Brevet FR3052858A1 — publié le 20171222

PROCEDE D'ESTIMATION D'UNE DIRECTION D'ORIENTATION ABSOLUE D'UN SYSTEME OPTRONIQUE Le domaine de l'invention est celui de l'estimation du gisement d'un ou de plusieurs systèmes optroniques afin de déterminer des directions d'orientation absolues dans un repère géographique (fonction chercheur de Nord) et éventuellement des positions (fonction localisation). L'invention permet aussi d'estimer l'attitude complète d'un ou plusieurs systèmes en repère géographique (fonction calibration d'attitude). Les technologies d'orientation de système, qu'il s'agisse de technologie de détermination de direction du Nord ou d'estimation d'attitude, se retrouvent dans de nombreuses applications civiles, militaires ainsi que dans des mécanismes au sein d'êtres vivants. Pour les applications militaires, on peut citer les techniques utilisant : des compas magnétiques comme décrit dans le document US6009629 "Process for determining the direction of the earth's magnetic field", mais ils sont peu performants (classe 10 milli-radians), difficiles à intégrer pour isoler le compas d'autres équipements utilisant des sources de courant modifiant l'environnement EM, et nécessitent la connaissance de la déclinaison magnétique locale (angle entre méridiens locaux magnétique et géographique, à ajouter à la mesure magnétique pour disposer de l'azimut géographique) elle aussi mal connue dans la classe 10 milli-radians, pour transformer l'azimut magnétique en azimut ou direction géographique ; des FOG acronyme de l'expression anglo-saxonne Fiber Optical Gyroscope, des gyromètres laser (RLG ou Ring Laser Gyroscope), des gyromètres à résonateur hémisphérique (HRG ou Hemispherical Resonator Gyroscope), comme décrit dans le document US8151475 "North finding device, system and method", mais ils présentent des inconvénients en termes de volume, de masse, de consommation électrique et un coût élevé ; 3052858 2 des MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems), qui visent à remplacer les compas magnétiques, comme décrit dans le document US20100088063 "Method and Apparatus for Precision Azimuth Measurement", mais de performance insuffisante (quelques milli- 5 radian), de faible maturité et nécessitant une procédure de calibration pouvant être longue et complexe ; des amers ou des coordonnées géographiques d'informations spatiales ou terrestres, comme décrit dans le document US7451059 "True azimuth and north finding method and system", mais ils ne 10 permettent pas toujours de disposer de 'bonnes coordonnées' c.à.d. de classe métrique au minimum ainsi que de détails suffisamment caractéristiques quelle que soit la zone de mise en oeuvre et situés dans le périmètre d'acquisition du dispositif. A cela s'ajoute une problématique de vieillissement/mise à jour de données de référence 15 et de description insuffisante pour permettre le repérage sous des points de vue pouvant être très différents (entres vues verticales de cartes ou satellite et une vue quasi-horizontale du dispositif notamment) ; des directions de corps célestes, comme décrit dans le document 20 EP0351469 "An astronomical north finding system", et qui procurent une performance élevée mais non permanente (difficulté pour voir les étoiles de jour, ou le soleil à travers de gros nuages) ; des antennes avec récepteurs GNSS qui permettent l'accès à une performance modérée pour des bases de longueur supérieure à 1m 25 mais pour une taille, une masse, une consommation peu compatibles d'un dispositif portable et nécessitant délai et précaution d'installation ; la Magneto Hydrodynamique, comme décrit dans le document d'Agnew et al. "North-Finding Module base on MagnetoHydrodynamic Sensor". 30 Au niveau des applications civiles et en complément de la liste précédente, on cite essentiellement la station totale (théodolite ou tachéomètre) utilisés par les géomètres. Ces équipements utilisent des gyromètres ou des codeurs qui permettent des mesures d'angles avec une excellente précision (50 prad). Mais cette précision de la mesure est non calibrée et ne permet pas de les utiliser seuls en vue d'atteindre une mesure 3052858 3 absolue. Pour cela ils recourent en général à l'emploi de références (amer, corps célestes). De plus, le délai de mise en oeuvre de ces systèmes est long (supérieur à 10 minutes), ils ont un coût élevé (environ 50kE) et un poids conséquent (environ 30kg). 5 Grâce à un coût et un volume attractifs, la part grandissante des MEMS dans de nombreux équipements et applications domestiques accélère leur maturité (maitrise des composants tels que les accéléromètres et magnétomètres, et performance de calibration) sans toutefois pouvoir envisager d'ici plusieurs années des performances meilleures que 5 mrd. Par 10 ailleurs, si la calibration de leurs accéléromètres peut être réalisée une unique fois (en usine), la calibration de leurs magnétomètres nécessite une procédure systématique sur le site d'utilisation préalablement à la mesure. Au niveau des techniques mises en oeuvre par des êtres vivants on cite en particulier la navigation et l'orientation d'animaux (tels que les 15 abeilles, les pigeons voyageurs, les étourneaux, les papillons monarques, ...) avec le soleil et l'exploitation de la polarisation du ciel, utilisée par certains animaux volants pour leur navigation sur de longues distances, comme décrit dans le document d'Guan et al "The Novel Method of North-finding Based on the Skylight Polarization" (2013). D'autres utilisent les étoiles pour leur 20 migration nocturnes (passereaux, et certaines sauterelles), d'autres utilisent le champ magnétique terrestre, le vent ou les courants des fonds marins. Pour beaucoup, le fonctionnement des organes récepteurs et le traitement de l'information restent à éclaircir. Il en est de même de la performance avec laquelle ces organismes sont susceptibles d'estimer l'orientation mais celle-ci 25 semble insuffisante (>1°) en regard de celle ici visée (-1 mrd) et s'appuie sur un dispositif et des mécanismes non facilement reproductibles hors d'un système vivant. On résume les inconvénients de ces approches dans le tableau suivant : 30 Compas magnétique Mesure imprécise et sujette aux fluctuations électromagnétiques de l'environnement nécessite la connaissance de la déclinaison magnétique locale FOG gyro Cher et lourd et contrainte d'initialisation MEMS Peu précis, peu mature et contrainte d'initialisation Céleste Non permanent, difficulté d'identification possible sur des 3052858 4 étoiles, nécessite une bonne mesure de la verticale. GNSS Nécessite une réception sur la zone du système optronique et encombrement du déploiement (antenne) de l'équipement Amer Nécessite d'accéder à des détails sur zone dont les coordonnées doivent être déterminées lors d'une préparation. Le niveau de précision des coordonnées ajoute des contraintes sur les sources servant à la préparation. Visibilité des amers sur zone et capacité de mesure non garanties. Magnétohydrodynamique Performance insuffisante sur détecteur bas coût, sinon volume, coût et mise en oeuvre assez lourds. Codeur optique Mesure relative précise mais nécessite une calibration avec une référence pour fixer l'origine des mesures. Polarisation du ciel Très peu précise, peu mature théodolites Cout et délai de mise en oeuvre élevé. Besoin de référence géodésique. Globalement la disponibilité de la direction du Nord ou plus généralement d'une direction d'orientation, de la classe du milli-radian reste 5 un défi difficile à relever sans utiliser d'informations de référence et en utilisant un système à faible volume et à faible coût (de l'ordre d'1 kE). Il s'agit de déterminer au moyen de systèmes optroniques, des directions géographiques et éventuellement des localisations géographiques d'objets d'une scène, avec un objectif d'exactitude élevé (meilleur que le milli 10 radian), rapidement (en quelques secondes) et sans accéder à une référence spatiale telle que coordonnées d'amer, mensuration ou direction d'objet visibles dans la scène, et ceci au moyen d'un dispositif additionnel léger, de moindre coût. 15 Le but de l'invention est de répondre à ce défi en palliant les inconvénients associés aux méthodes précédentes. Selon l'invention, la fonction permettant d'estimer la direction du Nord ou "chercheur de nord" est réalisée, généralement en temps réel, par 20 une estimation collaborative du gisement de plusieurs systèmes optroniques délocalisés, pouvant en particulier être équipés de composants optroniques dont une ou plusieurs caméras, d'Equipement de Mesure d'Angles Relatifs 3052858 5 (EMAR), d'Equipement de Mesure de Position Géodésique (EMPG) et de moyens de communication entre eux, qui s'échangent des informations et des mesures sur des objets dont on ne connaît pas les coordonnées géographiques ou positions absolues, ni les directions d'orientation par 5 rapport auxdits systèmes. Les mesures obtenues de manière autonome par les moyens propres à chaque système optronique, sont réalisées et échangées entre systèmes selon un protocole prédéfini. Plus précisément l'invention a pour objet un procédé d'estimation de gisement d'un système optronique dans un repère géographique, le 10 système optronique étant situé à une première position et désigné premier système optronique, principalement caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - au moyen du premier système optronique et d'au moins un autre système optronique, lesdits systèmes optroniques étant 15 respectivement situés en des positions distinctes et équipés de moyens de communication entre eux, et de dispositifs d'acquisition, acquérir dans une scène un ou plusieurs objets communs auxdits systèmes optroniques, la direction d'orientation entre les systèmes optroniques et chaque objet étant inconnue, 20 déterminer deux positions parmi celles desdits systèmes optroniques, pour au moins un objet commun : o mesurer l'angle relatif au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant le premier système optronique, 25 o mesurer l'élévation de l'objet au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant le premier système optronique, o réaliser des mesures supplémentaires au moyen de chaque autre système optronique, les deux positions et lesdites mesures (c'est-à-dire angle relatif, 30 élévation et mesures supplémentaires) constituant des observations, communication par l'autre (et/ou les autres) système(s) au premier système optronique, des observations dont il ne dispose pas (mesures supplémentaires, deuxième position, voire position du premier système aussi), 3052858 6 - à partir des observations, estimation par le premier système optronique, du gisement ( Gi ) du premier système optronique. Le procédé permet d'obtenir un gisement et donc une direction du 5 Nord géographique (aussi désignée Nord) de qualité supérieure à ce qu'un système optronique unique serait capable d'obtenir, y compris dans la situation où il disposerait des mêmes mesures sur l'ensemble des objets. Certains systèmes optroniques peuvent même ne pas disposer des équipements de mesure qui leur permettraient de déterminer un Nord de 10 manière autonome même de mauvaise qualité. Pour fixer les idées, avec des mesures dont les précisions sont les suivantes : 15 - position absolue, avec EMPG, de la classe 3m à 16, positions relatives des systèmes optroniques de l'ordre de 1 m à 16, - élévations des visées sur les objets de la classe 1.5 mrd, distance d'un objet au système optronique de la classe 2 m à 1 a, - mesure d'angle relatif entre visées de la classe 0.5 mrd à 16, 20 alors, la classe d'exactitude obtenue sur l'estimation de gisement du premier système optronique est de l'ordre de 1 mrd à 1 a avec une base entre les systèmes d'ordre de grandeur du kilomètre, a étant l'écart type de la distribution autour de la valeur moyenne. La performance (ou précision) est ici simplement donnée sous forme d'ordre de grandeur car elle dépend : 25 du nombre d'objets sur lesquels les systèmes partagent leurs mesures, de la configuration géométrique des objets, c'est-à-dire leur position relative sur le terrain ainsi que leur disposition face aux systèmes optroniques, 30 les modalités des mesures mises en oeuvre par les systèmes optroniques ; par exemple avec ou sans "Equipement de Mesure Electronique de Distance" EMED, avec ou sans "Equipement de Mesure de Position Géodésique" EMPG... 3052858 7 La performance peut être sub-mrd mais pour atteindre ce niveau de performance, au regard des ordres de grandeurs communiqués pour les mesures, on optimise en jouant de préférence sur : le nombre ou/et le positionnement des systèmes optroniques 5 collaborant, le nombre ou/et le positionnement des objets sur lesquels sont effectuées les mesures. Les principaux avantages du procédé selon l'invention sont les 10 suivants : forte précision pour la fonction estimation du gisement et donc pour la fonction chercheur de Nord, liée à l'aptitude à observer des objets dans des configurations de base entre systèmes et/ou de positionnement d'objets relativement aux systèmes collaborant ; ceci 15 indépendamment de la latitude contrairement à des méthodes sensibles à la mesure de la gravité ou à l'accélération de mouvement ou de rotation terrestre, et indépendamment de la connaissance fine de l'environnement électromagnétique local pour des méthodes basées sur des mesures du champ magnétique terrestre, 20 aptitude à estimer au moyen d'un réseau de systèmes optroniques et d'un jeu d'observations, une grandeur (comme en particulier un gisement ou la direction du Nord ou/et la position d'un système) inaccessible au niveau d'un système unique, haut degré de disponibilité de la fonction chercheur de Nord liée : 25 o aux faibles contraintes sur l'information à acquérir (objets de coordonnées inconnues et non coopérants) o à l'aptitude à travailler avec des systèmes disposant de dispositifs hors d'usage (par exemple des systèmes sans EMED, sans EMPG) 30 o à la possibilité de travailler dans un environnement contraint, susceptible de dégrader ou d'inhiber au moins localement l'utilisation de dispositifs sur certains systèmes, o d'étendre la zone d'acquisition de référence (passif), o d'étendre la zone d'activité (couverture de systèmes en réseau 35 supérieure à celle d'un système seul), 3052858 8 aspect SWaP (Small Weight and Power) o iso-volume car pas d'ajout d'équipement matériel spécifique pour réaliser la fonction chercheur de nord sur un système optronique déjà équipé pour réaliser des fonctions de mesures 5 topographique, de surveillance ou de poursuite de cible, (hors aspect moyens de communication généralement disponibles par ailleurs) o iso-masse car besoin essentiellement logiciel pouvant être implémenté sur cartes/ CPU existantes, 10 o faible consommation limitée à un besoin CPU faible, de pouvoir être ajouté simplement au sein d'équipements déjà existants avec peu d'impact sur l'architecture des systèmes optroniques (modification logicielle essentiellement), sans besoin de préparation méthodique de la mission avec 15 notamment le besoin préalable de disposer d'information ou le besoin de déployer des équipements sur place pour relever des coordonnées géographiques d'objets, rapidité de disponibilité d'une solution de gisement (typiquement moins de 10s) contrairement à certaines méthodes 'North finding', en 20 particulier à base d'inertie, pouvant nécessiter plusieurs minutes d'observations au niveau d'un système optronique ou à base de points de référence nécessitant un travail de préparation pour l'élaboration de coordonnées, permanence de la solution puisque sans besoin d'entretien car 25 pas de dérive de la solution, ainsi que la possibilité additionnelle de localiser des objets de l'environnement une fois un gisement estimé en vue d'établir une base de données de coordonnées pouvant servir d'ancrage et possibilité de ré-estimer ainsi des gisements de systèmes y compris s'ils observent des déplacements, 30 faible coût du procédé dès lors que le système optronique est équipé des dispositifs de mesure nécessaires et que l'utilisateur dispose d'un moyen de communication. Ce procédé permet aussi de procéder en opportunité. Par opportunité on entend la capacité à estimer le gisement : 35 - de manière rapide c'est-à-dire : 3052858 9 o sans recourir à une analyse ou à une opération préalable d'analyse ou d'élaboration de caractéristiques d'éléments de la zone (par exemple une préparation de la mission consistant à extraire des amers ou d'autres informations de la scène), 5 o sans mettre en oeuvre une procédure d'acquisition qui excéderait 30 secondes, - de manière autonome c'est-à-dire sans recourir à une source d'informations externes susceptibles d'apporter des informations d'échelle, et sans recourir à une source de références spatiales ou 10 coordonnées géographiques d'entités de la scène, avec des objets qui ne sont pas présélectionnés mais sont choisis sur place (sans pré-désignation ou identification par avance) et qui ne présentent pas de configuration d'ensemble ou de motif géométrique spécifique qui réduirait considérablement la possibilité d'utiliser 15 efficacement le dispositif sans en modifier le déploiement, avec des objets particuliers qui ne nécessitent pas un échange d'informations sur leur position/direction ou plus généralement qui ne nécessitent pas d'informations autres que leur seule émission photonique, 20 sans préparation préalable à la mission et sans déploiement de tout autre dispositif additionnel dans la scène avant réalisation des mesures. Le fait d'utiliser une configuration de systèmes optroniques 25 collaborant en réseau permet ainsi d'accroitre substantiellement le nombre d'informations/observations disponibles et le nombre d'inconnues à déterminer. Les avantages attendus portent sur : l'aptitude de fonctionnement qui s'étend sur une zone, supérieure 30 à ce qu'un système optronique fonctionnant avec amer serait en mesure de réaliser (la dispense de mesure de distance sur des objets permet d'augmenter notablement la zone de recherche, de la portée d'acquisition de l'EMED à la portée visuelle du système), la performance du système collaboratif est meilleure que celle 35 d'un système seul accédant à un amer, et est ajustable en jouant 3052858 10 simplement sur l'éloignement et le positionnement relatif à (aux) l'objet(s), le nombre d'objets utilisés, la nature des mesures réalisées, la manière d'estimer ou d'élaborer les calculs, l'aptitude de fonctionnement avec des dispositifs munis de 5 modalités différentes (par exemple absence d'EMED pour alléger les systèmes, diminuer leur coût, leur masse, leur consommation et accroitre leur discrétion), la capacité de fonctionnement dans des conditions électromagnétiques contraintes : 10 o absence de signaux GNSS sur un système (masquage ou absence de récepteur), o absence de MED sur un objet, soit par choix de discrétion en contexte tactique, soit en raison d'une surface équivalente trop faible de l'objet pour renvoyer un niveau de signal susceptible 15 d'établir la MED, avantages des systèmes en réseau (modularité, robustesse panne, ...), aptitude à déployer la fonction sur système déjà existant par simple mise à jour logicielle (principalement software hors moyen 20 d'échange d'informations). Selon une caractéristique de l'invention, lorsqu'on souhaite disposer du gisement avec une précision prédéterminée PGS (pour précision souhaitée de gisement), plusieurs configurations collaboratives sont définies, 25 une configuration collaborative étant constituée de systèmes optroniques et d'un ou plusieurs objets communs et on réalise les étapes suivantes préalablement aux mesures : a) on calcule une précision de gisement théorique PGT pour une configuration collaborative, 30 b) lorsque PGT 5. PGS, on valide la configuration collaborative sinon on réitère les étapes a et b pour une autre configuration collaborative. La classe PGS est typiquement la classe 1 mrd. 3052858 11 L'acquisition d'un objet de la scène au niveau d'un système réfère, au sens le plus large, aux opérations : de choix de cet objet dans la scène, de collecte d'informations sur cet objet, 5 d'extraction d'informations sur cet objet. Pour une mise en oeuvre spécifique du processus, ces opérations peuvent être réalisées de manière assistée par un opérateur ou de manière automatique. 10 Le choix d'un objet peut être guidé selon une doctrine d'acquisition préétablie ou/et des raisons de visibilité. La collecte d'information concerne la réalisation d'image de l'objet dans une voie optronique ou sa matérialisation dans une voie directe 15 assurant son simple centrage sur la voie utilisée, la mesure d'angles absolus ou/et relatifs, la mesure de distance entre le système et l'objet, la réception sur le système de signaux issus d'autre système et réfléchis par cet objet. L'extraction d'information consiste à rechercher des structures spécifiques sur le signal collecté pour disposer d'une représentation 20 caractéristique et généralement compressée de l'objet en vue de l'exploiter ou/et la transmettre de manière plus pertinente, robuste et automatique. Ces traitements sont réalisés dans l'unité de calcul 110 ou sur le calculateur interne de 120. 25 Dans une mise en oeuvre assistée, le pointage de l'objet au centre d'un imageur 101 sera suffisant pour collecter et lui associer les informations d'EMED et d'EMAR sans plus extraire d'information. On peut aussi envisager l'extraction manuelle des coordonnées d'un ou plusieurs objets imagés hors du centre image par désignation de l'opérateur et l'utilisation des 30 caractéristiques optiques de l'imageur et des moyens de mesure angulaire pour déterminer les directions des objets imagés qui seraient désignés dans l'image. Dans une mise en oeuvre automatique qui peut être envisagée avec des imageurs soit à faible champ montés sur plate-forme pan & tilt soit 35 omnidirectionnels (OMNI), les caractéristiques des objets seront 3052858 12 préférentiellement extraites de manière automatique comme indiqué plus loin. Pour ces 2 situations, le matériel en question joue le rôle d'EMAR 130. Pour une utilisation avec pan & tilt, l'automatisation du procédé suppose : qu'un premier système établisse une localisation approchée de la 5 zone d'intérêt avec ses propres moyens de collecte (EMPG 105, EMED 106/107 et compas magnétique 108 par exemple) que les systèmes collaborant orientent leur voie à imagerie et EMED selon la direction définie d'après leur position donnée par leur EMPG et la localisation approchée communiquée par le premier 10 système. La ré-acquisition sur un système 'Sj' d'un objet de la scène déjà acquis par un système 'Sj' peut être guidée par les même principes que ceux mis en oeuvre pour sa collecte sur le premier système 'Si'. Elle utilise comme indiquée par ailleurs une localisation 'approchée'. Le terme 'approchée' 15 qualifie ici la qualité d'une localisation accessible sur système 'Si' qui ne dispose généralement pas d'un gisement ou d'une orientation de référence lui permettant d'accéder directement à la PGS ; en pratique il peut exister plus d'un ordre de grandeur entre l'orientation approchée mesurée sur 'Si' et celle permettant d'accéder à la PGS. 20 La collecte recouvre aussi l'échange entre les systèmes des informations relatives à leurs mesures. Lors de la réception d'informations, la mise à disposition de mesures émanant d'autres systèmes conduisant à atteindre ou dépasser le nombre de degrés de liberté (DoF) en regard des quantités à estimer du système récepteur permet : 25 d'estimer les quantités comprenant en particulier son gisement, d'améliorer les positions des objets déjà acquis par le système ; ce post-traitement améliorera notamment une éventuelle future orientation d'un nouveau système sur cet objet, d'améliorer le positionnement lors d'un nouvel objet choisi au 30 niveau du système ; cette bonification profitera alors aux futures réacquisitions de cet objet. Différentes configurations de systèmes collaborant sont envisagées. 3052858 13 Par exemple, les étapes sont réalisées au moyen de deux systèmes optroniques et pour un seul objet commun, et les mesures supplémentaires sont obtenues de la façon suivante : mesurer la distance entre chaque système optronique et l'objet, au 5 moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant chaque système optronique, mesurer de manière approchée avec une précision meilleure que 5°, un azimut de l'objet au moyen d'un dispositif de mesure d'azimut approché équipant le premier système optronique, 10 et les observations suffisent à l'estimation. Par exemple, les étapes sont réalisées au moyen de deux systèmes optroniques et pour deux objets communs, et les mesures supplémentaires sont obtenues de la façon suivante : 15 mesurer la distance entre chaque système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant chaque système optronique, mesurer l'élévation entre chaque système optronique et chaque objet, 20 et les observations suffisent à l'estimation. Par exemple, les étapes sont réalisées au moyen de deux systèmes optroniques et pour deux objets communs, et les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante par chaque système 25 optronique : mesurer la distance entre le premier système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant le premier système optronique, mesurer l'élévation de chaque objet au moyen d'un 30 dispositif de mesure d'élévation équipant chaque système optronique, mesurer l'angle relatif de chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique, 3052858 14 mesurer un azimut avec une précision meilleure que 5°, sur un des deux objets au moyen d'un dispositif de mesure d'azimut équipant chaque système optronique, à partir des observations, estimation par le premier ou le 5 second système optronique, du gisement du second système optronique avec une précision d'au moins la classe PGS, et les observations suffisent aux estimations. 10 Par exemple, les étapes sont réalisées au moyen de deux systèmes optroniques et pour au moins deux objets communs, et les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante : - mesurer la distance entre chaque système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant 15 chaque système optronique, - mesurer l'élévation de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant chaque système optronique, - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique, 20 - à partir des observations, estimation du gisement du deuxième système optronique avec une précision d'au moins la classe PGS, et les observations suffisent aux estimations. Par exemple, les étapes sont réalisées au moyen de deux 25 systèmes optroniques et pour un objet commun, et les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante : - mesurer la distance entre chaque système optronique et l'objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant chaque système optronique, 30 - mesurer l'élévation de l'objet au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant chaque système optronique, - à partir des observations, estimation du gisement du deuxième système optronique avec une précision d'au moins la classe PGS, et les observations suffisent aux estimations. 35 3052858 15 Par exemple, les étapes sont réalisées au moyen de deux systèmes optroniques et pour un objet commun mobile, les mesures sont réalisées sur des intervalles de temps qui se recouvrent au moins partiellement, et les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière 5 suivante : - mesurer la distance entre chaque système optronique et l'objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant chaque système optronique, - mesurer l'élévation de l'objet au moyen d'un dispositif de mesure 10 d'élévation équipant chaque système optronique, - mesurer l'angle relatif au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique), - mesurer un azimut entre chaque système optronique et l'objet, avec une précision meilleure que 5° au moyen d'un dispositif de mesure 15 d'azimut équipant chaque système optronique, - à partir des observations, estimation du gisement du deuxième système optronique, et les observations suffisent aux estimations. 20 L'acquisition de mesures sur des objets fixes, depuis des systèmes optroniques fixes délocalisés ne nécessite pas de précaution particulière pour synchroniser les mesures. L'acquisition d'objets mobiles, peut aussi permettre d'assurer une fonction de type chercheur de nord. Au milieu d'une étendue d'eau par 25 exemple, un navire en mouvement peut jouer le rôle d'objet commun pour des mesures dès lors que le système peut les synchroniser. Selon une caractéristique de l'invention, au moins un objet commun est mobile ; les mesures sont alors réalisées sur des intervalles de temps qui se recouvrent au moins partiellement. 30 Avantageusement, la trajectoire de l'objet mobile est estimée simultanément auxdites estimations, sur la plage de temps des mesures. Par exemple, les étapes sont réalisées pour deux objets communs 35 et au moyen de deux systèmes optroniques, les moyens de communication 3052858 16 sont des moyens optiques, les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante: - mesurer la distance correspondant à la somme de la distance entre un objet et un système optronique et de la distance entre ledit objet et 5 l'autre système optronique, au moyen d'un dispositif de mesure de distance comportant un émetteur équipant l'autre système optronique et un récepteur équipant le système optronique, - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique, 10 - mesurer un azimut entre chaque système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure d'azimut équipant chaque système optronique, - à partir des observations, estimation du gisement du deuxième système optronique, 15 et les observations suffisent aux estimations. Par exemple, les étapes sont réalisées pour au moins deux objets communs et au moyen d'au moins deux systèmes optroniques, les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante: 20 - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen du dispositif de mesure d'angle relatif équipant le premier système optronique, - mesurer l'élévation de chaque objet au moyen du dispositif de mesure d'élévation équipant le premier système optronique, - mesurer la distance entre chaque système optronique et chaque 25 objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant chaque système optronique, et les observations suffisent à l'estimation. Par exemple, les étapes sont réalisées pour au moins un objet 30 commun et au moyen d'au moins trois systèmes optroniques, les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante: - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique, - et l'élévation de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure 35 d'élévation équipant chaque système optronique, 3052858 17 -déterminer la position d'un troisième système optronique, - à partir des observations, estimation du gisement de chaque système optronique, et les observations suffisent à l'estimation. 5 Par exemple, les étapes sont réalisées pour au moins deux objets communs et au moyen d'au moins deux systèmes optroniques, les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante: - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen d'un dispositif 10 de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique, - mesurer la distance entre chaque système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant chaque système optronique, - mesurer un azimut entre chaque système optronique et chaque 15 objet, avec une précision meilleure que 5°, au moyen d'un dispositif de mesure d'azimut équipant chaque système optronique, - à partir des observations, estimation du gisement ainsi que les roulis et tangage de chaque système optronique, 20 et les observations suffisent aux estimations. Par exemple, les étapes sont réalisées au moyen du premier et d'un deuxième système optronique, pour un objet commun et un autre objet de position connue non commun aux deux systèmes optroniques, c'est-à25 dire visible seulement par le deuxième système optronique, les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante: - mesurer l'élévation de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant le deuxième système optronique, - mesurer la distance entre le premier système optronique et l'objet 30 commun, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant le premier système optronique, - mesurer la distance entre le deuxième système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant le deuxième système optronique, 3052858 18 la position du premier système optronique est déterminée au moyen d'un dispositif de positionnement équipant ledit système optronique et la position du second système optronique est déterminée par l'estimation et en ce que les observations suffisent aux estimations. 5 Lorsqu'au moins un système optronique Sm, m variant de 2 à M, est un système optronique mobile de trajectoire connue, les mesures effectuées à partir du (ou des) système(s) mobile(s) peuvent être temporellement synchronisées. 10 Lorsqu'un compas magnétique est utilisé, il peut être calibré au moyen des mesures sur un ou/et des objets. Selon une caractéristique de l'invention, il comporte préalablement aux mesures, une étape de sélection des objets de la scène selon un critère 15 de visibilité commune et/ou un critère de performance sur la direction d'orientation. Il peut aussi comporter préalablement aux mesures, une étape de sélection de positions des systèmes optroniques. 20 Les positions des systèmes optroniques sont typiquement déterminées au moyen d'un dispositif de positionnement équipant chaque système optronique. Les positions des objets sont généralement inconnues. Lorsqu'un objet est de position connue, la position du premier 25 système optronique est déterminée au moyen d'un dispositif de positionnement équipant ledit système optronique et la position du second système optronique est déterminée par l'estimation et les observations suffisent aux estimations. 30 Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de communication entre les deux systèmes optroniques sont assurés par une liaison de type radio. Ayant réalisé la fonction estimation de gisement ou "chercheur de 35 Nord", le réseau de systèmes optroniques qui collaborent, peut assurer 3052858 19 également de manière simultanée ou séquentielle des fonctions de type localisation, poursuite ou reconstruction 3D d'objet sur la zone des mesures. Le procédé selon l'invention peut avantageusement comporter une étape de calcul des coordonnées et/ou de la direction des objets acquis, 5 à partir des observations. Deux systèmes optroniques voire plus, peuvent être un même système optronique portable, et le procédé comporte alors une étape de déplacement du système portable de la première position à la deuxième 10 position. Les valeurs et caractéristiques des observations sont généralement stockées par chaque système optronique. L'invention a aussi pour objet un produit programme d'ordinateur, 15 ledit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes du procédé tel que décrit, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. Le gisement et donc le Nord est obtenu sur chaque système 20 optronique disposant d'un équipement de mesure angulaire relatif, étant bien entendu que les systèmes optroniques qui en sont dépourvus se limitent à alimenter les autres systèmes optroniques du réseau en observations sur des objets. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 illustre les grandeurs respectivement définies par les 30 termes, gisement, azimut, angle relatif, les figures 2 représentent schématiquement des exemples de carte de visibilité, respectivement vues depuis 2 positions (fig 2a, fig 2b) et la carte de visibilité commune aux deux positions (fig 2c), 3052858 20 la figure 3 représente schématiquement un exemple de systèmes optroniques collaborant selon l'invention, et utilisant des moyens de communication par liaison radio, la figure 4 représente schématiquement un autre exemple de 5 systèmes optroniques collaborant selon l'invention, et utilisant des moyens de communication optique, les figures 5 représentent schématiquement des exemples de configurations de systèmes collaboratifs aptes à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, à 2 systèmes optroniques et un seul dispositif de mesure 10 d'angle relatif, les figures 6 représentent schématiquement des exemples de configurations de systèmes collaboratifs aptes à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, à 2 systèmes optroniques et 2 dispositifs de mesure d'angle relatif, 15 les figures 7 représentent schématiquement des exemples de configurations de systèmes collaboratifs aptes à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, à au moins 3 systèmes optroniques, les figures 8 représentent schématiquement des exemples de configurations d'au moins 2 systèmes collaboratifs dont l'un d'entre eux ne 20 dispose pas d'EMPG, la figure 9 représente schématiquement les équipements d'un exemple de configuration de collaboration avec 2 systèmes disposant d'EMARs de faible qualité sous forme de compas magnétique, les figures 10 montrent un exemple de représentation spatiale de 25 la performance avec laquelle on peut estimer un gisement (fig 10a) ou une position (fig 10b) en présentant l'information sous forme de courbes isoperformance, obtenue à partir de la configuration 2.4 de la figure 6, la figure 11 est un organigramme illustrant différentes étapes de sélection d'une configuration de collaboration. 30 D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références. Comme on va le voir à présent plus en détail, le procédé selon l'invention permet à un ou plusieurs systèmes optroniques de calibrer leur 35 dispositif mécanique ou équipement de mesure d'angle relatif (EMAR), ce qui 3052858 21 revient à estimer le gisement du système et donc à déterminer la direction du Nord. Le terme EMAR est utilisé pour désigner plus généralement un équipement ayant la capacité de mesurer un angle relatif. L'EMAR peut en pratique être un goniomètre, une unité de mesure inertielle (UMI), un compas 5 magnétique ou tout autre instrument utilisant un principe permettant d'évaluer une rotation relative. Sa précision de mesure doit être cohérente de la PGS sur des configurations de déploiement accessible et de mise en oeuvre des systèmes. Un EMAR à 2 axes (avec lecture horizontale et verticale) mis en 10 station permet de mesurer directement les élévations. La mise en station consiste en particulier à régler l'horizontalité du plan de l'EMAR par exemple avec un dispositif à bulle. Afin d'éviter cette opération qui peut s'avérer délicate, on peut estimer, en préalable des mesures sur des objets, la non horizontalité de l'EMAR lorsque le système optronique dispose 15 d'inclinomètres intégrés. Pour procéder avec un dispositif généralement plus léger, on peut aussi utiliser un EMAR mono-axe ; un inclinomètre permettant de mesurer en outre les élévations d'objets visés doit alors être intégré au système optronique et aligné avec sa LdV. Dans la suite on assimile donc la 20 configuration {EMAR 2 axes mis en station} à la configuration {EMAR 1 axe mis en station + inclinomètre}. On rappelle en relation avec la figure 1 quelques définitions. Lorsque la référence d'azimut est cartographique (Grid North) la direction 25 d'un objet relativement au 'Nord de la carte' est qualifiée de gisement ou d'azimut cartographique. Lorsque la référence des directions est le nord géographique (True North) l'angle entre un objet et ce Nord est un azimut géographique. L'écart entre les deux azimuts correspond à la convergence locale des méridiens 'y' qui est fixée en un lieu et pour une projection 30 cartographique donnés. Azimut géographique et gisement de l'EMAR (correspondant à la direction de la lecture zéro) ou d'un objet, sont alors équivalents (à la constante y près). La déclinaison magnétique 'D' représente l'angle entre méridiens magnétique et géographique locaux. Alors que 'y' est obtenu de manière exacte sans recours à une mesure physique, il n'en est 35 rien pour 'D' dont la valeur est entachée d'une erreur résiduelle de classe 1/2°. 3052858 22 Si Amk est l'azimut géographique sous lequel un système optronique 'm' observe un objet 'k' et si Lmk est la lecture horizontale de l'EMAR du système optronique m lorsque la direction d'observation (ou Ligne de Visée ou LdV) du système optronique optronique est alignée sur l'objet 'k', 5 alors le gisement Gm du système optronique vérifie la relation élémentaire : Uni = À',, -Lmk Le gisement 'G' d'un système disposant d'un EMAR correspond à l'azimut géographique de la direction correspondant au zéro de sa lecture 10 horizontale. Lors de son stationnement, l'EMAR est positionné à l'horizontale au moyen d'un niveau à bulle ou au moyen d'une procédure automatique (telle que la configuration de mesure d'attitude par exemple ou encore en comparant des mesures verticales d'un EMAR 2 axes avec celles d'un inclinomètre aligné avec la LdV du système optronique). 15 Le procédé selon l'invention est un procédé collaboratif basé sur : - l'observation au moyen d'au moins deux systèmes optroniques non colocalisés (c'est-à-dire respectivement situés en des positions distinctes) d'un à plusieurs objets communs de la scène, ces objets étant de position et de 20 direction inconnues, (la direction d'orientation entre chaque système optronique et ce (ou ces) objet(s) est inconnue(s)) ; la seule condition nécessaire pour un objet est d'être suffisamment distinct du fond de façon à pouvoir être acquis par lesdits systèmes optroniques délocalisés, - la réalisation de mesures sur ces objets, de manière autonome par chacun 25 des systèmes optroniques, - l'échange entre systèmes optroniques : - d'au moins deux positions prédéterminées de systèmes optroniques et - de mesures sur ces objets. 30 On désigne le dispositif d'ensemble des systèmes optroniques collaborant, par « système collaboratif ». L'objet peut correspondre à une structure artificielle ou naturelle de la scène. Il peut être fixe ou mobile. 35 3052858 23 De préférence, avant de lancer l'étape d'acquisition des observations, on détermine les systèmes optroniques qui vont collaborer, les équipements à utiliser et les objets à mesurer, en vue de collecter les mesures qui contribueront au mieux à la fonction calcul de Nord. On optimise 5 la collaboration entre systèmes en déterminant les objets de la scène qui seront utilisés et/ou des groupes de systèmes optroniques destinés à collaborer. On évalue tout d'abord si les ressources disponibles (systèmes optroniques, équipements disponibles sur les systèmes optroniques, position 10 d'objets susceptibles de faire l'objet de mesure) permettent d'évaluer les gisements à estimer (sur un ou plusieurs systèmes optroniques) selon l'objectif de qualité assigné, aussi désigné PGS pour précision souhaitée de gisement. 15 On désigne par PGE la précision estimée du gisement, par PGS la précision de gisement souhaitée (seuil de précision souhaité) prédéterminée, et par PGT la précision de gisement théorique, prédite d'après le calcul en fonction du choix d'une configuration de collaboration. Pour atteindre la PGS on détermine parmi l'ensemble des 20 ressources disponibles (systèmes optroniques, dispositifs de mesure, zones accessibles) une configuration minimale offrant une Précision de Gisement Théorique (PGT) la plus proche de PGS. On évalue tout d'abord une Précision de Gisement Théorique (PGT) avec un calcul basé sur l'information apportée par la géométrie de l'ensemble des systèmes optroniques (aussi 25 désigné réseau) ou par la position des systèmes, par les mesures utilisées et les erreurs sur ces caractéristiques ; ceci sans mise en oeuvre effective de mesures. Plus précisément, on procède de la manière incrémentale suivante comme illustré figure 11. 30 On commence de manière naturelle avec le choix de 2 systèmes S1, S2 et on recherche une collaboration entre eux par exemple limitée aux mesures sur un objet unique 'visible' (K=1) depuis les 2 systèmes (cf fig 2) en cherchant un objet dont la position a priori inconnue donne la meilleure PGT. 3052858 24 Si la PGT est compatible de la PGS on valide la configuration collaborative. Si la PGT est insuffisante, on suppose que l'objet occupe une position correspondant au lieu pour lequel cette PGT est la meilleure 5 possible (même si elle est insuffisante), et on recherche un objet supplémentaire permettant d'améliorer la PGT. On itère ainsi jusqu'à atteindre un seuil sur un nombre maximal d'objets (K=4 par exemple mais ce nombre peut être ajusté de manière à respecter une durée acceptable d'échange d'informations et de prise de mesures ou afin d'atteindre un degré 10 de liberté suffisant en regard du nombre de quantités à estimer). Si la PGT est compatible de la PGS on valide la configuration collaborative. Si la PGT reste encore inférieure à la PGS, on considère un système optronique supplémentaire s'il existe (S3) en repartant d'une 15 collaboration sur un nombre minimal d'objets (K) : o Si la PGT est compatible de la PGS on valide la configuration collaborative. o Si la PGT est insuffisante, on suppose que l'objet occupe une position correspondant au lieu pour lequel cette PGT est la 20 meilleure possible (même si elle est insuffisante), et on recherche un objet supplémentaire permettant d'améliorer la PGT. On itère ainsi jusqu'à atteindre un seuil sur le nombre maximal d'objets. ^ Si la PGT reste encore inférieure à la PGS, on considère 25 un système optronique supplémentaire s'il existe, et on réitère le processus avec ce système optronique supplémentaire en se limitant à un nombre maximal de systèmes optroniques (M=5 par exemple). ^ Si la PGT reste encore inférieure à la PGS, on déplace 30 si possible l'un des systèmes optroniques sur la zone, en recherchant essentiellement la performance optimale selon le paramètre de positionnement relatif des systèmes optroniques ; on fixe par exemple un premier objet collaboratif sur le critère de visibilité commune et 35 sur un caractère remarquable de l'objet susceptible de 3052858 25 faciliter son acquisition depuis un autre système optronique. Ces objets peuvent être sélectionnés à partir de critères de 5 visibilité entre systèmes et/ou de visibilité des objets de la scène pour chaque système (objets dégagés, et/ou situés en altitude par exemple). Le choix de l'objet peut obéir à des règles préétablies sur des critères utilisant : la hauteur de l'objet par exemple afin de faciliter leur visibilité commune depuis les différentes positions des systèmes optroniques, 10 et/ou l'élévation du sol sur la zone (accessible via un d'un modèle numérique de terrain MNT), des spécificités dans l'image optronique en termes de signature radiométrique (gradient ou contraste) de façon à être extraites et caractérisées automatiquement par des traitements d'image 15 classiques de la littérature comme à titre non limitatif : SIFT pour Scale-invariant feature transform, SURF pour Speeded-Up Robust Feature, HOG pour Histogram of Oriented Gradients, GLOG pour Gradient Location and Orientation Histogram) . la répartition ou densité spatiale des détections précédentes 20 projetées dans la scène de façon à choisir un objet candidat aux mesures suffisamment éloigné d'un autre objet voisin afin d'éviter une éventuelle ambiguïté d'association de l'objet entre systèmes répartis. Ils peuvent aussi être sélectionnés dans une zone prédéfinie et 25 l'association des objets destinés aux mesures entre systèmes est alors guidée pour faciliter l'orientation calculée au moyen des positions des systèmes. 30 De manière facultative, des données de type Modèle Numérique de Terrain (MNT ou DTM pour Digital Terrain Data en anglais) peuvent être utilisées dans le processus. Lorsqu'elles sont disponibles, ces données peuvent être utilisées de plusieurs manières : pour prédéterminer des zones candidates au partage d'entité. On 35 peut privilégier des zones situées au voisinage des lignes crêtes ou 3052858 26 encore au fond de vallées (talweg) qui peuvent être directement déterminées à partir des données MNT, pour déterminer si une zone réduite (ou objet pré-localisé de manière approché) est visible depuis la position du système 5 optronique, pour évaluer au niveau d'un système optronique particulier devant réaliser plusieurs prises de mesure sur un objet donné au cours d'un cheminement, une zone d'acquisition à privilégier pour le choix de l'objet (visibilité depuis plusieurs points de vue) ainsi que les lieux 10 candidats à la prise de mesure, pour évaluer, à partir des positions connues de plusieurs (au moins 2) systèmes optroniques, des zones ou positions communes vues par ces différents systèmes optroniques en vue de privilégier des zones d'objet d'intérêt pour le partage d'information. 15 Pour illustrer ce dernier point, on se reporte aux figures 2. Les figures 2a, 2b représentent des cartes de visibilité CV1 et CV2 respectivement obtenues depuis deux positions (P1, P2) différentes sur le terrain ; elles sont obtenues à partir d'un MNT établi sur une zone géographique échantillonnée en coordonnées topographiques sur 20 5km x 5km, centrée sur une position géographique. Ces cartes de visibilité sont des cartes binaires de valeur 0 (noire) si le point n'est pas vu et de valeur 1 (blanc) si le point de la scène correspondant est visible depuis la position du système optronique. La figure 2c représente la carte de visibilité commune CV12 aux positions P1 et P2. Elle s'obtient simplement comme 25 produit des deux cartes de visibilité CV1 en P1 et CV2 en P2. Un objet situé sur une cellule blanche de la carte CV12 est vu à la fois par le système S1 en P1 et le système S2 en P2. Naturellement la probabilité de trouver une zone contenant un objet visible depuis P1 et P2 est toujours inférieure (ou égale en cas extrême de terrain plat) à la probabilité d'en trouver un depuis P1 ou 30 depuis P2. Si N systèmes sont amenés à tous collaborer sur un objet depuis leurs 'N' positions, la zone candidate est une carte de visibilité d'ensemble 'CVE' déterminée d'après les cartes de visibilité individuelles 'CV'' depuis chaque position de système optronique avec : 3052858 27 N CVE1 N =-FICVn n=1 De manière moins contraignante, si l'on recherche la carte de visibilité `CVT' pour un ensemble de systèmes collaboratifs correspondant à l'ensemble des zones géographiques sur laquelle un objet est vu par un minimum de rl 5 systèmes, la carte de visibilité `CVT' est donnée d'après : I N CUTI N = ECV r1 I wri n=1 ,/ où le nombre minimal de systèmes pour une collaboration possible correspond de manière la moins contraignante à 1-1=2 (objet visible par uniquement 2 systèmes), W et H sont les nombres de noeuds des grilles du 10 MNT, et `1,A,Fi' la matrice identité de taille WxH. L'exploitation de MNT est réalisée par l'unité de calcul. Une Interface Graphique adaptée est proposée à l'utilisateur en vue de faciliter l'acquisition d'objet avec : 15 la désignation de zone, la désignation de point de passage, la présentation de zones spécifiques comme des lignes de crêtes, la visualisation d'inter-visibilité de zones (point à zone) depuis la position courante du système optronique ou multipoints à zone en 20 fusionnant des visibilités d'une même zone vue par plusieurs systèmes optroniques. Pour atteindre une performance (ou précision) prédéfinie, les objets peuvent aussi être sélectionnés selon : 25 le type de mesures sur les objets et le type d'erreurs associées, des contraintes imposées par l'environnement électromagnétique pouvant influer sur les dispositifs de mesure disponibles, ou plus généralement leurs contraintes d'utilisation effective. 30 Un exemple de sélection selon un critère de performance des mesures sur les objets est donné plus loin, dans le cadre d'une collaboration de 2 systèmes optroniques devant estimer leurs gisements sur un objet 3052858 28 unique (configuration 2.4). Une représentation de la performance accessible pour le gisement (PGT) selon la position de l'objet est illustrée figure 10a et une représentation de la performance accessible pour la position de l'objet selon la zone où se situe l'objet est illustrée figure 10b. Cette variation 5 spatiale de la performance illustre notamment que la performance du gisement PGT dépend de la zone où se trouve l'objet pour collaborer. Pour accéder à une performance sub-mrd du gisement, l'objet unique doit être situé dans une zone correspondant au 1/4 en bas à droite de la figure. En fixant la position de l'objet 01 au sein d'une zone appropriée, 10 le gisement pourrait être estimé avec une meilleure performance en utilisant un objet 02. On optimise cette performance, en déplaçant l'objet 02 sur l'ensemble de la zone ; la performance serait pour l'essentiel de la zone, meilleure en chaque position (excepté dans le cas où les 2 objets seraient confondus ou si 02 est aligné avec S1 et S2). 15 Dans le cas d'une zone peu propice (désert, mer), les objets communs peuvent être mobiles (véhicule terrestre, navire, aéronef). Bien que dans le cas général ces objets soient de position inconnue, certains peuvent être des amers terrestres ou célestes ; cela diminue le nombre d'objets à observer et/ou améliore la qualité des résultats des calculs. 20 Des objets communs ayant été sélectionnés et partagés entre les systèmes optroniques concernés, les étapes suivantes sont mises en oeuvre. On va prendre le Nord (=Nord géographique) comme exemple de direction d'orientation à estimer, mais toute autre direction peut être choisie. 25 Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au moyen de systèmes optroniques qui collaborent c'est-à-dire qui communiquent entre eux pour échanger des informations. Une configuration de systèmes collaborant est caractérisée par les 30 éléments suivants : le nombre des systèmes collaborant, le type de dispositif disponible et mis en oeuvre pour la collecte des mesures sur des objets de la scène depuis chaque système, le nombre d'objets de la scène sur lesquels sont réalisées les 35 mesures, 3052858 29 la (ou les) quantité(s) physique(s) estimée(s) (gisement, position, attitude, ...). Le trait commun de ces configurations est : 5 de mettre en oeuvre au moins 2 systèmes collaborant, d'exploiter des observations dont les positions de systèmes optroniques stationnés sur au moins 2 positions distinctes, de disposer d'un EMAR sur au moins l'un des systèmes collaborant (S1), 10 d'effectuer des mesures sur au moins un objet 'k' de la scène, d'estimer au minimum le gisement de I'EMAR du système S1 collaborant. Un exemple de configuration à 2 systèmes optroniques 15 collaborant S1 et S2, et avec 1 objet commun Ok est montré figure 3. De manière générale, le procédé selon l'invention permet d'estimer avec précision dans un repère géographique le Nord d'un système optronique situé à une première position et désigné premier système optronique S1. Il est équipé : 20 d'un dispositif d'acquisition, 101 pouvant produire des images soit avec un détecteur visible ou/et infra-rouge (IR) soit directement sur la pupille de l'utilisateur avec une voie directe optique ou une jumelle, produisant des images d'au moins un objet k dans une scène (k varie de 1 à K, avec K le nombre d'objets de la scène, 1. 2). 3052858 38 Les configurations 4 présentent une spécificité de collaboration à plusieurs systèmes disposant partiellement d'EPMG (4.1), et avec d'exploitation d'amer (4.2). Les configurations 5.1 et 5.2, décrites en relation avec les 5 figures 9, correspondent à des collaborations avec des systèmes portables disposant d'EMAR plus légers et moins performants de type compas magnétique ou MEMS. 10 Configuration 1.1 On va tout d'abord décrire un premier mode de calcul du Nord avec une configuration à deux systèmes optroniques collaborant S1 et S2 (ou tandem) sur un objet unique Ok (k=K=1) en vue de déterminer le gisement de l'EMAR de Si. Les mesures supplémentaires sont des 15 mesures : de distance Ru entre Si et l'objet Ok et R2k entre S2 et l'objet Ok, d'azimut approché Aolk fourni par S1 et permettant de déterminer un gisement approché Go1 (au moyen de Go1 = Aolk - Lu) à une précision de quelques degrés près (meilleure que 5°) ; par azimut approché on 20 entend une précision 10 fois moins bonne que la précision visée pour l'estimation du gisement Gi , ou des autres gisements ou attitudes comme on le verra par la suite. Pour effectuer ces mesures supplémentaires, les deux positions déterminées étant celles de Si et S2 : 25 Le premier système optronique 51 comporte en outre : o un EMED ou « Equipement de Mesure Electronique de Distance » de type télémètre avec un émetteur 106 et un récepteur 107, dont la direction est harmonisée sur l'axe du dispositif d'acquisition 101, apte à fournir la distance Ru entre 30 51 et l'objet Ok, o un compas magnétique 108, ou tout autre moyen apte à fournir un azimut approché Aolk de l'objet Ok ; on indique plus loin une autre manière de l'obtenir. Et le second système optronique S2 comporte en outre un EMED de 35 type télémètre avec un émetteur 206 et un récepteur 207, dont la 3052858 39 direction est harmonisée sur l'axe du dispositif 201 d'acquisition de S2, et qui est apte à fournir la distance R2k entre S2 et l'objet Ok. On note que sans EMAR précis (de type goniomètre par exemple) S2 peut dans ce cas être un système léger de type caméra ou jumelle 5 portable. Les acquisitions des deux systèmes sont effectuées sur un objet unique Ok, L'information calculée par le processus concerne : 10 o le gisement estimé G1 de I'EMAR de S1, o les coordonnées estimées de l'objet (Xk, yk, zk) qui s'obtiennent facilement une fois le gisement estimé, o les précisions théoriques sur ces grandeurs. 15 Le compas magnétique de S1 dispose par exemple d'une qualité de mesure d'azimut magnétique de la classe 10 mrad ; d'autre part, la qualité de connaissance de la déclinaison magnétique locale portée par les modèles mondiaux WMM/IGRF est de 8.5 mrad aux faibles latitudes. L'azimut géographique Aolk se déduit de la lecture d'azimut magnétique Mik et de la 20 déclinaison magnétique locale DM1 par AOlk = Mik DM1. Au bilan l'erreur de mesure dépasse en moyenne les 13 mrad et se dégrade lorsque le système optronique se déplace vers les pôles magnétiques. Ainsi, pris isolément les deux systèmes S1 et S2 sont incapables de remplir l'objectif permettant de localiser en moyenne un objet situé à 10km à 10m près. En effet d'une part 25 S2 ne peut pas localiser l'objet. D'autre part S1 peut localiser l'objet avec une erreur de l'ordre de 130m du fait de son erreur angulaire de 13mrad en azimut du fait de sa limitation à estimer le nord avec une qualité absolue correspondant à celle de son compas. Le but de l'invention consiste à ce que S1 estime le nord avec une qualité conforme à l'objectif PGS, c'est-à-dire 30 dans la catégorie du milli-radian. Avec des amers, S1 peut trouver un Nord de la classe du mrad mais cette approche devient inopérante dès lors que le système se situe dans un environnement peu propice à l'acquisition d'amers (cas de scène désertique ou forestière) et/ou lorsqu'il doit procéder en opportunité 3052858 Bien que ne n'accédant pas à des objets de coordonnées géographiques connues, la configuration avec deux systèmes S1 et S2 permet selon l'invention d'estimer le gisement du système optronique S1 et donc de construire son Nord. Pour cela, les 2 systèmes optroniques S1 et S2 5 du tandem vont réaliser leurs mesures respectives sur un ou plusieurs (k={1,...,K}) objets communs Ok. Une mesure collaborative est effectuée sur un premier objet Ok (k=1) visible par S1 et par S2 : Au moyen de son compas 108, S1 réalise une localisation approchée 10 de l'objet tel qu'un détail topographique jugé pertinent. La pertinence d'un point se décline en matière de visibilité pour S2, et/ou de non ambiguïté sur le point commun de visée, et/ou de surface équivalente laser (ou "SEL"). S1 envoie à S2 la localisation approchée et optionnellement dès lors 15 que les moyens de communication 130 le lui permettent, une image de l'objet à mesurer. Comme moyens de communication S1 et S2 utilisent par exemple un téléphone portable. S2 reçoit la localisation approchée de l'objet Ok à mesurer. S2 recherche l'objet en utilisant la localisation approchée et sa 20 position propre (via son EMPG) pour déterminer une direction de visée (azimut, élévation) et distance approchées, qu'il peut pointer à partir de la mesure 'approximative' de son compas 208. Ce pointage peut être manuel avec un capteur à petit champ d'acquisition, automatique avec une pan & tilt, inutile avec un capteur OMNI. Notons 25 que la présence d'un compas sur S2 n'est pas nécessaire au calcul du gisement sur S1 mais qu'elle peut guider et raccourcir le délai d'acquisition d'objets communs entre les deux systèmes optroniques. Compte tenu de l'erreur d'orientation de la classe du degré, l'acquisition est facilitée dès lors que le champ du système S2 est 30 supérieur à l'erreur de pointé. Cela autorise alors une recherche visuelle ou automatique de l'objet dans une image unique. S2 réalise ses mesures sur l'objet centré sur l'image : mesure de distance R2k entre S2 et l'objet, mesure de l'élévation E2k de l'objet Ok avec l'inclinomètre de S2. S2 vérifie que sa mesure de distance est 25 3052858 41 compatible (aux erreurs de mesure près) à la distance théorique calculée de manière approchée, S2 envoie vers S1 ces mesures ainsi que la position géodésique (longitude, latitude, altitude) de S2. 5 S1 calcule la direction du Nord (l'azimut ou le gisement Gi correspondant à la valeur zéro de son goniomètre) à partir de ces observations. Les calculs par S1 pour déterminer le gisement G1 de S1 peuvent être décrits en 2 ou 3 dimensions. Dans le cas d'une description plane 2D, 10 les mesures réalisées en 3D sont rectifiées en déduisant les distances dans le plan à partir des mesures d'élévation réalisées sur les objets. Le gisement (ou Nord) Gi est calculé : - en linéarisant les équations d'observation en utilisant l'expression approchée : 15 G01 = Mik DA/11 - Lik OÙ Mik est la mesure d'azimut magnétique du système S1 sur l'objet k, DM1, la déclinaison magnétique locale, 20 - en écrivant le gisement G1 au moyen de cette approximation et de l'incrément AG1 avec : G1 = G01 + AGI - en calculant l'incrément AG1 avec : Dans cette expression, k=1 (les mesures portent sur l'unique objet sujet aux mesures de S1 et S2) la valeur approchée du gisement approché G01 de S1 est obtenue à partir des mesures fournies par le compas magnétique de S1 ; RX2 - )cos(Lik + G01)- (Y2 - Y)sin(Lik + Go,)AGI = B21 2- R22k + Ri2k (X2 - 271)sin(LIk + G01)- (Y2 - )cos(LIk + Gol )- (Z2 - Z1 ) tan Eu G1 = Mik +DM1 -Lik AGi 2R1k COS Eu 3052858 42 la base 'B21' qui est la distance euclidienne entre les 2 systèmes optroniques S1 et S2 est obtenue à partir des coordonnées de S1 et S2. 2Bn2. = (X. - ± (Y. - Y?, (Z. - )2 AX'',= X' - X ; 4Ynm= Y,7 - Y', ; AZ,,,, = Z' - Zm On peut aussi obtenir Goy de la façon suivante en absence de 5 compas magnétique sur S1, mais avec un compas magnétique sur S2 qui donnera une localisation approchée (longitude, latitude, altitude ou hauteur sur l'ellipsoïde selon le type de référence verticale retenu) de l'objet avec une mesure E2k qui transmise à S1 permettra de déterminer un azimut Aolk approché (au sens d'une faible exactitude) sur l'objet et donc un gisement lo Goy approché au moyen de la lecture LIk avec Go1 = Aolk Lik. Comme on le verra dans les autres exemples de configurations, l'estimation du gisement ou azimut approché n'est pas indispensable, néanmoins l'aptitude à réaliser ce type de mesure est souvent de nature à 15 faciliter la ré-acquisition d'un objet depuis un autre système optronique délocalisé. En effet, un compas disponible sur un système optronique Sm permet de positionner un objet de manière approchée dès lors que Sm dispose d'un équipement de mesure 20 d'élévation (ex inclinomètre) et d'un EMED (ex télémètre). Un système optronique S1 recevant la position approchée d'un objet est en mesure de l'identifier plus facilement puisque, disposant de sa position S1 et de la position approchée de l'objet, S1 est en mesure de 25 déterminer : o l'azimut approché de l'objet qu'il peut lui-même pointé dans un champ de l'ordre du degré s'il dispose d'un compas magnétique, o l'élévation approchée de l'objet qu'il observe pour 30 approcher l'objet du centre de son imageur en inclinant sa LdV, o la distance approchée de l'objet qu'il peut mesurer sur l'objet à partager au moyen de l'EMED. 3052858 43 Les coordonnées cartésiennes de S1 et S2 sont obtenues partant de leurs coordonnées géodésiques (en général en WGS84) de la façon suivante : 5 conversion des coordonnées géodésiques en coordonnées géocentriques (origine centre terre, axe X et Y dans le plan équatorial, X passant par le méridien de Greenwich, z par l'axe des pôles), conversion des coordonnées géocentriques dans un repère topocentrique local, (origine sur la position du système optronique S1 10 par exemple, X dans le parallèle local, Y le long du méridien local et z vertical ascendant perpendiculaire à l'ellipsoïde terrestre). Le système S1 peut aussi caractériser l'erreur sur son gisement G1 dès lors qu'il a connaissance des erreurs sur les mesures au moyen des expressions et construire une évaluation théorique de l'erreur quadratique 15 moyenne (ou RMSE pour Root Mean Square Error). Ceci en séparant les contributions de biais et de bruit sur les mesures qui engendrent respectivement une erreur de biais ou systématisme et de bruit ou aléatoire sur le gisement Gl. Sur la base de ces informations (biais +bruit), lorsque l'objectif de 20 performance alloué PGS est plus ambitieux que l'erreur obtenue, le système S1 peut déterminer la zone d'opération possible du système S2 où des objets communs permettraient, s'il en existe, de se rapprocher de l'objectif de performance PGS. Pour cela et de manière générale, on peut jouer sur la position 25 relative des 2 systèmes S1 et S2 (ou de 2 systèmes optroniques choisis parmi N), et/ou le choix d'un objet situé dans une région spatiale où la configuration globale (objet et système optronique) permet d'atteindre la performance allouée. Concernant la performance du Nord ainsi obtenu, on note que 30 l'expression indiquée ne fait apparaître que des termes en différences des 2 positions. A l'échelle des distances du dispositif, cet aspect est favorable à la performance sur le positionnement des systèmes optroniques. Avec un EMPG de type GNSS, une part importantes des contributions à l'erreur globale de positionnement sont dues aux délais de propagation dans la 3052858 44 ionosphère et la troposphère et se retranchent pour des mesures quasi-simultanées sur des positions proches (quelques 10 km). Selon le processus proposé, une performance jugée insuffisante peut conduire à l'utilisation d'un deuxième objet (-*K=2, k={1,2} voir 5 configuration 1.2). Avant de se lancer dans l'acquisition de mesures sur un deuxième objet, le système S1 va évaluer la performance théorique PGT qu'un deuxième objet peut apporter dans l'amélioration de son Nord en vue d'atteindre l'objectif alloué PGS. Les zones candidates à l'acquisition 10 (=zones où se trouvent des objets susceptibles d'être sélectionnés) sont celles qui à la fois permettent d'atteindre cette performance et correspondent à une visibilité commune sur la zone pour les deux systèmes d'un même objet. Une fois les mesures réalisées, le gisement G1 estimé sur S1 va 15 faciliter l'acquisition et le partage entre les 2 systèmes optroniques. En effet cette information permet de localiser précisément le premier objet puis d'exploiter cette meilleure position en la transmettant à S2. Ce dernier peut alors utiliser l'objet comme un amer pour réduire à la fois le biais sur la connaissance de la déclinaison magnétique locale et son résidu de biais de 20 montage. Le calcul du gisement avec un second objet est décrit ultérieurement (dans une configuration 1.2). Nous verrons alors qu'un second objet dispense d'utiliser un compas magnétique sur S1. 25 Si l'utilisation d'un deuxième objet rapproche de la performance objectif PGS tout en y restant encore en-deçà, d'autres objets peuvent être utilisés pour effectuer des mesures communes (cf configuration 1.3). Configuration 1.2 (sans compas) 30 Cette configuration se distingue de la précédente en ce que le système optronique S1 (de la configuration 1.1) est dépourvu de compas magnétique 108, et idem pour S2 sans compas magnétique 208: il n'y a plus d'accès à un azimut approché de visée sur un objet. Le système S1 peut encore déterminer son gisement de manière non ambiguë (c'est-à-dire sur [- 35 njr]) en utilisant au moins deux objets (Kk2). 3052858 On va décrire cette configuration avec deux systèmes optroniques S1 et S2 et K=2 objets, mais le calcul s'applique plus généralement à M systèmes optroniques et Kk2 objets (voir configuration 3.1). Les mesures supplémentaires sont des mesures : 5 de distance Rik entre S1 et l'objet k et R2k entre S2 et l'objet k, d'élévation E12 entre S1 et l'objet 2 et E2k entre S2 et l'objet k. S2 envoie vers S1 ces mesures R2k et E2k ainsi que sa position géodésique (longitude, latitude, altitude). Pour effectuer les mesures supplémentaires, les deux positions 10 déterminées étant celles de S1 et S2 et avec K=2 : Le premier système optronique S1 comporte en outre un EMED 106, 107 apte à fournir la distance Rik entre S1 et l'objet k, un inclinomètre pour mesurer l'élévation E12 sur l'objet 2, et le second système optronique S2 comporte en outre : 15 o un EMED de type télémètre 206 et 207 dont la direction est harmonisée sur l'axe du dispositif d'acquisition de S2 201, apte à fournir la distance R2k entre S2 et l'objet k, o un inclinomètre 209 apte à fournir l'élévation E2k de l'objet k par rapport à S2. 20 La quantité calculée est le gisement G1 de l'EMAR de S1. Pour cette configuration, on décrit une approche permettant d'obtenir le gisement G1 après rectification des mesures de distance dans le plan horizontal 2D (en projetant la base B entre les systèmes qui devient 'b' 25 et les distance 3D mesurées Rik et R2k dans le plan horizontal au moyen des élévations Eik et E2k avec ru = Rik sin Eik ) comme : atan2(sin ; cos Gi atan(a ;b) correspondant à la fonction atan(b/a) bijective sur krat], souvent 30 aussi notée atan2, sinG1 et cosG1 s'obtenant comme solution du système linéaire : ( a12 ( \ \a21 a22 V621 ( sin Gi cos G1,, 3052858 46 où : r a 11 a12 =/ ru AX21 cos Ln -AY21 sin L'} ru (A)(21 sin LI + AY2i cos LI \,a21 a22 i 7i2 (AX2i cos L12 -A1 sin L12 ) r12 (AX-21 sin Lu. + AY21 COS L12 )) , 1,2 _ "21 721 ± '11 \ /3211 2 \g - 7,222 + /122 ) avec une solution unique pour des visées non-alignées : 5 det = b221 sin(42 -Ln) 0 = Ll 1 ± Dans cette description 2D, les mesures sont préalablement transposées dans un repère topographique local dont l'origine peut être prise 10 par exemple au barycentre des 2 positions des systèmes optroniques. L'opération de rectification/transposition consiste simplement à remplacer les distances R des mesures issues des EMED par leur projection r sur le plan horizontal, et à remplacer la base entre les 2 systèmes au moyen des mesures Emk des inclinomètres. 15 S1 peut évaluer le biais sur le gisement Gi d'après les biais de mesure en 2D : 8G1 = kl - 8a k2 cos Gi 613 - Saki sin Gi a kicos - a k2 sin Gi ; k e {1,2} = gr + ril(83,X21 cos Lll 83,17-21 sin %ô/1 r11 S1 Yl SAY21 COS41)+ ce1184 6a12 C(12 1 ± e5 (ALY2i sin Ln (5a21 =R1 + r12 (SAX 21 cos L12 - 80Y21 sin 42 )- a2284 u a22 Sr. 8'22 + 712 (80X21sin L12 CSAY21 cos L, )± a21L54 ri2 (573k1 b216b21 r2k8r2 ± keel 20 et le bruit d'après : 3052858 47 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0-2 CT +sinG1 o-an + COS G1 o-2 r11 1 cru 2 0-fl21 + sin Gi cra,i + cos Gi o-a22 OU CFG1 = GI (ail COS Gi - a,2 sin G1)2 (a21 cos Gi - a2, sin G1)2 el_ 2 = "11 er 2 a112 "r1 + (cos 2 L116 21 ± sin 2 Lilo- A2 y i)+ ai22o-,21 2 2 )_L ty2 Crau a12 a2 +ri2,(sin2 Lna3x2 +cos2i-AY-2, "11"Li r11r1 11 2 ' 6x21 = 21 o-2 + r,22 (cos 2 + sin2 '1.2" 4Y2i )_L "22" Li r12ri 12 2 rs.2 a22 2 (4,2 .420-3x2 21 2 2 ) 'v2 + COS 420-Ay2i s-".a22 Cr I- 12 2 ri. '21"L/ r12 2 = 2',2 _L r2','2 ",611 "21"bn -r" 21"r2 2 L2 2 2 2 2 2 6/321"21(Tb2i r22 6r2 rue, Selon la valeur de l'erreur quadratique résultante (PGT) et l'objectif de performance visé (PSG), 51 peut déterminer par avance les 5 positions de S2 éligibles pour l'objectif assigné. En 3D, le gisement Gi s'obtient simplement comme cas particulier de la configuration 3.1 décrite ultérieurement. 10 Une fois son Nord ou gisement Gi déterminé, le système 51 peut localiser les objets mesurés Ok mais aussi d'autres objets de la scène qui ne seraient vus que de sa position. Il extrait ainsi les coordonnées géographiques d'objet de la scène avec une bonne qualité. Ces informations de localisation peuvent directement répondre à un besoin ou être archivées 15 pour construire une base locale de données d'amer qui pourra ultérieurement alimenter d'autres besoins ou utilisateurs. Ces informations seront en particulier utiles pour entretenir un Nord sur un système devant se déplacer dans la scène. Une fois G1 obtenu, l'utilisation d'autres objets permet de traiter 20 les équations d'observation comme précédemment en linéarisant les équations autour de la valeur Gi pour estimer un incrément le rapprochant de sa valeur optimale. 3052858 48 Configuration 2.1 (en partie sans dispositif de mesure de distance) Selon une autre configuration, deux systèmes disposant d'un EMAR collaborent avec la particularité que le système S2 n'utilise plus son 5 EMED 206, 207, soit volontairement par souci de discrétion, soit par incapacité (objet trop éloigné ou Surface Equivalente de l'objet trop faible), soit involontairement (panne) : les mesures de distance R2k ne sont plus disponibles. Le tandem S1, S2 va chercher à obtenir le gisement sur chacun des deux systèmes ; S2 dispose alors également d'un EMAR 220. Il va pour 10 cela réaliser des mesures sur 2 objets 01 et 02 (K=2). Les mesures supplémentaires sont des mesures : depuis S1 o de distance R11 sur l'objet 01 et R12 sur l'objet 02, o d'élévation E12 entre S1 et l'objet 02, 15 o d'angle relatif horizontal L12 de l'EMAR lorsque son système optronique pointe sur l'objet 02, o d'azimut approché, disons mieux que 5 degrés, sur les 2 objets Aoik pour ke{1, 2) ; ceci en vue d'estimer une valeur approchée G01 de G1, 20 - depuis S2 o d'élévation E21 et E22 entre S2 et les objets respectifs 01 et 02, o d'angle relatif horizontal L21 et L22 sur l'EMAR de S2 lorsque son système optronique pointe les objets 01 et 02 respectivement. 25 - Deux objets (k =1,2) participent aux mesures des deux systèmes, - Les quantités estimées sont les gisements Gi et G2 des EMAR de S1 et S2. Si besoin, les coordonnées des 2 objets s'en déduisent aisément ainsi que les précisions sur ces quantités. 30 Pour effectuer les mesures supplémentaires, les deux positions déterminées étant celles de S1 et S2 et avec K=2 : - Le premier système optronique S1 comporte en outre : o un EMED ou « Equipement de Mesure Electronique de Distance » de type télémètre 106 et 107 dont la direction est 3052858 49 harmonisée sur l'axe du dispositif d'acquisition, apte à fournir la distance Rik entre S1 et l'objet Ok, o un inclinomètre 109 apte à fournir l'élévation E12 de l'objet 02 par rapport à S1. 5 - Et le second système optronique S2 comporte en outre : o un inclinomètre 209 apte à fournir les élévations E2k des objets Ok (k=1 et 2) par rapport à S2, o un EMAR 220 apte à fournir les angles relatifs Lek entre S2 et les objets Ok, 10 - le système S1 comporte un compas magnétique apte à fournir directement (par mesure) ou indirectement (par calcul) un azimut approché sur les 2 objets Ao2k. - S2 envoie vers S1 les mesures réalisées à partir de S2 ainsi que sa propre position géodésique (longitude, latitude, altitude). 15 En rectifiant les mesures de distance (projection dans le plan au moyen des élévations) les équations d'observation sont de la forme : Objet 01 Objet 02 S1 xi Xi - ri i sin(-41 + Gi ) x2 - Xi = ru sin(-42 + Gi ) y, - Yi = ri i co en + Gi) 522 - YI --= ru cos(42 + d) S2 xi -X2 = i'.21 sin(L21 + G2) 12 - X2 = F22 sin(L22 + d2) yi - Y2 = /21 COS(L21 ± 62) y2 - Y2 = Ï^22 cos(L22 ± G2) En éliminant les coordonnées des objets, X2 - = + )-- T-21 sin(L21 + d2) 20 Y2 - = rn cos(41 + F21 cos(L2i + X2 - = ru sin(42 + )- T.22 sin(L22 + U2) Y2 = COS(42 U1)- -F22 COS(L22 ) Le système peut être résolu simplement par linéarisation dès lors que l'on dispose d'une valeur approchée (de quelques degrés) des gisements avec : = G01 + AGI ; GZ = G02 ±AG2 Dans cette situation les gisements sont obtenus par solution du 25 système linéaire : 3052858 (ril cos(Aoil - 421) AX21 sin(L21 + G02 )± AY2i COS(L21 ± G20)- ril cos(21011 - A021 rAGI COS(A012 - 422) 3,X21 sin(L22 + G02 )+ AY21 cos(L22 + G20) - ru cos(24012 - 422 ))AG2 021 (AX21 cos(L21 + G02)- AY21 sin(L21 + G02)- sin(Aon - A ) \ AX21 cos(L22 + G02)- AY21 sin(L22 + G02)- ri2 sin(A012 - 422)) Où l'azimut approché Aomk est obtenu pour me{1,2} et ke{1,2} par : A0mk = Lmk G0 Une fois les gisements obtenus, les coordonnées des 2 objets 5 s'obtiennent simplement dans le repère topographique de 51 d'après les relations d'observations de S1 et son gisement. Les distances R21 et R22 peuvent aussi s'en déduire simplement. La précision théorique sur les gisements s'obtient aussi classiquement par une technique de propagation de covariance similaire à celle décrite en configuration 1.2. 10 Configuration 2.2 (sans compas / 2 objets) Selon une autre configuration, on considère 2 systèmes optroniques (M=2, m={1, 2}) identiques collaborant sur 2 objets (K=2, k={1, 2}) sans compas magnétique. Les deux systèmes ont pour objectif de 15 collaborer pour déterminer le gisement de chacun ou de manière équivalente l'azimut géographique correspondant à l'origine de la lecture horizontale de leur EMAR. Chacun dispose d'un EMED et : - d'un EMAR sous forme de goniomètre biaxes apte à fournir un angle relatif horizontal et une élévation, ou 20 - d'un EMED mono-axe et d'un inclinomètre qui peut être intégré à la caméra par exemple. Les deux systèmes collaborent et échangent leurs mesures sur deux objets distincts de la scène. Les mesures supplémentaires sont des mesures : 25 - depuis 51 o de distance R11 sur l'objet 01 et R12 sur l'objet 02, o d'élévation E12 entre 51 et l'objet 02, o d'angle relatif horizontal L12 de I'EMAR lorsque son système optronique pointe sur l'objet 02, 30 - depuis S2 o de distance R21 sur l'objet 01 et R22 sur l'objet 02, 3052858 51 o d'élévation E21 et E22 entre S2 et les objets respectifs 01 et 02, o d'angle relatif horizontal L21 et L22 sur l'EMAR de S2 lorsque son système optronique pointe les objets 01 et 02 respectivement. 5 Deux objets (k =1,2) participent aux mesures des deux systèmes, Les quantités calculées sont les gisements G1 et G2 des EMAR de S1 et de S2. Si besoin, les coordonnées des 2 objets s'en déduisent aisément ainsi que les précisions sur ces quantités. Le gisement de S1 est estimé par S1 comme on l'a déjà vu. Celui de S2 est estimé 10 par l'unité de calcul de S2 à partir des observations, celles dont il ne dispose pas directement lui étant communiquées par S1. Selon une variante, le gisement de S2 est estimé par S1 puis communiqué à S2. Un calcul de performance permet d'évaluer l'aptitude d'atteindre la 15 performance selon les caractéristiques connues des instruments de mesure et en jouant sur la configuration d'acquisition du système : pour le premier objet utilisé, et si aucune zone ou aucun objet appropriés n'ont été déterminés a priori (avant les mesures), S1 cherche les zones favorables d'un objet sur lequel le tandem S1, S2 20 va échanger ses mesures, pour une base (positions des 2 systèmes optroniques) fixée et la position fixée d'un objet n°1, on modifie la position d'un objet n°2 de façon à déterminer les zones spatiales compatibles de la performance et dans lesquelles un deuxième objet serait pertinent, 25 pour des objets de positions fixées et connues et une position connue et fixée de S1, on peut déterminer les zones correspondant à des positions spatiales de S2 éligibles à l'obtention de la performance. Ces zones peuvent être utilisées : o en exploitant directement la position de S2 sans déplacement, 30 o en proposant un déplacement de S2 sur une zone accessible. Les 2 gisements des 2 systèmes peuvent être simultanément obtenus en résolvant d'abord le système linéaire : 3052858 52 ( I?' cosE11 sinL11 R' cosE11 cosL11 -R21 cosE21 sin L2, -R21 cos E 2, cos L 2, (AX21 ( cos G,\ R' cosE' cosL11 - R' cos E11 sin L11 -R21 cosE21 cosL21 R21 cos E21 sin L21 AY2i sin G, R12 cos E12 sin Lu R12 cos E' cos L12 -R22 cosE22 sin L22 - R' cosE22 cos L22 AX21 cos G2 ,R12 cosE12 cos L, -R12 cos E,2 sin L' -R22 COS E 22 cos L' R22 cosE22 sin L22 )sin AY21 ) G2 ) puis en utilisant les 4 inconnues obtenues, on déduit les 2 gisements : G1 = atan2(sin G1, cos G1) G2 = atan2(sin G2, cos G2 ) Dans cette approche, le système ne nécessite pas de valeur approchée (G01, 5 G02) et donc d'équipement de type compas sur les systèmes optroniques par exemple. Une fois les gisements Gi et G2 obtenus par cette approche non-optimale, le système des équations d'observation peut être résolu itérativement de manière définitive dans une procédure d'estimation de type 10 Gauss-Newton qui estime à chaque étape les incréments AG1 et AG2 (voir détails dans la description de la configuration 2.3). Configuration 2.3 (sans compas / K objets) Selon une autre configuration, on généralise la configuration 2.2 15 en collaborant toujours avec 2 systèmes mais en observant K>2 objets. La situation de la configuration 2.2 se généralise sans difficulté lorsque K>2 objets participent au calcul de nord collaboratif en résolvant le système suivant à 4 inconnues : 20 ( R11 cos En sin L11 R11 cos E11 cos L11 R12 cos E12 sin L12 R12 cos E12 cos L12 R1K cos Eu( sin Lu( \ Ru( cos Eu( cos Luc R11 cos Eu cos Lll -R11 cos Ell R12 cos E12 cos L12 R12 cos E12 sin L12 R1K COS EIK COS LIK - Ru( cos Eu( sin Luc - R21 cos E21 sin L21 - R21 cos E21 cos L21 - R22 cos E22 sin L22 - R22 cos E22 cos L22 - R2K cos E2K sin L2K -R2K cos E2K COS L2K - R2/ cos E21 COS L21 R21 cos E21 sin L21 - R22 cosE22 cos L22 R22 cos E22 sin L22 R2K cos E2K COS L2K R2K cos E2K sin L2K f cos G1 sin G1 cos G2 sin G2 / (AlY21 A Y21 AX-21 AY21 AX21 AY \ 21 ) Disposant de solutions approchées des gisements (soit avec compas soit en ayant pratiqué la procédure précédente), il est plus efficace (en terme de performance) de résoudre le système à deux inconnues (AG1 3052858 53 , AG2) en inversant classiquement le système suivant au moyen de la matrice pseudo-inverse : ( R,i cosE11 cos(Li, + Goi ) -R11 cosE11 sin(L11 +G01) R12 cos E12 cos(L12 + G01) - R12 cos E12 sin(L12 + G01) R1K cos Eu( cos(L1K + G01) - R2K cos E2K cos(L2K + G02 ) R1K cos EIK sin(LIK + G01) R2K cos E2K sin(L2K + G02) ) ( AX21 - R11 cos El, sin(L11 + G01) + R21 cos E21 sin(L21 + G02) AY21 -R11 cosE11 cos(L11 + G01 ) + R21 COS E21 COS(L21 ± G02 ) AX21 - R12 cos E12 sin(L12 + G01) + R22 cos E22 sin(L22 + G02 ) 4Y21 - R12 cos E12 cos(L12 + G01 )-F R22 cos E22 COS(L22 + G02 ) - R21 cos E21 cos(L21 ± G02 ) R21 cos E21 sin(L21 + G02 ) - R22 cos E22 COS(L22 + G02 ) R22 cos E22 sin(L22 + G02 ) r A G,\ AG \ 2 4X21 - R1K cos Eu( sin(L1K + G01 )+ R2K cos E2K sin(L2K + G02 ) 4Y21 - R12 cos E12 cos(L12 + G01)+ R2K cos E2K COS(L2K + G02 5 Pour disposer de la solution on inverse d'abord le système en utilisant la matrice pseudo-inverse puis disposant des incréments AGi et AG2 , on calcule une nouvelle approximation en remplaçant la valeur de Gok par celle de Gok+ AGk . Le système converge au bout de quelques itérations qui peuvent être interrompues selon la précision souhaitée sur les gisements 10 (par exemple lorsque la norme du vecteur [ AGi , AG2 ], devient inférieure à un certain seuil - 0.1 mrad par exemple - pour l'itération courante). Dès lors que Kk2 objets sont disponibles, le gain en performance de cette méthode d'estimation (Gauss-Newton) sur la méthode directe de la 15 configuration 2.2 précédente est notable dans les situations d'une faible surabondance d'informations, par exemple lorsque les 2 systèmes optroniques collaborent sur deux objets et plus particulièrement lorsque les 2 objets se rapprochent dans le voisinage (tendant de la sorte à ne porter qu'une information unique). Cette considération permet de choisir entre les 2 20 approches selon la configuration géométrique des capteurs et des objets de la scène. 3052858 54 Configuration 2.4 (2 EMAR / 1 objet) Selon cette configuration 2 systèmes S1 et S2 avec chacun un EMAR ont l'objectif de trouver leur gisement puis leur Nord en collaborant sur un objet unique 'k'. 5 Les mesures supplémentaires sont des mesures : de distance Rik entre S1 et l'objet k et R2k entre S2 et l'objet k, d'élévation E2k entre S2 et l'objet k. Pour effectuer les mesures supplémentaires, les deux positions déterminées étant celles de S1 et S2 et pour un seul objet : 10 Le premier système optronique S1 comporte en outre un EMED 106, 107 apte à fournir la distance Rik entre S1 et l'objet k, Et le second système optronique S2 comporte en outre : o un EMED de type télémètre 206 et 207 dont la direction est harmonisée sur l'axe du dispositif d'acquisition de S2 201, apte 15 à fournir la distance R2k entre S2 et l'objet k, o un inclinomètre 209 apte à fournir l'élévation E2k de l'objet k par rapport à S2 (ou un EMED 2 axes tel qu'un goniomètre placé à l'horizontal avec un moyen classique de type niveau à bulle intégré). 20 Comme indiqué, un objet unique (k =1) est sujet aux mesures des deux systèmes. Les quantités calculées sont les gisements Gi et G2 des EMAR de S1 et S2 respectivement. Au besoin, les coordonnées de l'objet et les performances sur ces grandeurs peuvent en être déduites. Le gisement de 25 S1 est estimé par S1 comme on l'a déjà vu. Celui de S2 est estimé par l'unité de calcul de S2 à partir des observations, celles dont il ne dispose pas directement lui étant communiquées par S1. Selon une variante, le gisement de S2 est estimé par S1 puis communiqué à S2. 30 Pour cette configuration à 2 EMAR, les équations d'observation sur l'objet unique `k=1' s'écrivent : sin(Ln + Gi) - = cos(Lii + Gi) xl - X2 = r21 sin(L21 + G2 ) l-Y2 =r21 cos(L21 + G2 ) 3052858 Dans ces expressions, la quantité r représente encore la projection des distances sur le plan horizontal au moyen de : rml = Rml sin Eml 5 Pour cette configuration, les gisements peuvent encore être obtenus simplement en linéarisant les équations d'observation dès lors que l'on dispose d'azimuts approchés. On indique dans cette configuration une manière judicieuse de choisir une position optimale de l'objet à mesurer de façon à disposer d'une 10 performance optimale sur les gisements pour deux positions fixées des 2 systèmes. Cette démarche qui exploite la propagation de covariance, est générale et s'applique à l'ensemble des configurations avec des calculs qui comme ici peuvent être menés de façon à obtenir une expression analytique simple et pour des configurations plus complexes pouvant se limiter à la 15 résolution numérique d'un système linéaire. En considérant les erreurs de mesure comme principalement bruitées, l'erreur sur la grandeur estimée (ici le gisement ou l'azimut correspondant à la lecture zéro de l'EMAR) est décrite par une matrice de covariance. 20 Selon cette approche basée sur la propagation de covariance, la différentiation des équations d'observation permet, après quelques calculs simples, d'exprimer la covariance AA sur les azimuts Ajk = Ljk-I-Gj de l'objet k en fonction des covariances sur les différences de position AAR et les mesures de distance AR sous la forme : 25 AA =N-1 + - sin Al sin A2 \ - COS A1 cos A2 ) AR "-sin Al - cos Al sin A2 \ T 1(N-1 y COS A2 ) 30 où la matrice 2x2 N du système d'inconnues Al et A2 s'inverse simplement avec : (R2 sin A2 R2 cos A2 Ri R2 sin(A2 - ) Ri sin Al R1 cos Al Arl = 1 3052858 56 Avec des erreurs identiques ou voisines sur les deux systèmes optroniques, la configuration de meilleure performance correspond à des visées symétriques, c'est-à-dire en visant un objet se situant sur la médiatrice du segment joignant les deux positions des systèmes 5 optroniques. Pour cette configuration on a : A2=-A1=-A et R1=R2=R et si l'on néglige la corrélation sur les coordonnées de position, on a : 1 (Aày cos2 A+ A sin2 A AAy COS 2 A-A sin2 A A A R2 sin2 2A A3.y cos2 A- A Ainsi avec des composantes identiques d'erreur de 10 position (A3,x=AAy=c53p2) et en se rappelant que dans cette configuration de visée, la distance R à l'objet est liée à la base B et l'azimut A par la relation R=0.5*B/sinA, on peut écrire l'écart type d'azimut sous la forme : 2 2 0_2_ ± 2aR2 crR2 sin2 2A A =G ± C = AP B2 COS2 A 15 Rechercher le lieu optimal pour l'objet à utiliser, revient à trouver la performance maximale sur l'estimation de G pour une base donnée lorsque l'azimut A varie. Dans ce cas 6G2 est encore maximal et correspond à la valeur (0,5G2/aA=0) soit tous calculs faits à un azimut optimal A* vérifiant : 2'.'2R À 2 Ad' " COS = 20-R 20 L'angle parallactique optimal r, ou angle entre les deux visées (le double de la valeur d'azimut en visées symétriques), conduisant à une estimation de zéro de I'EMAR avec une performance optimale, peut être obtenu et tracé sous forme de nappe 3D avec l'expression précédente. On note qu'une amélioration ou dégradation homogène des mesures laisse 25 invariante la valeur parallactique. La géométrie optimale ne dépend ainsi que du rapport p de l'écart type de différence de position à celui de distance avec : Vo_ 2 +26R o_R cos y* = 42-E,ti2 in2 A A sin2 A+ AAy cos2 Ai CiR 3052858 57 Pour fixer les idées avec crAp=1m et 6R=2m, on obtient un angle parallactique de 60°. Cet angle reste inchangé si les erreurs de différence, de position et de distance restent le double l'une de l'autre et dans le cas général il est facile d'utiliser l'expression précédente pour évaluer l'angle 5 optimal afin de choisir la distance approximative de l'objet qui donnera la meilleure performance R*=(B/2) / sin(y*/2). Ce type d'information est très utile pour le processus de formation d'équipes de systèmes optroniques collaborant. Si l'on souhaite disposer de la performance en tout point, on peut 10 exploiter les relations précédentes pour calculer et tracer des courbes iso- performance pour la recherche de Nord avec un objet unique. Une fois le Nord et sa performance obtenus, il est aisé de déterminer la performance avec laquelle le système peut localiser l'objet utilisé. 15 La distribution spatiale de la performance peut aussi être représentée de manière plus visuelle en indiquant sur le plan horizontal, les courbes de niveau iso-performance en fonction de la position de l'objet pour un choix de position des systèmes optroniques et de qualité des mesures. 20 Dans l'exemple des figures 10, le gisement des 2 systèmes (S1, S2) est calculé au moyen d'un objet unique. Les 2 systèmes S1 et S2 sont représentés (vue de dessus) sur le plan (x,y) de la scène. Lorsque l'objet `o1' est située à la position (x,y) du plan, les gisements de S1 et de S2 peuvent être calculés. 25 La performance théorique sur ces gisements (PGT) peut être calculée pour différentes positions et pour un jeu réaliste d'erreur de mesure. On dispose alors d'une surface d'erreur au-dessus du plan dont la hauteur est d'autant plus faible que la performance est bonne. Cette surface présente des courbes d'iso-performance dans l'espace qui peuvent être projetées 30 dans le plan horizontal. Sur la figure 10a, les valeurs indiquées correspondent à ces courbes pour la performance moyenne des gisements `G1' et `G2' exprimés en mrd. Ici le trait plein gras correspond à la performance de 1 mrad pour le gisement moyen. 3052858 58 Pour cette même configuration la figure 10b indique la performance (en mètres) obtenue sur la position (x1,y1) de l'objet '01'. Ces courbes de PGT illustrent la dépendance de la performance par rapport à la configuration ainsi que le besoin d'adaptation de la 5 configuration en vue atteindre la PGS. Configuration 2.5 (objet mobile) Selon une autre configuration on considère cette fois 2 systèmes 10 optroniques collaborant pour établir simultanément leur Nord, en utilisant des mesures sur un unique objet mobile O, de coordonnées et de vitesse inconnues. L'objet peut évoluer au sol comme par exemple un piéton, un véhicule terrestre ou un bateau isolé voguant sur la mer, ou dans l'espace (aéronef). Une telle variante présente 2 intérêts : 15 s'adapter à un contexte difficile très pauvre en objets sur lesquels effectuer des mesures communes, caractériser les cinématiques d'objets évoluant dans une scène. Les mesures supplémentaires sont des mesures : 20 - depuis S1 o de distances Rlsur l'objet aux instants ti, o d'élévations E11 de l'objet aux instants o d'angles relatifs horizontaux L11 de I'EMAR lorsque son système optronique pointe sur l'objet aux instants 25 o d'azimut approchés Al de la direction système optronique-objet aux instants depuis S2 et de manière symétrique mais multi-dates o de distances R21' sur l'objet aux instants o d'élévations E2i, de l'objet aux instants t1,, 30 o d'angles relatifs horizontaux L2i, de l'EMAR lorsque son système optronique pointe sur l'objet aux instants tr, o d'azimut approchés A11, de la direction système optronique-objet aux instants ty. Un objet mobile unique 'k' participe aux mesures des deux systèmes. 35 Les quantités estimées sont : 3052858 59 - les gisements des deux systèmes G1 et G2 , - les coefficients caractérisant le modèle de trajectoire de l'objet mobile. Ces quantités sont estimées par S1 et/ou par S2 comme on l'a déjà vu. 5 Pour cela, le système optronique exploitant les mesures réparties les interpole temporellement à partir de leur datation respective. La datation UTC disponible par exemple au niveau des récepteurs GNSS (par exemple des récepteurs GPS) constitue une échelle commune de temps ayant la précision requise. Toutefois le système aura intérêt à synchroniser ces 10 mesures sur une base de temps de bonne cohérence et plus haute cadence (comme une prise d'image à 50 ou 100Hz) elle-même synchronisée pour disposer d'une mesure absolue à la base UTC. Pour effectuer les mesures supplémentaires, les deux positions déterminées étant celles de S1 et S2 et pour un seul objet mobile: 15 - le premier système optronique S1 comporte en outre : o un EMED apte à fournir les distances R11 entre S1 et l'objet mobile aux instants ti, o un inclinomètre apte à fournir les élévations E11 de l'objet mobile par rapport à S1 aux instants tj, 20 o un compas magnétique informant de l'azimut approché A11 sur l'objet aux instants ti, o des moyens de datation et de synchronisation des mesures images, angles aux instants ti, hébergés par exemple au sein de l'unité de traitement 110. 25 - et le second système optronique S2 comporte en outre : o un EMAR apte à fournir l'angle relatif L21' entre S2 et l'objet k aux instants tr, o un EMED apte à fournir les distances R21 entre S2 et l'objet mobile aux instants tr, 30 o un inclinomètre apte à fournir les élévations E21 de l'objet mobile par rapport à S2 aux instants tr, o un compas magnétique informant de l'azimut approché A21' sur l'objet aux instants 3052858 o des moyens de datation et de synchronisation des mesures images, angles aux instants tp, hébergés par exemple au sein de l'unité de traitement. 5 L'augmentation de vitesse de l'objet accroît la contrainte de synchronisation, et donc de qualité de datation des mesures, dans une échelle commune de temps. L'augmentation de la manoeuvrabilité de l'objet accroît la complexité ou le nombre de paramètres du modèle de trajectoire et donc le nombre de mesures nécessaires à sa caractérisation. Les mesures 10 des équipements doivent être réalisées sur des intervalles de temps qui se recouvrent en partie. La scène peut être très pauvre en objets, lorsque par exemple en présence d'un fond homogène de type mer ou ciel. Selon cette approche, la trajectoire de l'objet est modélisée à l'ordre P sous la forme paramétrique 15 suivante : )7(t) - t 0)P p=o P! P y(t) i(t-t0 p=0 P! = -P-c - to p=0 P!p où les 3P coefficients (an, bp, cp) sont à déterminer pour caractériser la trajectoire. Le temps t est par exemple exprimé dans la base UTC du 20 récepteur GNSS ; to est un temps de référence arbitraire qui permet en particulier d'améliorer la configuration numérique du système d'équation ; il peut correspondre par exemple à la date de première mesure sur l'objet. La vitesse est obtenue en dérivant l'expression de la trajectoire en fonction du temps. 25 On peut éventuellement prendre en compte un décalage d'horloge entre les datations de mesures des 2 systèmes optroniques ce qui ajoute une inconnue. Ceci est inutile si l'on utilise des signaux de qualité GNSS comme ceux du GPS mais elle peut s'avérer pratique dès lors qu'une base de temps de qualité moindre est employée. Pour fixer les idées, on peut par 30 exemple arrêter la modélisation de la trajectoire à l'ordre 2 pour représenter 3052858 61 un objet réalisant un mouvement accéléré dans les trois directions de l'espace. Les équations d'observations sur l'objet s'écrivent alors : à trois instants tj depuis le système optronique SI réalisant les mesures R1, L11 et E1 aux instants tj : a0 + a1 (t, - t0)+ . - X 1 = Rif + )cos(Eli 2 a, , to b0+b1(ti-t0)+ b, (----ti - t0 )2 -Yi= R11 COS(Lii )COS(E/i) 2 - co + et (ti - to )+2 - (t,-to)2 - Zi = Rif sin(Eu ) - à trois instants tj' (pouvant être généralement différents de tj) depuis le système optronique S2 réalisant les mesures R2j', L2j' et E2j' aux instants tj' : a2 a0 +a (t -t )+ , -t )2 - X2 R , sin(L + )cos o ,, 0 2 o 2i 2..» 2 E2 j' bo+b1(t - to)+- b - to)2 - Y2 = R2j, COS(L2 )COS(E2 2 co + C1(ti, - to )1-2 0 )2 Z2 = R2j, Sin(E2 ) Les informations approchées d'azimut Aomk permettent encore de linéariser les expressions trigonométriques pour l'observation sur le système Sm, 15 me{1 ,2}, à l'instant k avec : Lmk Gm Lmk Gom AG,, = A''k dans lequel, disposant d'un azimut approché AOmk, on substitue : Lmk + = 4',k + Ad' pour linéariser totalement les équations d'observation et obtenir, de manière 20 itérative pour les AG, via un algorithme de type Gauss-Newton, l'ensemble des inconnues du système. On note que le système peut aussi être résolu en éliminant les coefficients de trajectoire en soustrayant les équations membres à membres. On élimine a0 dans une première étape, puis al en multipliant les équations 5 10 3052858 62 par le coefficient temporel approprié, etc ; puis renouvelant l'opération pour les équations des composantes Y et Z avec les coefficients en b et c. Avec 11 inconnues, ou 12 si l'on introduit un délai entre les 5 horloges des récepteurs des 2 systèmes, un jeu de mesures sur l'objet par chaque système optronique S1 et S2 sont suffisantes pour disposer de 12 équations. Ces mesures pourraient être réalisées à 2 dates identiques mais la rigidification de la trajectoire par son modèle permet de traiter des mesures à 4 dates distinctes mais de préférence comprises sur des intervalles 10 recouvrant. La synchronisation des mesures par la base de temps du récepteur GNSS est privilégiée. Avec les 12 équations disponibles, le système d'équations est (déjà) surabondant ; le traitement proposé permet de traiter à l'identique un système d'équations qui serait surdimensionné avec davantage d'observations. 15 Lorsque la modélisation de trajectoire de l'objet peut se limiter à un mouvement rectiligne (P=1), le nombre d'inconnues est réduit à 8. Il est alors nécessaire de disposer d'au moins 3 mesures sur l'objet pour obtenir une solution pour les deux gisements G1 de S1 et G2 de S2. Cette approche trouve une application efficace avec des systèmes 20 optroniques qui disposent d'une fonction de poursuite automatique avec un mécanisme d'orientation de la LdV et un écartomètre image pour maintenir l'objet au centre image malgré ces évolutions dans la scène. Comme autre variante à cette approche, la recherche de Nord peut aussi être conduite en l'absence de mesure de distances R11 et R21' sur 25 l'objet mobile. Cette approche devient pertinente dès lors que le système optronique n'est pas en mesure de réaliser une MED sur l'objet, de par son éloignement ou en raison de sa faible surface équivalente ou encore simplement parce que le système n'est pas pourvu d'un EMED. 30 Configuration 2.6 (mesures en bi-statique) Selon une autre configuration, deux systèmes optroniques S1 et S2 collaborent ; leurs moyens de communication sont optiques et assurés par un système bi-statique qui peut coder les observations par modulation d'un signal de faisceau laser. Une revue de tels systèmes est présentée 35 dans le document : « Survey on Free Space Optical Communication - A 3052858 63 Communication Theory Perspective 2014 ». Les technologies de communication optique/laser en espace libre (FSO/FSL) se développent et des systèmes lidar bi-statique sont proposés : - en environnement exo-atmosphérique pour la détection de débris 5 spatiaux "Multistatic Laser Ranging to Space Debris" Kirchner 2012, - en environnement atmosphérique pour l'aide à l'atterrissage via l'analyse du contenu atmosphérique comme décrit dans "Unmanned Aircraft Bistatic LIDAR for CO2 Column Density Determination" 2014, - en milieu sous-marin comme décrit dans "Experiments in bistatic 10 Laser Line Scan (LLS) underwater imaging" Dalgleish 2009. Ces technologies peuvent être exploitées sur des systèmes optroniques qui disposent de télémètres fonctionnant de manière appropriée en bande 0.8 à 1.5 pm pour assurer le transport de l'information entre deux systèmes optroniques délocalisés. Selon l'invention, on exploite cette 15 technologie à titre de nouvelle modalité d'observation et de communication pour un système bi-statique collaboratif avec des systèmes optroniques ayant pour objectif de rechercher leur nord en vue de calibrer/exploiter leur EMAR. Selon cette configuration illustrée figures 4 et 6, les deux 20 systèmes collaborent donc avec un équipement de type laser bi- statique et avec des mesures d'une autre nature que les précédentes. Dans cette configuration limitée pour cette description à deux systèmes S1 et S2, S2 émet avec son émetteur 206 un faisceau laser pointé vers un objet `Ok' de la scène (naturel ou artificiel) et S1 25 réceptionne avec son récepteur 107 le faisceau renvoyé par l'objet Ok. 51 mesure par conséquent une distance correspondant à la somme des distances entre S1 et 01 d'une part et 01 et S2 d'autre part, chaque terme de la somme n'étant pas mesuré séparément. S1 dispose des moyens lui permettant d'orienter son récepteur laser sur 30 l'objet pointé par S2. S2 profite des capacités de modulation du signal émis, pour adjoindre au faisceau des informations préalables de mesure, en particulier ses mesures : de position géodésique, réalisée au moyen de son EMPG 205, - de site sur l'objet, réalisée au moyen d'un inclinomètre 209, 3052858 64 - d'azimut approché sur l'objet, réalisée au moyen d'un compas magnétique 208. En pratique, l'inclinaison de la direction visée doit permettre de rectifier l'observation dans le plan horizontal mais ceci est facilité lorsque l'on 5 connaît la distance du système optronique à l'objet visé. On peut dans un premier temps supposer les mesures quasi horizontales pour estimer une position approchée de l'objet puis réitérer par la suite le calcul en utilisant une distance approchée via ce calcul de position initiale. Une situation pratique est d'utiliser un azimut approché fourni par 10 exemple par un compas magnétique, pour obtenir une position approchée de l'objet par triangulation (après communication de position du système optronique et direction visée). L'équation d'observation bi-statique entre le système optronique S1 et le système optronique S2, qui correspond à la somme S12 des 15 distances S1- objet Ok et objet Ok-S2, est de la forme : 11(Xk -XI )2 (Yk 171)2+ \/(xk x2 )2 (Yk Y2 )2 = S12-k Si l'on dispose de 2 systèmes optroniques de coordonnées connues, de cette observation bi-statique, de la lecture horizontale 20 goniomètre des deux systèmes optroniques, on dispose au total de 5 équations pour 6 inconnues ( , R2k Xk Yk G1 , G2 ). Aussi, comme le mode bi-statique ne permet pas d'estimer les distances individuelles, on utilise un 3ième système optronique ou un second objet. En ajoutant les mesures plus classiques, on dispose alors de 25 l'ensemble des observations (10 équations à 10 inconnues) figurant dans le tableau suivant qui montre les relations d'observations 2D avec 2 caméras et 2 objets participant à une mesure bi-statique : Objet 01 Objet 02 Si .1 -X, - :fil, sin(Lii + G; ) .i2 - X1 = R12 sin(L12 +Gi) yi -y =R11 cos(Lii +G1) y2 -y =R12 COS(L12 ± Gi ) S2 .ii -X2 = R21 sin(L2i + G2) .i2 - X2 = R22 sin(L22 + G2 Yi - Y2 = R21 COS(L21 ± G2 ) y2 - Y2 = R22 COS(L22 + G2 3052858 Bi i.'71 - X1)2 ± (Yi -171)2 + s12-2 statique - s12-1 S1 & S2 1/(2 - 2V1)2 ± (Y2 - Yi )2 + "\/(xl X2 )2 ± (YI 172 )2 V( 2 X2 )2 ± (Y2 Y2 )2 = Pour 2 systèmes optroniques et 2 objets, on dispose alors d'un nombre d'observations tout juste suffisant mais d'un système d'équations non-linéaires. Pour le résoudre de manière simple on suppose disposer 5 d'une solution approchée de la position des objets (xok, yok) obtenue via un compas magnétique et technique classique de triangulation depuis les directions de visées approchées des 2 systèmes par exemple. On pose alors : = x01 + dx, Yol +dYi 10 et on recherche les incréments dx1 et dy1 supposés petits devant les distances aux caméras. Cette information permet de déterminer des distances approchées entre les systèmes optroniques et l'objet, ainsi qu'éventuellement des gisements approchés. 15 Dans cette configuration « bi-statique », les positions de S1 et S2 étant déterminées, les mesures supplémentaires sont Lik, Lek, et des mesures d'azimut approché Aolk, AO2k . Les positions approchées des objets (xok, yok) sont obtenues comme indiqué ci-dessus. En pratique l'équation de mesure bi-statique s'écrit pour l'entité 20 'k' : ix0k dXk (yok dyk +.,i(xok -X2 + dxk ± (YOk 172 + dyk)= S12 25 soit après arrangement au premier ordre : dyk S12_k - Rolk - R02k + ( \ ( X0k - X 1 xok - `-`y 2 YOk Y1 YOk Y2 \ + D k + Rolle \ ROlk R02k j \ "Olk R02k ) Par ailleurs, on dispose toujours des visées angulaires vérifiant les 4 équations suivantes pour (m,k= {1,2}) 3052858 66 Rxok - Xm )sin Aomk ±(Ok -Ym)COS A mkj G. - cos AomkdXk + sin 4.k dyk = (xok - X .)cos Aomk - (y Ok Ym)sin Aomk A0mk = Lmk GOm G. = G.0 + A,Gm Soit une réduction à 6 équations linéaires aux 6 inconnues ( dxi , où : 5 dy. , dx2 , dy2 , AGI , 4G2 ) objet 1: (4/ sin Aoil + Am/ cos Ain )3,Gi - cos Ami dxi + sin = 4x11 cos Aon AMI sin Aoli (4)(21 sin A021 Ay21 cos A021 )AG2 - COS A021 d.ri + sin A021 dy, = Ax21 cos 421 Ay21 sin A021 A y \ / ---"'l 1 + 21 dX1 + 4Y11 + 4Y21 dYi = S12_1 R011 R021 R011 8021 ) R011 8021 ) objet 2 : (A,c12 sin Aou + 42 COS A012)4G1- cos A012 dx2 ± sin A012 dy2 = Ax12 cos Aon - 42 sin Am (4x22 sin A022 + 422 cos A022 )4G2 - cos 422 dx2 + sin 422 dY2 = 4X22 cos A022 Ay22 sin 422 ( T12 + Ar \ ( A - dx2 + -Y12 + A:22 dY2 - SI2-2 R021 R022 \ RA012 R022 ) R012 11022 ,/ Avec pour notation : 10 AXmk = XOk Xm ; AY mk = Y Ok Ym Du précédent système linéaire on estime aisément les deux gisements Gi et G2 de S1 et S2 et accessoirement la position des 2 objets sujets aux mesures. 15 Remarque : En cas de vision directe optique des 2 systèmes S1 et S2, contrainte qui peut aussi être facilitée en exploitant les cartes de visibilité avec les MNT, les deux systèmes peuvent préalablement établir une communication pour s'échanger des informations de protocole, leurs positions géodésiques et directions approchées sur des objets participant à 20 des mesures. 3052858 67 Ce type de collaboration présente les avantages suivants : l'incorporation conjointe des aspects de mesure et transmission d'information, l'absence d'erreur naturelle liée à des pointés sur une zone 5 légèrement distincte de l'objet, alors cette erreur doit être réduite par l'utilisateur dans le cas de 2 système classiques, un gain de masse et de coût respectif des EMED des deux systèmes. Configuration 3.1 (1 EMAR, M systèmes optroniques, K objets) 10 Selon une autre configuration, on considère M systèmes collaborant en vue d'estimer un nord sur le seul système optronique S1 disposant d'un EMAR, avec Mk2. Les M-1 autres systèmes ne disposent pas d'EMAR, et les systèmes optroniques réalisent des mesures sur K objets, avec 1 M - 2M -3 K3D étant positif, il découle alors d'un besoin d'au moins M=2 systèmes et dans ce cas d'au moins K3D=2 objets à observer. Dans le cas de mesures 2D, ou en limite du cas 2D lorsque les 20 mesures d'élévations sont faibles devant la PGS, les nombres d'observations et d'inconnues sont différents. Pour un même nombre de M systèmes, la 3052858 77 disponibilité d'un nombre de degré de liberté suffisant (DoF_O) correspond à un nombre d'objet K2D vérifiant : K2D > M - 2 soit, pour cette situation, un besoin minimal de 3 systèmes et d'alors au 5 moins K2D=3 objets à observer. On rappelle que le nombre de degrés de liberté, désigné par Degree of Freedom en langage anglo-Saxon (DoF), est un nombre obtenu en retranchant du nombre d'équations disponibles le nombre d'inconnues ou quantités à estimer. Il est donc positif ou nul au minimum. lo Une fois les gisements et coordonnées estimés avec un nombre donné d'objets, ces valeurs peuvent être utilisées pour être améliorées dans une approche apportant des mesures complémentaires sur de nouveaux objets. 15 Configuration 3.3 (estimation attitude) Les configurations précédentes visent à caler l'axe de rotation vertical de I'EMAR de chaque système optronique, en l'alignant sur la verticale locale de sa position (direction de la gravité). Ou dit autrement elles permettent de positionner son plan de rotation horizontal dans le plan 20 perpendiculaire à la direction du fil à plomb. Cette nouvelle configuration permet d'estimer l'attitude complète de l'EMAR dans le repère géographique local et donc de procéder sans cette opération préalable de calibration de son axe de rotation. Selon cette configuration 3.3 on utilise M systèmes optroniques 25 similaires collaborant Sm, pour me{1,...M}, dotés de moyens de mesure d'angle relatif, et on calcule leurs attitudes en repère géographique local c'est-à-dire les rotations autour des trois directions d'orientation (les 3 angles d'Euler (Pm, 0m, xi/ni, la rotation fixant le Nord correspondant à wm) ; cela revient pour S1 à calculer deux autres directions d'orientation, son gisement 30 complétant la troisième rotation autour de l'axe vertical. Les systèmes optroniques sont tous équipés d'EMAR (EMAR 120, 220, ...) sous forme de goniomètres 2 axes donc aptes à fournir également les élévations, et collaborent en s'échangeant des mesures sur au moins 2 objets communs distincts de la scène (K 3052858 78 En hypothèse, les axes de l'EMAR sont supposés grossièrement positionnés à l'horizontale ; soit en pratique 1(N-I 2) 3052858 84 On considère une configuration où M systèmes S1, S2, ..., SM collaborent en disposant partiellement d'EMPG. Cette variante de collaboration s'applique si l'un ou plusieurs des systèmes optroniques collaborant ne dispose pas de moyens de positionnement, soit parce qu'il ne 5 dispose pas d'EPMG soit parce qu'il n'a pas de réception GNSS (par exemple lorsque le système est situé à l'intérieur d'un bâtiment, ou parce que les signaux GNSS sont masqués ou brouillés). On a indiqué que I'observabilité (obtention d'une solution unique et correcte) nécessite au moins 2 positions dans le réseau ; pour M systèmes collaborant, le nombre 10 maximal autorisé de systèmes sans EMPG sera donc de M-2. A partir de l'échange d'observations sur des objets de coordonnées et de directions géographiques toutes inconnues, les systèmes optroniques vont déterminer leurs gisements ainsi que les positions 15 géodésiques des systèmes optroniques dépourvus d'EMPG. En toute généralité (a contrario il suffit de permuter les indices), on considère que S1 et SM disposent de réceptions correctes et que M-2 systèmes sont potentiellement sans GNSS. Les M systèmes collaborent sur K objets. 20 - Le premier système optronique S1 comporte un EMED ou "Equipement de Mesure Electronique de Distance" de type télémètre avec un émetteur 106 et un récepteur 107, dont la direction est harmonisée sur l'axe du dispositif d'imagerie 101, apte à fournir la distance Rik entre S1 et l'objet Ok. Il dispose de plus : 25 o D'un compas magnétique 108, ou tout autre moyen apte à fournir un azimut approché Alk de l'objet Ok et o D'un inclinomètre 109 apte à fournir l'élévation Elk de l'objet Ok par rapport à S1. Le dernier système optronique SM dispose de la même configuration. 30 Et chacun des `M-2' autres systèmes optroniques Sm mE{2,...,M-1} dispose d'une configuration équivalente sauf qu'il ne possède pas d'EMPG ou de réception GNSS ou de toute autre information (carte, amer, ...) qui pourrait lui permettre de déterminer sa position. Les systèmes optroniques réalisent leurs mesures sur K objets Ok 35 (ke{1,...,K} ) 3052858 Les quantités calculées sont les gisements Gm des EMAR des M systèmes ; les positions ( Xn,,Y,, ) sont celles des M-2 systèmes sans EMPG ; les positions ( xk,yk ) sont celles des objets sur lesquels sont effectuées les mesures. 5 S'il dispose des observations nécessaires, un système peut estimer les gisements de tous les systèmes et les communiquer ensuite à chaque autre système concerné. Plus généralement, chaque système qui dispose des observations en provenance d'autres systèmes peut estimer leurs gisements. 10 Dans la configuration particulière où la collaboration s'effectue sur un nombre minimal de K=2 objets 01 et 02, on dispose, en utilisant les mêmes expressions et notations que les précédentes (voir config 3.2 par exemple) entre valeurs d'azimut approché, lectures EMAR et valeurs de gisement, des 15 relations suivantes : Objet 01 Objet 02 S1 ii -X1 = ru sin(4,011 + AGI) 5i2 -XI = ru sin(Aou +AG2) 371 -YI = /il cos(21011 +AGI) y2 -Y = ru cos(AOu + AG2 ) S2 Il -X2 = r21 sin(A021 + AG2 ) (pas de GPS) yi - Y2 = r21 cos(4021 +AG2) Y2 -X2 = r22 sin(422 + AG2 ) Y2 - Y2 = r22 cos 422+ AG2 ) SM=S3 .X, - XM = rMl sin(AOM1 + AGm ) -yi - Ym = rMl cos(Aomi + AGM) 12 - XM = rM2 sin(Aom2 + AGm ) y2 - Ym = rM2 cos(A0m2 + AGm ) La quantité `rmk' représente toujours la projection dans le plan horizontal de la distance du système Sm à l'objet Ok, réalisée au moyen de la mesure 20 d'élévation `Emks. De manière plus générale on dispose avec M systèmes de 4M équations à 3M inconnues (nombre de degrés de liberté ou DOF=M). Pour l'exemple de M=3 systèmes S1, S2, S3 (config 4.1 de la figure 8) cela correspond à résoudre un système de 12 équations à 9 inconnues. En 25 pratique l'un des 3 systèmes pourrait ne pas observer l'un des 2 objets ; il resterait alors 10 équations d'observation qui permettraient encore d'estimer les 9 inconnues. Cette possibilité d'observation partielle des objets s'applique 3052858 86 bien entendu avec davantage de systèmes et d'objets et ce sur la plupart des configurations décrites. Par élimination des coordonnées inconnues des objets on écrit : 12-Xi sin(A01, + AG, )- r2, sin(A02, + AG2 ) Y2 - r11 cos(4011 + AG, )- r2, cos(A021 + AG2 ) - X1 = sin(4012 + AG, )- r22 sin(A022 + AG2 ) - =r12 cos(A012 + AG, )- r22 cos(4022 + AG2 ) XM -X2 =r21 sin(A021 + AG2)-rm, sin(A0m1 + AGm ) Ym - Y2 =1-21 cos(A02, + AG2 )- rm, cos(A0m, + AGm ) XM = r22 sin(A022 + AG2 )- rm2 Sin(Aom2 + AGM ) Ym -Y2 =r22 cos(1022 + AG2 )-rm2 cos(AOM2 ±AGm) Dans le cas plus général de M systèmes, cette élimination conserve le nombre 'M' de degré de liberté puisqu'on dispose de 4M-4 équations pour 3M-4 inconnues. Pour cet exemple de 3 systèmes St S2, S3, on obtient 8 10 équations pour 5 inconnues. Si l'on cherche prioritairement à extraire les gisements, on peut éliminer les coordonnées inconnues des systèmes sans EMPG pour écrire en utilisant les 4 premières et dernières équations : XMX1= rl l sin(401, + AG, )- rm, sin(A0m, + AGm ) XM =1-12 sin(21012 + AGI )- rm2 sin(Aom2 +AGA,/ ) 15 Ym - = cos(4011 + AG, )- rm, cos(Aom, + AGm ) Ym - = cos(A012 + AG, )- rm2 cos(lom2 +AGm) Par développement limité des expressions trigonométriques on obtient AG1 et AGM en résolvant le système suivant : 5 3052858 87 rllcos A011 112 COS A012 -Mlcos A \ ( r - -Y1 sin Aoli +r sin Aomi -r11 sin A011 omi XM -X1-Y12 sin Aon +rM2 sin Aom2 YA,/ - -111 cos Aoll + rmi cos Aomi \ YM - -112 cos A012 + rm2 cos Aom2 -r12 sin A012 - rM2 COS A0M2 rM1 sin Aomi rM2 sin A0M2 AG1 AG m L'étape suivante utilise les gisements estimés avec AG1 et AGM , pour déterminer les coordonnées ( , y1) et ( x2 , y2) des objets 5 '01' et '02' à partir des premières et dernières relations d'observation. La redondance des observations peut être gérée soit en prenant la valeur moyenne de chaque coordonnée calculée soit en cherchant les valeurs optimales dans une approche linéaire de type moindres carrés. L'étape finale utilise dans le cas général les coordonnées 10 obtenues des objets pour estimer les `M-2' gisements à partir des quantités AG, ainsi que les M-2 coordonnées des systèmes ( , pour mE{2,M-1}. Pour cela, on linéarise les fonctions trigonométriques dans les 4M-4 relations d'observation correspondant aux systèmes sans EMPG. On résout ensuite de manière itérative un système linéaire de 4M-4 équations à 15 3M-6 inconnues (2M-4 pour les positions systèmes et M-2 pour les gisements). Dans ce schéma de résolution, on rappelle que la gestion de différences de coordonnées des systèmes est favorable en vue de réduire le bilan d'erreur, en particulier si les EMPG travaillent sur un schéma de type 20 GNSS (suppression d'erreur de propagation ionosphérique et troposphérique sur une zone de quelques dizaines de kilomètres). Configuration 4.2 (en partie sans dispositif de positionnement/ 1 amer) Selon une autre configuration, on considère 2 systèmes 25 collaborant avec pour spécificité : collecte de mesures des systèmes S1 et S2 sur un objet commun 'Ok' (k=1) de la scène de coordonnées inconnues ( , y, , z1 ) ; absence de réception GNSS sur S2 (coordonnées géodésiques de S2 inconnues et donc de position inconnue ( X2 , Y2 , Z2) ; 3052858 88 capacité de S2 à réaliser des mesures sur un amer k=2 (ou GCP acronyme de l'expression anglo-saxonne Ground Control Point) de coordonnées connues (x2, y2, z2) ; éventuelle mise oeuvre préalable d'une collaboration avec d'autres 5 systèmes travaillant par exemple avec un dispositif similaire à la configuration 5.1 pour construire les coordonnées du GCP. Cette mise en oeuvre préalable est réalisée si l'on souhaite éviter la contrainte de connaissance des coordonnées d'un amer ou d'une direction de référence. L'étape préliminaire utilise au minimum un objet de la scène de 10 coordonnées inconnues et un sous-ensemble de 2 systèmes sur des positions délocalisées depuis lesquelles les réceptions GNSS permettent l'utilisation de leur EPMG. On a indiqué en préambule que ces méthodes chercheur de nord basées sur amers étaient performantes mais contraignantes vis-à-vis de la 15 gestion de bases de données d'amers mais aussi en termes de probabilités d'en trouver à proximité des systèmes. L'étape peut : - soit exploiter 2 systèmes optroniques déjà présents sur zone pour construire un amer à partir d'un objet de coordonnées inconnues sur lequel sont effectuées les mesures collaboratives, y compris sur des objets naturel 20 (arbres, véhicule a l'arrêt). -soit exploiter la progression ou le déplacement d'un système optronique sur le terrain tout en allégeant la masse et le délai de mise en oeuvre, par exploitation de la seule partie portable d'un système (par exemple exploitation de la caméra sans mise sur trépied et exploitation goniomètre). 25 Remarque : dans le cas d'utilisation d'un système unique se déplaçant, cette configuration comprend le cas de mesures sur des objets partagés depuis des positions le long d'un trajet, certains stationnements du système ne permettant pas de mesure avec EMPG (ex sans réception GNSS). 30 Pour décrire cette configuration, on considère deux systèmes S1 et S2 collaborant au moyen de mesures sur : - un objet commun k=1 de coordonnées inconnues, - un GCP construit, partiellement visible depuis l'unique système S2. 3052858 89 Les deux systèmes optroniques réalisent alors des observations sur l'objet n°1 commun de la scène et S2 y ajoute ses observations sur l'objet GCP (Ground Control Point) (k=2). 5 Les mesures supplémentaires sont des mesures : - de distance R11 entre S1 et l'objet 1 et R2k entre S2 et l'objet kE{1,2}, d'élévation E2k entre S2 et l'objet k, d'azimut approché A011 de S1 sur l'objet 01, d'azimut approchés A021 et A022 de S2 sur les objets 01 et 02. 10 Deux objets sont destinés aux observations ; seul l'objet 1 fait l'objet de mesure des deux systèmes, le GCP est observé uniquement par S2. 15 Les quantités à estimer en priorité sont les gisements de S1 et de S2 et les coordonnées géodésiques de S2, accessoirement les coordonnées de l'objet n°1 et les performances sur ces quantités. Pour effectuer les mesures supplémentaires, les deux positions 20 déterminées étant celles de S1 et S2 et avec K=2 : Le premier système optronique S1 comporte en outre : o un EMED 106, 107 apte à fournir la distance R11 entre S1 et l'objet 01, o un compas magnétique 108, ou tout autre moyen lui permettant 25 de disposer d'une orientation approchée de l'azimut de l'objet 01 vu depuis S1. Et le second système optronique S2 comporte en outre : o un EMED de type télémètre 206 et 207 dont la direction est harmonisée sur l'axe du dispositif d'acquistion de S2 201, apte 30 à fournir la distance R21 entre S2 et l'objet 01, et la distance R22 entre S2 et l'objet 02 (GCP), o un inclinomètre 209 apte à fournir les élévations E2k des objets k E{1,2} par rapport à S2. o un compas magnétique 208 permettant de disposer d'une 35 orientation approchée de l'azimut de l'objet Ok vu depuis S2. 3052858 - un objet Ok (k=1) est observé depuis S1 et deux objets (k=1 & 2) sont observés depuis S2. L'objet 01 dispose de coordonnées connues (amers ou « GCP ») - les quantités à estimer sont les gisements des deux systèmes et la 5 position géodésique de S2. Les observations se répartissent comme suit. Objet 1 (commun) Objet 2 (GCP visible de S2) sl .Tc, - Xi = R 1 1 sin(Li 1 + Gi )cos El, (invisible depuis S1) yi -Yi =R11 cos(L11 + Gi)cosE,i zi - Z1 = R11 sin E11 S2 5ci - X2 = R21 sin(L21 + G2 cos E21 Yi -Y2 =R21 COS(L21 ± G2 )COS E2i fi -Z2 =R21 sin E21 X2 - X2 = R22 sin(L22 + G2 cos) E22 (GPS y2 -Y2 =R22 cos(L22 + G2 )COSE22 z2 -Z2 =R22 sin E22 denied) 10 NB : si l'on dispose d'une direction de référence vue depuis S2 plutôt qu'un amer les équations d'observation se modifient en : x2 - X2 =ku22 Y2 - Y2 = k v22 z2 -Z2 =k w22 On dispose donc au total de 9 équations à 8 inconnues. En se limitant aux informations planimétriques ou après rectification des mesures, on dispose 15 de 6 équations pour 6 inconnues. Ces équations peuvent être linéarisées dès lors que des valeurs approchées G01 et G02 de respectivement G1 et G2 sont disponibles à quelques degrés près (un compas magnétique de qualité médiocre est suffisant). Une fois les coordonnées de S2 aussi déterminées, S2 connaissant son gisement se trouve en capacité de localiser de manière 20 autonome d'autres objets présents dans son environnement à partir de ces mesures EMAR et EMED. En projetant les distances dans le plan au moyen des élévations des visées et avec les mêmes notations 'r' que les précédentes, on obtient : 25 3052858 91 ( r11 cos A011 r22 cos A022 - r21 cos A021\( AG (X2 - X1 - r11 sin A011 r21 sin A021 - r22 sin A022 \- r11 sin A011 r21 sin A021 - r21 sin A021 AG2 ) y2 - Y - rl1cos A011 + r21 cos A021 - r22 cos A022 ) où A0mk = Lmk GOm 5 AG', Le système possède une solution pour les 2 gisements dès lors que la configuration systèmes optroniques relativement aux objets vérifie : r22 sin(A022 - A011) # r21 sin(A021 - A011) Une fois le gisement G2 obtenu, la position du système optronique S2 10 s'obtient aisément en utilisant les équations d'observation de S2 sur le GCP. La configuration peut se décliner avec davantage de systèmes dont plusieurs sans réception GPS. Cette configuration élémentaire illustre l'intérêt d'une collaboration en connaissance de coordonnées de référence 15 (ici un GCP) ; on note que S1 seul n'est pas en mesure de déterminer son Nord. De même S2 seul ne peut trouver son Nord et sa position. Leur collaboration permet de déterminer simultanément les gisements G1 et G2 sur les deux systèmes optroniques, accessoirement les coordonnées de l'objet 01 si cette information présente un intérêt. En absence totale 20 d'EMPG, absence totale de GPS sur le réseau, 2 GCP seront nécessaires pour orienter l'ensemble des informations et estimer, avec autant d'objets communs de coordonnées inconnues observés que nécessaire les gisements et positions de l'ensemble des systèmes. 25 Configuration 5.1 (Avec EMAR 'dégradés') Selon cette configuration, on considère 2 systèmes collaborant sans dispositifs de mesure d'angle relatif très performants. Pour fixer les idées, on va considérer une collaboration entre systèmes portables utilisant chacun un EMAR de type compas magnétique. La mesure d'azimut se fait au 3o moyen d'un compas magnétique qui dispose généralement d'une capacité d'orientation qui : 3052858 92 - en absolu se situe à un ordre de grandeur inférieur à la PGS (typiquement de la classe du degré vs le milli radian recherché pour la PGS), - en relatif peut atteindre quelques milli radians (autour de 1 à 3 mrad) 5 dès lors que le compas a fait l'objet d'une procédure de calibration de ses composants internes (estimation des biais, facteurs d'échelle, non orthogonalités d'axes pour ses magnétomètres et accéléromètres) et évolue en environnement magnétique non pollué ou perturbé par des sources de rayonnement électromagnétiques. 10 La mesure d'élévation peut être réalisée par un inclinomètre qui utilise des accéléromètres avec des performances de la classe du mrad et ceci même avec des capteurs MEMS. Le compas magnétique, monté dans le système optronique et 15 harmonisé avec sa LdV, permet une mesure absolue de la direction d'orientation observée par le système, en référence à la direction du champ magnétique local. L'angle entre le champ magnétique et le nord géographique local, appelé déclinaison magnétique et illustré figure 1, peut être évalué à partir de cartes géographiques ou d'un modèle mondial. Les 20 modèles mondiaux les plus connus pour décrire le champ magnétique terrestre sont le World Magnetic Model (WMM) et l'International Geomagnetic Reference Field (IGRF). L'intérêt de ces derniers réside dans la facilité de mise en oeuvre, l'automatisation de l'accès à la valeur déclinaison à partir de la position EMPG ainsi que de son extrapolation 25 temporelle à partir de la date courante. La qualité avec laquelle on évalue la déclinaison au moyen de ces modèles est de l'ordre de 0.5° aux latitudes proches de l'équateur avec une dégradation en allant vers les pôles magnétiques et avec l'âge ou l'écart entre date courante et la date de mise à jour du modèle (mise à jour et disponibilité des nouveaux modèles tous les 5 30 ans). De plus, des phénomènes dont la période temporelle est plus courte que celle de mise à jour des modèles ou dont la période spatiale est bien plus fine que leur cellule de résolution, provoquent un effet sur la déclinaison qui ne peut être inscrite au travers des paramètres du modèle. Ainsi malgré l'accès à un modèle, il reste souhaitable d'accéder à une capacité permettant 3052858 93 de mieux caractériser la déclinaison locale. Une erreur sur sa valeur se traduit directement par un biais angulaire sur la détermination de gisement. Le compas magnétique permet, outre sa mesure absolue, une mesure relative d'orientation avec une qualité pouvant atteindre quelques 5 mrd dans un environnement magnétique peu pollué et après une calibration des paramètres internes visant en particulier à estimer les biais et facteurs d'échelle des composants internes au compas (de type accéléromètres et magnétomètres). La performance d'une différence de mesure d'azimut par un compas est systématiquement meilleure que sa performance de mesure 10 absolue puisque : elle élimine l'erreur sur la connaissance de déclinaison, elle réduit les défauts de mesure propres au compas de type biais, elle supprime les défauts de biais d'alignement (sous forme de petites valeurs angulaires caractérisant son montage sur le système) des 15 axes du compas à des axes rattachés à la structure du système ; ici l'axe de référence de la LdV du système optronique par exemple. En pratique, en désignant par Amk l'azimut géographique sous lequel Sm voit l'objet 'k', par 'Lmk' la mesure magnétique brute, par Bm ' le cumul des biais 20 de montage et de lecture et par Dm ' la déclinaison locale au lieu et à la date de mesure, on dispose d'une relation de la forme : Amk = Lmk - Bm + Dm Soit une relation azimut-lecture angulaire EMAR similaire aux précédentes en introduisant le (pseudo)gisement ' : 25 G,,, = D',- Bm Amk = Lmk Gm En pratique les biais de montage et la déclinaison peuvent être connus de manière approchée, séparant ainsi la contribution approchée (indicée par '0') de celle inconnue avec : Bm =Born+ ABm ; Dm = Dom + AD', 30 Les biais de mesure compas et les biais de montage peuvent être respectivement réduits après la calibration du compas sur le site de mesure 3052858 94 et par une procédure usine comparant une mesure à une information de référence. Après ces 2 opérations, on peut considérer le résidu de biais sur la mesure angulaire comme négligeable devant la valeur de déclinaison et les bruits de mesure du compas. 5 Pour cette configuration illustrée figure 9, l'estimation du gisement de I'EMAR se traduit par la détermination de l'angle intégrant pour l'essentiel la valeur de déclinaison locale et les résidus d'offset de montage et de lecture du compas. 10 Ainsi, selon cette configuration, deux systèmes collaborent avec la particularité que les systèmes S1 et S2 utilisent un EMAR 220 de type compas. La réduction de taille et de masse de ce type d'équipement facilite la portabilité et le déplacement du système. Pour obtenir les gisements sur chacun des deux systèmes, le tandem S1-S2 va réaliser des mesures sur un 15 objet Ok (avec k=K=1). Les mesures supplémentaires sont des mesures : - depuis S1 o de distance Rlk sur l'objet Ok, o d'élévation Elk entre S1 et l'objet Ok, o d'azimut magnétique Lik de l'EMAR (compas magnétique) 20 lorsque le système optronique S1 pointe sur l'objet Ok, - depuis S2 o de distance R2k sur l'objet Ok, o d'élévation E2k entre S2 et l'objet Ok, o d'azimut magnétique Lek sur I'EMAR de S2 lorsque son 25 système optronique pointe l'objet Ok. Un objet (k=K=1) participe aux mesures des deux systèmes. Les quantités calculées sont les gisements Gi et G2 des EMAR de S1 et S2 intégrant la correction de déclinaison locale. Si besoin, les coordonnées des objets s'en déduisent aisément ainsi que les précisions sur 30 ces quantités. Pour effectuer les mesures supplémentaires, les deux positions déterminées étant celles de S1 et S2 et avec un objet 01 (K=1) : - Le premier système optronique S1 comporte en outre un EMED ou 35 « Eq u ipement de Mesure Electronique de Distance » de type 3052858 télémètre 106 et 107 dont la direction est harmonisée sur l'axe du dispositif d'acquisition, apte à fournir la distance Rik entre S1 et l'objet Ok. Et le second système optronique S2 comporte en outre : 5 o un EMED ou « Equipement de Mesure Electronique de Distance » de type télémètre 206 et 207 dont la direction est harmonisée sur l'axe du dispositif d'acquisition, apte à fournir la distance R2k entre S2 et l'objet Ok, o un inclinomètre 209 apte à fournir l'élévation E2k de l'objet Ok 10 (k=1) par rapport à S2, o un EMAR lui aussi dégradé, 220 apte à fournir les angles relatifs entre S2 et l'objet Ok en utilisant son compas magnétique. Les quantités estimées sont les gisements des 2 systèmes et les 15 coordonnées de l'objet. Ainsi on dispose de 2 systèmes de type caméra portable avec compas magnétiques n'accédant qu'à une connaissance de leur déclinaison magnétique qui peut être de qualité médiocre en regard de la performance 20 recherchée, telle que celle obtenue à haute latitude avec des modèles mondiaux de référence comme par exemple WMM ou IRGF. Les systèmes sont en capacité de mesurer : des positions géodésiques des deux systèmes (avec EMPG type récepteur GNSS), 25 des mesures de chaque système optronique sur un objet commun, constituées de : o la distance du système optronique m E{1,2} à l'objet k=1, o l'élévation de la visée Erni sur l'objet, o la mesure d'azimut magnétique Lmi sur l'objet. 30 Un objet commun unique de coordonnées inconnues est utilisé. Les quantités à estimer sont les (pseudo)gisements des compas permettant d'estimer les azimuts sur l'objet depuis les deux systèmes, et la position de l'objet. 3052858 96 Les équations d'observations sont les suivantes, équations au sein desquelles l'azimut Amk géographique est déduit de la mesure du compas, le biais d'harmonisation et la déclinaison étant connus de manière approchée et devant être affinée : 5 Objet 1 (commun) -X1 --= RH sin Ali cos Eii S1 y, -Y, =R1, cos Ai, cos E' -Z, sin El, - X2 = R21 sin A21 cos E21 S2 y1 -Y2 = R21 cos A21 cos E21 - Z2 = R21 sin E21 La configuration permet de déterminer: Le (pseudo)gisement intégrant déclinaison magnétique locale Dm , 10 biais de montage et de mesure du compas pour chaque système, une localisation collaborative précise de l'objet au moyen des élévation Emi, de la distance Rmi et de la position du système Sm. Cette localisation est obtenue par exemple dans un repère géographique, avec son origine sur l'un des 2 systèmes (exemple S1), 15 La position topographique 1-1' (resp. T2) de S1 (resp S2) s'obtient en convertissant les coordonnées géodésiques de l'EMPG en coordonnées géocentriques puis en coordonnées topographiques dans un repère topographique dont l'origine est en S2 (resp. S1). Les azimuts géographiques (True North) Ami de l'objet 1 vu depuis 20 chaque système Sm peuvent s'obtenir à partir des coordonnées des systèmes et de la localisation de l'objet Ok en rectifiant ces valeurs comme déjà indiqué. Le (pseudo)gisement intégrant déclinaison magnétique locale ' offsets de montage et de mesure du compas se déduisent sur 25 les deux systèmes optroniques au moyen des mesures magnétiques Lmi. 3052858 97 Ainsi, outre la position de l'objet avec une performance de classe métrique, les deux systèmes optroniques disposent de valeurs de pseudo- gisements de leur compas en vue de réaliser d'autres localisations approchées dans leur voisinage. La valeur de gisement ainsi obtenue, qui 5 intègre l'éventuel biais de montage du compas en azimut relativement aux axes de référence du système, permet de compenser ce poste d'alignement pour rectifier les futures mesures du compas. Les corrections d'azimuts et la position estimée de l'objet peuvent s'obtenir 10 simultanément en résolvant simplement et de manière itérative le système linéaire suivant. (1 0 0-R11cos E11 cos Ami 0 0 1 0 Ri, cos Ell sin Ami 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 -R21 cos E21 cos A021 0 1 0 0 R21 cos E21 sin A02/ 0 0 1 0 0 Xl + Rn cos Ell sin A011 + R11 cos E' cos A01/ + R11 sin El, X2 + R21 cos E21 sin A02/ 172 + R21 cos E2 cos 421 Z2 + R21 sin E021 ) ( - z1 = AG, AG \ 2 / 15 Une force de cette collaboration réside dans la capacité à estimer un biais global dans un environnement intégrant en particulier des offsets magnétiques d'amplitude forte et ceci sans connaissance de référence de position ou direction géographique. Une fois les (pseudo)gisements Gn, ' estimés simultanément à la 20 localisation géographique de l'objet ( xk , Yk Zk ), les (pseudo)gisements des compas permettent de mieux localiser un autre objet de l'environnement depuis un unique système Sm préalablement à toute collaboration de systèmes. La localisation de l'objet estimée dans le cadre collaboratif peut 25 être d'excellente qualité (typiquement de classe métrique), ce qui permet aussi d'exploiter cette configuration en vue de produire des amers pouvant alimenter des fonctionnalités sur d'autres systèmes ou d'autres conditions d'utilisation comme pour la configuration 4.2. Pour donner un aperçu plus fin on résout le système et on réalise une évaluation de performance de 30 localisation dans une approche Monte-Carlo. On obtient une qualité sur la 3052858 98 position de l'objet meilleure que 2 m à 1 sigma dans les conditions suivantes : Avec des mesures présentant des qualités à 1 sigma pour I'EMPG de 2m, pour l'EMED de 2.2m, pour la mesure d'élévation de 1.25 mrd et 5 pour une connaissance en azimut de 15 mrd. Avec un objet situé dans une plage de distance à la base des deux systèmes allant de 0.5 à 10 km et pour des rapports base à distance variant de 0.5 à 2. Cette approche indique aussi l'angle parallactique donnant la 10 meilleure performance ce qui permet de sélectionner une zone privilégiée pour le choix de l'objet sur lequel les systèmes ont tout intérêt à partager leurs mesures. Pour les configurations précédentes, il se situe par exemple un peu au-dessus de 60°. 15 Les erreurs sur les coordonnées de l'objet (biais et covariance) peuvent s'obtenir par propagation d'erreur avec une technique similaire de celle décrite précédemment. L'objet est alors être caractérisé par sa position et par l'erreur associée, et il 20 peut être qualifié de GCP. Ses coordonnées ( xk , Yk Zk ) en RGL (Repère Géographique Local) peuvent être converties au besoin en coordonnées géodésiques sur un système géodésique (ou datum) spécifique (par exemple WGS84). 25 La démarche peut se généraliser simplement avec un nombre supérieur à `M=2' caméras. Par ailleurs, on note qu'une seule caméra pourrait être utilisée en la déplaçant sur le terrain. Les coordonnées géodésiques de l'objet alors disponibles, peuvent être 30 exploitées depuis ces mêmes ou autres systèmes dont au moins l'un d'entre eux doit estimer son gisement. La répétition de cette opération sur plusieurs objets situés dans des directions différentes permet de calibrer plus finement l'EMAR de chaque système optronique ; ceci en estimant un modèle transformant la mesure 3052858 99 d'azimut magnétique en azimut géographique sans se limiter à un modèle de biais tel que décrit plus haut. Cette utilisation est décrite à la suite. 5 Configuration 5.2 (Avec EMAR 'dégradés' / plusieurs objets) Dans une configuration où un nombre 'M' de systèmes collaborent, on peut généraliser l'approche précédente à partir d'observations sur plusieurs objets situés dans des directions différentes. Il est alors possible de calibrer plus 10 finement le compas magnétique constituant l'EMAR de chaque système optronique en estimant un modèle de calibration du compas magnétique, décrivant la transformation entre mesures d'azimut magnétique et géographique, plus complexe que celui limité à un biais tels que décrit plus haut. Par exemple, on peut intégrer dans le modèle des effets de 15 perturbations fortes et douces du champ magnétique ('hard' et 'soft' iron) et transformer la lecture brute compas à l'azimut géographique avec la forme : Amk L mk am+ /3m sin L',k. + Ym cos L mk m sin 2Lmk + em cos 2L',k Pour plus de détails voir "The American Practical Navigator" Chapter 6. En termes de degré de liberté (DoF), un tel modèle utilisé avec M systèmes 20 optroniques collaborant sur K objets apporte 6K observations pour 5M+3K inconnues. Le DOF qui en résulte, nécessairement positif pour espérer une solution, s'établit à 3K-5M. Il nécessite alors la collaboration de M senseurs (M?_2) sur K objets avec r5M/31 (où rx1 est la partie entière par excès correspondant à la valeur du plus petit entier supérieur à x). 25 Pour une configuration à 2 systèmes, K=4 objets sont alors nécessaires pour estimer les modèles de (pseudo)gisement de chaque système. 30 Ceci termine la description des configurations proposées sans pour autant limiter la fonction de recherche de nord collaborative aux seules configurations et aux seules spécificités exposées. Comme indiqué, on peut notamment collaborer dans des configurations incluant à la fois des absences d'EMPG sur certains systèmes mais aussi d'EMED par exemple. 35 L'objectif étant de disposer d'un nombre suffisant d'observations, on agit 3052858 pour cela sur le nombre de systèmes, le nombre d'objets sur lesquels les mesures sont réalisées et le nombre de systèmes partageant des mesures sur un objet donné ; ceci dans le but de disposer d'une observabilité suffisante (DoF0) pour estimer les quantités d'intérêt. 5 Ces configurations se déclinent aussi en fonctionnant avec un ou plusieurs capteurs optroniques omnidirectionnels (OMNI). La particularité de ces capteurs est d'offrir une vision panoramique qui permet d'exploiter comme EMAR l'image optronique sans autre dispositif matériel pour la 10 mesure de direction relative. Sa particularité est d'offrir une large vision simultanée de la scène. Lorsque Sm dispose d'un capteur optronique OMNI (de type fisheye, catadioptrique, cylindrique par exemple) l'azimut Amk sur un objet `Ok' de coordonnées image (Pmk, qmk) s'exprime d'après : 15 Amk = Lmk Gn, Lmk = arctan(qmk - qmo, P mk P m0) Dans cette expression, G, désigne encore le gisement, c'est-à-dire l'angle entre le nord géographique et l'axe colinéaire aux lignes de l'imageur ; (p'0, qmo) sont les coordonnées image du point principal de symétrie (axe optique du senseur) sur le détecteur, et Lmk correspond à la lecture de l'EMAR dans 20 une configuration plus traditionnelle. Dans le repère image du système Sm avec l'origine au point principal de symétrie (PPS), et avec les axes x et y colinéaires aux lignes 'q' et colonnes `p' de l'image et axe z à l'axe optique, la direction d'un point 'Ok' est donnée d'après : ( cos Amk COS Emk 25 U mk = sin Amk cos Emk sin Emk On en déduit l'élévation Emk de la manière suivante : 1) dans le cas le plus simple, lorsque le capteur OMNI a fait l'objet d'une mise à l'horizontale du plan détecteur avec un niveau à bulle par exemple, l'élévation Emk est déduite d'une loi spécifique à 30 l'architecture du capteur (selon la combinaison et spécificité optique) 3052858 101 symétrique de révolution détermine la trajectoire des photons jusqu'au détecteur avec une loi qui ne dépend pour l'élévation que de la position du pixel au centre de symétrie de coordonnées (pmo,qmo). La dépendance paramétrique de la fonction 'Ç dépend plus intimement 5 de l'architecture du système et ses paramètres peuvent être estimés lors d'une phase usine de pré-calibration : Enik -4-(p',k q mk) = Çll~mk) mk \(1 mk 19 'no Y + (q,e - qmo Y 2) dans un cas plus complexe l'élévation Elk est déduite en évaluant en plus du gisement, les angles roulis et tangage caractérisant l'écart 10 de l'axe du détecteur à la verticale locale. L'attitude ou l'orientation du capteur dans le repère géographique local s'estime alors par une matrice de rotation au moyen d'observations (via une version passive de la configuration 3.3). 15 On peut supposer que le capteur OMNI ne dispose généralement pas d'EMED permettant d'évaluer sa distance à un point particulier de la scène. Cette spécificité peut complexifier la recherche de gisement puisque l'accès à une position approchée d'un objet en vue de linéariser des équations d'observation n'est plus direct. Les informations de distances aux 20 objets peuvent donc rester comme des inconnues à éliminer dans les observations. Le cas d'utilisation d'images OMNI permet de disposer potentiellement d'un très grand nombre d'objets (pour fixer les idées d'une dizaine à 1/10 du nombre de pixels communs identifiables dans les portions 25 communes des images) conduisant à des mesures communes de directions spatiales. Le traitement de ce volume d'informations est préférentiellement conduit de manière totalement automatique en procédant comme suit avec une description limitée à 2 systèmes optroniques S1 et S2, chacun équipé d'un capteur OMNI : 30 - acquisition d'une image par les capteurs de S1 et S2 et transfert de l'image de S2 vers S1 ainsi que la position et l'attitude ou l'orientation approchée de S2, 3052858 102 sur Si, extraction d'information image ou descripteurs (par exemple des formes de type points ou/et segments, ...) dans les images de S2 et St filtrage spatial de descripteurs à faible potentiel de discrimination afin 5 d'éliminer dans l'image de S2 des descripteurs spatialement trop proches ou à pauvre caractéristique radiométrique, mise en correspondance entre les descripteurs image, en exploitant : o les poses approchées (position des senseurs et orientations approximatives des images via les compas), 10 o utilisation d'un algorithme robuste de type RANSAC, pour déterminer de 'bonnes correspondances' (cf ci-dessous) entre les informations extraites des images des deux capteurs, Random Sample Consensus: A Paradigm for Model Fitting with Applications to Image Analysis and 15 Automated Cartography Fischler & Bolles (1981). De la sorte on dispose d'un grand nombre de Mises En Correspondance, couples de coordonnées MECk = ({Pik,qik}, {P2k,q2k}), k={1,...,K} et donc d'objets automatiquement appariés. 20 o Calcul des attitudes définitives des 2 systèmes optroniques, et au besoin des coordonnées des objets, en utilisant les `bonnes correspondances' établies. L'utilisation de capteurs OMNI et le grand nombre d'objets 25 disponibles dans les images permet ainsi : une automatisation complète du procédé, plus de recherches d'objets, de pointages de système, ou d'interventions spécifiques pour la prise de mesures. une recherche automatique robuste d'appariement entre images ; on 30 indique en langage anglo-saxon par « inlier » une 'bonne correspondance' entre descripteurs des 2 images correspondant effectivement à un même détail ou objet de la scène et par « oulier » une correspondance entre des pixels n'appartenant pas au même détail ou objet de la scène. 3052858 103 - un accroissement du nombre d'observations utilisées et donc une amélioration de l'estimation de Gm ou autres quantités à estimer. Dans cette approche, la recherche de correspondances peut être 5 accélérée du point de vue temps de calcul en utilisant la géométrie épipolaire des 2 capteurs OMNI. Cette propriété de la géométrie des images indique qu'un objet Ok vu dans la direction u2k depuis le capteur de S2 se retrouve le long d'une courbe épipolaire dans le plan de l'image du capteur de S1. Dans le cas de capteurs OMNI, cette courbe n'est plus une droite. Pour plus de 10 détails voir par exemple : « Numerical estimation of epipolar curves for omnidirectional sensors » (2005). Pour cela on peut rectifier une vignette image du capteur de S2 autour de la position d'un descripteur en la ré-échantillonnant dans la géométrie de l'image du capteur de S1. Puis on déplace la vignette ré- 15 échantillonnée le long de la courbe épipolaire pour établir un score de corrélation entre les niveaux des images. Ainsi cette approche limite la dimension de l'espace de recherche d'un objet ponctuel de l'image du capteur de S2 à une dimension dans l'image de Si (au lieu d'une recherche 2D dans toute l'image). La 20 généralisation à 3 images de 3 capteurs limite la recherche à un point dans l'image (en pratique une petite zone autour du point compte tenu des erreurs sur les valeurs des paramètres internes du capteur et des paramètres externes de position et d'attitude pour les 2 images). 25 Comme alternative, si l'on dispose au niveau d'un système optronique Sm : de sa position géographique avec son EMPG, de son orientation approchée (avec compas) donnant un `Gon-1', d'une hypothèse de sol ou un modèle de terrain (MNT), il devient possible d'évaluer une position géographique approchée d'un objet 30 situé au sol à partir de sa position image et du modèle indiqué ci-dessus donnant la direction d'un pixel. Ceci par une technique type lancé de rayon. A partir de sa position image, le système optronique positionne l'objet le long d'une direction qui coupe la surface fournie par le modèle de terrain au voisinage du sol. Dès lors que l'information terrain est exploitée elle restreint 3052 858 104 le procédé à l'emploi d'objets du sol, plus précisément d'objets situés sur l'enveloppe du MNT représentant le terrain. Dans le cadre d'une capacité auto-collaborative le système, qui 5 profite de son mouvement pour acquérir des mesures, pourra dans le cadre des capacités décrites : Lorsqu'il s'agit d'un système avec caméra portable disposant d'un EMAR sous forme compas magnétique 108 : o Localiser un objet en utilisant des mesures acquises avec 10 EMPG, EMED et ses mesures angulaires au moyen d'inclinomètres et de son compas approchée non calibré, o Calibrer son compas soit sous forme d'estimation d'un offset avec mesures sur un objet unique (config 5.1) soit sous forme d'un modèle plus complexe si plusieurs objets font l'objet 15 d'acquisitions entre les déplacements (config 5.2) o Localiser directement depuis sa position d'autres objets avec son EMAR calibré dans sa dernière position. Ce type de calibration nécessite une recalibration de l'EMAR pour tout nouveau déplacement afin de rendre compte de la variabilité de 20 l'environnement électro-magnétique. Pour bénéficier des mesures précédemment réalisées mémorisées lors d'un nouveau stationnement sur une zone il sera donc judicieux d'acquérir des objets sur des zones disposant du meilleur indice possible de visibilité. 25 Lorsqu'il s'agit d'un système portable sur trépied avec un goniomètre, il sera bénéfique : o d'exploiter uniquement la partie capteur optronique 100 pour acquérir des mesures afin de raccourcir le délai de mise en oeuvre des acquisitions. 30 o Les informations mesurées sont alors mémorisées dans 100 lors du déplacement. Le compas magnétique 108 de 100 peut être calibré comme indiqué ci-dessus afin de faciliter au besoin la ré-acquisition des objets lors des stationnements ultérieurs. 3052858 o L'ensemble des informations est ensuite exploité lors d'une installation complète du système pour déterminer le gisement de l'EMAR 120. 5 Le procédé s'applique aussi au cas où un ou plusieurs des systèmes collaborant S2, ..., Sm sont mobiles, S1 étant supposé fixe, dès lors que l'ensemble des mesures sont temporellement synchronisées. Les configurations précédentes se déclinent alors à l'identique. Le traitement temporel des informations d'un système mobile 10 unique `Sm' collaborant en 'T' instants avec S1 équivaut sur le plan de l'information engrangée, à traiter des mesures quasi-instantanées de 'T' systèmes identiques à `Sm' mais spatialement répartis. 15 Cette description donne un cadre à bien d'autres configurations pouvant être utilisées. Pour toutes ces configurations de collaboration, la localisation (ou coordonnées géographiques) des objets visés peut en outre être déterminée : - en résolvant de manière simultanée les inconnues angulaires 20 (gisement/attitude) et celles correspondant aux coordonnées inconnues des objets, en déterminant les coordonnées des objets après avoir orienté les systèmes - dans ce cas les coordonnées des objets sont d'abord éliminées des observations dans la première phase d'estimation, puis, 25 évaluées à partir des références angulaires par des routines classiques de triangulation ou tri-latération, en déterminant l'orientation sur les systèmes après avoir d'abord estimé les coordonnées des objets (construction d'amer puis chercheur de nord). 30 Après ces étapes de calibration (chercheur nord, positions des objets ou des systèmes optroniques), une fonction de localisation d'objets éloignés consistant à déterminer leurs positions géographiques et la qualité de ces positions, peut être assurée localement par le système collaboratif à partir de mesures acquises depuis un système optronique unique ou par 35 plusieurs systèmes optroniques dans la plupart des configurations décrites. 3052858 106 De manière générale, la performance prédite (PGT) sur les quantités estimées peut être systématiquement déterminée de manière théorique. Elle dépend généralement du nombre de systèmes collaborant, du 5 type des mesures mises en oeuvre, du nombre d'objets utilisés, de la configuration géométrique ou de la position relative des entités systèmes et objets. Ces calculs peuvent être conduit par : propagation de covariance, dans cette approche : o on linéarise et on différentie les équations d'observation par 10 rapport aux quantités à estimer et aux mesures, o on isole le vecteur des différentielles sur les quantités élémentaire d'intérêt des différentielles sur les mesures, o on multiplie par les vecteurs conjugués les deux membres et on prend l'espérance, 15 o on obtient la covariance sur les quantités comme fonction de la covariance sur les mesures ; les matrices Jacobienne intervenant de part et d'autre encapsulant la dilution géométrique des mesures ; - borne de Crame-Rao déduite comme limite de la matrice d'information 20 de Fisher donne une performance ultime (pour détails voir chapitre 4 de Harry L. Van Trees, Kristine L. Bell, "Bayesian Bounds for Parameter Estimation and Nonlinear Filtering Tracking" 2007). La qualité d'estimation du gisement (PGE) est évaluée à partir des observations et d'un estimateur réels ; néanmoins, il est possible d'évaluer 25 en partie cette performance au moyen de technique Monte-Carlo. Dans cette approche, disposant de la configuration géométrique (positions respectives des systèmes et objets) : o on construit les mesures théorique (distances, angles exacts), o on applique les erreurs instrumentales sur l'ensemble des 30 observations, o on détermine les quantités avec les mesures erronées en appliquant l'algorithme d'estimation opérationnel permettant l'estimation les quantités, 3052858 107 o on retourne à la seconde étape pour déterminer et appliquer un nouveau jeu d'erreurs de mesure (aléatoirement selon les lois de distribution connues des erreurs instrumentales) o après un certain nombre d'itérations (plusieurs dizaines) on 5 dispose d'une répartition statistique des quantités obtenues ; de cette répartition peuvent être extraites des caractéristiques de performance de la configuration (PGE). La présente invention peut s'implémenter à partir d'éléments 10 matériel et/ou logiciel. Elle peut être disponible en tant que produit programme d'ordinateur sur un support lisible par calculateur qu'il soit embarqué au sein du système optronique ou sur une unité centrale externe tel qu'un téléphone portable, .... Le support peut être électronique, magnétique, optique, électromagnétique ou être un support de diffusion de 15 type infrarouge. De tels supports sont par exemple, des mémoires à semiconducteur (Random Access Memory RAM, Read-Only Memory ROM), des bandes, des disquettes ou disques magnétiques ou optiques (Compact Disk - Read Only Memory (CD-ROM), Compact Disk - Read/Write (CD-RNV) and DVD). 20 REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation de gisement d'un système optronique dans un repère géographique, le système optronique étant situé à une première position et désigné premier système optronique (S1), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - au moyen du premier système optronique et d'au moins un autre système optronique, lesdits systèmes optroniques étant respectivement situés en des positions distinctes et équipés de moyens de communication entre eux, et de dispositifs d'acquisition, acquérir dans une scène un ou plusieurs objets (01, ...0k, OK) communs auxdits systèmes optroniques, la direction d'orientation entre chaque système optronique et chaque objet étant inconnue, - déterminer deux positions parmi celles desdits systèmes optroniques, - pour au moins un objet commun : o mesurer l'angle relatif au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant le premier système optronique (S1), o mesurer l'élévation de l'objet au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant le premier système optronique (S1), o réaliser des mesures supplémentaires au moyen de chaque autre système optronique (S2, ..., Sm, ...SM), les deux positions et lesdites mesures constituant des observations, communication par l'autre (ou les autres) système(s) optronique(s) (S2, ..., Sm, ...SM) au premier système optronique (S1) des observations dont il ne dispose pas, à partir des observations, estimation par le premier système optronique, du gisement ( ) du premier système optronique. 2. Procédé d'estimation du gisement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les positions du ou des objets communs sont inconnues. 3052858 109 3. Procédé d'estimation du gisement avec une précision souhaitée prédéterminée notée PGS selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs configurations collaboratives sont définies, une configuration collaborative étant 5 constituée de systèmes optroniques (S1,... ,SM) et d'un ou plusieurs objets communs (01, ..., OK) et en ce qu'il comporte les étapes suivantes préalablement aux mesures : a) on calcule une précision de gisement théorique PGT pour une configuration collaborative, 10 b) lorsque PGT PGS, on valide la configuration collaborative sinon on réitère les étapes a et b pour une autre configuration collaborative. 4. Procédé d'estimation du gisement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la PGS est de la classe 1 mrd. 15 5. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées au moyen de deux systèmes optroniques (S1, S2) et pour un seul objet commun, et en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la façon 20 suivante : mesurer la distance entre chaque système optronique (S1, S2) et l'objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant chaque système optronique, mesurer de manière approchée avec une précision meilleure que 5°, 25 un azimut de l'objet au moyen d'un dispositif de mesure d'azimut approché équipant le premier système optronique (S1), et en ce que les observations suffisent à l'estimation. 6. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 30 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées au moyen de deux systèmes optroniques (51, S2) et pour deux objets communs (01, 02), et en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la façon suivante : 3052858 110 mesurer la distance entre chaque système optronique (S1, S2) et chaque objet (01, 02), au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant chaque système optronique, mesurer l'élévation entre chaque système optronique (S1, 5 S2) et chaque objet (01, 02), et en ce que les observations suffisent à l'estimation. 7. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées au moyen de deux 10 systèmes optroniques (S1, S2) et pour deux objets communs (01, 02), et en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante par chaque système optronique : mesurer la distance entre le premier système optronique (S1) et chaque objet (01, 02), au moyen d'un dispositif de 15 mesure de distance équipant le premier système optronique, mesurer l'élévation de chaque objet (01, 02) au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant chaque système optronique (S1, S2), 20 mesurer l'angle relatif de chaque objet (01, 02), au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique (S1, S2), mesurer un azimut avec une précision meilleure que 5°, sur un des deux objets (01 ou 02) au moyen d'un dispositif de 25 mesure d'azimut équipant chaque système optronique (S1, S2), à partir des observations, estimation par le premier ou le second système optronique (S1 ou S2), du gisement ( G2 ) du second système optronique (S2) avec une précision d'au 30 moins la classe PGS, et en ce que les observations suffisent aux estimations. 8. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées au moyen de deux 35 systèmes optroniques (S1, S2) et pour au moins deux objets 3052858 111 communs, et en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante : - mesurer la distance entre chaque système optronique (S1, S2) et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance 5 équipant chaque système optronique, - mesurer l'élévation de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant chaque système optronique (S1, S2), - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique (S1, S2), 10 - à partir des observations, estimation du gisement ( G2 ) du deuxième système optronique avec une précision d'au moins la classe PGS, et en ce que les observations suffisent aux estimations. 9. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 15 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées au moyen de deux systèmes optroniques (S1, S2) et pour un objet commun, et en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante : - mesurer la distance entre chaque système optronique (S1, S2) et l'objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant 20 chaque système optronique, - mesurer l'élévation de l'objet au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant chaque système optronique (S1, S2), - à partir des observations, estimation du gisement ( G2 ) du deuxième système optronique avec une précision d'au moins la classe PGS, 25 et en ce que les observations suffisent aux estimations. 10. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées au moyen de deux systèmes optroniques (S1, S2) et pour un objet commun mobile, en 30 ce que les mesures sont réalisées sur des intervalles de temps qui se recouvrent au moins partiellement, et en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante : - mesurer la distance entre chaque système optronique (S1, S2) et l'objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant 35 chaque système optronique, 3052858 112 - mesurer l'élévation de l'objet au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant chaque système optronique (S1, S2), - mesurer l'angle relatif au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique (S1, S2), 5 - mesurer un azimut entre chaque système optronique et l'objet, avec une précision meilleure que 5° au moyen d'un dispositif de mesure d'azimut équipant chaque système optronique, - à partir des observations, estimation du gisement ( G2 ) du deuxième système optronique, 10 et en ce que les observations suffisent aux estimations. 11. Procédé d'estimation du gisement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la trajectoire de l'objet mobile est estimée simultanément auxdites estimations sur la plage de temps 15 des mesures. 12. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées pour deux objets communs (01, 02) et au moyen de deux systèmes optroniques (S1, 20 S2), en ce que les moyens de communication sont des moyens optiques, en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante: - mesurer la distance correspondant à la somme de la distance entre un objet (01) et un système optronique (S1) et de la distance entre 25 ledit objet (01) et l'autre système optronique (S2), au moyen d'un dispositif de mesure de distance comportant un émetteur (206) équipant l'autre système optronique (S2) et un récepteur (107) équipant le système optronique (S1), - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen d'un dispositif de 30 mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique, - mesurer un azimut, avec une précision meilleure que 5°, entre chaque système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure d'azimut équipant chaque système optronique, - à partir des observations, estimation du gisement ( G2 ) du deuxième 35 système optronique, 3052858 113 et en ce que les observations suffisent aux estimations. 13. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées pour au moins deux 5 objets communs et au moyen d'au moins deux systèmes optroniques, en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante: - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen du dispositif de mesure d'angle relatif équipant le premier système optronique, 10 - mesurer l'élévation de chaque objet au moyen du dispositif de mesure d'élévation équipant le premier système optronique, - mesurer la distance entre chaque système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant chaque système optronique, 15 et en ce que les observations suffisent à l'estimation. 14. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées pour au moins un objet commun et au moyen d'au moins trois systèmes optroniques, en 20 ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante: - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique, - et l'élévation de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure 25 d'élévation équipant chaque système optronique, -déterminer la position d'un troisième système optronique, - à partir des observations, estimation du gisement ( G2 , G3 , ...) de chaque système optronique, et en ce que les observations suffisent à l'estimation. 30 15. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées pour au moins deux objets communs et au moyen d'au moins deux systèmes optroniques, en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière 35 suivante: 3052858 114 - mesurer l'angle relatif de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'angle relatif équipant chaque système optronique, - mesurer la distance entre chaque système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant 5 chaque système optronique, - mesurer un azimut entre chaque système optronique et chaque objet, avec une précision meilleure que 5°, au moyen d'un dispositif de mesure d'azimut équipant chaque système optronique, 10 - à partir des observations, estimation du gisement ( G2 , ...) ainsi que les roulis et tangage ( 01 , (Pi , 02 , (p2 ) de chaque système optronique, et en ce que les observations suffisent aux estimations. 15 16. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les positions des systèmes optroniques sont déterminées au moyen d'un dispositif de positionnement équipant lesdits systèmes optroniques. 20 17. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les étapes sont réalisées au moyen du premier et d'un deuxième système optronique (SI, S2), pour un objet commun et un autre objet de position connue non commun aux deux systèmes optroniques, c'est-à-dire visible seulement par le deuxième 25 système optronique, en ce que les mesures supplémentaires sont obtenues de la manière suivante: - mesurer l'élévation de chaque objet au moyen d'un dispositif de mesure d'élévation équipant le deuxième système optronique, - mesurer la distance entre le premier système optronique et l'objet 30 commun, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant le premier système optronique, - mesurer la distance entre le deuxième système optronique et chaque objet, au moyen d'un dispositif de mesure de distance équipant le deuxième système optronique, 3052858 115 en ce que la position du premier système optronique est déterminée au moyen d'un dispositif de positionnement équipant ledit système optronique et en ce que la position du second système optronique est déterminée par l'estimation et en ce que les observations suffisent aux 5 estimations. 18. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de communication entre les systèmes optroniques sont assurés par une liaison radio. 10 19. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de calcul des coordonnées et/ou de la direction des objets acquis, à partir des observations. 15 20. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un système optronique Sm, m variant de 2 à M, est un système optronique mobile de trajectoire connue, et en ce que les mesures effectuées à partir du (ou 20 des) système(s) mobile(s) sont temporellement synchronisées. 21. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif d'acquisition est un capteur omnidirectionnel. 25 22. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif de mesure d'angle relatif est un compas magnétique. 30 23. Procédé d'estimation du gisement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le compas magnétique est calibré au moyen des mesures sur un ou/et des objets. 24. Procédé d'estimation du gisement selon l'une des revendications 35 précédentes, caractérisé en ce que les observations sont stockées et communicables par chaque système optronique. 3052858 116 25. Procédé d'estimation d'une direction d'orientation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte préalablement, une étape de sélection des objets de la scène selon 5 un critère de visibilité commune et/ou un critère de performance sur la direction d'orientation. 26. Procédé d'estimation d'une direction d'orientation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte 10 préalablement, une étape de sélection de positions des systèmes optroniques. 27. Un produit programme d'ordinateur, ledit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes 15 du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un calculateur.