Brevet FR3081563A1 — publié le 20191129

Procédé de positionnement d'un ensemble de véhicules La présente invention concerne un procédé de positionnement d'un ensemble de véhicules les uns par rapport aux autres, notamment un 5 ensemble de véhicules autonomes subaquatiques, aériens ou terrestres. Il est connu de l'état de la technique de mettre en oeuvre un véhicule autonome, notamment sous-marin, afin de cartographier l'environnement de ce véhicule en temps réel et ainsi lui permettre de se localiser dans cet environnement. Ce procédé de localisation est connu sous l'appellation SLAM 10 qui signifie en anglais Simultaneous Localization and Mapping ou, en français, cartographie et localisation simultanées. Ce procédé est mis en oeuvre quand il n'est pas possible d'avoir accès à un système de positionnement de type GPS, signifiant en anglais Global Positioning System. Ce cas se rencontre, par exemple, lorsqu'il est nécessaire de localiser un véhicule sous-marin ou un 15 véhicule évoluant dans un bâtiment. En effet, un véhicule subaquatique n'a pas accès à une localisation GPS. Il en est de même pour un véhicule se déplaçant au sein d'un bâtiment. Le véhicule autonome construit alors, à l'aide d'une caméra ou d'un laser par exemple, une carte de son environnement lui permettant ainsi de se localiser d'une manière relativement précise. Ce 20 procédé de cartographie et localisation simultanées demande de traiter un volume considérable d'informations, comme par exemple des images en trois dimensions, et par conséquent il est nécessaire d'intégrer au véhicule autonome un ordinateur possédant des capacités de traitement des données acquises élevées. Il est donc nécessaire de prévoir des batteries permettant de 25 fournir suffisamment d'énergie électrique à cet ordinateur. Afin de réaliser plus rapidement la cartographie d'un environnement, il est également connu de l'état de la technique d'appliquer le procédé SLAM à un ensemble de véhicules autonomes, appelé également meute de drones, afin de localiser chaque véhicule de manière absolue. Une meute de drones comporte au moins deux 30 drones. Le procédé SLAM permet aux véhicules autonomes de se localiser les uns par rapport aux autres. Chaque véhicule réalise alors une cartographie de son environnement à l'aide d'un ou plusieurs capteurs. Un ordinateur traite les informations acquises en temps réel. Chaque véhicule communique en temps 2 réel les informations qu'il a acquises avec les autres véhicules de la meute. Il existe également des procédés de localisation par triangulation ou par intégration de données inertielles. Les inconvénients principaux de ces méthodes sont des besoins en transfert de données et en capacité de 5 traitement par ordinateur importants, un temps de réalisation de la cartographie élevé en ce qui concerne le procédé SLAM et une consommation en énergie électrique, notamment des ordinateurs et des moyens de communication entre véhicules, considérable ayant notamment pour conséquence de prévoir sur chaque véhicule des batteries relativement lourdes 10 par rapport à leur masse. L'objectif de la présente invention est donc d'améliorer la localisation des meutes de véhicules, notamment autonomes, tout en diminuant leurs consommations énergétiques et leur temps de mission. 15 Pour ce faire, l'invention a notamment pour objet un procédé de positionnement d'un ensemble de véhicules comprenant au moins deux véhicules comportant les étapes suivantes : - une étape de communication de la localisation d'au 20 moins un premier véhicule ayant découvert un premier point remarquable à au moins un autre véhicule de l'ensemble de véhicules, ledit premier véhicule restant sensiblement stationnaire par rapport audit premier point remarquable ; - une étape de recherche d'un deuxième point 25 remarquable, différent dudit premier point remarquable, par l'ensemble des véhicules excepté ledit premier véhicule ; - une étape de communication de la localisation d'au moins un second véhicule ayant découvert un deuxième point remarquable à au moins ledit premier véhicule, ledit 30 second véhicule restant sensiblement stationnaire par rapport audit deuxième point remarquable ; - une étape de recherche d'un autre point remarquable, 3 différent des premier et deuxième points remarquables, par l'ensemble des véhicules excepté ledit second véhicule. Outre les caractéristiques principales mentionnées au paragraphe 5 précédent, le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes : De préférence, au moins un des véhicules de l'ensemble de véhicules est autonome. De préférence, les véhicules sont subaquatiques. 10 De manière préférée, l'ensemble de véhicules comporte quatre véhicules. Selon un aspect préféré, au moins un des véhicules de l'ensemble de véhicules a une position absolue connue au préalable. De manière préférée, le premier véhicule est également exclu de 15 l'étape de recherche d'un autre point remarquable. De préférence, le procédé comprend en outre une étape de récupération de l'ensemble des véhicules afin de traiter les informations de localisation acquises. Avantageusement, au moins un des véhicules de l'ensemble de 20 véhicules comporte un capteur magnétique. De préférence, les étapes de communication sont réalisées au moyen d'un système de communication ayant un débit de transmission d'informations entre les véhicules d'environ 100 bits par seconde. De manière préférée, l'ensemble de véhicules a pour mission le 25 contrôle de pipelines. 4 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble de véhicules sous-marins autonomes réalisant une mission selon un mode de réalisation de 5 l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique de l'ensemble de véhicules sous-marins autonomes représenté sur la figure 1 dans laquelle un premier véhicule de l'ensemble de véhicules a repéré un premier point remarquable ; 10 - la figure 3 est une représentation schématique de l'ensemble de véhicules sous-marins autonomes représenté sur la figure 2 dans laquelle un second véhicule de l'ensemble de véhicules a repéré un second point remarquable. 15 En référence à la figure 1, il est représenté de manière schématique un mode de réalisation selon l'invention. On peut voir un ensemble de véhicules 1 subaquatiques et autonomes comportant un premier véhicule 2, un second véhicule 3 et un troisième véhicule 4. On aperçoit également le fond marin 5. Afin de se mouvoir, le premier véhicule 2 ainsi que les second et troisième 20 véhicules subaquatiques comprennent un corps dans lequel un système de propulsion est intégré (non représenté). Le système de propulsion comprend une ou plusieurs hélices et un moteur afin de leur fournir de l'énergie mécanique. De manière alternative, le système de propulsion comprend une ou plusieurs turbines. Le moteur est éventuellement contrôlé par un 25 ordinateur. Le premier véhicule 2 comprend également une unité de mesure inertielle (en anglais Inertial Measurement Unit ou IMU) configurée de manière à guider le premier véhicule 2 vers une position souhaitée. L'IMU peut comprendre également des accéléromètres, des gyroscopes et d'autres capteurs de mouvement. Il est fourni initialement à l'IMU la position actuelle 30 du premier véhicule 2 ainsi que sa vitesse. Cette information provient d'une autre source, par exemple, un opérateur, un GPS ou un autre IMU localisé sur un navire ou sur un autre véhicule subaquatique. Ensuite, l'IMU calcule sa propre position et sa vitesse en se basant sur les informations provenant de ses capteurs de mouvement et/ou de transducteurs. Le premier véhicule 2 peut également comporter un compas, un altimètre, pour mesurer son altitude, ou un capteur de pression pour mesurer sa profondeur. Par ailleurs, le premier véhicule 2 peut également comprendre un système pour éviter les 5 obstacles, un système de communication sans fil, par exemple par Wi-Fi, et un système de modem Haute Fréquence, acoustique ou optique, afin de communiquer sa position par rapport aux second et troisième véhicules subaquatiques 3, 4. L'IMU permet au premier véhicule 2 d'être localisé de manière relativement précise pendant environ 30 minutes. Après ce laps ce temps, l'incertitude liée à la localisation du premier véhicule 2 devient importante, notamment à cause des caractéristiques des courants marins qui ne sont pas connues au préalable. Le premier véhicule 2 comporte également des ailerons, des propulseurs transversaux, latéraux et/ ou verticaux afin de le guider jusqu'à une position souhaitée. Ces ailerons peuvent être utilisés en combinaison avec le système de propulsion. Le premier véhicule 2 comporte également un système de flottaison de manière à contrôler sa profondeur par rapport à la surface de l'eau. En outre, le premier véhicule 2 peut comprendre une antenne et un système acoustique basse fréquence associé afin de communiquer à longue distance avec un navire. Ce système acoustique peut être un modem acoustique apte à recevoir les ondes acoustiques et à les transformer en signaux électriques et vice versa. De manière alternative, ou en complément, le système acoustique comprend un système Ultra-Short Baseline (USBL). Ces systèmes mettent en oeuvre un procédé de positionnement sous-marin acoustique. Un système USBL complet comprend un émetteur-récepteur, qui est installé sur un navire ou sur un autre véhicule subaquatique, et un transpondeur sur le premier véhicule 2. L'ordinateur est utilisé afin de calculer une position à partir des distances mesurées par l'émetteur-récepteur. Par exemple, une impulsion acoustique est transmise par l'émetteur-récepteur et est détectée par le transpondeur, qui lui-même répond avec sa propre impulsion acoustique. Cette impulsion de retour est détectée par l'émetteur-récepteur sur le navire ou sur un autre véhicule subaquatique. Le temps entre la transmission de l'impulsion acoustique initiale et la détection de la réponse est mesuré par le système USBL et converti en 6 une distance. Afin de calculer la position du premier véhicule 2, le système USBL calcule la distance et/ou l'angle à partir de l'émetteur-récepteur jusqu'au premier véhicule 2. Les angles sont mesurés par l'émetteur-récepteur qui comprend un ensemble de transducteurs. L'émetteur-récepteur comporte, par 5 exemple, au moins trois transducteurs séparés au plus de 30 cm. De la même manière que l'IMU, le système USBL permet une localisation relativement précise pendant, par exemple, environ 30 minutes pour le cas d'une synchronisation des émissions dépendante d'une une horloge interne. Le premier véhicule 2 peut prendre plusieurs formes, par exemple une 10 forme de sous-marin ayant une section transversale sensiblement cylindrique ou ellipsoïdale. De préférence, le corps du premier véhicule 2 est en composite carbone, en verre ou dans un matériau non conducteur d'électricité. Le premier véhicule 2 comporte un système de flottabilité pouvant comprendre une chambre destinée à être remplie par l'eau environnante, ou vidée de celle- 15 ci, afin de contrôler la profondeur du premier véhicule 2. Dans une autre configuration, le premier véhicule peut comprendre deux chambres ou plus. Par ailleurs, comme vu précédemment, le premier véhicule 2 comporte un moteur destiné à faire tourner les hélices permettant de produire une poussée. Les hélices reçoivent de l'eau via un conduit formé dans le corps du premier 20 véhicule 2. Elles peuvent être également disposées à l'extérieur du véhicule 2. Le conduit comporte une ouverture permettant l'entrée de l'eau et une ouverture permettant l'expulsion de l'eau. Ces ouvertures peuvent être localisées sur l'avant, l'arrière ou les côtés du corps du premier véhicule 2. Le corps du premier véhicule 2 peut également comporter des conduits ou 25 turbines afin de contrôler ses mouvements de rotation et/ou translation. Dans le mode de réalisation de la figure 1, l'ensemble de véhicules subaquatiques 1 réalisent une mission quelconque, par exemple une inspection de pipelines situés sur le fond marin 5. L'ensemble de véhicules 1 a démarré sa mission à partir d'une position connue et la position de chaque véhicule est connue grâce 30 à, par exemple, leurs IMU ou leurs USBL. Par ailleurs, le premier véhicule 2 communique, en temps réel, sa position au second véhicule 3 et au troisième véhicule 4, et réciproquement au moyen d'un système de communication sans fil, comme vu précédemment. Chaque véhicule est à la recherche d'un point 7 remarquable. Avantageusement, l'invention permet de s'affranchir de l'obligation de connaître avant le début de la mission la carte des points remarquables pour un environnement donné. On aperçoit sur la figure 1 un premier rocher 6, un second rocher 7 et un troisième rocher 8 localisés sur le 5 fond de mer 5. Leurs localisations respectives ne sont pas connues avant le démarrage de la mission. En référence maintenant à la figure 2, le premier véhicule 2 repère la présence d'un point remarquable, en l'occurrence le premier rocher 6, à l'aide, par exemple, d'une caméra ou d'un sonar tel qu'un sonar multifaisceaux. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le 10 véhicule subaquatique peut être équipé d'un ou plusieurs capteurs magnétiques. Cette configuration est bien adaptée aux missions consistant à étudier des environnements dans lesquels les équipements sont constitués de matériaux magnétiques, comme par exemple un champ pétrolier comportant des pipelines. Le premier véhicule 2 communique alors sa position au second 15 véhicule 3 et au troisième véhicule 4 et reste quasiment stationnaire au-dessus du rocher 6 avec une précision, par exemple, de l'ordre de 1 mètre. Le second véhicule 3 et le troisième véhicule 4 continue à rechercher un nouveau point remarquable tout en restant à portée du premier véhicule 2 afin de pouvoir communiquer avec ce dernier et connaître leurs positions relatives. 20 Leurs positions absolues sont également déterminées car les véhicules ont démarré leur mission à partir d'une position connue et ont continué à être localisés grâce à l'IMU ou l'USBL de chaque véhicule. Avantageusement, la communication entre les véhicules de la meute est réduite et permet ainsi à chaque véhicule de traiter un faible débit d'information. Par conséquent, le 25 système de traitement de l'information ne nécessite que peu d'énergie électrique. A titre d'exemple, le débit de transmission d'informations est de l'ordre de 100 bits par seconde. En référence maintenant à la figure 3, le second véhicule 3 repère la présence d'un nouveau point remarquable, en l'occurrence le second rocher 7. Le second véhicule 3 communique alors sa 30 position au premier véhicule 2 et au troisième véhicule 4 et reste quasiment stationnaire au-dessus du second rocher 7 avec une précision, par exemple, de l'ordre de 1 mètre. Le premier véhicule 2, qui était quasiment stationnaire au-dessus du premier rocher 6, se remet alors en mouvement pour rechercher 8 un nouveau point remarquable. Le troisième véhicule 4 poursuit également la recherche d'un point remarquable. Quand la mission de la meute de véhicules est terminée, les véhicules 2, 3, 4 sont alors récupérés et leurs données de localisation sont transmises afin de les traiter. 5 Dans un autre mode réalisation de l'invention, le premier véhicule 2 ne se remet pas en mouvement pour rechercher un nouveau point remarquable et reste alors quasiment stationnaire au-dessus du premier rocher 6. Ainsi, le premier véhicule 2 et le second véhicule 3 restent quasiment stationnaires respectivement au-dessus du premier rocher 6 et au-dessus du second rocher 10 7. Cette configuration a pour avantage d'augmenter la précision de positionnement. En effet, dans ce mode de réalisation, les véhicules à la recherche d'un nouveau point remarquable se localisent par rapport aux positions du premier véhicule 2 et du second véhicule 3 permettant ainsi de réduire l'incertitude de positionnement des véhicules par un calcul de 15 triangulation faisant intervenir les positions du premier véhicule 2 et du second véhicule 3. Dans encore un autre de mode de réalisation, le premier véhicule 2 ne se remet pas non plus en mouvement pour rechercher un nouveau point remarquable et reste alors quasiment stationnaire au-dessus du premier rocher 6. La meute de véhicules comprend alors un premier véhicule 20 2, un second véhicule 3, un troisième véhicule 4 et un quatrième véhicule 9 soit quatre véhicules en tout. Dans ce mode de réalisation, le premier véhicule 2 et le second véhicule 3 restent quasiment stationnaires respectivement au-dessus du premier rocher 6 et au-dessus du second rocher 7 avec une précision, par exemple, de l'ordre d'un mètre et le troisième véhicule 4 et le 25 quatrième véhicule 9 poursuivent leur recherche d'un point remarquable. Cette configuration est avantageuse car elle permet de réduire l'incertitude de positionnement des véhicules par un calcul de triangulation tout en ayant un nombre limité de véhicules. Un autre mode de réalisation possible est d'avoir un ensemble de véhicules comprenant uniquement un premier véhicule 2 et 30 un second véhicule 3. Dans un premier temps, les premier et second véhicules 2, 3 cherchent un point remarquable. Lorsque le premier véhicule 2 repère un point remarquable, en l'occurrence le rocher 6, il communique alors sa position au second véhicule 3 et reste quasiment stationnaire au-dessus du 9 rocher 6 avec une précision, par exemple, de l'ordre de 1 mètre. Le second véhicule 3 poursuit alors sa recherche d'un nouveau point remarquable. Lorsque le second véhicule 3 repère un nouveau point remarquable, en l'occurrence le rocher 7, il communique sa position au premier véhicule 2 et 5 reste quasiment stationnaire au-dessus du rocher 7 avec une précision, par exemple, de l'ordre d'un mètre. Le premier véhicule 2 se remet alors en mouvement à la recherche d'un nouveau point remarquable et ainsi de suite. Dans un autre mode de réalisation, il est mis en oeuvre plusieurs ensembles de véhicules. Chaque ensemble de véhicules est indépendant des autres 10 ensembles de véhicules. Cette configuration permet de couvrir de larges zones et permet également d'attribuer à chaque ensemble de véhicules une mission différente. Un point remarquable, au sens de l'invention, peut être un rocher ou une forme géométrique quelconque, mais également une variation 15 magnétique, une variation de salinité ou tout autre changement présent dans l'environnement de l'ensemble de véhicules à condition que ces derniers comportent au moins un capteur idoine permettant de détecter ce changement ou cette variation et ayant également des caractéristiques permettant à un véhicule donné de rester quasiment stationnaire par rapport à ce point 20 remarquable. Il a été décrit des modes de réalisation de l'invention mettant en oeuvre des véhicules subaquatiques autonomes et accomplissant une mission en milieu marin. L'invention peut également être mise en oeuvre avec des véhicules terrestres ou aériens, respectivement, pour des missions terrestres 25 ou aériennes. En outre, les véhicules peuvent être autonomes ou contrôlés par un opérateur, REVENDICATIONS1. Procédé de positionnement d'un ensemble de véhicules (1) comprenant au moins deux véhicules (2, 3, 4, 9) comportant les étapes suivantes : une étape de communication de la localisation d'au moins un premier véhicule (2) ayant découvert un premier point remarquable (6) à au moins un autre véhicule (3, 4, 9) de l'ensemble de véhicules (1), ledit premier véhicule (2) restant sensiblement stationnaire par rapport audit premier point remarquable (6) ; une étape de recherche d'un deuxième point remarquable, différent dudit premier point remarquable, par l'ensemble des véhicules (1) excepté ledit premier véhicule (2) ; une étape de communication de la localisation d'au moins un second véhicule (3) ayant découvert un deuxième point remarquable (7, 8) à au moins ledit premier véhicule (2), ledit second véhicule (3) restant sensiblement stationnaire par rapport audit deuxième point remarquable (7) ; - une étape de recherche d'un autre point remarquable, différent des premier et deuxième points remarquables, par l'ensemble des véhicules (1) excepté ledit second véhicule (3). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins un des véhicules (2, 3, 4, 9) de l'ensemble de véhicules (1) est autonome. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les véhicules (2, 3, 4, 9) sont subaquatiques. 11 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ensemble de véhicules (1) comporte quatre véhicules (2, 3, 4, 9). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 5 caractérisé en ce qu'au moins un des véhicules (2, 3, 4, 9) de l'ensemble de véhicules (1) a une position absolue connue au préalable. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier véhicule (2) est également exclu de l'étape de recherche d'un autre point remarquable. 10 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de récupération de l'ensemble des véhicules (1) afin de traiter les informations de localisation acquises. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 15 caractérisé en ce qu'au moins un des véhicules (2, 3, 4, 9) de l'ensemble de véhicules (1) comporte un capteur magnétique. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les étapes de communication sont réalisées au moyen d'un système de communication ayant un débit de transmission 20 d'informations entre les véhicules (2, 3, 4, 9) d'environ 100 bits par seconde. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ensemble de véhicules (1) a pour mission le contrôle de pipelines. 25