Brevet FR3083655A1 — publié le 20200110

DESCRIPTION PROCEDE DE PILOTAGE D'UN PREMIER AERONEF A PARTIR D'UN SECOND AERONEF La présente invention concerne un procédé de pilotage d'un premier aéronef depuis un second aéronef, plus particulièrement d'un drone à partir d'un autre aéronef. 1r) Pour le pilotage d'un drone depuis un aéronef, différentes technologies de communication sécurisée sont techniquement envisageables pour transmettre au drone des informations de pilotage. Cependant, elles ne peuvent pas toutes être mises en oeuvre facilement, notamment sans obtenir une dérogation d'utilisation. Par exemple, pour pouvoir réserver une bande de fréquence spécifique à ce type d'application, il faudrait obtenir l'autorisation de l'Union Internationale des Télécommunications. Parmi les technologies de communication déjà autorisées, on connaît la technologie ADS-B (pour « Automatic Dependent Surveillance - Broadcast ») mise en oeuvre dans le cadre de la gestion de l'espace aérien. 20 La technologie ADS-B définit un protocole de communication qui permet à un aéronef de diffuser (« broadcast » en anglais) périodiquement, dans un message appelé « DF17 », des informations de vol le concernant, associées à son identifiant. Ces informations de vol sont principalement sa position, sa vitesse et son cap. La diffusion de ce message permet à l'aéronef d'être suivi par les stations au 25 sol de contrôle de la circulation aérienne. Toute station au sol compatible avec la technologie ADS-B peut recevoir ce message et en lire le contenu. Et ceci d'autant que les messages ADS-B ne sont pas cryptes, mais transmis en clair. La technologie ADS-B est normalisée dans le document RICA D0260B, Une 30 nouvelle version de ce standard, D0260C, est en préparation. L'utilisation de la technologie ADS-B, déjà largement déployée, va faire l'objet d'une obligation d'emport pour les aéronefs à partir de 2019. L'utilisation de la plage de fréquence réservée à la technologie ADS-B pour des applications sensibles, telles que le pilotage d'un drone à partir d'un autre 35 aéronef, constitue une piste intéressante. 2 Se pose cependant différentes contraintes. Ii faut d'abord que la communication entre l'aéronef et le drone reste compatible du standard ADS-B, pour ne pas perturber la surveillance civile de l'espace aérien à l'intérieur duquel évoluent le drone et l'aéronef. Cela signifie notamment que le drone et l'aéronef évoluant dans cet espace aérien doivent pouvoir être suivis par les stations de surveillance civiles. Par ailleurs, il faut que les informations sensibles de commande du drone ne soient déoodables que par des récepteurs autorisés, alors que la transmission en clair des messages AD5-8 rend les communications selon ce standard peu te intègres. Le but de l'invention est donc de résoudre ce problème. Pour cela l'invention a pour objet un procédé de pilotage d'un aéronef récepteur depuis un aéronef émetteur, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à communiquer des informations de pilotage à l'aéronef récepteur depuis 15 l'aéronef émetteur par la transmission d'un message ADS-B étendu, ledit message ADS-B étendu étant un message élaboré à partir d'un premier message de 112 bits conforme au protocole ADS-B et d'un second message de 336 bits comportant les informations de pilotage, le second message étant intégré au premier message par mise en oeuvre d'une technique de superposition en phase du second message sur 20 le premier message. Suivant des modes particuliers de réalisation ie procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - il comporte les étapes consistant à acquérir par l'aéronef récepteur des 25 informations de vol relatives à l'aéronef récepteur, mettre à jour les informations de vol acquises de maniere à obtenir des informations de vol mises à jour, et, communiquer les informations de vol mises à jour en tant qu'information de pilotage à l'aéronef récepteur -- l'étape consistant à communiquer des informations de vol à l'aéronef 30 récepteur consiste à préparer le premier message de 112 bits conforme au protocole ADS-B, préparer le second message de 336 bits, comportant au moins une information de pilotage de l'aéronef récepteur. moduler le premier message selon une première technique de modulation conforme au protocole ADS-B de manière à obtenir un premier signal, et intégrer le second message avec le premier 35 message par application d'une seconde technique de modulation opérant sur ta 3 phase du premier signal de manière à obtenir un second signal, le second signal étant ensuite transmis vers l'aéronef récepteur ; - l'étape d'acquisition d'informations de vol relatives à l'aéronef récepteur consiste à capter, par l'aéronef émetteur un message ADS-B ou ADS-B étendu émis par l'aéronef récepteur et à en extraire les informations de vol ; - l'information de pilotage est choisie parmi une direction de vol de l'aéronef récepteur, une vitesse de vol de l'aéronef récepteur, une altitude de vol de l'aéronef récepteur, une position d'un point de destination de l'aéronef récepteur, un instant d'arrivé sur un point de destination de l'aéronef ; r - l'aéronef récepteur est un aéronef sans équipage embarqué, notamment un drone ; mporte en outre une étape de cryptage des informations de vol mises à jour avant de les communiquer en tant qu'information de pilotage à l'aéronef récepteur ; et 15 - le second message comporte, en plus des informations de pilotage, des informations de sécurité pour ie décryptage des informations de pilotage par l'aéronef récepteur. L'invention concerne également un ensemble constitué d'un aéronef émetteur et d'un aéronef récepteur, l'aéronef émetteur étant propre à piloter l'aéronef 20 récepteur en mettant en oeuvre le procédé de pilotage tel que défini ci-dessus. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, cette description étant faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels 15 la figure 1 est une représentation générale du contexte de mise en oeuvre de l'invention, présentant un aéronef pilotant à distance un drone ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un message ADB-S étendu utilisé dans la présente invention ; et, - la figure 3 est une représentation sous forme de blocs du procédé de 30 pilotage selon l'invention. La figure 1 représente un aéronef 10 et un drone 20 en vol dans un même espace aérien, contrôlé par une station au sol 30. De manière connue en soi, l'aéronef 10 et le drone 20 sont propres iner des informations de vol les concernant. En particulier, ils sont capables de déterminer leur position instantanée, selon trois coordonnées, à partir d'une constellation de satellites. Ils sont également propres à déterminer, à chaque 4 20 25 30 35 instant, leur vitesse et leur cap. D'autres informations de vol courantes peuvent être déterminées par l'un ou l'autre de ces aéronefs. L'aéronef 10 est équipé d'une unité 12 d'acquisition des informations de vol courantes du drone 20, une unité 14 de mise à jour des informations de vol du drone 20, et un dispositif d'émission/réception ADS-B 16 amélioré. Le drone 20 est équipé d'un dispositif d'émission/réception ADS-B 26 amélioré et d'un ordinateur de vol 28 propre à commander le vol du drone 20. L'unité 12 d'acquisition des informations de vol courantes du drone 20 peut couplée à tout type connu de moyen de détection, tel que par exemple un système de détection radar. Cependant, de manière avantageuse, l'unité 12 utilise les informations de vol indiquées par le drone 20 dans les messages ADS-B M2 que le dispositif d'émission/réception ADS-B 26 du drone 20 diffuse périodiquement et qui sont captés notamment par le dispositif d'émission/réception ADS-B 16 de l'aéronef 10. Le dispositif d'émission/réception ADS-B 16 transmet les messages ADS-B reçus et identifiés comme provenant du drone 20 à l'unité 12, qui en extrait les informations de vol courantes du drone 20. L'unité 14 de mise à jour des informations de vol du drone 20 peut par exemple être une console embarquée à bord de l'aéronef 10 et qui comporte un écran sur lequel sont affichées les informations de vol courantes de drone 20, telles que délivrées en sortie de l'unité 12 d'acquisition. Un algorithme exécuté sur la console ou un opérateur à travers une interface IHM adaptée, détermine des informations de vol mises à jour pour le drone 20. Cette détermination est de préférence effectuée à partir des informations de vol courantes du drone 20 et d'une mission que doit réaliser le drone 20. Les informations de vol mises à jour pour le drone 20, générées en sortie de l'unité 14, sont appliquées en entrée du dispositif d'émission/réception ADS-B 16 en tant qu'information de pilotage à communiquer au drone 20. Le dispositif d'émission/réception ADS-B 16 prend égaiement en entrée les informations de vol courantes de l'aéronef 10. Le dispositif d'émission/réception ADS-13 16 est améliorée de manière à être propre à diffuser des messages ADS-B étendus. Le document US 8 344 936 82 décrit un principe de « Phase Overlay » qui permet de multiplier par quatre ie débit du protocole ADS-B standard, en passant de messages ADS-B standard de 112 bits à des messages ADS-B étendus de 448 bits. IO 5 15 Comme cela est représenté sur la figure 2, pour le pilotage d'un drone, le message ADS-B étendu comporte une première trame F1 de 112 bits et des seconde, troisième et quatrième trames, F2, F3 et F4, de 112 bits chacune. 2,5 La première trame F1 reprend la structure d'un message ADS-B standard, 35 c'est-à-dire un message DF17 comportant les informations de vol de l'aéronef 10. Plus précisément, les bits numérotés de 1 à 5 correspondent à un identifiant DF (pour « Downlink Format ») du format du message, en l'occurrence l'identifiant « 17 » pour l'ADS-B ; les bits numérotés de 6 à 8 correspondent à une capacité CA, pour préciser davantage le format du message ; les bits numérotés de 9 à 32 correspondent à un identifiant ID de l'avion, qui est l'adresse OACI (Organisation de l'Aviation Civile Internationale) attribuée à l'aéronef émetteur ; les bits 33 à 88 correspondent aux informations de vol de l'aéronef émetteur du message ; et les bits 89 à 112 de vérification de parité Pi, pour /imiter les erreurs de transmission. Les autres trames F2, F3 et F4 du message ADS-B étendu sont utilisées pour communiquer au drone 12 des informations adaptées, en particulier les informations de pilotage. Les informations de pilotage du drone 20 sont choisies de préférence parmi une direction de vol du dror,e, une vitesse de vol du drone, une altitude de vol du drone, une position d'un point de destination du drone, un instant d'arrivé sur un point de destination du drone. Par exemple, la seconde trame F2 comporte un premier champ de 5 associé à la direction de vol du drone et un second champ de 56 bits associé à une vitesse du drone ; la troisième trame F3 comporte un champ unique de 112 bits associé à l'altitude de vol du drone ; et la quatrième trame F4 comporte un premier champ de 56 bits associé au point de destination du drone et un second champ de 56 bits associé à l'instant d'arrivée sur un point de destination du drone. La première trame F1 constituant un premier message est modulée selon une première technique de modulation selon la technologie ADS-B de manière à obtenir un premier signal conforme au standard ADS-B. Les autres trames F2, F3 et F4 sont agrégées au sein d'un second message qui est ensuite intégré au premier message, en modulant en phase du premier signal selon une seconde technique de modulation pour obtenir un second signal correspondant à un message ADS-B étendu M2. Puis le dispositif d'émission/réception ADS-B 16 diffuse ce second signal. Un dispositif d'émission/réception ADS-B standard peut capter le message ADS-B étendu mais n'en décodé que la première trame F1, qui correspond à un 6 message ADS-B standard, un tel dispositif standard n'étant pas sensible à la phase du signal reçu. De cette manière, est conservée tinteropérabilité avec les systèmes ADS-B standards. La compatibilité sur l'espace aérien surveillé est donc assurée. Avantageusement, les informations de pilotage sont cryptées par le dispositif d'émission/réception ADS-B 16 avant d'être intégrées dans un message ADS-B étendu. Un processus de cryptage envisageable consiste par exemple à certifier l'aéronef 10 émetteur. Cela permet de répondre au problème de vulnérabilité et d'intégrité de l'information transmise par un message ADB-S standard Une partie des trames F2 à F4 est alors avantageusement utilisée pour transmettre des te informations de sécurité garantissant l'émetteur du message, sous la forme par exemple d'une signature spécifique de l'aéronef 10. Le cryptage des informations de vol permet de sécurisé les messages qui ne sont décodable que par des récepteurs autorisés. Le dispositif d'émission/réception ADS-B 26 du drone 20 est amélioré de 15 manière à être propre à capter les messages ADS-B étendus et décoder toutes les informations contenues dans de tels messages. Il est en particulier propre à extraire les informations de pilotage et à les appliquées en tant que consignes à l'ordinateur de vol 28 du drone 20. L'ordinateur de vol 28 commande le drone 20 conformément à ces consignes. 20 Le procédé 100 de pilotage du drone 20 depuis l'aéronef 10 va maintenant être décrit en référence à la figure 3. Le procédé 100 est itéré périodiquement, par exemple toutes les 100 ms. A l'étape 110, le drone 20 détermine ses informations de vol courantes. A l'étape 120, le drone 20 élabore un message ADS-B standard M2 intégrant les informations de vo i courantes. A l'étape 130, le drone 20 diffuse le message ADS-B standard M2 ainsi élaboré. A l'étape 140, le dispositif 16 de l'aéronef 10 capte le message M2 diffusé par le drone 20. A l'étape 150, l'unité 12 d'acquisition extrait les informations de vol courantes du drone 20 du message M2 capté. A l'étape 160, l'unité 14 met à jour les informations de vol courantes de manière à obtenir des informations de vol mises à jour pour le drone 20. A l'étape 165, les informations mises à jour sont de préférence cryptées en entrée du dispositif d'émission/réception 16. 7 Parallèlement, à l'étape 178, les informations de vol courantes de l'aéronef 10 sont déterminées par l'aéronef 10 et appliquées en entrée du dispositif d'émissionfréception 16. A i'étape 180, un message HOS-8 étendu est généré. Plus précisément, à l'étape 182 le dispositif 16 élabore un premier message de 112 bits conforme au protocole ADS-B à partir des informations de vol courantes de l'aéronef 10. A l'étape 184, le dispositif 16 élabore des seconde, troisième et quatrième s F2, F3 et F4, de 112 bits chacune, à partir des informations de voi mises à n tarit qu'information de pilotage du drone 20 et éventuellement d'autres informations à communiquer au drone 20, telles que des informations de sécurité. ces trames sont agrégées dans un second message. A l'étape 186, le dispositif 16 module le premier message selon une première technique de modulation propre à la technique ADS-B pour obtenir un premier signal conforme au protocole ADS-B. A l'étape 188, le dispositif 16 intègre le second message dans ie premier message en modulant le premier signal conformément à une seconde technique de modulation opérant sur la phase. Un second signal correspondant à un message ADS-B étendu est obtenu. A l'étape 190, l'aéronef 10 diffuse le message ADS-B étendu MA air élaboré. A l'étape 200, le dispositif 26 du drone 20 capte le message ADS-B étendu M2. A l'étape 210, le dispositif 26 du drone 20 extrait et décrypte les informations 25 contenues dans les trames F2, F3 et F4. Il applique les informations de pilotage en tant que consigne en entrée de l'ordinateur de vol 28 du drone 20. A l'étape 220, l'ordinateur de vol 28 pilote le drone conformément aux informations de vol mises à jour. En variante, le message ADS-B émis par le drone 20 est un message ADS-E3 30 étendu qui comportent, en plus des informations de vol dans la trame F1 pour satisfaire à la technologie ADS-B, des informations de vol spécifiques transmises dans les trames F2, F3 et F4. Le pilotage du drone 20 par l'aéronef 10 est fondé sur un protocole de communication utilisant des messages ADS-B étendus. Une chaîne de 336 bits 35 permet une augmentation du débit suffisante pour le pilotage à distance d'un drone. IO 15 20 8 Cette technologie est capable de transmettre des informations en temps réel, c'est-à-dire avec un temps de latence maximum de l'ordre de 100 ris, ce qui est compatible d'une application de pilotage à distance, L'homme du métier constate que la communication a été durcie en rendant les 5 messages ADS-B étendus complètement compréhensible que par les récepteurs ADS-B « autorisés », et avantageusement en garantissant aux récepteurs ADS-B « autorisés » la bonne identité de l'émetteur du message, et ceci tout en restant compatible du réseau civil, c'est-à-dire des récepteurs ADS-B non autorisés qui sont capables de n'interpréter que la première trame d'un message ADS-B étendu. Par ailleurs, la solution proposée autorise des communications entre aéronefs avec un temps de latence faible. La solution proposée permet donc d'utiliser le standard ADS-F3 pour communiquer entre aéronefs, d'augmenter le débit d'une manière suffisante pour permettre le contrôle d'un premier aéronef par un second aéronef, de conserver la 15 compatibilité avec l'espace aérien, et de présenter des temps de latence de la transmission adaptés pour des applications qui nécessitent quelque centaine de millisecondes maximum. Si la description d'un mode de réalisation particulier a été faite en référence à un drone, tout type d'aéronef sans équipage embarqué peut être piloté à distance 20 par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Si la description d'un mode de réalisation particulier a été faite en référence à un message DF17 (ou plus précisément DF=17) de la norme ADS-B, elle peut également être mise en oeuvre sur des messages DF18 (ou DF=18) ou DF19 (ou DF=19) REVENDICATIONS1. Procédé de pilotage (100) d'un aéronef récepteur (20) depuis un aéronef émetteur (10), caractérisé en ce qu'il comporte une étape (180, 190) consistant à communiquer des informations de pilotage à l'aéronef récepteur depuis l'aéronef émetteur par la transmission d'un message ADS-B étendu (M2), ledit message ADS-B étendu étant un message élaboré à partir d'un premier message de 112 bits conforme au protocole ADS-B et d'un second message de 336 bits comportant les informations de pilotage, le second message étant intégré au premier message par n oeuvre d'une technique de superposition en phase du second message sur le premier message. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant - acquérir (150) par l'aéronef récepteur (10) des informations de vol relatives à l'aéronef récepteur ; - mettre à jour (160) les informations de vol acquises de manière à obtenir des informations de vol mises à jour ; et, - communiquer (180) les informations de vol mises à jour en tant qu'information de pilotage à l'aéronef récepteur. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'étape (180) consistant à communiquer des informations de vol à l'aéronef récepteur (20) consiste à 25 - préparer (182) le premier message de 112 bits conforme au protocole ADS-B ; - préparer (184) le second message de 336 bits, comportant au moins une information de pilotage de l'aéronef récepteur ; - moduler (186) le premier message selon une première techniqu 30 modulation conforme au protocole ADS-B de manière à obtenir un premier signal ; et, intégrer (188) le second message avec le premier message par application d'une seconde technique de modulation opérant sur la phase du premier signal de manière à obtenir un second signal, le second signal étant ensuite 15 transmis (190) vers l'aéronef récepteur (20). 36 15 20 10 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape d'acquisition d'informations de vol relatives à l'aéronef récepteur (20) consiste à capter, par l'aéronef émetteur (10) un message ADS-B ou ADS-B étendu émis par l'aéronef récepteur (20) et à en extraire les informations de vol. 5, Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'information de pilotage est choisie parmi une direction de vol de l'aéronef récepteur, une vitesse de vol de l'aéronef récepteur, une altitude de vol de l'aéronef récepteur, une position d'un point de destination de l'aéronef récepteur, un instant d'arrivé sur un point de destination de l'aéronef. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'aéronef récepteur est un aéronef sans équipage embarqué, notamment un drone (20). 15 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant en outre une étape de cryptage des informations de vol mises à jour avant de les communiquer en tant qu'information de pilotage à l'aéronef récepteur. 70 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le second message comporte, en plus des informations de pilotage, des informations de sécurité pour le décryptage des informations de pilotage par l'aéronef récepteur (20). 9. Ensemble constitué d'un aéronef émetteur (10) et d'un aéronef récepteur (20), caractérisé en ce que l'aéronef émetteur est propre à piloter l'aéronef récepteur en mettant en oeuvre le procédé de pilotage (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.