Brevet FR3080461A1 — publié le 20191025

I Procédé de géolocalisation d'un émetteur, système de géolocalisation et produit programme d'ordinateur associés La présente invention concerne un procédé de géolocalisation d'un émetteur. La présente invention concerne également un système de géolocalisation et un produit programme d'ordinateur associés. Ce système permet notamment de géolocaliser un émetteur disposé par exemple au sol par au moins deux drones. On entend par « drone », un engin volant dans l'atmosphère terrestre et pilotable au moins partiellement de manière autonome et/ou distante. 10 Dans l'état de la technique, il est connu d'utiliser des drones pour géolocaliser un ou plusieurs émetteurs disposés par exemple au sol. L'émetteur est apte à émettre des signaux radioélectriques. En analysant les signaux émis par l'émetteur et reçus par au moins deux drones se trouvant suffisamment loin l'un de l'autre, il est généralement possible de déterminer la 15 position exacte de l'émetteur. Pour ce faire, l'état de la technique propose notamment une technique connue sous l'acronyme anglais TDOA (« Time Difference Of Arrivai ») qui utilise la différence des instants de réception par différents drones des signaux radioélectriques de type prédéterminé issue de l'émetteur et les positions connues de ces drones. 20 Toutefois, cette technique n'est complètement satisfaisante dans la mesure où l'émission de ces signaux doit se faire dans une large bande pour que l'émetteur soit observable. Il existe également une technique connue sous l'acronyme anglais FDOA (« Frequency Difference Of Arrivai ») qui utilise la différence des fréquences d'arrivée des 25 signaux radioélectriques de type prédéterminé vers des drones différents et les positions connues de ces drones. Toutefois, cette technique n'est pas non plus satisfaisante car une émission de longue durée est généralement requise pour que l'émetteur soit observable selon cette technique. 30 Il existe finalement des techniques combinant ces deux techniques mais cela ne permet pas de remédier complètement aux inconvénients précités. La présente invention a pour but de proposer un procédé de géolocalisation d'un émetteur permettant de déterminer la position de l'émetteur de manière particulièrement précise et ceci, indépendamment du type de signaux émis par l'émetteur. 35 À cet effet, l'invention a pour objet un procédé de géolocalisation d'un émetteur de signaux radioélectriques par au moins deux drones, chaque drone comportant un 2 module de communication apte à recevoir des signaux radioélectriques issus de l'émetteur. Le procédé comprend les étapes suivantes : prise d'une pluralité de mesures par chacun des drones en défilement, chaque pluralité de mesures comprenant des mesures de puissances de signaux radioélectriques reçus de l'émetteur et au moins un type de mesures choisi dans un premier groupe consistant en :mesures de directions d'arrivée des signaux radioélectriques reçus de l'émetteur ; mesures d'instants d'arrivée d'une séquence de signal de type prédéterminé issue de l'émetteur ; et mesures de fréquences d'arrivée d'une pluralité de séquences de signal de type prédéterminé issues de l'émetteur ; analyse de l'ensemble des mesures prises et détermination de la position relative de l'émetteur par rapport à l'un des drones ; et détermination de la position absolue de l'émetteur en fonction de ladite position relative et de la position absolue du drone correspondant. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'étape d'analyse de l'ensemble des mesures comprend la détermination de la différence des mesures de puissance prises par les drones différents (16, 18) aux mêmes instants ; - l'étape d'analyse de l'ensemble des mesures comprend en outre la détermination d'au moins un type de différence choisi dans un deuxième groupe consistant en : différence des mesures d'instants d'arrivée prises par les drones différents et correspondant aux mêmes séquences de signal de type prédéterminé ; et différence des mesures de fréquences d'arrivée prises par les drones différents et correspondant aux mêmes pluralités de séquences de signal de type prédéterminé ; - l'étape de prise d'une pluralité de mesures par chacun des drones comprend la prise de chaque type de mesure du premier groupe et l'étape d'analyse de l'ensemble des mesures comprend la détermination de chaque type de différence du deuxième groupe ; - l'étape d'analyse de l'ensemble des mesures comprend en outre la mise en oeuvre d'une technique de triangulation en utilisant les mesures de directions d'arrivée prises par les drones différents aux mêmes instants ; - les modules de communication des drones sont aptes en outre à établir une liaison de données configurée pour transmettre des données entre ces modules de communication sous la forme de signaux radioélectrique ; - une étape de transmission via la liaison de données de la pluralité de mesures prises par l'un des drones, dit drone secondaire, vers l'autre drone, dit drone principal ; 3 l'étape d'analyse de l'ensemble des mesures prises étant mise en oeuvre par le drone principal ; - chacun des drones comporte en outre une horloge synchronisée avec une horloge de référence ou avec l'horloge de l'autre drone ; 5 L'invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsque mises en oeuvre par un équipement informatique, mettent en oeuvre le procédé tel que défini précédemment. L'invention a également pour objet un système de géolocalisation d'un émetteur comportant deux modules de communication embarqués dans des drones différents et 10 configurés pour mettre en oeuvre le procédé tel que décrit précédemment. Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un système de géolocalisation d'un 15 émetteur selon l'invention ; et - la figure 2 est un organigramme d'un procédé de géolocalisation de l'émetteur de la figure 1, le procédé étant mis en oeuvre par le système de la figure 1. Le système de géolocalisation 10 d'un émetteur 11 selon l'invention est illustré schématiquement sur la figure 1. 20 L'émetteur 11 est par exemple disposé au sol de façon fixe ou mobile. Il correspond par exemple à une balise d'observation associée à un objet d'intérêt. L'émetteur 11 est apte à émettre des signaux radioélectriques. Par ailleurs, de façon optionnelle, parmi les signaux radioélectriques émis par l'émetteur 11, certains signaux correspondent à une ou plusieurs séquences de signal de 25 type connu et prédéterminé qui sont détectables par le système 10 comme cela sera expliqué par la suite. Ces séquences de signal de type connu correspondent par exemple à des séquences d'apprentissage des canaux de synchronisation. En référence à la figure 1, le système 10 comporte deux modules de communication 12 et 14 embarqués dans des drones différents, respectivement 16 et 18. 30 Comme mentionné précédemment, on entend par « drone », un engin volant dans l'atmosphère terrestre et pilotable au moins partiellement de manière autonome et/ou distante. Un tel drone est par exemple à voilure fixe ou rotative. Le drone 16 est dit par la suite drone principal et le drone 18 est dit par la suite drone secondaire. 4 Chaque module de communication 12, 14 est apte à recevoir des signaux radioélectriques issus de l'émetteur 11 et éventuellement, à envoyer des signaux radioélectriques vers cet émetteur 11. Les modules de communication 12, 14 sont aptes en outre à établir une liaison de 5 données entre eux qui est configurée pour transmettre des données entre ces modules sous la forme de signaux radioélectriques. En particulier, chaque module de communication 12, 14 comporte une antenne 22, 24 et une unité de traitement 32, 34. Chaque antenne 22, 24 est apte à émettre et à recevoir des signaux 10 radioélectriques et comporte au moins un élément aérien. Selon un exemple de réalisation, chaque antenne comporte 22, 24 en outre une pluralité d'antennes élémentaires disposées selon une configuration géométrique prédéterminée sur une surface. Chaque antenne élémentaire est apte à mesurer la puissance, l'amplitude, la fréquence et la phase des signaux radioélectriques reçus. 15 Dans le cas où chaque antenne 22, 24 comporte plusieurs éléments aériens et une pluralité d'antennes élémentaires, en analysant au minimum les mesures de phase et la configuration géométrique de la disposition des antennes élémentaires, elle est apte à déterminer, par un procédé de goniométrie connu en soi, la direction de la provenance des signaux radioélectriques reçus 20 Chaque unité de traitement 32, 34 est apte à générer au moins certains des signaux radioélectriques destinés à être émis par l'antenne correspondante 22, 24 et à analyser au moins certains des signaux radioélectriques reçus par cette antenne comme cela sera expliqué par la suite. En outre, chaque unité de traitement 32, 34 est apte à déterminer la position 25 exacte du drone correspondant 16, 18 en utilisant des signaux radioélectriques issus d'un et de plusieurs systèmes de positionnement par satellites connus également sous le sigle anglais GNSS (pour « Global Navigation Satellite System »). En variante, chaque unité de traitement 32, 34 est apte à déterminer la position du drone correspondant 16, 18 en utilisant tout autre moyen connu en soi. 30 Chaque unité de traitement 32, 34 se présente par exemple au moins partiellement sous la forme d'un mini-calculateur muni d'un processeur et d'une mémoire. Cette mémoire est notamment apte à stocker une pluralité de logiciels exécutables par le processeur. En variante ou en complément, l'unité de traitement 32 se présente au moins 35 partiellement sous la forme d'un ou de plusieurs circuits programmables par exemple de type FPGA (de l'anglais « Field-Programmable Gate Array »). 5 Finalement, selon un exemple de réalisation, chaque module de communication 12, 14 comporte en outre une horloge interne qui peut être synchronisée avec une horloge de référence par exemple d'un système GNSS ou avec l'horloge de l'autre module de communication 12, 14 via notamment la liaison des données établie entre ces 5 modules. Le procédé de géolocalisation de l'émetteur 11 mis en oeuvre par le système de géolocalisation 10 selon l'invention sera désormais expliqué en référence à la figure 2 présentant un organigramme de ses étapes. Initialement, les drones 16, 18 volent à proximité de l'émetteur 11, c'est-à-dire 10 dans une zone dans laquelle les antennes 22, 24 de ces drones sont aptes à recevoir au moins certains des signaux radioélectriques émis par l'émetteur 11. L'émetteur 11 émet par exemple des signaux radioélectriques de manière permanente, comportant éventuellement des séquences de signal de type prédéterminé. Les drones 16, 18 suivent par exemple une trajectoire prédéterminée qui peut être 15 modifiée lorsque les antennes correspondantes détectent des signaux provenant de l'émetteur 11. Dans ce cas, les drones 16, 18 se mettent en défilement selon une trajectoire prédéterminée autour de l'émetteur 11. Par ailleurs, les trajectoires de défilement des drones 16, 18 sont choisies de telle sorte que les drones 16, 18 soient séparés l'un de l'autre par une distance significative 20 par rapport aux distances séparant chacun des drones 16, 18 de l'émetteur 11. Par « distance significative » par rapport à une autre distance, on comprend une distance égale à au moins 10% de cette autre distance. Lors des étapes initiales 110 et 120 du procédé mises en oeuvre par exemple en parallèle par les modules de communication 12, 14 des drones 16, 18, le module de 25 communication 12, 14 correspondant prend une pluralité de mesures. Chaque pluralité de mesures comprend des mesures de puissances de signaux radioélectriques reçus de l'émetteur 11 et au moins un type de mesures choisi dans un premier groupe consistant en : - mesures de directions d'arrivée des signaux radioélectriques reçus de 30 l'émetteur ; - mesures d'instants d'arrivée d'une séquence de signal de type prédéterminé issue de l'émetteur ; et - mesures de fréquences d'arrivée d'une pluralité de séquences de signal de type prédéterminé issues de l'émetteur. 35 Les mesures de puissance et de directions d'arrivée sont effectuées en utilisant les antennes 22, 24 correspondantes et éventuellement, les antennes élémentaires de 6 ces antennes. Les mesures de puissance correspondent par exemple à des valeurs connues sous l'acronyme anglais RSSI (« Received Field Strength Indicator »). Les mesures d'instants d'arrivée et de fréquences d'arrivée sont effectuées en utilisant l'horloge du module de communication correspondant 12, 14. 5 Par ailleurs, comme décrit précédemment, les signaux radioélectriques émis par l'émetteur 11 et correspondant aux séquences de signal de type prédéterminé sont reconnues par le module de communication correspondant 12, 14 en tant que séquences de ce type ce qui lui permet de déclencher les mesures des instants de leur arrivée et/ou des fréquences de leur arrivée. 10 Selon un exemple de réalisation, chaque pluralité de mesures comprend l'ensemble des types de mesure du premier groupe. Lors de l'étape 130 suivante, le module de communication 14 du drone secondaire 18 transmet la pluralité de mesures prise au module de communication 12 du drone principal 16, éventuellement avec sa position actuelle. Cette position est par exemple 15 déterminée par l'unité de traitement 34 de ce drone secondaire 18 en utilisant des signaux issus d'un ou de plusieurs systèmes GNSS. Lors de l'étape 140 suivante, l'unité de traitement 32 du drone principal 16 analyse la pluralité de mesures prise par ce drone ainsi que la pluralité de mesures transmise par le module de communication 14 du drone secondaire 18, afin de déterminer la position 20 relative de l'émetteur 11 par rapport par exemple au drone principal 16. Pour ce faire, l'unité de traitement 32 détermine notamment la différence des mesures de puissance prises par les modules de communication 12, 14 aux mêmes instants. L'unité de traitement 32 détermine également au moins un type de différence 25 choisi dans un deuxième groupe consistant en : - différence des mesures d'instants d'arrivée prises par les modules de communication 12, 14 et correspondant aux mêmes séquences de signal de type prédéterminé ; et - différence des mesures de fréquences d'arrivée prises par les modules de 30 communication 12, 14 et correspondant aux mêmes pluralités de séquences de signal de type prédéterminé. Selon un exemple de réalisation, l'unité de traitement 32 détermine les différences de chaque type du deuxième groupe, lorsque les mesures correspondantes sont disponibles. 35 Puis, l'unité de traitement 32 utilise l'ensemble des différences déterminées ainsi que la distance séparant les drones 16, 18 pour déterminer la position relative de 7 l'émetteur 11. La distance séparant les drones 16, 18 est déterminée en utilisant les positions connues des deux drones. Comme la position du drone secondaire 18, la position du drone principal 16 est déterminée par l'unité de traitement 32 correspondante à partir d'un ou plusieurs systèmes GNSS ou à partir d'un procédé de géolocalisation 5 alternatif. La localisation des émetteurs 11 est obtenue par un procédé de localisation hybride exploitant les différentes mesures ainsi que le défilement des drones. En particulier, en utilisant la différence des mesures de puissance, l'unité de traitement 32 met en oeuvre une technique connue sous l'acronyme anglais PDOA 10 (« Power Difference Of Arrivai »). En utilisant la différence des mesures d'instant d'arrivée, l'unité de traitement 32 met ainsi en oeuvre une technique connue sous l'acronyme anglais TDOA (« Time Difference Of Arrivai »). En déterminant la différence des mesures de fréquences d'arrivée, l'unité de 15 traitement 32 met ainsi en oeuvre une technique connue sous l'acronyme anglais FDOA (« Frequency Difference Of Arrivai »). Finalement, selon un exemple de réalisation, lors de cette étape 140, l'unité de traitement 32 utilise également les éventuelles mesures de directions d'arrivée et met ainsi en oeuvre une technique connue de triangulation, notamment si la goniométrie ne 20 délivre que l'azimut ou si l'émetteur est assez éloigné des drones, ou de localisation par intersection d'un modèle de terre avec des éventuelles goniométries en azimut et site. Lors de l'étape 150 suivante, l'unité de traitement 32 détermine la position absolue de l'émetteur 11 en utilisant la position relative déterminée lors de l'étape 140 et la position connue du drone principal 18. 25 Bien entendu, les étapes 140 et 150 du procédé selon l'invention peuvent être implémentées par toute autre unité de traitement comme par exemple une unité de traitement disposée à distance de chacun des drones 16, 18. Dans ce cas, lors de l'étape 130, les modules de communication 12, 14 des deux drones transmettent vers cette unité de traitement l'ensemble des mesures prises ainsi que ses positions. 30 En outre, il doit être compris que le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de manière analogue en relation avec une pluralité d'émetteurs. De plus, le nombre des drones utilisés peut être supérieur à deux ce qui permettra d'améliorer la précision du procédé. On conçoit alors que l'invention présente un certain nombre d'avantages. 35 En effet, l'invention permet de mettre en oeuvre au moins trois techniques de natures différentes de détermination de la position d'un émetteur et de les combiner. Ceci 8 permet alors de remédier aux inconvénients des techniques TDOA et FDOA dont la mise en oeuvre n'est pas toujours possible. En particulier, une telle combinaison permet de déterminer la position de l'émetteur indépendamment du type de signaux transmis par l'émetteur. 5 Par ailleurs, la combinaison de l'ensemble des techniques précitées permet d'obtenir REVENDICATIONS1.- Procédé de géolocalisation d'un émetteur (11) de signaux radioélectriques par au moins deux drones (16, 18), chaque drone (16, 18) comportant un module de communication (12, 14) apte à recevoir des signaux radioélectriques issus de l'émetteur (11) ; le procédé comprenant les étapes suivantes ; - prise (110, 120) d'une pluralité de mesures par chacun des drones (16, 18) en défilement, chaque pluralité de mesures comprenant des mesures de puissances de signaux radioélectriques reçus de l'émetteur (11) et au moins un type de mesures choisi dans un premier groupe consistant en : - mesures de directions d'arrivée des signaux radioélectriques reçus de l'émetteur (11) ; - mesures d'instants d'arrivée d'une séquence de signal de type prédéterminé issue de l'émetteur (11) ; et - mesures de fréquences d'arrivée d'une pluralité de séquences de signal de type prédéterminé issues de l'émetteur (11) ; - analyse (140) de l'ensemble des mesures prises et détermination de la position relative de l'émetteur (11) par rapport à l'un des drones (16, 18) ; - détermination (150) de la position absolue de l'émetteur (11) en fonction de ladite position relative et de la position absolue du drone correspondant (16, 18). 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (140) d'analyse de l'ensemble des mesures comprend la détermination de la différence des mesures de puissance prises par les drones différents (16, 18) aux mêmes instants. 3.- Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape (140) d'analyse de l'ensemble des mesures comprend en outre la détermination d'au moins un type de différence choisi dans un deuxième groupe consistant en : - différence des mesures d'instants d'arrivée prises par les drones différents (16, 18) et correspondant aux mêmes séquences de signal de type prédéterminé ; et - différence des mesures de fréquences d'arrivée prises par les drones différents (16, 18) et correspondant aux mêmes pluralités de séquences de signal de type prédéterminé. 10 4.- Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape (110, 120) de prise d'une pluralité de mesures par chacun des drones (16, 18) comprend la prise de chaque type de mesure du premier groupe et l'étape (140) d'analyse de l'ensemble des mesures comprend la détermination de chaque type de différence du deuxième groupe. 5 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape (140) d'analyse de l'ensemble des mesures comprend en outre la mise en oeuvre d'une technique de triangulation en utilisant les mesures de directions d'arrivée prises par les drones différents (16, 18) aux mêmes instants. 10 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les modules de communication (12, 14) des drones (16, 18) sont aptes en outre à établir une liaison de données configurée pour transmettre des données entre ces modules de communication (12, 14) sous la forme de signaux radioélectriques. 15 7.- Procédé selon la revendication 6, comprenant en outre une étape (130) de transmission via la liaison de données de la pluralité de mesures prises par l'un des drones (18), dit drone secondaire, vers l'autre drone (16), dit drone principal ; l'étape (140) d'analyse de l'ensemble des mesures prises étant mise en oeuvre par 20 le drone principal (16). 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chacun des drones (16, 18) comporte en outre une horloge synchronisée avec une horloge de référence ou avec l'horloge de l'autre drone (16, 18). 25 9.- Produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsque mises en oeuvre par un équipement informatique, mettent en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 30 10.- Système de géolocalisation (10) d'un émetteur (11) comportant deux modules de communication (12, 14) embarqués dans des drones différents (16, 18) et configurés pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.