent être éventuellement relayés par un équipement spécifique tel que le Skycontroller de Parrot, qui est une con- sole interfacée avec le téléphone ou la tablette, se présentant sous forme d'un boitier muni de deux poignées avec des manches à balai et divers boutons destinés à permettre un pilotage ergonomique par l'utilisateur à la manière d'une console dédiée. L'utilisateur peut également faire usage de lunettes de pilotage en immer- sion, dites "lunettes FPV" (First Person View). La télécommande est pourvue de moyens de liaison radio avec le drone, par exemple de type réseau local WiFi (IEEE 802.11), pour l'échange bidirectionnel de données : i) du drone vers la télécommande pour la transmission de l'image video captée par la caméra et de paramètres de vol du 3061028 2 drone, et ii) de la télécommande vers le drone pour l'envoi à ce dernier d'instructions de pilotage. Divers aspects de la communication radio entre télécommande et drone sont décrits notamment par les EP 2 450 862 Al et EP 3 020 460 Al 5 (Parrot). On comprendra que la qualité de la liaison radio entre la télécommande et le drone est un paramètre essentiel, en particulier pour assurer une portée satisfaisante. De plus, les volumes de données transmis sont importants, notamment du fait du besoin très élevé en débit video de la liaison des- 10 cendante. De fait, toute dégradation de la qualité de la liaison radio aura un impact sur la qualité de la transmission et sur la portée radio, avec un risque de perte sporadique affectant les données et les commandes échangées. Au niveau du drone, la liaison radio utilise une ou plusieurs antennes in- 15 corporées au drone qui, en réception, captent les signaux de la liaison montante émis par l'équipement de télécommande et, en émission, rayonnent la puissance du circuit émetteur HF supportant la liaison descendante, notamment pour la transmission à la télécommande du flux video et des données de vol. 20 L'invention concerne précisément ces antennes et la chaine d'émission et réception radiofréquence (RF) qui leur est associée. Une limitation importante réside dans les contraintes réglementaires applicables aux systèmes de communication RF tels que les systèmes de communication WiFi utilisés par les drones (ou tout autre système émet- 25 teur de puissance RF). Par exemple, la réglementation actuellement applicable aux États-Unis dans la bande ISM 2,4 GHz prévoit : 1°) une limite de 30 dBm (1 mW) de puissance totale en sortie d'émetteur, et 2°) une limite de 36 dBm (4 mW) EIPR (Equivalent Isotropically Radiated Power, ou PIRE) de puissance 30 rayonnée par l'antenne, cette seconde limite correspondant à la puis- sance propre de l'émetteur accrue du gain de l'antenne dans la direction de son lobe principal d'émission. Les spécifications WiFi prévoient avantageusement la possibilité d'utiliser simultanément - dans des bandes différentes ou dans la même bande - plusieurs émetteurs et plusieurs antennes conformément à la technique 3061028 3 dite MIMO (Multiple Input Multiple Output, entrées multiples sorties multiples), technique de multiplexage permettant des transferts de données à plus longue portée et avec un débit plus élevé qu'une technique de type SISO (Single Input Single Output, entrée unique sortie unique). 5 La difficulté vient du fait que, dans ce cas où plusieurs émetteurs délivrent simultanément un signal RF, le respect du seuil réglementaire de puissance rayonnée impose d'abaisser la puissance RF propre de chaque émetteur actif pour que la puissance RF totale globalement rayonnée reste inférieure au seuil imposé (36 dBm dans l'exemple ci-dessus). 10 Ainsi, pour deux antennes rayonnant simultanément, il faudra abaisser de moitié (- 3 dB) la puissance propre de chaque émetteur, qui ne devra pas délivrer en sortie plus de 27 dBm (0,5 mW). De même, pour trois antennes rayonnant simultanément, il faudra diviser par trois (- 4,7 dB) la puissance propre de chaque émetteur, qui ne devra 15 pas délivrer en sortie plus de 25,3 dBm (0,35 mVV). Et de même, pour quatre antennes rayonnant simultanément, il faudra diviser par quatre (- 6 dB) la puissance propre de chaque émetteur, qui ne devra pas délivrer en sortie plus de 24 dBm (0,25 mVV). L'idée de base de l'invention consiste, afin d'améliorer la qualité de trans- 20 mission radio entre le drone et la télécommande, donc avec l'utilisateur, d'embarquer un nombre d'antennes (M antennes) supérieur au nombre d'émetteurs simultanément actifs (N émetteurs, au nombre d'au moins deux), et de ne sélectionner par des commutations appropriées que N antennes sur les M antennes équipant le drone. 25 II est par exemple possible de prévoir M 3 antennes, typiquement M = 3 ou 4 antennes, pour N = 2 émetteurs, et donc ne sélectionner que deux antennes parmi trois, ou deux antennes parmi quatre. Cette commutation est opérée dynamiquement, par exemple à intervalles de temps réguliers, de manière à modifier si nécessaire le schéma de 30 commutation spécifique des N émetteurs aux M antennes pour que la configuration des antennes effectivement commutées reste optimale. Dans l'exemple donné ci-dessus, en ne sélectionnant que deux antennes parmi trois (ou quatre) on peut obtenir par antenne une puissance rayonnée supérieure à celle d'un système conventionnel à trois (ou quatre) an- 35 tennes fonctionnant simultanément en MIMO. 3061028 4 Toujours dans cet exemple, dans un système MIMO conventionnel à quatre antennes il serait nécessaire de réduire la puissance propre de chaque émetteur de 6 dB pour respecter la réglementation, tandis qu'avec la solution selon l'invention, toujours avec quatre antennes, la réduction 5 nécessaire ne sera que de 3 dB car seules deux antennes parmi les quatre seront actives. Cette reconfiguration dynamique du chemin de configuration permet ainsi de créer une "diversité dynamique" du réseau d'antennes tenant compte des déplacements du drone par rapport à la télécommande, alors même 10 que ces déplacements produisent des modifications permanentes de l'orientation du drone (et donc de ses antennes), des conditions environnementales, de l'éloignement, etc., qui perturbent en permanence la liaison radio. La reconfiguration dynamique du réseau d'antennes permet alors de toujours conserver la meilleure condition de transmission RF qui 15 maximise le débit de données et minimise le rapport signal/bruit, tout par- ticulièrement lorsque les antennes du drone n'ont pas un rayonnement isotrope. Plus précisément, l'invention propose à cet effet un drone comprenant, de manière en elle-même connue, un corps de drone, un circuit contrôleur 20 numérique, un étage émetteur RF comprenant un circuit processeur de bande de base apte à délivrer un signal RF à émettre, et M antennes fixes solidaires du corps de drone. De façon caractéristique de l'invention, l'étage émetteur RF comprend en outre : un étage répartiteur RF recevant en entrée le signal RF à émettre 25 et délivrant en sortie N signaux d'alimentation RF semblables, avec 2 5. N REVENDICATIONS1. Un drone (10), comprenant : - un corps de drone (20) ; - un circuit contrôleur numérique (100) ; - un étage émetteur RF comprenant un circuit processeur de bande de base (110) apte à délivrer un signal RF à émettre ; et - M antennes fixes (A1, A2, A3) solidaires du corps de drone, caractérisé en ce que l'étage émetteur RF comprend en outre : - un étage répartiteur RF (120), recevant en entrée le signal RF à émettre et délivrant en sortie N signaux d'alimentation RF semblables (RF1, RF2), avec 2 5 N 2. Le drone de la revendication 1, dans lequel la logique (140) de pilotage du circuit de commutation d'antennes est apte à déterminer dynamiquement l'un d'entre lesdits schémas de couplage également en fonction d'un signal de synchronisation (148) délivré par le circuit processeur de bande de base (110), de manière à inhiber l'application du signal de sélection au circuit de commutation d'antennes au moins pendant la durée d'émission d'une trame de signal RF à émettre. 3. Le drone de la revendication 1, dans lequel N = 2 signaux d'alimentation RF et M = 3 antennes. 4. Le drone de la revendication 3, dans lequel le circuit de commutation d'antennes (130) est apte à coupler sélectivement : 3061028 19 . un premier signal d'alimentation RF à l'une ou bien à l'autre parmi une première antenne et une troisième antenne, et . un second signal d'alimentation RF à l'une ou bien à l'autre parmi une seconde antenne et la troisième antenne. 5 5. Le drone de la revendication 3, dans lequel la première antenne et la seconde antenne sont des antennes latérales (30) positionnées symétriquement de part et d'autre du corps de drone (20), et la troisième antenne est une antenne ventrale (32) positionnée sous le corps de drone (20). 10 6. Le drone de la revendication 1, dans lequel N = 2 signaux d'alimentation RF et M = 4 antennes. 7. Le drone de la revendication 6, dans lequel le circuit de commutation 15 d'antennes (130) est apte à coupler sélectivement : - un premier signal d'alimentation RF à l'une ou bien à l'autre parmi une première antenne et une troisième antenne, et - un second signal d'alimentation RF à l'une ou bien à l'autre parmi une seconde antenne, la troisième antenne et une quatrième antenne. 20 8. Le drone de la revendication 1, dans lequel l'étage répartiteur RF comprend N modules frontaux RF (120) semblables, chacun recevant en entrée le signal RF à émettre (TX 2.4, TX 5) et délivrant en sortie l'un des N signaux d'alimentation RF semblables (RF1, RF2). 25 9. Le drone de la revendication 1, dans lequel l'un au moins des N signaux d'alimentation RF comprend une première composante de signal dans la bande 2,4 GHz duplexée avec une deuxième composante de signal dans la bande 5 GHz.