Brevet FR3089081A1 — publié le 20200529

Description Titre de l'invention : Procédé d'échange de données entre des drones d'un essaim de drones [0001] La présente invention concerne un procédé d'échange de données entre des drones d'un essaim (le drones. La présente invention porte aussi sur un essaim de drones propre à mettre en oeuvre un tel procédé d'échange de données. [0002] Un essaim de drones, aussi appelé réseau de drones, désigne un ensemble (le drones évoluant à proximité les uns des autres. Afin de communiquer entre eux, les drones d'un tel essaim sont classiquement pourvus de dispositifs de communication radiofréquence. En outre, de tels droncs sont généralement équipés de dispositifs de localisation GPS (de l'anglais Global Positioning System) leur permettant de se localiser et de transmettre leur position aux autres drones de l'essaim. [0003] Néanmoins, les échanges de données par communication radiofréquence sont sus- ceptibles d'être brouillés, et ne sont donc pas suffisamment robustes pour des applications critiques. De même, la localisation via un dispositif de localisation GPS est facilement brouillable. [0004] 11 existe donc un besoin pour un procédé d'échange de données entre des droncs d'un essaim de drones permettant l'identification et la localisation des droncs de l'essaim qui soit robuste et qui ne nécessite pas l'ajout d'un dispositif de localisation sur chaque drone. [0005] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'échange dc données entre des drones d'un essaim dc drones, l'essaim dc drones comprenant au moins quatre drones, chaque drone étant muni d'un identifiant propre au drone, chaque drone comprenant au moins un émetteur, au moins un récepteur et un calculateur, chaque récepteur comprenant une matrice dc pixels configurée de sorte que chaque signal soit reçu sur un nombre de pixels de la matrice de pixels strictement inférieur au nombre total de pixels dc la matrice de pixels, le procédé comprenant à chaque instant : [0006] - l'émission, par l'émetteur dc chaque drone, d'un signal comprenant des données à émettre, les données à émettre comprenant l'identifiant du drone, ainsi que la direction et l'identifiant de chaque signal reçu à l'instant précédent par le récepteur du drone, [0007] - la réception, par le récepteur d'au moins un drone, dit drone récepteur, du signal émis par au moins un autre drone de l'essaim, [0008] - la détermination, par le calculateur de chaque drone récepteur, de la direction de chaque signal reçu en fonction de la position du ou des pixels de la matrice de pixels recevant le signal, et [0009] - le cas échéant, la détermination, par le calculateur de chaque drone récepteur, pour 2 chaque signal reçu, de la position relative du dronc correspondant à l'identifiant du signal reçu en fonction de la direction déterminée pour le signal reçu et d'au moins deux directions obtenues à l'instant précédent par le récepteur du dronc récepteur et correspondant au même identifiant que le signal reçu. [0010] Selon d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé d'échange de données comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : [0011] - le récepteur de chaque dronc comprend un capteur à détection d'événements, la matrice de pixels étant comprise dans le capteur à détection d'événements ; [0012] - au moins l'un des droncs, dit dronc de référence, est associé à une position absolue, les données à émettre par l'émetteur du dronc de référence comprenant la position absolue du dronc de référence, le procédé comprenant, en outre, la détermination, par chaque drone récepteur recevant le signal émis par le dronc de référence, de la position absolue de chaque drone pour lequel une position relative a été déterminée par le dronc récepteur en fonction de la position absolue du dronc de référence et des positions relatives déterminées par le dronc récepteur ; [0013] - le ou au moins l'un des drones de référence est immobile au sol ; [0014] - le ou au moins l'un des drones de référence est porteur d'un système de localisation absolue ; [0015] - au moins l'un des droncs de l'essaim comprend un capteur configuré pour détecter la présence d'objets dans le champ du capteur, le procédé comprenant, à chaque instant, pour le drone : [0016] - la détection des objets dans le champ du capteur, et [0017] - pour chaque objet détecté, la classification de l'objet comme étant étranger à l'essaim de drones lorsqu'aucun signal n'est reçu en provenance de l'objet ou lorsque le signal reçu pour l'objet ne comprend pas l'identifiant d'un drone de l'essaim ; [0018] - chaque émetteur est un émetteur grand champ ; [0019] - chaque émetteur est configuré pour émettre des signaux sur un angle solide au moins égal à 2:7 stéradians, de préférence chaque drone comprenant au moins deux émetteurs diamétralement opposés de sorte à émettre des signaux sur un angle solide de 4n stéradians ; [0020] - l'émetteur de chaque drone est un émetteur laser, de préférence dans la gamme de longueur d'ondes comprises entre 0,7 micromètre et 1.6 micromètre ; [0021] - chaque récepteur est un récepteur grand champ. [0022] L'invention concerne, en outre, un essaim de drones comprenant au moins quatre drones, chaque drone étant muni d'un identifiant propre au drone, chaque drone comprenant au moins un émetteur, au moins un récepteur et un calculateur, chaque récepteur comprenant une matrice de pixels configurée de sorte que chaque signal soit 3 reçu sur un nombre de pixels de la matrice de pixels strictement inférieur au nombre total de pixels de la matrice de pixels, l'essaim de drones étant propre à mettre en oeuvre un procédé d'échange de données tel que décrit précédemment. [0023] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement, et en référence aux dessins qui sont : [0024] - [fig.1] une représentation schématique d'un essaim de droncs, [0025] - [fig.2] une représentation schématique de l'essaim de droncs de la figure 1 en situation d'échange de données et sur laquelle est, en outre, représentée la matrice de pixels correspondant au récepteur de chaque dronc. Un essaim 10 de droncs 12 comprenant une pluralité de droncs 12 est illustré par les figures 1 et 2. Un dronc est un aéronef sans pilote et sans humain à bord qui est généralement télécommandé. [0026] En particulier, l'essaim 10 de drones 12 illustré par les figures 1 et 2 comprend quatre droncs 12A, 12B, 12C, 12D. En variante, l'essaim 10 de droncs 12 comprend un nombre de droncs 12 strictement supérieur à quatre. [0027] Chaque drone 12 est muni d'un identifiant propre au dronc 12. A titre d'exemple, un identifiant est un numéro spécifique au dronc 12 et qui diffère d'un dronc 12 de l'essaim 10 à un autre. [0028] Avantageusement, au moins l'un des droncs 12, dit drone de référence, est associé à une position absolue. Dans ce cas, la position absolue du drone de référence est, par exemple, mémorisée dans une mémoire du drone de référence. Par exemple, le drone de référence est immobile sur une surface fixe, telle que le sol. [0029] En variante, le drone de référence est porteur d'un système de localisation absolue. [0030] Par exemple, le drone de référence est muni d'un système de localisation, tel qu'un système de type chercheur d'étoile, qui permet de localiser la position du drone de référence à chaque instant. [0031] Chaque drone 12 comprend au moins un émetteur 14, au moins un récepteur 16, un calculateur 18 et une mémoire 20. Optionnellement, au moins l'un des drones 12 de l'essaim 10 comprend un capteur 22. [0032] Chaque émetteur 14 est, de préférence, un émetteur grand champ. Un émetteur grand champ est défini comme étant un émetteur configuré pour émettre un signal sur un angle solide strictement supérieur à 10° par 10° Ainsi, un émetteur grand champ permet d'émettre un signal dans une pluralité de directions autour du drone 12. [0033] De préférence, chaque émetteur 14 est configuré pour émettre des signaux sur un angle solide au moins égal à 2ot stéradians (hémisphère). Dans l'exemple illustré par les figures 1 et 2, chaque drone 12 comprend au moins deux émetteurs 14 diamétralement opposés de sorte à émettre des signaux sur un angle solide de 47c stéradians (sphère) autour du drone 12. [0034] L'émetteur 14 de chaque dronc 12 est configuré pour émettre un signal optique. Ainsi, l'émetteur 14 de chaque dronc 12 n'émet aucun signal radiofréquence. [0035] L'émetteur 14 de chaque dronc 12 est, avantageusement, un émetteur laser. La gamme de longueur d'onde de l'émetteur laser est, par exemple, comprise entre 0,7 micromètre (pm) et 1.6 micromètre. [0036] Le récepteur 16 de chaque dronc 12 est un récepteur grand champ. Un récepteur grand champ est défini comme étant un récepteur configuré pour recevoir un signal sur un angle solide strictement supérieur à 10° par 10°. Ainsi, un récepteur grand champ permet de recevoir des signaux en provenance d'une pluralité de directions autour du dronc 12. [0037] Par exemple, chaque récepteur grand champ est configuré pour recevoir des signaux sur un angle solide au moins égal à 90° par 120°. [0038] De préférence, chaque dronc 12 comprend au moins quatre récepteurs 14 or- thogonaux à un même plan et décalés de 90°. Ainsi, cela permet de couvrir des signaux en provenance des quatre points cardinaux autour du dronc 12. [0039] Chaque récepteur 16 comprend une matrice de pixels 23 configurée de sorte que chaque signal soit reçu sur un nombre de pixels de la matrice de pixels 23 strictement inférieur au nombre total de pixels de la matrice de pixels 23. Typiquement, chaque pixel de la matrice est associé à une direction. Ainsi, cela permet la détermination de la direction de chaque signal reçu par la matrice de pixels 23. [0040] De préférence, chaque récepteur 16 comprend un capteur à détection d'évènements, la matrice de pixels 23 étant comprise dans le capteur à détection d'événements. Un capteur à détection d'événements est un capteur comprenant une matrice de pixels dont les pixels sont autonomes et propres à réagir indépendamment les uns des autres avec un temps de réponse généralement de l'ordre de la microseconde. Un capteur à détection d'événement est propre à capter et à transmettre uniquement les changements d'événements et non toute la scène, comme le font les capteurs d'image traditionnels. Ainsi, par rapport à un capteur d'image traditionnel, un capteur à détection d'événements présente un temps de latence, un volume de données à traiter et une consommation de courant réduits. En outre, un capteur à détection d'évènements a une grande bande passante, typiquement supérieure à 1 mégabit par seconde [0041] Le calculateur 18 est, par exemple, un processeur. [0042] Le capteur 22 est configuré pour détecter la présence d'objets dans le champ du capteur 22. De tels objets sont, avantageusement, des objets électroniques. Par exemple, de tels objets sont les autres drones 12 de l'essaim 10, des drones n'appartenant pas à l'essaim ou encore des aéronefs. [0043] Le fonctionnement de l'essaim 10 de drones 12 de la figure 1 est maintenant décrit en référence à la figure 2 qui illustre un exemple de mise en oeuvre d'un procédé d'échange de données selon l'invention. Les étapes d'un tel procédé sont mises en oeuvre à chaque instant, c'est-à-dire en temps réel. [0044] Le procédé d'échange de données comprend une étape 100 d'émission par l'émetteur 14 de chaque drone 12 d'un signal comprenant des données à émettre. Les données à émettre comprennent l'identifiant du drone 12, ainsi que la direction et l'identifiant de chaque signal reçu à l'instant précédent par le récepteur 16 du drone 12. De tels signaux reçus à l'instant précédent sont des signaux en provenance d'autres drones 12 de l'essaim 10. Avantageusement, le signal comprenant les données à émettre comprend, en outre, des données utiles à la communication entre drones, telle que des instructions d'un drone à un autre. [0045] Lorsqu'au moins l'un des drones 12, dit drone de référence est associé à une position absolue, les données à émettre par l'émetteur 14 du drone de référence comprennent, également, la position absolue du drone de référence. [0046] La direction et l'identifiant de chaque signal reçu par chaque drone 12 à l'instant précédent sont, par exemple, mémorisés dans la mémoire 20 du drone 12. La mémoire 20 de chaque drone 12 est, comme cela sera décrit dans ce qui suit, mise à jour à chaque instant. [0047] Ainsi, lors de l'initialisation d'un drone 12, les données à émettre comprennent uniquement l'identifiant du drone 12 puisque le drone 12 n'a pas reçu de signal à l'instant précédent. Lors de l'initialisation d'un drone de référence, les données à émettre comprennent uniquement l'identifiant du drone de référence et la position absolue du drone de référence puisque le drone de référence n'a pas reçu de signal à l'instant précédent. [0048] Dans l'exemple illustré par la figure 2, chacun des quatre drones 12A, 12B, 12C et 12D de l'essaim 10 émet un signal à destination des autres drones 12 de l'essaim 10. [0049] Le procédé d'échange de données comprend une étape 110 de réception, par le récepteur 16 d'au moins un drone 12, dit drone récepteur, du signal émis par au moins un autre drone 12 de l'essaim 10. [0050] Dans l'exemple illustré par la figure 2, chacun des quatre drones 12A à 12D de l'essaim 10 reçoit un signal en provenance de chacun des trois autres drones 12 de l'essaim 10. En effet, dans l'exemple illustré par la figure 2, aucun élément, tel qu'un bâtiment ou de la végétation, ne vient masquer les signaux émis par les différents drones 12 de l'essaim 10. Ainsi, dans cet exemple, chaque drone 12 de l'essaim 10 est un drone récepteur. [0051] Par contre si, par exemple, le drone 12D était masqué par un bâtiment, les autres drones 12A à 12C ne recevraient pas de signaux en provenance du drone 12D et le drone 12D ne recevrait pas de signaux en provenance des drones 12A à 12C. [0052] Le procédé d'échange de données comprend une étape 120 de détermination, par le 6 calculateur 18 de chaque dronc récepteur, de la direction de chaque signal reçu en fonction de la position du ou des pixels de la matrice de pixels 23 recevant le signal. En effet, chaque pixel de la matrice de pixels 23 étant associé à une direction (dans l'espace réel), la direction de chaque signal reçu est déterminé en fonction de la position, sur la matrice de pixels 23, du ou des pixels recevant le signal. [0053] De manière générale, un signal reçu en haut à gauche, respectivement à droite, de la matrice de pixels sera considéré comme étant en provenance d'un dronc à gauche, respectivement à droite, du drone récepteur et à une hauteur supérieure ou égale à celle du drone récepteur. Un signal reçu en bas à gauche, respectivement à droite, de la matrice de pixels sera considéré comme étant en provenance d'un dronc à gauche, respectivement à droite, du drone récepteur et à une hauteur inférieure ou égale à celle du drone récepteur. Par exemple, pour le dronc 12A illustré en figure 2, le signal en provenance du dronc 12B se situe en haut à droite de la matrice de pixels 23 du récepteur 16 du drone 12A. Le signal en provenance du drone 12C se situe en bas à gauche de la matrice de pixels 23 du récepteur 16 du drone 12A et le signal reçu en provenance du dronc 12D se situe en bas à droite de la matrice de pixels 23 du récepteur 16 du drone 12A. [0054] La direction est déterminée, par exemple, en termes d'angle de site et d'angle de gisement. L'angle de gisement est l'angle formé entre l'axe longitudinal du dronc récepteur et la direction du signal reçu. L'angle de site, aussi appelé angle d'élévation, est l'angle formé entre le plan horizontal du drone récepteur et la direction du signal reçu. [0055] Le procédé d'échange de données comprend une étape 130 de détermination, par le calculateur 18 de chaque chone récepteur, pour chaque signal reçu, de la position relative du drone 12 correspondant à l'identifiant du signal reçu. [0056] La position relative du drone 12 correspondant est déterminée en fonction de la direction déterminée pour le signal reçu et d'au moins deux directions obtenues à l'instant précédent par le récepteur 16 du drone 12 et correspondant au même identifiant que le signal reçu. Ainsi, une position relative est obtenue à l'étape de détermination 130 seulement lorsque la mémoire 20 du drone récepteur comprend la direction de deux signaux ayant le même identifiant que le signal reçu. [0057] Plus précisément, la position relative des drones 12 correspondants à chaque signal reçu est déterminée par triangulation. La triangulation est une méthode permettant de déterminer la position d'un point en mesurant les angles entre le point et d'autres points de référence dont la position est connue, et ceci plutôt que de mesurer directement la distance entre les points. Un tel point peut être considéré comme étant le troisième sommet d'un triangle dont on connaît deux angles et la longueur d'un côté. [0058] A l'issue de l'étape de détermination 130, la mémoire 20 de chaque drone 12 est, 7 également, mise à jour en remplaçant les directions et identifiants mémorisés dans la mémoire 20 par la direction déterminée pour chaque signal reçu associé à l'identifiant du drone 12 compris dans les données de chaque signal reçu. [0059] Lorsqu'au moins l'un des drones 12, dit drone de référence, est associé à une position absolue, le procédé d'échange comprend une étape de détermination 140, par le drone de référence, et par chaque drone récepteur recevant le signal émis par le drone de référence, de la position absolue de chaque drone 12 pour lequel une position relative a été déterminée par le drone récepteur. [0060] La position absolue du drone 12 correspondant à l'identifiant de chaque signal reçu est déterminée en fonction de la position absolue du drone de référence et des positions relatives déterminées lors de l'étape de détermination 130. [0061] Les matrices fournissant le site et le gisement des droncs vus, on en déduit la position relative de chaque drone en 3 dimensions et en absolu si l'un des drones est référencé en absolu. [0062] Avantageusement, pour chaque drone 12 de l'essaim 10 comprenant un capteur 22 configuré pour détecter la présence d'objets dans le champ du capteur 22, le procédé d'échange de données comprend, en outre, une étape 150 de détection des objets dans le champ du capteur 22. L'étape 150 de détection a, par exemple, lieu en même temps que l'étape de réception 110. [0063] Pour chaque objet détecté, le procédé d'échange de données comprend une étape 160 de classification de l'objet comme étant étranger à l'essaim 10 de drones 12 lorsqu'aucun signal n'est reçu en provenance de l'objet ou lorsque le signal reçu pour l'objet ne comprend pas l'identifiant d'un drone 12 de l'essaim 10. Sinon l'objet est considéré comme étant un drone 12 appartenant à l'essaim 10 de drones 12. [0064] Avantageusement, lorsqu'un objet est classé comme étant étranger à l'essaim 10 de drones 12, une alarme est envoyée à un utilisateur pilotant ou surveillant le drone 12 à distance. [0065] Ainsi, le procédé d'échange de données permet l'identification et la localisation, par chaque drone d'un essaim, des autres drones de l'essaim situés dans l'environnement proche du drone. Plus généralement, le procédé d'échange de données permet la communication entre des drones d'un essaim. [0066] Le procédé permet, également, de s'affranchir de l'utilisation d'ondes radio- fréquences et est donc plus robuste au brouillage. Il présente aussi l'avantage de s'affranchir d'un dispositif de localisation GPS. 8 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3]