Brevet FR3065297A1 — publié le 20181019

Procédé de suivi de cible par un drone, programme d'ordinateur, système électronique et drone associés La présente invention concerne un procédé de suivi de cible, à l'aide d'un système électronique de suivi de cible embarqué au sein d'un drone, notamment un drone aérien. L'invention concerne également un programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en oeuvre un tel procédé de suivi de cible. L'invention concerne également un système électronique associé de suivi de cible. L'invention concerne également un drone configuré pour suivre une cible et comprenant le système électronique précité. L'invention offre de nombreuses applications, en particulier la détermination de trajectoire pour le suivi de cibles mobiles. L'invention concerne notamment le domaine des appareils motorisés volants (i.e. aéronefs), également appelés drones (UAV de l'anglais Unmanned Aerial Vehicles) notamment les drones dédiés à la surveillance terrestre ou maritime. L'invention est alors particulièrement utile pour optimiser le guidage du drone lorsque le drone est dans un mode de poursuite pour suivre une cible donnée se déplaçant au sol ou sur l'eau. Pour le suivi de cibles mobiles terrestres ou maritimes, une solution existante consiste en la mise en oeuvre d'un pilotage à distance du drone aérien par un opérateur au sol pour suivre une cible mobile. Toutefois, cette solution est limitée par la portée de la liaison entre le drone et l'opérateur, cette portée limitant l'autonomie de déplacement du drone par rapport à l'opérateur au sol le contrôlant. Pour y remédier, des solutions autonomes d'automatisation de suivi de cible ont été développées parmi lesquelles figure la méthode dite de la tangente décrite dans l'article « Autonomous Target Following by Unmanned Aerial Vehicles » de Rafi el al, basée sur la détermination autonome (i.e. sans aucune intervention d'opérateur) par le drone d'une trajectoire comprenant une succession de cercles centrés respectivement sur des positions successives de la cible mobile. Cette technique est également basée sur un asservissement à la distance courante « drone-cible », la distance courante « dronecible » étant mesurée dans un plan (2D), horizontal par rapport à la surface du sol, le plan comprenant à la fois le point représentatif de la position courante de la cible et la projection dans ce plan du point représentatif de la position courante du drone. Cependant, aucune des solutions proposées jusqu'à présent n'a donné pleinement satisfaction notamment en termes de visibilité continue de la cible et en termes 3065297 2 d'optimisation de trajectoire de sorte que l'ensemble de la trajectoire est « volable » par le drone A cet effet, l'invention a pour but un procédé de suivi de cible, à l'aide d'un système électronique de suivi de cible embarqué au sein d'un drone du type précité, dans 5 lequel le procédé comprend au moins la détermination d'une trajectoire de déplacement du drone, la trajectoire comprenant une pluralité d'orbites successives centrées respectivement sur une pluralité de positions successives de la cible, le rayon d'orbite étant propre à varier, d'une orbite à l'autre, en fonction d'au moins un élément appartenant au groupe comprenant : 10 - au moins une donnée associée à la performance de déplacement du drone, - la position courante de la cible, - un angle d'élévation (prédéterminé du drone par rapport à la cible, - l'altitude courante du drone par rapport à la cible. Le procédé de suivi de cible selon l'invention permet alors d'assurer en 15 permanence et de manière autonome une visibilité de la cible mobile et donc une amélioration du suivi de cible mobile. Autrement dit, l'asservissement selon l'invention à la position courante de la cible, et/ou à un angle d'élévation prédéterminé, et/ou à au moins une donnée associée à la performance (vitesse (i.e. domaine ou plage de vitesse délimitée par une vitesse minimale 20 et une vitesse maximale prédéterminées), angle de roulis maximum, etc.) de déplacement du drone, et/ou à l'altitude du drone permet de garantir la visibilité de la cible par le drone tout au long de sa trajectoire de poursuite. Par la suite, par « orbite » on entend une trajectoire courbe en l'air, suivie par le drone en déplacement (i.e. en cours de vol et définie au sein d'un cercle dont le centre est 25 une position de la cible et dont l'altitude est éventuellement adaptée pour assurer un bon angle d'observation. En d'autres termes, une orbite est une trajectoire courbe tridimensionnelle; un cercle, une altitude. De plus, par « position courante » de la cible, on entend la position tridimensionnelle de la cible, autrement dit la position de la cible exprimée selon trois 30 dimensions de l'espace. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé de couplage électronique comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : la détermination de trajectoire est réactualisée à chaque changement de 35 position de la cible ; le procédé comprend, préalablement à la détermination de trajectoire : 3065297 3 - la réception de la position courante de la cible, - la comparaison de la position courante avec la position précédente de la cible, et - la détection d'un changement de position de la cible en fonction de la 5 comparaison ; le procédé comprend en outre au moins une phase d'élaboration d'un segment de trajectoire à suivre, la phase d'élaboration comprenant la détermination d'un positionnement courant du drone par rapport à l'orbite courante de trajectoire désirée pour le drone, et la détermination du segment de trajectoire à suivre par le drone en fonction du 10 positionnement courant du drone pour rallier l'orbite courante ; procédé dans lequel : - lorsque le positionnement courant du drone est interne à l'orbite courante, le segment de trajectoire à suivre suit l'orbite courante, ou - lorsque le positionnement courant du drone est externe à l'orbite courante, le 15 segment de trajectoire à suivre est un segment de la tangente à l'orbite courante, la tangente passant par la position courante du drone ; le procédé est réitéré périodiquement selon une période prédéterminée ; le procédé comprend en outre la détermination d'une consigne de guidage du drone en fonction d'au moins un écart de trajectoire entre le segment de trajectoire 20 courant et le segment de trajectoire à suivre ; - la détermination d'une trajectoire de déplacement du drone comprend la vérification de la distance d'observation de la cible par le drone et, en fonction du résultat de vérification, la détermination d'une modification de l'altitude ou de l'angle d'élévation du d rone. 25 Par la suite, par « courant ou courante », on entend le segment de trajectoire actuel, le positionnement du drone, ou la position actuelle de la cible à un instant t, par « position précédente », on entend une position préalable (i.e. à in instant to .1m', alors selon une étape 70, le procédé 34 selon l'invention 15 déclenche une étape 72 de correction de l'altitude Zd'' du drone 12 ou de modification de l'angle d'élévation ç désiré de sorte à rétablir au moins une égalité entre la distance d'observation instantanée À et la distance 54 d'observation maximale 2m' tel que Zdrone- Zcible tan cos Le choix de modification de l'altitude Zd'' ou de modification de l'angle 20 d'élévation est par exemple à la charge de l'opérateur du drone ou préalablement mémorisé au sein de la mémoire 18, par exemple en fonction de la mission à effectuer par le drone 12. En effet, en fonction de la mission à effectuer par le drone 12, pour des raisons de furtivité la modification 72 de l'altitude Zd'' ou la modification 72 de l'angle d'observation sera privilégiée. 25 Préférentiellement, il est par exemple choisi de maintenir l'angle d'observation constant. Selon cette variante, la modification 72 de l'altitude Zd'n, du drone 12 mise en oeuvre de sorte à rétablir au moins une égalité entre la distance d'observation instantanée À et la distance 54 d'observation maximale 21n.' est prioritaire devant l'étape étape 62 où, lorsque p = pmin, l'altitude du drone Zdrone est recalculée de sorte à satisfaire l'élévation 30 désirée selon l'équation Zd'', = pmin tan Z -cible- En d'autres termes, selon cette variante de réalisation, on rétablit avant tout l'égalité entre la distance d'observation instantanée À et la distance 54 d'observation maximale Âmax. = Âmax 3065297 13 Lorsque À REVENDICATIONS1.- Procédé (34) de suivi de cible (10), à l'aide d'un système (14) électronique de suivi de cible embarqué au sein d'un drone (12), le procédé (34) comprenant au moins la détermination (40) d'une trajectoire de déplacement du drone (12), la trajectoire comprenant une pluralité d'orbites successives centrées respectivement sur une pluralité de positions (C) successives de la cible (10), la détermination (40) comprenant au moins le calcul (44) du rayon de chaque orbite, le rayon d'orbite étant propre à varier, d'une orbite à l'autre, en fonction d'au moins un élément appartenant au groupe comprenant : - au moins une donnée (50) associée à la performance de déplacement du drone (12), - la position courante de la cible (10), - un angle d'élévation (0 prédéterminé du drone par rapport à la cible (10), - l'altitude courante du drone (12) par rapport à la cible(10). 2. Procédé (34) de suivi de cible selon la revendication 1, dans lequel la détermination (40) de trajectoire est réactualisée à chaque changement de position de la cible (10). 3. Procédé (34) de suivi de cible selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé (34) comprend en outre au moins une phase (46) d'élaboration d'un segment de trajectoire à suivre, la phase d'élaboration (46) comprenant la détermination d'un positionnement courant du drone (12) par rapport à l'orbite courante de trajectoire désirée pour le drone (12), et la détermination du segment de trajectoire à suivre par le drone (12) en fonction du positionnement courant du drone (12) pour rallier l'orbite courante. 4. Procédé de suivi de cible selon la revendication 3, dans lequel : - lorsque le positionnement courant du drone (12) est interne à l'orbite courante, le segment de trajectoire à suivre suit l'orbite courante (78A), ou - lorsque le positionnement courant du drone (12) est externe à l'orbite courante, le segment de trajectoire à suivre est un segment (78B) de la tangente à l'orbite courante, la tangente passant par la position courante du drone. 3065297 16 5. Procédé de suivi de cible selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le procédé (34) est réitéré périodiquement selon une période prédéterminée. 5 6. Procédé de suivi de cible selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel le procédé comprend en outre la détermination (48) d'une consigne de guidage du drone en fonction d'au moins un écart de trajectoire entre le segment de trajectoire courant et le segment de trajectoire à suivre. 10 7. Procédé de suivi de cible selon la revendication 6, dans lequel la détermination (40) d'une trajectoire de déplacement du drone (12) comprend la vérification (66) de la distance d'observation de la cible par le drone et, en fonction du résultat de vérification, la détermination d'une modification de l'altitude ou de l'angle d'élévation du drone. 15 8. Programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 9. Système (14) électronique de suivi de cible (10) embarqué au sein d'un drone 20 (12) comprenant un module de détermination d'une trajectoire de déplacement du drone (12) la trajectoire comprenant une pluralité d'orbites successives centrées respectivement sur une pluralité de positions (C) successives de la cible (10), la détermination (40) comprenant au moins le calcul (44) du rayon de chaque orbite, le rayon d'orbite étant propre à varier, d'une orbite successive à l'autre, en fonction d'au moins un élément 25 appartenant au groupe comprenant : - au moins une donnée (50) associée à la performance de déplacement du drone (12), - la position courante de la cible (10), - un angle d'élévation () prédéterminé du drone par rapport à la cible (10), - l'altitude courante du drone (12) par rapport à la cible(10). 30 10. Drone (12) configuré pour suivre une cible, le drone comprenant un système électronique selon la revendication 9.