Brevet FR3093567A1 — publié le 20200911

Description Titre de l'invention : Système de mesure anémométrique aéro- nautique comprenant un lidar à faible puissance [0001] L'invention porte sur un système de mesure anémométrique aéronautique comprenant un système lidar anémométrique à faible puissance destiné au domaine de l'aéronautique. [0002] Le maintien d'un aéronef en vol nécessite de connaître un certain nombre de pa- ramètres fondamentaux. Par exemple, pour estimer la portance, il est nécessaire de connaître l'angle d'incidence de l'avion (l'angle formé entre l'axe longitudinal de l'avion et la projection de la vitesse relative de l'air environnant dans le plan de symétrie de l'avion) et la vitesse calibrée (CAS pour Calibrated Air Speed en anglais) qui est la vitesse que devrait avoir l'aéronef par rapport à l'air pour produire la même pression d'impact lors d'un vol au niveau de la mer dans une atmosphère standard. Cette vitesse conventionnelle coïncide donc avec la vitesse vraie (TAS pour Truc Air Speed) en atmosphère standard au niveau de la mer mais diffère dès que ces conditions ne sont pas remplies. De même, l'altitude de vol est également nécessaire pour assurer la sécurité du vol soit par la séparation des niveaux de vol en croisière (altitude pression) soit pour l'approche et l'atterrissage (avec des corrections permettant de convertir l'altitude pression en altitude réelle ou en hauteur sol par rapport à la piste considérée). Un ensemble de valeurs de ces paramètres considérés comme fondamentaux définit un point de vol de l'aéronef [0003] Actuellement les mesures anémométriques aéronautiques sont en majorité réalisées au moyen de sondes protubérantes : sondes de Pitot pour la pression totale, sondes à palette ou pneumatiques pour l'angle d'attaque et sondes de température totale. Ces sondes sont la principale source d'incident en ce qui concerne les références primaires d'un avion : [0004] Givrages des sondes d'angle d'attaque et de température totale, [0005] Bouchage des sondes de Pitot (givrage, poussières, insectes....), [0006] Chocs aviaires en vol, [0007] Points durs (mouvement saccadé ou bloqué) des sondes d'angle d'attaque à palette, [0008] Endommagement en raison de leur exposition aux agressions mécaniques au sol (sondes extérieures à la peau de l'avion). [0009] La défaillance des sondes est susceptible d'induire la perte des mesures primaires utiles pour le pilotage (vitesse et incidence). [0010] Pour limiter l'impact des défaillances, les chaînes anémométriques sont triplées. Cela limite la vulnérabilité vis-à-vis des agressions mécaniques et des chocs aviaires et dans 2 une moindre mesure vis-à-vis des conditions givrantes extrêmes qui représentent un mode commun de défaillance des sondes protubérantes. Aussi, une situation non détectée de givrage simultané de deux sondes d'incidence peut occasionner une perte de contrôle de l'appareil. [0011] Les sondes protubérantes sont généralement équipées d'un dispositif de réchauffage interne qui consomme beaucoup d'énergie et peut, dans des situations extrêmes dépassant les conditions de certification, se révéler insuffisant pour éviter le givrage. Un défaut d'activation du dispositif de dégivrage par l'équipage ou une défaillance du dispositif peut donc constituer en lui-même unc source de défaillance de ces sondes conventionnelles en milieu givrant. [0012] -11 existe des moyens de détection de sévérité de givrage (barreaux vibrants ou asservis en température par exemple). [0013] En cas de givrage, des procédures sont prévues pour sortir des conditions givrantes (changement d'altitude, de vitesse ou de zone) et maintenir l'avion en sécurité en contrôlant des paramètres tels que le régime moteur. Ces procédures présentent cependant l'inconvénient d'augmenter la charge de travail des pilotes et par là même impliquent un risque. Elles peuvent de plus impliquer des changements de route relativement urgents, augmentant encore la charge et le stress des pilotes. [0014] Les sondes Pitot permettent de capter la pression totale de l'écoulement de l'air autour d'un aéronef. Elles sont constituées d'un tube coudé dont l'orifice fait face au flux. La pression à l'intérieur de celui-ci est donc la pression totale. La pression statique est captée par les sondes éponymes qui sont conformes à la peau de l'aéronef et dont l'orifice est perpendiculaire au flux local. La pression à l'intérieur d'une sonde de pression statique est donc égale à la pression statique locale dont la mesure est corrigée pour obtenir la pression statique hors de la perturbation générée par la présence de l'aéronef. Ces pressions sont mesurées à l'aide de capteurs dédiés. [0015] La pression d'impact est la différence entre la pression totale et la pression statique. On obtient la CAS à partir de cette pression d'impact à l'aide de formules bien connues de l'homme de l'art. [0016] Les conditions d'utilisation des sondes aéronautiques sont définies par un ensemble de normes et le concepteur certifie le bon fonctionnement des sondes dans les conditions ciblées. Ces conditions sont définies en terme de température de l'air ambiant et de densité particulaire de l'atmosphère (ou ensemencement particulaire), de pression statique, de contenu en eau liquide ou solide. Au-delà des conditions de fonctionnement certifiées, par exemple en présence de basses températures et de densités particulaires élevées, les sondes anémobarométriques sont susceptibles de se boucher ou de givrer et de délivrer une vitesse ou une incidence erronée et cela malgré les éventuels dispositifs de réchauffage précités. 3 [0017] Une alternative connue aux sondes classiques est le lidar anémométrique dont le principal intérêt est de reposer sur une technologie totalement différente de celle des capteurs anémoharométriques et de présenter des modes de défaillance indépendants. La mesure de vitesse lidar anémométrique s'appuie sur la mesure du décalage de fréquence, par effet Doppler, entre le faisceau laser émis dans l'atmosphère et le faisceau rétrodiffusé par les aérosols naturellement présents dans l'air. 11 s'avère que les conditions de givrage dans lesquelles les sondes anémobarométriques présentent un risque accru de défaillance correspondent à des conditions favorables à la mesure lidar. Le mode de réalisation dit mono-particule tel que décrit dans le brevet EP 2 282 216, où le signal produit par la rétrodiffusion générée par chaque particule croisant le faisceau laser est analysé individuellement, est très favorable pour maintenir la disponibilité de la mesure en situation de faible ensemencement particulaire, notamment en vol à haute altitude, au-delà de la couche limite atmosphérique. Un traitement statistique spécifique décrit dans le brevet EP 2 827 174 permet encore d'augmenter la disponibilité de l'information de vitesse mesurée. Les faisceaux peuvent être transmis au travers d'un hublot de petites dimensions, à faces planes ou sphériques rendant possible la réalisation d'un capteur non protubérant conforme à la surface de l'aéronef. [0018] Un avantage du lidar anémométrique est que, outre l'information de fréquence Doppler, l'ensemble des paramètres accessibles (par exemple le rapport signal sur bruit ou la largeur de la raie Doppler) permet de faire en sorte que la mesure de vitesse présente, lorsqu'elle est disponible, un niveau d'intégrité très élevé. En d'autres termes, la probabilité de fournir une information erronée non détectée est infime. [0019] Les progrès technologiques dans le domaine des télécommunications permettent aujourd'hui d'envisager des architectures compactes et fiables dans le domaine de l'infra-rouge, autour d'une longueur d'onde de 1,5 pn. [0020] L'utilisation d'au moins trois faisceaux, orientés selon des axes non coplanaires, permet d'accéder aux trois composantes du vecteur vitesse air. Cependant, l'utilisation de seulement deux faisceaux visant dans une même zone de mesure mais selon des axes distincts peut suffire à l'estimation d'une TAS et d'une incidence locale. En effet, le vecteur vitesse air local, à une distance inférieure à environ 1 m du fuselage, présente nécessairement une composante quasi nulle selon la normale au fuselage. [0021] Jusqu'à ce jour, le coût d'un dispositif de mesure anémométrique utilisant uniquement un système lidar (« tout-lidar ») a été un frein à sa mise en oeuvre sur les aéronefs. De fait, la conception d'un système tout-lidar avec un objectif de disponibilité de la mesure de vitesse en toutes circonstances doit tenir compte de la forte variabilité des concentrations en aérosols en fonction de l'altitude et des conditions atmosphériques. En effet, afin de pouvoir fonctionner en ciel très clair, donc peu ensemencé en aérosols, les systèmes lidar nécessitent une architecture optique coûteuse du fait de la puissance laser requise (typiquement supérieure à 1 W) et des optimisations destinées à la réduction des pertes. Le coût de ces systèmes tout-lidar est susceptible d'être rédhibitoire au regard de la valeur de la fonction ce qui limite leurs applications. De plus, l'utilisation de ces lasers de puissance élevée implique l'emploi de méthodes ou de mises en oeuvre spécifiques pour éviter tout risque oculaire ou dermatologique en maintenance et en utilisation. [0022] L'invention vise à pallier certains des problèmes et des contraintes précités. A cet effet, l'invention a pour objet, entre autres, un système aéroporté de mesure anémométrique comprenant au moins un système lidar anémométrique et un système de mesure anémométrique à sondes conventionnelles. Conformément à l'invention, le système lidar comprend un système laser dont la puissance rayonnée est faible mais suffisante pour que le système lidar fonctionne correctement dans une plage de conditions atmosphériques dans laquelle les sondes Pitot conventionnelles ne sont plus certifiées et peuvent être défaillantes. Un autre objet de l'invention est un procédé d'utilisation d'un tel système anémométrique, comprenant au moins une étape de comparaison de la mesure anémométrique obtenue par le système lidar avec les mesures anémométriques obtenues par le système de mesure anémométrique conventionnel. Cette étape de comparaison permet d'invalider les mesures anémométriques qui ne sont pas compatibles avec la mesure anémométrique obtenue par le système lidar et ainsi d'obtenir des estimations robustes des paramètres anémométriques pouvant être utilisées, par exemple, par un système de commande de vol. Ainsi, dans une situation de givrage simultané de deux sondes d'incidence, le système selon l'invention permet de conserver l'information issue de la voie cohérente avec le lidar. [0023] En complément, le système aéroporté de mesure selon l'invention peut, dans le cas où aucune des voies anémométriques conventionnelles n'est cohérente avec le système lidar, délivrer une information anémométrique de secours obtenue sans recours aux informations issues des sondes anémométriques conventionnelles mais à partir des vitesses radiales locales lidar et des mesures issues de sondes conventionnelles non protubérantes telles que les sondes de pression statique. [0024] RÉSUMÉ [0025] Ainsi, un objet de l'invention est un système de mesure anémométrique, aéroporté, comprenant au moins un lidar anémométrique, un système anémométrique conventionnel comprenant au moins une chaîne de sondes anémobarométriques et un concentrateur ou circuit de traitement adapté pour traiter un signal généré par le lidar anémométrique transportant au moins une information anémométrique d'un porteur du système, appelée information anémométrique lidar et un signal généré par le système anémométrique conventionnel transportant une pluralité d'informations anémométriques du porteur appelées informations anémométriques conventionnelles provenant de la ou des chaînes de sondes anémobarométriques, ledit système de mesure anémométrique étant caractérisé en ce que le lidar anémométrique comprend un système laser configuré pour émettre une puissance laser comprise entre 1 mW et 10 mW et en ce que le concentrateur est configuré pour comparer au moins une partie des informations anémométriques conventionnelles transportées par le signal généré par le système anémométrique conventionnel avec l'information anémométrique lidar transportée par le signal généré par le lidar, invalider des informations anémométriques conventionnelles qui ne sont pas compatibles avec l'information anémométrique lidar et générer un signal transportant, un estimateur des informations anémométriqucs conventionnelles compatibles avec l'information anémométrique lidar. [0026] Dans des modes particuliers de l'invention : [0027] -le concentrateur est configuré pour générer un signal transportant l'information ané- mométrique lidar lorsqu'aucune des informations anémométriqucs conventionnelles n'est compatible avec l'information anémométrique lidar ; [0028] -le système conventionnel comprend une pluralité de chaînes de sondes anémobaro- métriques actives simultanément ; [0029] -la chaîne ou les chaînes de sondes anémobarométriques du système conventionnel comprennent une pluralité parmi les types de sondes suivants : pression statique, pression totale, température et angle d'incidence et les informations anémométriqucs conventionnelles provenant de la chaîne ou des chaînes de sondes anémobarotnétriques du système conventionnel sont au moins une pluralité parmi la pression statique et/ou la pression totale et/ou l'angle d'incidence et/ou la température et/ou la TAS et/ou la CAS et/ou l'altitude-pression et/ou le nombre de Mach et/ou de la vitesse air équivalente ; [0030] -le concentrateur est adapté pour comparer en temps réel les informations anémo- métriques conventionnelles provenant des différentes chaînes de sondes anémobarométriques transportées par le signal généré par le système anémométrique conventionnel et, dans le cas où les informations anémométriques conventionnelles provenant de chaque chaîne de sondes anémobarométriques ne sont pas toutes concordantes, comparer les informations anémométriques conventionnelles discordantes avec l'information anémométrique lidar transportée par le signal généré par le lidar et invalider la ou les informations anémométriques conventionnelles discordantes qui ne sont pas compatibles avec l'information anémométrique lidar et générer un signal transportant un estimateur des informations anémométriques conventionnelles compatibles avec l'information anémométrique lidar ; [0031] -le concentrateur est adapté pour comparer en temps réel les informations anémo- métriques conventionnelles transportées par le signal généré par le système anémométrique conventionnel avec l'information anémométrique lidar transportée par le 6 signal généré par le lidar et, le cas échéant, invalider la ou les informations anémométriques conventionnelles qui ne sont pas compatibles avec l'information anémométrique lidar et générer un signal transportant un estimateur des informations anémométriques conventionnelles compatibles avec l'information anémométriquc lidar ; [0032] -le système comprend une pluralité de lidars anémométriqucs orientés selon des axes distincts, les lidars anémométriqucs étant configurés pour générer un signal transportant des informations anémométriqucs lidars, ledit signal étant traité par le concentrateur, le concentrateur étant configuré pour calculer, lorsqu'aucune des informations anémométriqucs conventionnelles n'est compatible avec lesdites informations lidars, des informations anémométriqucs dites de secours qui sont la CAS, le nombre de Mach, la vitesse air-équivalente et l'angle d'incidence, à partir des informations anémométriqucs lidars et d'au moins une information anémométriquc de pression statique provenant du système conventionnel, le concentrateur étant configuré pour générer un signal transportant lesdites informations anémométriqucs de secours ; [0033] -l'estimateur des informations anémométriqucs conventionnelles compatibles avec l'information anémométriquc lidar transporte par le signal généré par le concentrateur est la moyenne ou la médiane des informations anémométriqucs conventionnelles compatibles avec l'information anémométriquc lidar ou les informations anémométriqucs conventionnelles compatibles avec l'information anémométriquc lidar ; [0034] -le système laser du lidar anémométriquc est adapté pour émettre un rayonnement laser à une longueur d'oncle X, et comprend un système optique de focalisation adapté pour focaliser le rayonnement laser dans un plan focal, un système de détection agencé de manière à être illuminé par le rayonnement laser rétrodiffusé par au moins une particule présente dans le plan focal du système optique de focalisation, ledit lidar comprenant un système optique séparateur configuré pour diriger sur le système de détection un rayonnement laser dit oscillateur local émis par ledit système laser ou une autre source laser de telle sorte que le système de détection génère un signal comprenant le battement entre le rayonnement laser rétrodiffusé et l'oscillateur local ; [0035] -le lidar comprend un circuit de traitement de signaux configuré pour générer un signal transportant l'information anémométrique lidar, ledit signal étant représentatif de la vitesse radiale v,_d'au moins une particule présente dans le plan focal du système optique à partir d'un signal généré par le système de détection et représentatif de l'incertitude Av, de ladite vitesse radiale ; [0036] -le concentrateur est configuré pour estimer une vitesse radiale VR et une incertitude AVR,' de ladite estimation de ladite vitesse radiale, à partir des informations anémométriques conventionnelles et d'un modèle stocké dans le concentrateur, et dans lequel le concentrateur est configuré pour invalider les informations anémométriques conventionnelles lorsque l'écart entre la vitesse radiale V, estimée par le concentrateur et la 7 vitesse radiale vr transportée dans le signal généré par le lidar est tel que : [0037] VR-VrI> AIT R 'd ± r [0038] -le concentratcur est configuré pour mettre en oeuvre un algorithme d'apprentissage adapté pour ajuster le modèle permettant d'estimer une vitesse radiale YRet une incertitude AVR,' avec des informations anémométriques conventionnelles, ledit algorithme d'apprentissage fonctionnant uniquement lorsque les informations anémométriques conventionnelles sont concordantes ; [0039] -le circuit de traitement du signal généré par le système de détection comprend un filtre frequentiel et un amplificateur , un convertisseur Analogique-Numérique et un circuit de calcul configuré pour déterminer une fréquence de battement entre le rayonnement laser rétrodiffusé et l'oscillateur local et calculer la vitesse radiale vr d'au moins une particule, ledit circuit étant configuré pour générer un signal représentatif de la vitesse radiale d'au moins une particule présente dans le plan focal du système optique ; [0040] - l'ensemble circuit de traitement est réalisé au moyen d'une carte FPGA ; [0041] -un circuit optique intégré comprend le ou les systèmes lasers, le système optique sé- parateur, le système de détection, des guides d'ondes, et un coupleur optique permettant de coupler spatialement sur le système de détection un guide d'onde dirigeant le rayonnement laser rétrodiffusé avec un guide d'onde guidant l'oscillateur local. Brève description des dessins 100421 D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement : 100431 Ifie.11, une vue schématique d'un système lidar aéroporté de mesure selon un premier mode de réalisation de l'invention. 100441 Ifie.21, une vue schématique d'un système lidar d'un système aéroporté de mesure selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. 100451 Ifie.31, une vue schématique d'un système lidar d'un système aéroporté de mesure selon un troisième mode de réalisation de l'invention. 100461 Ifie.41, une vue schématique d'un système aéroporté de mesure anémométrique selon le troisième mode de réalisation de l'invention. Description des modes de réalisation [0047] La figure 1 illustre un lidar anémométrique 10 compris dans un système aéroporté de mesure anémométrique selon un premier mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, un système lidar anémométrique 10 est installé sur un aéronef. Ce système lidar 10 comprend un système laser 1 adapté pour émettre un rayonnement 8 laser 21 à une longueur d'onde 7q. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le système laser 1 est une diode laser émettant à une longueur d'onde de 1,55 pm et une largeur spectrale de 500 kHz . Dans un autre mode de réalisation, le système laser 1 est un laser à semi-conducteur émettant à une longueur d'onde comprise entre 1,4 pin et 1,6 pin et avec unc largeur spectrale inférieure à 1 MHz . [0048] Dans le mode de réalisation de la figure 1, le rayonnement émis par la source laser 1 est guidée dans une fibre optique qui, par exemple, peut être une fibre optique conventionnelle à coeur solide en silice. Un système optique séparateur 2 est configure pour séparer en deux le rayonnement émis par le système laser, donnant un rayonnement 22 et un rayonnement 21, tous les deux ayant la même longueur d'onde 7q. Dans le mode de réalisation de la figure 1, ces deux rayonnements sont guidés par des fibres optiques. L'utilisation de fibres optiques à la place d'optique de volume rend le système lidar plus robuste aux vibrations et à l'accélération. [0049] L'utilisation de micro-optique avec des composants, dont la taille est de l'ordre de grandeur du millimètre, assemblés entre cux de manière rigide pour obtenir un ensemble compact permet également ce gain de robustesse. Par la suite, on appellera le rayonnement 22 « oscillateur local ». L'oscillateur local est guidé, par exemple par fibre optique ou guide d'onde planaire, jusqu'à un coupleur optique 5. [0050] Le rayonnement 21 est guidé par une fibre optique jusqu'à un circulatcur 3 (dont on détaillera la fonction plus loin) et est ensuite dirigé vers un système optique de focalisation 4 qui est adapté pour focaliser le rayonnement laser 21 dans un plan focal 40. Ce système optique peut être une lentille convergente ou un ensemble de lentilles et de miroirs adaptés pour focaliser le rayonnement issu du système laser 1 dans un plan focal 40. Dans le système lidar 10, le rayonnement 21 après le circulateur est utilisé avec sa divergence naturelle. Une première partie du système de focalisation peut être utilisée pour augmenter cette divergence naturelle et limiter l'encombrement du système optique de focalisation. Dans ce mode de réalisation, la distance de focalisation est inférieure à 1 m . [0051] Le rayonnement laser 21 focalisé dans le plan focal 40 est rétrodiffusé par au moins une particule 11 située dans ou à proximité du plan focal. Le rayonnement rétrodiffusé 23 présente un décalage en fréquence fri par effet Doppler par rapport au rayonnement laser 21 tel que fd=2.vrA, , où v, est la vitesse radiale de la particule 11 qui rétrodiffuse le rayonnement laser 21. La vitesse radiale vr correspond à la projection du vecteur vitesse V, relative au système lidar, de la particule 11 sur l'axe de propagation du rayonnement 21. 100521 Dans le mode de réalisation de la figure 1, le rayonnement laser rétrodiffusé 23 est dirigé sur le circulateur 3 grâce au même système optique de focalisation 4. Ce cir- 9 culatcur 3 permet d'assurer la séparation entre le rayonnement laser 21 et le rayonnement rétrodiffusé 23. Dans système lidar 10, le circulatcur 3 par exemple réalisé par l'association d'un séparateur de polarisation et d'une lame quart d'onde ou d'un prisme de Fresnel. Après le circulatcur 3, le rayonnement rétrodiffusé 23 est guidé, par exemple par une fibre optique, vers le coupleur optique 5. Le coupleur optique 5 est configure pour diriger la moitié de chaque rayonnement incident, le rayonnement rétrodiffusé 23 et l'oscillateur local 22, dans chaque guide de sortie. Dans le mode de réalisation de la figure 1, cc coupleur est un coupleur à fibre optique, les deux rayonnements 22 et 23 étant guidés par fibres optiques. [0053] Les deux guides en sortie du coupleur optique 5 sont dirigés vers un système de détection 6. Dans le mode de réalisation dc la figure 1 ce système dc détection 6 est une paire de photodiodes. Le système de détection 6 génère un signal analogique 24 comprenant le battement entre le rayonnement laser rétrodiffusé 23 et l'oscillateur local 22. Ce battement est produit par les interférences entre les deux faisceaux et nécessite que ces faisceaux présentent le même état de polarisation. L'ensemble du système lidar doit donc être réalisé avec des composants et guides permettant de garantir l'état de polarisation des rayonnements transmis. Ces composants et guides, dits « à maintien de polarisation » sont connus de l'homme du métier. Lc système de détection 6 contient généralement un amplificateur à faible bruit (LNA pour Low Noise Amplifier en anglais) afin d'obtenir un signal analogique d'un niveau suffisant pour pouvoir négliger les bruits de tous les étages des traitements du signal analogique situés en aval. Dans le mode de réalisation de la figure 1, ce battement est obtenu à la fréquence fri correspondant au décalage Doppler de la particule 11, à partir duquel on peut calculer la vitesse radiale de ladite particule. [0054] Comme mentionné précédemment, les sondes Pitot conventionnelles fonctionnent de manière nominale dans les conditions définies par les normes de certification. Pour des conditions atmosphériques dépassant le domaine de certification, particulièrement pour des conditions givrantes caractérisées par des contenus en eau liquide et solide supérieurs à ceux prévus par la norme pour une température donnée, il existe une probabilité notable pour que les sondes Pitot ne soient plus opérationnelles. Dans ces conditions, les sondes Pitot peuvent givrer et/ou se boucher. Ces conditions givrantes extrêmes correspondent typiquement à une densité particulaire supérieure à 10 cm pour des particules de rayon compris entre 1 l_tm et 10 . Ces conditions d'ensemencement particulaires sont favorables au fonctionnement des systèmes lidar anémométriques. En effet, une forte densité particulaire implique une forte probabilité de présence de particules 11 à proximité ou dans le plan focal 40 donc la présence plus fréquente d'un flux rétrodiffusé 23 détectable par le système de détection 6. On estime que, dans les conditions givrantes dépassant le domaine de certification des sondes Pitot, une puissance laser minimale P,';'=1 mW est suffisante pour réaliser des mesures de vitesse par lidar en mode mono-particule. Le système lidar 10 du mode de réalisation de la figure 1 est configuré pour que le rayonnement laser 21 focalisé par le système optique de focalisation 4 possède une puissance de l'ordre de 10 mW. Ainsi, la puissance totale rayonnée par le système laser 1 pour permettre ce rayonnement 21, tout en tenant compte des pertes d'insertion des différents composants et de la puissance d'oscillateur local nécessaire, reste inférieure à 50 mW environ. Ici, la puissance laser rayonnée est volontairement choisie supérieure à la puissance P',i' pour qu'il existe un recouvrement des domaines de certification des sondes Pitot conventionnelles et le domaine de fonctionnement du système lidar anémométrique 10. C'est-à-dire qu'on souhaite faire en sorte que dans toutes les conditions atmosphériques l'un au moins des systèmes de mesure, lidar 10 ou anémoharométriques à sondes Pitot, fonctionne. [0055] Dans les conditions givrantes sévères dépassant le domaine de certification des sondes Pitot, le système lidar 10 permet de générer un signal 24 comprenant le battement entre le rayonnement laser rétrodiffusé 23 et l'oscillateur local 22 à partir duquel il est possible de déduire la vitesse radiale d'au moins une particule présente dans le plan focal du système optique. À l'inverse, dans des conditions d'air clair (faible ensemencement de l'atmosphère en aérosols), où les particules produisant un flux rétrodiffusé suffisant pour être détecté par système lidar 10 deviennent trop peu nombreuses pour permettre de réaliser des mesures anémométriques lidar, les sondes Pitot conventionnelles sont certifiées fonctionnelles et n'ont qu'une très faible probabilité de défaillance. [0056] Dans un autre mode de réalisation, le système laser est configuré pour émettre un rayonnement laser de puissance inférieure ou égale à 10 mW mais supérieur à P,'in=1 mW . Le choix d'une puissance émise inférieure à 10 mW permet de rester dans les limites des appareils laser de classe 1 tels que définis par la norme NF EN 60825. [0057] Le système séparateur 2 est configuré pour que la puissance du rayonnement 22 soit telle que le bruit de grenaille généré par ce rayonnement sur le détecteur 6 puisse être considéré comme prédominant par rapport à l'ensemble des autres sources de bruit présentes dans le signal analogique 24. Dans ces conditions dites « limitées par le bruit de grenaille » le rapport signal sur bruit du signal analogique 24 ne dépend plus des caractéristiques du détecteur mais seulement de la puissance du rayonnement rétro-diffusée par les particules analysées. [0058] Dans le mode de réalisation de la figure 1, les étapes de traitement du signal analogique 24 comprenant le battement entre le rayonnement laser rétrodiffusé 23 et l'oscillateur local 22 et les étapes de traitement numérique rapide permettant de déterminer la vitesse radiale vr de particules 11 à proximité ou dans le plan focal 40 sont 11 réalisées par un circuit de traitement non représenté dans la figure 1. [0059] La figure 2 représente une vue schématique d'un système lidar 100 compris dans un système de mesure anémométrique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation le système lidar est identique au système lidar de la figure 1 à l'exception qu'il comprend en plus un circuit de traitement de signaux 60 configuré pour déterminer la vitesse radiale v, d'au moins une particule 11 présente dans le plan focal du système optique à partir du signal 24 comprenant le battement entre le rayonnement laser rétrodiffusé 23 et l'oscillateur local 22, généré par le système de détection 6. Dans le mode de réalisation de la figure, le signal généré 24 est un signal analogique. Ce signal 24 est traité dans une étape 7, dans laquelle il est filtré par un filtre fréquentiel passe-bande conçu pour couper les fréquences qui ne peuvent pas correspondre au battement entre le rayonnement rétrodiffusé 23 et l'oscillateur local 22 dans le domaine de vol du porteur, puis amplifié par un amplificateur. L'amplificateur est choisi ou défini pour présenter un bruit négligeable devant le bruit présent dans le signal analogique 24 issu du système de détection 6. [0060] Après cette étape 7, le signal est numérisé par un CAN (Convertisseur Analogique- Numérique). [0061] Enfin le signal numérique obtenu comprenant le battement entre le rayonnement laser rétrodiffusé 23 et l'oscillateur local 22 est alors analysé par un circuit de calcul 9 configuré pour calculer la vitesse radiale v, d'au moins une particule présente dans le plan focal du système optique et générer un signal 25 représentatif de la vitesse radiale vr. Dans le mode de réalisation de la figure 2, ce circuit de calcul 9 est un processeur compris dans le système lidar 100. Comme mentionné précédemment, la vitesse radiale y, d'au moins une particule 11 est calculée à partir de la fréquence de battement entre le rayonnement laser rétrodiffusé 23 et l'oscillateur local 22, qui dans le mode de réalisation de la figure 1 et 2 est égale à la fréquence Doppler fd. En effet, la vitesse radiale est [0062] IV = f r. 1/ 2. [0063] Afin de simplifier l'architecture du système lidar 100 et de réduire son coût, le mode de réalisation de la figure 2 ne comporte pas de moyens de traitement permettant de filtrer les particules en fonction de leur rayon et de leur position par rapport au plan focal. Aussi, dans le mode de réalisation de la figure, l'incertitude en vitesse n'est pas limitée par la largeur spectrale du rayonnement laser 21 mais en général limitée par les distributions spatiale et granulométrique des particules à proximité du plan focal 40. En effet, ces distributions vont créer une dispersion des vitesses des particules détectées, réduisant ainsi la précision de l'estimateur de vitesse relative calculé à partir de l'ensemble des vitesses mesurées. Aussi, l'incertitude en vitesse ov imposée par les 12 distributions spatiale et granulométrique dans les conditions atmosphériques où le système lidar 100 fonctionne est estimée à 5 mis . Le calcul de l'estimateur de vitesse relative à partir de l'ensemble des vitesses mesurées demande une puissance de calcul conséquente. C'est pourquoi, dans le mode de réalisation de la figure 2, ce calcul est réalisé par un calculateur externe au système lidar, par exemple le système de commande de vol de l'aéronef. [0064] Par ailleurs, les systèmes lidar 10 et 100 effectuent une mesure de la vitesse de la niasse d'air selon un seul axe, celui de la propagation du rayonnement 21 (qu'on appelle axe de propagation lidar). Dans ces deux modes de réalisation, l'axe de propagation du rayonnement 21 (l'axe du système optique de focalisation), est préférentiellement choisi parallèle au plan horizontal de l'avion (plan contenant l'axe longitudinal avion et perpendiculaire au plan de symétrie de l'avion), afin de minimiser la prise en compte de la composante verticale de la vitesse des particules. En effet, les particules les plus massives (par exemple, des gouttes) ont une vitesse verticale significative par rapport à l'air les environnant et cette vitesse varie en fonction de la masse des particules. Il convient donc d'orienter les axes lidar de façon à minimiser la projection de cette composante sur l'axe lidar et ainsi minimiser la dispersion des mesures effectuées. Dans un autre mode de réalisation, l'axe de propagation lidar est ajusté en fonction de l'angle d'incidence de l'avion afin qu'il reste horizontal afin de toujours minimiser la projection de la composante verticale des vitesses de particules sur l'axe lidar. Dans ce cas, la vitesse radiale correspond à la composante horizontale de la TAS. [0065] La figure 3 représente une vue schématique d'un système lidar 1000 compris dans un système de mesure anémométrique selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, une partie de l'architecture optique du système est réalisée en optique intégrée avec des guides d'ondes planaires. L'utilisation d'une architecture en optique intégrée permet d'améliorer la robustesse des mesures de vitesse radiale du système lidar en limitant fortement l'effet des vibrations, des chocs et de l'accélération du porteur. Par ailleurs, une telle architecture permet de faciliter l'alignement du système et d'éviter des pertes d'alignement. Le dispositif lidar 1000 comprend donc un circuit optique intégré 20 (PIC pour Photonic Integrated Circuit) qui intègre le système laser 1, le système optique séparateur 2, le système de détection 6 et le coupleur optique 5 permettant de diriger la moitié de chaque rayonnement incident, le rayonnement laser rétrodiffusé 23 et l'oscillateur local 22, dans chacun des guides d'onde de sortie eux même dirigé vers les deux photodiodes du système de détection 6. Dans le mode de réalisation de la figure 3, les guides d'ondes du circuit intégré 20 guidant les différents rayonnements lasers sont des guides d'onde planaire et le circuit optique intégré est réalisé en InP, en Silice sur 13 Silicium, en SOI (Silicon on Tnsulator), en GaAs ou d'autres matériaux connus de l'homme du métier permettant de réaliser des PIC. Il est important de noter que cette architecture optique intégré n'est réalisable qu'avec des puissances de rayonnement guidées inférieures à quelques dizaines de milliwatts. Cette architecture, qui confère des propriétés de stabilité au système lidar 1000, n'est donc pas réalisable avec des systèmes lidar anémométriques conventionnels conçus pour fonctionner dans tout type de conditions et donc nécessairement dans des conditions de faible d'ensemencement de l'atmosphère en aérosols. En effet, pour pouvoir fonctionner dans ces conditions, les systèmes lidar doivent émettre une puissance laser élevée, typiquement supérieure à 1 W qui n'est pas compatible avec l'utilisation d'une architecture PIC. C'est donc le dimensionner-rient de la puissance laser rayonnée basée sur la plage de conditions atmosphériques de fonctionnement qui permet d'intégrer une partie du système lidar 1000 dans un PIC. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le composant PIC est intégré dans un circuit ou carte micro-optique 30 comprenant certains composants dont l'intégration sur le PIC n'est pas souhaitable ou réalisable. Le circuit micro-optique comprend le PIC et certains éléments optiques qui ne peuvent pas s'y intégrer (comme le circulateur 3). Dans le mode de réalisation de la figure 3, la carte micro-optique est reliée à une carte d'électronique de proximité qui contrôle la source laser 1 et gère les étapes de filtrage et d'amplification du signal analogique 24 issu du détecteur 6 (non représentée dans la figure 3). Dans le système lidar 1000, les étapes de traitement numérique rapide 9 (détermination de la vitesse radiale v à partir du signal 24 numérisé) étant moins lourdes que celles généralement mises en oeuvre pour un lidar « toute condition », elles sont réalisées au moyen d'une seule carte FPGA comprenant le CAN (non représentée dans la figure 3). [0066] La figure 4 illustre une vue schématique d'un système aéroporté de mesure anémo- métrique 300 selon le quatrième mode de réalisation de l'invention, ledit système 300 comprenant le système lidar 1000 de la figure 3. Ce système de mesure anémométrique 300 comprend de plus un système de mesure anémobarométrique 200 dit « système conventionnel » basé sur des sondes, dont certaines protubérantes, classiquement utilisées sur les aéronefs actuels (pression statique, pression totale, température, angle d'incidence). Dans le mode de réalisation de la figure 4, le système conventionnel 200 comprend K chaînes anémobarométriques classiques fonctionnant simultanément. Ce système conventionnel est configuré pour générer un signal 26 transportant des informations anémométriques appelées informations anémométriques conventionnelles provenant des chaînes anémobarométriques triplées. Les informations anémométriques conventionnelles transportées par le signal 26 peuvent être par exemple la pression statique et/ou la pression totale et/ou l'angle d'incidence et/ou la température et/ou la TAS et/ou la CAS et/ou le nombre de Mach et/ou l'altitude-pression. Dans le mode de 14 réalisation, les informations anémométriques transportées par chacune des trois voies anémoharométriques et définissant le point de vol F estimé sont la CAS, l'angle d'incidence (AOA) et l'altitude-pression (Zp). [0067] Dans le mode de réalisation de la figure 4, le système aéroporté de mesure anémo- métrique 300 comprend un concentrateur 40 qui est un circuit de traitement du signal 25 provenant du système lidar 1000 et du signal 26 généré par le système conventionnel 200 et transportant les informations anémométriques conventionnelles. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le signal 25 généré par le lidar est représentatif de la mesure de la vitesse radiale v, d'au moins une particule atmosphérique 11 située dans le plan focal 40 du système optique de focalisation du système lidar 1000. Le concentrateur est un processeur ou tout autre dispositif similaire connu de l'homme du métier. [0068] Dans le mode de réalisation de la figure 4, le concentrateur est configuré pour comparer entre elles les informations anémométriques conventionnelles transportées par le signal 26 généré par le système conventionnel afin de détecter une éventuelle discordance entre les trois voies anémoharométriques du système conventionnel en temps réel (ou à chaque point de mesure). [0069] Dans le mode de réalisation de la figure 4, la détection de la discordance (ou in- cohérence) entre les trois voies anémoharométriques par le concentrateur consiste à : [0070] - Calculer avec le concentrateur 40 l'écart entre la valeur maximum et la valeur minimum de chacune des informations anémométriques caractérisant un point de vol calculé pour chacune des K voies anémobarométriques : [0071] CAS,nax - CAS in , A 0 A ni ', - A 0 A , Z p a xZ p i n . - [0072] Dans ce mode de réalisation, chacune des K voies anémobarométriques détermine un point de vol Fk défini par le triplet d'informations anémométriques [0073] ( CA S, AOA, Zp )k avec k E [{ 1; K [0074] - Comparer chacun de ces écarts à un seuil de tolérance correspondant, prédéfini en fonction des performances nominales des trois chaînes anémoharométriques. [0075] Si chacun de ces écarts est inférieur à son seuil de tolérance correspondant, les chaînes anémoharométriques sont considérées comme concordantes. Dans ce cas, le concentrateur est configuré pour générer un signal 27 transportant un estimateur des informations anémométriques conventionnelles fournies par les trois voies anémoharométriques et transportées par le signal 26 généré par le système conventionnel. Cet estimateur peut être la moyenne ou la valeur médiane des informations anémométriques conventionnelles ou les informations anémométriques elles-mêmes. [0076] Dès qu'un écart est supérieur à son seuil de tolérance correspondant, les chaînes ané- moharométriques du système conventionnel sont considérées comme discordantes. Dans ce cas-là, on se réfère à un modèle, sous la forme d'une table stockée par le concentrateur, donnant pour chaque point de vol Fkdéterminé par chacune des K voies anémobarométriques, la valeur attendue ou estimée de la vitesse radiale locale V' (Fk) et l'incertitude associée AV'', (Fk). Le modèle qui associe à tout point de vol Fk une vitesse radiale estimée V1 et une incertitude AVR, peut être prédéterminé pour chaque installation sur un aéronef, mais il pourrait avantageusement être affiné au fur et à mesure des vols, au moyen d'un algorithme d'apprentissage, fonctionnant uniquement lorsqu'aucune incohérence n'est détectée. Dans un mode de réalisation, cet algorithme d'apprentissage peut être réalisé par le concentrateur ou un processeur qui génère un signal transportant le modèle affiné au concentrateur 40. [0077] Le concentrateur est configure pour comparer les informations anémométriques conventionnelles discordantes avec la valeur de la vitesse radiale V r transportée par le signal 25 généré par le lidar et invalider la ou les informations anémométriques conventionnelles discordantes qui ne sont pas compatibles avec la valeur de la vitesse radiale Les informations anémométriques discordantes sont invalidées à l'aide du concentrateur lorsque l'écart entre la vitesse radiale estimée à partir du modèle V, ) et la vitesse radiale mesurée par le lidar v, dépasse un seuil prenant en compte l'incertitude du modèle et l'incertitude de la mesure lidar (notée r) IVR(Fk)-Vri > A 11R ni ± A V r. [0078] Cette incertitude Avr est calculée par le circuit de calcul 9 en fonction de la largeur de la raie Doppler et du rapport signal sur bruit du signal 24 généré par le système de détection, cette incertitude est transportée dans le signal 25 généré par le lidar. Dans ce cas-là, les informations anémométriques sont invalidées et les chaînes anémobarométriques d'où elles proviennent sont considérées comme défaillantes. À l'issu de cette étape de validation, le concentrateur génère un signal 27 transportant un estimateur des informations anémométriques conventionnelles h provenant des voies anémobarométriques qui sont compatibles avec l'information anémométrique lidar. Si deux informations anémométriques provenant de deux voies anémobarométriques sont validées par le concentrateur, le concentrateur génère un signal transportant la moyenne des deux informations anémométriques compatibles avec la mesure lidar. Si une seule voie anémobarométrique est considérée comme non défaillante, le concentrateur génère un signal transportant les informations anémométriques compatibles avec la mesure lidar provenant de cette voie. [0079] En effet, comme mentionné précédemment, un des avantages intrinsèques des mesures anémométriques avec systèmes lidar est de présenter des modes de défaillances indépendants de ceux des systèmes anémométriques conventionnels et une probabilité de fournir une information anémométrique erronée non détectée extrêmement faible. Aussi, comparer les informations anémométriques conventionnelles 16 avec la valeur de la vitesse radiale provenant du lidar permet, quand cela est nécessaire, de déterminer le caractère erroné ou non desdites informations anémométriques conventionnelles. [0080] Dans un autre mode de réalisation, le concentrateur est configure pour comparer di- rectement la compatibilité (ou la cohérence) de toutes les informations anémométriques conventionnelles h provenant des K voies anémobarométriques du système conventionnel avec la valeur de la vitesse radiale vr 25 provenant du lidar et cela en amont de la détection d'une éventuelle discordance entre les voies anémobarométriques. Comme expliqué précédemment, les informations anémométriqucs conventionnelles provenant de chaque voie sont invalidées à l'aide du concentrateur lorsque l'écart entre la vitesse radiale estimée à partir du modèle VI( (Vk) et la vitesse radiale mesurée par le lidar vr dépasse un seuil prenant en compte l'incertitude du modèle et l'incertitude de la mesure lidar (notée Ay) : VR - v r A VR rn + [0081] Cette incertitude Mi ,- est calculée par le circuit de calcul 9 en fonction de la largeur de la raie Doppler et du rapport signal sur bruit du signal 24 généré par le système de détection, cette incertitude est transportée dans le signal 25 généré par le lidar. Dans cc cas-là, les informations anémométriques sont invalidées et les chaînes anémobarométriques d'où elles proviennent sont considérées comme défaillantes. Cc mode de réalisation à l'avantage de couvrir le cas où deux voies anémobarométriques sont affectées par une défaillance commune dégradant les mesures de façon cohérentes entre elles. En outre, selon cc mode de réalisation, les informations issues d'une voie anémométrique conventionnelle peuvent, au cours d'un vol, être successivement invalidées lorsqu'elles sont incohérentes avec les mesures lidar - par exemple consécutivement à un givrage - puis à nouveau validées par le concentrateur en temps réel dès lors qu'elles redeviennent cohérentes avec les mesures lidar-par exemple consécutivement à un dégivrage -. Aussi, il suffit qu'une seule voie anémométrique conventionnelle soit cohérente avec la mesure lidar pour permettre la validation de cette voie conventionnelle. Il en résulte une amélioration de la disponibilité des informations anémométriques. En effet, le système de mesure anémométrique de ce mode de réalisation permet d'obtenir une information anémométrique provenant d'une voie mémo-métrique sonde même lorsqu'une seule voie de mesure fonctionne correctement. A l'inverse, dans un système à sondes conventionnel, il est nécessaire d'avoir au minimum deux voies cohérentes afin d'obtenir une information anémométrique validée. [0082] Dans le cas où toutes les données anémométriques conventionnelles sont compatibles avec la ou les valeurs de la vitesse radiale vrlidar, le concentrateur est adapté pour générer un signal 27 transportant un estimateur des informations anémométriques conventionnelles fournies par les trois voies anémobarométriques et transportées par le 17 signal 26 généré par le système conventionnel. Cet estimateur peut être la moyenne ou la valeur médiane des informations anémométriques conventionnelles ou les informations anémométriques conventionnelles elles-mêmes. Si deux informations anémométriques provenant de deux voies anémobarométriques sont validées par le concentrateur, le concentrateur génère un signal transportant un estimateur qui est la totalité ou la moyenne des deux informations anémométriques compatibles avec la mesure lidar. Si une seule voie anémobarométrique est considérée comme non défaillante, le concentrateur génère un signal transportant les informations anémométriques compatibles avec la mesure lidar provenant de cette voie. Si aucune des informations anémométriques conventionnelles n'est compatible avec l'information anémométrique lidar le concentrateur est adapté pour générer un signal représentatif de la mesure lidar. [0083] Cc contrôle de cohérence peut se faire dès la phase de roulage de l'avion, permettant ainsi la détection d'une anomalie de comportement d'une voie anémobarométrique du système conventionnel résultant du bouchage d'une sonde protubérante. [0084] Ainsi, le système de mesure anémométrique 300 permet de réaliser des mesures de TAS dans des conditions de faible d'ensemencement de l'atmosphère en aérosols grâce au système conventionnel 200, conditions dans lequel les sondes classiques sont certifiées et présentent une très faible probabilité de défaillance. Dans des conditions de fort ensemencement particulaire de l'atmosphère, le système de mesure anémométrique 300 permet de réaliser des mesures de TAS à l'aide du système lidar anémométrique 200. Ainsi, le système de mesure anémométrique 300 possède l'avantage de fonctionner sur une plage de conditions atmosphériques bien plus large qu'un système anémobarométrique conventionnel sans le coût d'un système anémométrique « tout lidar ». En effet, les sources lasers des systèmes lidar de l'invention ne nécessitant qu'une faible puissance rayonnée, ils ne possèdent pas d'amplificateur optique, ce qui permet de diminuer fortement le coût de ces dispositifs. Comme mentionné précédemment, dans le dispositif de mesure anémométrique 300, la puissance rayonnée par le système laser 1 du système lidar 1000 est adaptée pour qu'il n'existe pas de conditions atmosphériques dans lesquelles ni le système lidar 1000, ni le système conventionnel 300 ne puissent fournir une information de vitesse. Le système laser est configuré pour émettre un rayonnement laser 21 de puissance comprise entre 1 mW et 10 mW [0085] Par ailleurs, en comparant les informations anémométriques fournies par le système conventionnel 300 et le lidar 1000, le dispositif de mesure anémométrique 300 permet de fournir des informations anémométriques fiables en toute circonstance. [0086] Dans un autre mode de réalisation, le système de mesure anémométrique comprend une pluralité N>1 de lidars anémométriques générant N faisceaux, orientés selon des 18 axes non coplanaires, permettant d'accéder à plusieurs composantes du vecteur vitesse air. La distance de focalisation des N lidars est inférieure à 1 m . Dans ce mode de réalisation, des informations anémométriques dites « de secours » peuvent être obtenues à partir des mesures de vitesse radiale lidar provenant des N lidars et des mesures issues des sondes dc pression statique sans utiliser les mesures provenant dcs sondes d'incidence et/ou des sondes Pitot. Ces informations de secours, bien que de moindre précision par rapport à celles calculées uniquement à partir des informations anémométriques provenant des voies anémoharométriqucs à sondes, peuvent se révéler utiles au maintien de la sécurité du vol dans le cas où aucune des voies anémoharométriques à sondes n'est cohérente avec le système lidar (par exemple disfonctionnements des sondes Pitot ou à angle d'incidence), Ainsi, le module du vecteur vitesse air peut être obtenu à partir des N mesures de vitesse radiale lidar. Cc calcul par le conccntrateur peut inclure une correction de champ aérodynamique local à l'aide d'un modèle stocké par le conccntrateur. Dans le mode de réalisation où N=2, il est possible de déterminer le module du vecteur vitesse air local car, à une distance inférieure à environ 1 m du fuselage, ce vecteur présente nécessairement une composante quasi nulle selon la normale au fuselage de l'avion. [0087] De même, le nombre dc Mach (M) peut être estimé grâce au conccntrateur à partir de la TAS et d'une information de température statique soit directement issue d'une sonde de température statique (SAT) soit estimée à partir de la mesure de pression statique (Ps) et d'un modèle stocké par le concentateur tel que le modèle d'atmosphère standard OACI. On calcule alors M=TAS/a0 avec [0088] a 0 = -\,/y.R.SAT, avec y = 1,4 indice adiabatique de l'air, [0089] R 287 j.kg-1.1(1. [0090] Une valeur de vitesse air équivalente, proche d'une vitesse conventionnelle (CAS) à faible nombre de Mach ou à altitude modérée, peut être obtenue à partir de la TAS, de la mesure de pression statique Ps et dc l'information dc SAT mesurée ou estimée. Cette vitesse équivalente se calcule à partir de l'équation suivante : [0091] EAS = Ti'kS p = T4S ' Po V PoRairSAT 19 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4]