Brevet FR3099830A1 — publié le 20210212

Description Titre de l'invention : Procédé et système de surveillance d'un réseau de câbles, par analyse en composantes principales [0001] L'invention concerne le domaine des systèmes de diagnostic filaires basés sur le principe de la réflectométrie. Elle a pour objet un procédé et un système de surveillance d'un réseau de câbles de topologie complexe et vise en particulier à limiter le nombre de dispositifs de réflectométrie utilisés pour surveiller l'évolution de l'état du réseau. [0002] Le domaine de l'invention est celui des méthodes et dispositifs de détection et/ou lo- calisation de défauts dans des câbles, ou plus généralement des lignes de transmission, par réflectométrie. [0003] Les câbles visés peuvent être des câbles électriques, des câbles d'alimentation ou de transmission d'information, installés dans des bâtiments, des véhicules ou encore des avions. Les câbles concernés peuvent être coaxiaux, bifilaires, en lignes parallèles, en paires torsadées ou autre pourvu qu'il soit possible d'y injecter un signal en un point du câble et de mesurer sa réflexion au même point ou en un autre point. Il est nécessaire de pouvoir analyser l'état de ces câbles afin d'apporter des informations sur les défauts qui peuvent apparaitre, ce afin d'aider à la maintenance de ces systèmes. Les méthodes de réflectométrie permettent de réaliser cc type d'analyse. [0004] Les méthodes de réflectométrie utilisent un principe proche de celui du radar - un signal électrique, le signal de sonde ou signal de référence, qui est le plus souvent de haute fréquence ou large bande, est injecté en un ou plusieurs endroits du câble à tester. Le signal se propage dans le câble ou le réseau et renvoie unc partie de son énergie lorsqu'il rencontre unc discontinuité électrique. Unc discontinuité électrique peut résulter, par exemple, d'un branchement, de la fin du câble ou d'un défaut ou plus généralement d'une rupture des conditions de propagation du signal dans le câble. Elle résulte le plus souvent d'un défaut qui modifie localement l'impédance caractéristique du câble en provoquant une discontinuité dans ses paramètres linéiques. [0005] L'analyse des signaux renvoyés au point d'injection permet d'en déduire des in- formations sur la présence et la localisation de ces discontinuités, donc des défauts éventuels. Une analyse dans le domaine temporel ou fréquentiel est habituellement réalisée. Ces méthodes sont désignées par les acronymes TDR venant de l'expression anglo-saxonne « Time Domain Reflectometry » et FDR venant de l'expression anglo-saxonne « Frequency Domain Reflectometry ». [0006] Bien que les méthodes de réflectométrie précitées offrent de bons résultats concernant l'analyse de défauts pour des câbles simples, elles ne sont pas adaptées 2 lorsqu'il s'agit de surveiller l'état d'un réseau de câbles de topologie complexe présentant plusieurs branches interconnectées au moyen de différents noeuds. [0007] En effet, pour ce type de réseaux complexes, les méthodes de réflectométrie usuelles introduisent des ambigiiités dans la localisation des défauts. Ainsi, il n'est pas possible de réaliser un diagnostic précis au moyen d'un seul dispositif de réflectométrie. Au contraire, il est nécessaire de mettre en oeuvre un système distribué comprenant plusieurs dispositifs de réflectométrie connectés en différents points du réseau, par exemple en différentes extrémités du réseau. [0008] Des méthodes de réflectométric distribuée ont été proposées notamment dans le document [1]. Elles sont basées sur un système dans lequel un dispositif de réflectométrie différent est connecté à chaque extrémité du réseau. L'analyse conjointe des différents signaux acquis par chaque dispositif permet de réaliser un diagnostic relatif à la présence de défauts plus précis. [0009] Cependant, un inconvénient des systèmes de réflectométric distribués réside dans le nombre de dispositifs important à utiliser, cc qui engendre notamment des problèmes de consommation d'énergie trop importante pour l'ensemble du système. Par ailleurs, le diagnostic nécessite l'analyse de l'ensemble des signaux mesurés par tous les dispositifs, ces signaux étant transmis à un organe de traitement central. Ce traitement introduit donc un délai significatif supplémentaire pour réaliser le diagnostic. [0010] Afin de limiter la complexité d'un système de réflectométrie distribuée, il existe un besoin pour réduire le nombre de dispositifs connectés au réseau notamment pour la surveillance de l'évolution d'un défaut préalablement détecté. [0011] L'invention propose une méthode permettant de sélectionner un nombre réduit de dispositifs au sein d'un système de réflectométrie distribuée dans un but de surveiller l'état d'un réseau de câbles pour aider à sa maintenance. La méthode est basée sur une analyse en composantes principales multidimensionnelle dont les variables sont les signaux des rétlectogranunes mesurés par les différents dispositifs du système distribué. [0012] L'invention a pour objet un procédé de surveillance d'un réseau de câbles au moyen d'une pluralité de dispositifs de réflectométrie étant chacun connecté en un point du réseau de câbles, le procédé comprenant les étapes de : Acquérir, à un instant courant, au moyen de chacun des dispositifs de réflectométrie, une mesure d'un signal de test préalablement injecté dans le réseau et réfléchi sur au moins une discontinuité d'impédance du réseau, chaque mesure étant appelée réflectogramme temporel, l'ensemble des réflectogrammes temporels formant une variable multidimensionnelle, Déterminer au moins une erreur de prédiction entre la variable multidimensionnelle et une projection de la variable multidimensionnelle sur un espace 3 défini par un modèle du réseau de câbles à l'instant initial, le modèle étant déterminé par une analyse en composantes principales, Comparer l'au moins une erreur de prédiction à un seuil de détection de défauts, Sélectionner l'échantillon de la variable multidimensionnelle pour lequel l'erreur de prédiction dépasse le seuil de détection et est maximale, Déterminer, pour au moins l'échantillon sélectionné, une contribution relative de chaque dispositif de réflectométrie à cet échantillon. [0013] Selon un aspect particulier de l'invention, le modèle du réseau de câbles à l'instant initial est déterminé au moyen des étapes de : Acquérir, à un instant initial, au moyen de chacun des dispositifs de réflectométrie, un réflectogramme temporel, l'ensemble des réflectogrammes temporels formant une variable multidimensionnelle mesurée à l'instant initial, Appliquer à la variable multidimensionnelle mesurée à l'instant initial, une analyse en composantes principales pour déterminer le modèle du réseau de câbles. [0014] Selon une variante particulière, le procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'invention comprend en outre les étapes de : sélectionner un nombre réduit de dispositifs de réflectométrie ayant les contributions relatives les plus élevées, surveiller l'état du réseau de câbles à partir du ou des dispositif(s) sélectionné(s) au moyen d'une analyse par réflectométrie. [0015] Selon une variante particulière, le procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'invention comprend les étapes de : Déterminer, pour plusieurs échantillons de la variable multidimensionnelle mesurée à l'instant courant, pour lesquels l'erreur de prédiction dépasse le seuil de détection, une contribution relative de chaque dispositif de réflectométrie à cet échantillon, Pour chacun des dits échantillons, déterminer le dispositif de réflectométrie ayant la contribution relative la plus élevée, évaluer une distance entre le dispositif de réflectométrie et un défaut détecté, à partir de la valeur de l'erreur de prédiction de l'échantillon, Localiser le défaut détecté à partir des distances évaluées. [0016] Selon un aspect particulier de l'invention, l'espace défini par le modèle du réseau de câbles à l'instant initial est un sous espace principal ou un sous espace résiduel défini par l'analyse en composantes principales. [0017] Selon un aspect particulier de l'invention, l'erreur de prédiction est prise parmi une erreur du type erreur de prédiction quadratique ou une erreur du type test statistique de Hotelling T2. [0018] Selon un aspect particulier de l'invention, l'état initial du réseau de câbles est un état pour lequel le réseau de câbles ne présente aucun défaut. [0019] Selon un aspect particulier de l'invention, le seuil de détection de défauts est un seuil de confiance déterminé à partir du modèle obtenu par l'analyse en composantes principales. [0020] L'invention a aussi pour objet un programme d'ordinateur comportant des ins- tructions pour l'exécution du procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'invention, lorsque le programme est exécuté par un processeur. [0021] L'invention a aussi pour objet un support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour l'exécution du procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'invention, lorsque le programme est exécuté par un processeur. [0022] L'invention a aussi pour objet un système de surveillance d'un réseau de câbles comprenant une pluralité de dispositifs de réflectométrie connectés chacun en un point du réseau de câbles et un organe de surveillance reliés à chacun des dits dispositifs et configure pour exécuter les étapes du procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'invention. [0023] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés suivants : [0024] [fig.1] représente un schéma illustrant le principe connu de la réflectométrie temporelle et son application à la détection d'un défaut non franc, [0025] [fig.2] représente un exemple de réflectogramme illustrant l'allure de la signature d'un défaut non franc, [0026] [fig.3] représente un schéma d'un système de réflectométrie distribué appliqué à la surveillance de l'état d'un réseau de câbles, [0027] [fig.4] représente un organigramme détaillant les étapes de mise en oeuvre d'un procédé de surveillance de l'état d'un réseau de câbles selon l'invention, [0028] [fig.5] représente un exemple de plusieurs réflectogrammes mesurés par les dis- positifs du système distribué décrit à la figure 3, [0029] [fig.6] représente une erreur de prédiction calculée à partir des rétlectogrammes décrits à la figure 5, [0030] [fig.7] représente un diagramme des contributions des différents dispositifs pour la valeur maximale de l'erreur de prédiction de la figure 6, [0031] [fig.8] représente un exemple de mise en oeuvre de l'invention dans un système de ré- flectométrie distribué. [0032] On rappelle en préambule des notions générales de hase sur les méthodes d'analyse de l'état d'un câble par réflectométrie. [0033] La figure 1 schématise, pour rappel, le principe de fonctionnement d'une méthode de diagnostic par réflectométrie appliquée à une ligne de transmission L présentant un défaut DNF, par exemple un défaut non franc. L'exemple décrit ci-dessous correspond à une méthode de réflectométric temporelle. [0034] Un signal de référence S, nommé également signal incident, est injecté dans la ligne de transmission en un point P. Le signal réfléchi R est mesuré au même point P (ou en un autre point de la ligne). Ce signal se propage dans la ligne et rencontre, au cours de sa propagation, une première discontinuité d'impédance à l'entrée du défaut DNF. Le signal se réfléchit sur cette discontinuité avec un coefficient de réflexion I. Si l'impédance caractéristique Z, 2 dans la zone du défaut non franc DNF est inférieure à l'impédance caractéristique Z, avant l'apparition du défaut, alors le coefficient de réflexion fi est négatif et se traduit par un pic d'amplitude négative dans le signal réfléchi R. Dans le cas inverse, le coefficient de réflexion fi est positif et se traduit par un pic d'amplitude positive dans le signal réfléchi R. [0035] La partie transmise T du signal incident S continue de se propager dans la ligne et rencontre ensuite une deuxième discontinuité d'impédance créant une deuxième réflexion du signal incident avec un coefficient de réflexion 12 de signe opposé au premier coefficient de réflexion f I. Si fi O. Si Fi > 0 alors 1', REVENDICATIONSProcédé de surveillance d'un réseau de câbles au moyen d'une pluralité de dispositifs de réflectométrie étant chacun connecté en un point du réseau de câbles, le procédé comprenant les étapes de : Acquérir (403), à un instant courant, au moyen de chacun des dispositifs de réflectométrie, une mesure d'un signal de test préalablement injecté dans le réseau et réfléchi sur au moins une discontinuité d'impédance du réseau, chaque mesure étant appelée réflectogramme temporel, l'ensemble des réflectogrammes temporels formant une variable multidimensionnelle, Déterminer (404) au moins une erreur de prédiction entre la variable multidimensionnelle et une projection de la variable multidimensionnelle sur un espace défini par un modèle du réseau de câbles à l'instant initial, le modèle étant déterminé par une analyse en composantes principales, Comparer (405) l'au moins une erreur de prédiction à un seuil de détection de défauts, Sélectionner (406) l'échantillon de la variable multidimensionnelle pour lequel l'erreur de prédiction dépasse le seuil de détection et est maximale, Déterminer (407), pour au moins l'échantillon sélectionné, une contribution relative de chaque dispositif de réflectométrie à cet échantillon. [Revendication 2] Procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon la revendication 1 dans lequel le modèle du réseau de câbles à l'instant initial est déterminé au moyen des étapes de : Acquérir (401), à un instant initial, au moyen de chacun des dispositifs de réflectométrie, un réflectogramme temporel, l'ensemble des réflectogrammes temporels formant une variable multidimensionnelle mesurée à l'instant initial, Appliquer à la variable multidimensionnelle mesurée à l'instant initial, une analyse (402) en composantes principales pour déterminer le modèle du réseau de câbles. 17 [Revendication 3] [Revendication 4] Procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre les étapes de : sélectionner (408) un nombre réduit de dispositifs de réflectométrie ayant les contributions relatives les plus élevées, surveiller l'état du réseau de câbles à partir du ou des dispositif(s) sélectionné(s) au moyen d'une analyse par réflectométrie. Procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant les étapes de : Déterminer, pour plusieurs échantillons de la variable multidimensionnelle mesurée à l'instant courant, pour lesquels l'erreur de prédiction dépasse le seuil de détection, une contribution relative de chaque dispositif de réflectométrie à cet échantillon, Pour chacun des dits échantillons, i. déterminer le dispositif de réflectométric ayant la contribution relative la plus élevée, ii. évaluer (409) une distance entre le dispositif de réflectométrie et un défaut détecté, à partir de la valeur de l'erreur de prédiction de l'échantillon, Localiser (410) le défaut détecté à partir des distances évaluées. [Revendication 5] Procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'espace défini par le modèle du réseau de câbles à l'instant initial est un sous espace principal ou un sous espace résiduel défini par l'analyse en composantes principales. [Revendication 6] Procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'erreur de prédiction est prise parmi une erreur du type erreur de prédiction quadratique ou une erreur du type test statistique de Hotelling T'. [Revendication 7] Procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'état initial du réseau de câbles est un état pour lequel le réseau de câbles ne présente aucun défaut. 18 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] Procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le seuil de détection de défauts est un seuil de confiance déterminé à partir du modèle obtenu par l'analyse en composantes principales. Programme d'ordinateur comportant des instructions pour l'exécution du procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque le programme est exécuté par un processeur. Support d'enregistrement lisible par un processeur sur lequel est enregistré un programme comportant des instructions pour l'exécution du procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque le programme est exécuté par un processeur. Système de surveillance d'un réseau de câbles comprenant une pluralité de dispositifs de réflectométrie (S1-S6) connectés chacun en un point du réseau de câbles et un organe de surveillance (ORG) reliés à chacun des dits dispositifs et configure pour exécuter les étapes du procédé de surveillance d'un réseau de câbles selon l'une des revendications 1 à 8.