Brevet FR3129491A1 — publié le 20230526

Titre : Ensemble comprenant une pluralité de véhicules autonomes sous-marins et procédé de repositionnement de tels véhicules L’invention concerne un ensemble comprenant des véhicules autonomes sous-marins dits AUV et au moins un dispositif de surface, - les AUV comprenant chacun un système de navigation et un module de communication par signaux acoustiques et - l’au moins un dispositif de surface comprenant un module de communication par signaux acoustiques, - caractérisé en ce que chaque AUV et chaque dispositif de surface comprend une horloge, l’horloge de chaque AUV étant synchronisée avec l’horloge du dispositif de surface, de sorte que : - l’AUV envoie un premier signal comprenant une information sur la profondeur d’immersion P de l’AUV, - le dispositif de surface reçoit le premier signal, de façon à déterminer la position de l’AUV, - le dispositif de surface envoie un deuxième signal comprenant une information de repositionnement, - l’AUV reçoit le deuxième signal et actionne son système de navigation. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Ensemble comprenant une pluralité de véhicules autonomes sous-marins et procédé de repositionnement de tels véhicules. La présente invention concerne le domaine des véhicules autonomes sous-marins et des systèmes associés. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse la gestion de la position d’une flotte de tels véhicules. ETAT DE LA TECHNIQUE L’exploration du milieu sous-marin est un enjeu pour de nombreuses applications d’exploration sous-marine telles que la prospection géophysique, la surveillance des aires marines protégées, la cartographie/surveillance des Zones d’Exclusivité Économiques (ZEE), le repérage d’objets en mer, par exemple d’épaves ou de boîtes noires, l’évaluation de l’impact écologique des projets de déploiement de parcs éoliens en mer ou encore la conservation du patrimoine archéologique. Pour cela, il existe des robots ou véhicules autonomes sous-marins, communément abrégés AUV (de l’anglais Autonomous Underwater Vehicle ), configurés pour naviguer et acquérir des informations en milieu sous-marin. Les AUV d’aujourd’hui présentent généralement des performances opérationnelles modestes. Ils sont encore assemblés à l’unité par des artisans qualifiés et restent des produits très onéreux. Du fait de leur prix unitaire élevé ils ne peuvent être lâchés qu’en petit nombre dans l’océan pour des missions très ponctuelles dans cet univers vaste où ils ne représentent que des objets ponctuels. Ce petit nombre limite de fait l’exploration de l’immensité que représentent les milieux sous-marins tels que l’océan. Pour repousser cette limite de capacité d’exploration, on peut imaginer de déployer une multitude d’AUV, par exemple sur plusieurs kilomètres carrés. On comprend qu’avec des AUV très onéreux à plusieurs dizaines voire centaines de milliers d’euros, ce concept est économiquement irréaliste. Pour cela, une nouvelle approche consiste à déployer de petits AUV à un prix unitaire suffisamment abordable pour envisager d’en déployer simultanément des centaines, voire des milliers, pour observer les milieux sous-marins avec un instrument d’une taille enfin adaptée à l’immensité des océans. L’organisation en flotte de petits AUV nécessite une observation et un contrôle de la position de chacun des AUV. Pour déterminer la position d’un AUV en immersion, une solution existante consiste à programmer des échanges acoustiques entre ledit AUV et un véhicule en surface, dont les horloges sont asynchrones. Les interrogations du véhicule en surface suivies de la réception des réponses du transpondeur de l’AUV en immersion permettent au véhicule en surface de déterminer le temps de vol de l’aller-retour du signal acoustique et ainsi la distance le séparant de l’AUV Cette solution n’est cependant pas idéale en présence d’un grand nombre d’AUV. En effet, la largeur du spectre de la plage de fréquences disponibles pour la propagation du signal acoustique dans l’eau étant limitée et pour que le schéma interrogation-réponse fonctionne, un signal acoustique propre à chaque AUV est nécessaire. Chaque signal acoustique présentant une bande assez large par rapport à la plage de fréquences disponible, trop peu de canaux différents seront disponibles pour l’ensemble des AUV. Cette solution n’est donc compatible qu’avec un faible nombre d’AUV. Pour un nombre plus important d’AUV, les bandes de fréquences des différents AUV se recoupent et il devient difficile voire impossible de différencier les AUV les uns des autres. Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution améliorée de gestion de la position d’un grand nombre d’AUV et de leur guidage. Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés. RESUME Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un ensemble comprenant une pluralité de véhicules autonomes sous-marins et au moins un dispositif dit de surface, les véhicules autonomes sous-marins comprenant chacun un système de navigation configuré pour permettre sa navigation, et un module de communication configuré pour échanger des signaux acoustiques avec au moins l’au moins un dispositif de surface, et l’au moins un dispositif de surface étant apte à être positionné au moins en partie au niveau de la surface de l’eau et comprenant un module de communication configuré pour échanger des signaux acoustiques avec la pluralité de véhicules sous-marins, Chaque véhicule sous-marin comprend une horloge et l’au moins un dispositif de surface comprend une horloge. L’horloge de chaque véhicule sous-marin est configurée pour être synchronisée au moins une fois avec l’horloge de l’au moins un dispositif de surface, de sorte que : le véhicule sous-marin est configuré de façon à envoyer à un temps d’émission TE un premier signal acoustique comprenant une information relative à la profondeur d’immersion P du véhicule sous-marin, l’information relative à la profondeur d’immersion P étant mesurée par le véhicule sous-marin, le dispositif de surface : est configuré pour recevoir le premier signal acoustique à un temps de réception TA, de façon à déterminer une première position du véhicule sous-marin en fonction : d’une distance D séparant le véhicule sous-marin et le dispositif de surface, la distance D étant fonction des temps TE et TA, et de ladite information relative à la profondeur d’immersion P, et/ou comprend un module de communication d’ondes électromagnétiques par air, de préférence un module de communication hertzien, de préférence radio ou satellitaire configuré pour émettre un premier signal comprenant une information relative aux temps TE et TA et/ou à la distance D, et à l’information relative à la profondeur d’immersion P, Le dispositif de surface est configuré pour envoyer un deuxième signal acoustique comprenant une information de repositionnement de la première position du véhicule sous-marin à une deuxième position déterminée. Le véhicule sous-marin est configuré pour recevoir le deuxième signal acoustique et actionner son système de navigation pour atteindre la deuxième position. L’ensemble selon l’invention est donc synchrone : les temps d’émission et d’arrivée de chacun des signaux sont connus. Ainsi, il n’est pas nécessaire de prévoir des allers-retours entre les AUV et les dispositifs de surface. L’ensemble selon l’invention peut comprendre un nombre important d’AUV, que l’on peut qualifier de flotte d’AUV. Le fait que l’ensemble soit synchrone permet de pallier les problèmes des ensembles préexistants, permettant ainsi la gestion d’une telle flotte. Un deuxième aspect concerne un procédé de gestion de la position d’au moins un véhicule sous-marin, comprenant : au moins une synchronisation d’une horloge de chaque véhicule sous-marin parmi une pluralité de véhicules sous-marins, avec une horloge d’au moins un dispositif dit de surface apte à être en partie au moins positionné au niveau de la surface de l’eau, une émission, par un module de communication d’un véhicule sous-marin configuré pour échanger des signaux acoustiques avec au moins un dispositif de surface, possiblement un dispositif de surface différent de celui utilisé pour l’étape de synchronisation, à un temps d’émission TE, d’un premier signal acoustique comprenant une information de la profondeur d’immersion P du véhicule sous-marin, une réception par un module de communication de l’au moins un dispositif de surface configuré pour échanger des signaux acoustiques avec la pluralité de véhicules sous-marins, du signal acoustique à un temps de réception TA, le procédé comprenant également les étapes suivantes: une détermination d’une première position du véhicule sous-marin en fonction de l’information relative à la profondeur d’immersion P et d’une distance D séparant le véhicule sous-marin et le dispositif de surface, la distance D étant fonction des temps TE et TA, et/ou une émission par un module de communication d’ondes électromagnétiques par air, de préférence un module de communication hertzien du dispositif, d’un premier signal électromagnétique, de préférence un signal hertzien, comprenant une information relative aux temps TE et TA et/ou à la distance D, et à l’information de profondeur d’immersion P, une émission par le dispositif de surface d’un deuxième signal acoustique comprenant l’information de repositionnement de la première position du véhicule sous-marin à une deuxième position, une réception par le véhicule sous-marin du deuxième signal acoustique et un actionnement de son système de navigation pour atteindre la deuxième position. Les effets et avantages décrits relativement à l’ensemble selon le premier aspect s’appliquent au procédé de récupération. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels : La représente un ensemble selon un exemple de réalisation de l’invention, l’ensemble constituant un objet de l’invention, et notamment une flotte de AUV, des dispositifs placés à la surface de l’eau et un centre opérationnel. Les figures 2A et 2B représentent une antenne 3D pouvant être formée par une flotte de AUV. La illustre un exemple de synchronisation de l’horloge d’un AUV avec l’horloge d’un dispositif se trouvant à la surface de l’eau. La illustre la détermination de la position d’un AUV lorsqu’au moins trois dispositifs sont placés à la surface de l’eau. La illustre la détermination de la position d’un AUV lorsque strictement moins de trois dispositifs sont placés à la surface de l’eau. La illustre un exemple de codage de la profondeur d’un AUV. La illustre un exemple de correction de position d’un AUV. La illustre un exemple de correction de position d’un AUV simultanément à un déplacement général de la flotte d’AUV. La est une représentation schématique d’un vecteur de correction de la position envoyée à un AUV par un dispositif placé à la surface de l’eau. La est un schéma bloc des étapes de synchronisation, d’un exemple de calcul de la position et de correction de la position mettant en jeu un AUV et un dispositif placé à la surface de l’eau. Plusieurs des étapes illustrées sont uniquement optionnelles. Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. Ensemble (1) comprenant une pluralité de véhicules autonomes sous-marins (11) et au moins un dispositif dit de surface (20) configuré pour être en partie au moins positionné au niveau de la surface de l’eau, les véhicules autonomes sous-marins (11) comprenant chacun un système de navigation configuré pour permettre sa navigation, et un module de communication configuré pour échanger des signaux acoustiques (50) avec au moins l’au moins un dispositif de surface (20), et l’au moins un dispositif de surface (20) étant apte à être positionné au moins en partie au niveau de la surface de l’eau et comprenant un module de communication configuré pour échanger des signaux acoustiques (50) avec la pluralité de véhicules sous-marins (11), caractérisé en ce que chaque véhicule sous-marin (11) comprend une horloge et l’au moins un dispositif de surface (20) comprend une horloge, l’horloge de chaque véhicule sous-marin (11) étant configurée pour être synchronisée au moins une fois avec l’horloge de l’au moins un dispositif de surface (20), de sorte que : le véhicule sous-marin (11) est configuré de façon à envoyer à un temps d’émission TE un premier signal acoustique comprenant une information relative à la profondeur d’immersion P du véhicule sous-marin (11), l’information relative à la profondeur d’immersion P étant mesurée par le véhicule sous-marin (11), le dispositif de surface (20) : est configuré pour recevoir le premier signal acoustique à un temps de réception TA, de façon à déterminer une première position du véhicule sous-marin (11) en fonction au moins de: d’une distance D séparant le véhicule sous-marin (11) et le dispositif de surface (20), la distance D étant fonction des temps TE et TA, et de ladite information relative à la profondeur d’immersion P, et/ou comprend un module de communication d’ondes électromagnétiques par air, de préférence un module de communication hertzien, radio ou satellitaire, étant configuré pour émettre au moins un premier signal électromagnétique, de préférence un signal hertzien, comprenant une information relative aux temps TE et TA et/ou à la distance D, et à l’information relative à la profondeur P, et pour recevoir en réponse au moins une première position du véhicule sous-marin (11), le dispositif de surface (20) est configuré pour envoyer un deuxième signal acoustique comprenant une information de repositionnement de la première position du véhicule sous-marin (11) à une deuxième position (62) déterminée, le véhicule sous-marin (11) est configuré pour recevoir le deuxième signal acoustique et actionner son système de navigation pour atteindre la deuxième position (62). Ensemble selon la revendication précédente configuré pour déterminer l’information de repositionnement du véhicule sous-marin (11) de la première position à une deuxième position (62) déterminée. Ensemble selon la revendication 1 configuré pour recevoir un deuxième signal électromagnétique, de préférence un signal hertzien, comprenant l’information de repositionnement du véhicule de la première position à une deuxième position (62). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de surface est configuré pour être synchronisé par signal satellite à un système de positionnement par satellites, de façon à synchroniser son horloge et déterminer dans ce système sa position. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel la pluralité de véhicules sous-marins (11) est configurée pour former ensemble une antenne, chaque véhicule sous-marin (11) étant configuré pour présenter une position déterminée par rapport aux autres véhicules sous-marins (11) au moins dans un plan, de préférence en trois dimensions. Ensemble selon la revendication précédente dans lequel l’antenne est contenue dans un plan, par exemple horizontal ou vertical. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes configuré pour : déterminer un écart entre la première position (61) et une position déterminée du véhicule sous-marin (11), et déterminer le repositionnement du véhicule sous-marin (11) de la première position (61) à la deuxième position (62) en fonction de l’écart et/ou recevoir le deuxième signal électromagnétique, comprenant l’information de repositionnement du véhicule de la première position (61) à la deuxième position (62) en fonction d’un écart entre la première position (61) et une position déterminée du véhicule sous-marin Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’horloge de chaque véhicule sous-marin (11) est configurée pour être synchronisée avec l’horloge de l’au moins un dispositif de surface (20) au moins avant une mise à l’eau de ce véhicule sous-marin (11), de préférence avant mise à l’eau de tous les véhicules sous-marins (11). Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’horloge de chaque véhicule sous-marin (11) est configurée pour être synchronisée avec l’horloge de l’au moins un dispositif de surface (20) par un échange de signaux acoustiques dits « de synchronisation » entre le véhicule sous-marin (11) et le dispositif de surface (20) de façon à déterminer un décalage entre l’horloge du véhicule sous-marin (11) et l’horloge du dispositif de surface (20), Ensemble selon la revendication précédente dans lequel les signaux de synchronisation comprennent un identifiant configurés pour identifier le véhicule sous-marin par le dispositif. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins trois dispositifs de surface (20) configurés de sorte que : lorsque le premier signal acoustique émis par le véhicule sous-marin (11) est reçu par les trois dispositifs de surface (20), au moins un dispositif de surface (20) est configuré pour : déterminer la première position (61) par triangulation entre les au moins trois dispositifs de surface (20) et/ou émettre au moins ledit premier signal électromagnétique, de préférence un signal hertzien, comprenant les informations relatives aux temps TE et TA et/ou à aux distance D, et à l’information relative à la profondeur d’immersion P, reçues par chacun des trois dispositifs de surface (20), puis recevoir le deuxième signal électromagnétique, comprenant la première position, Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes lorsque le premier signal acoustique émis par le véhicule sous-marin (11) est reçu par un nombre strictement inférieur à trois dispositifs de surface (20), au moins un dispositif de surface (20) est configuré pour : déterminer la première position (61) en fonction d’une première position précédente du véhicule, par un modèle de suivi de trajectoire, et/ou recevoir le deuxième signal électromagnétique, comprenant l’information sur la position déterminée, de préférence par un modèle de suivi de trajectoire. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un centre opérationnel (30), par exemple positionné en mer (par exemple sur un bateau) ou sur terre (par exemple sur le rivage), l’ensemble étant configuré pour échanger des signaux électromagnétiques avec le centre opérationnel (30), le centre opérationnel (30) étant configuré pour déterminer la première position (61) du véhicule sous-marin (11) notamment en fonction de la distance D et/ ou des temps TE et TA ainsi que de la profondeur d’immersion P, et configuré pour déterminer le repositionnement du véhicule sous-marin (11). Ensemble selon la revendication précédente dans lequel le dispositif de surface (20) ou le centre opérationnel (30) est configuré pour corriger les valeurs d’immersion reçues en fonction de paramètres de correction, par exemple le différentiel de gravité et la hauteur des vagues. Ensemble selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel l’information de repositionnement comprend une consigne de profondeur d’immersion P, une consigne d’azimut et une consigne de temps de poussée à effectuer par le système de navigation du véhicule sous-marin (11). Procédé de gestion de la position d’au moins un véhicule sous-marin (11), comprenant : au moins une synchronisation d’une horloge de chaque véhicule sous-marin (11) parmi une pluralité de véhicules sous-marins (11), avec une horloge d’au moins un premier dispositif dit de surface (20) configuré pour être en partie au moins positionné au niveau de la surface de l’eau, une émission, par un module de communication d’un véhicule sous-marin configuré pour échanger des signaux acoustiques avec au moins un deuxième dispositif de surface (20), possiblement un dispositif de surface (20) différent de celui utilisé pour l’étape de synchronisation, à un temps d’émission TE, d’un premier signal acoustique comprenant une information de la profondeur d’immersion P du véhicule sous-marin (11), une réception par un module de communication de l’au moins un deuxième dispositif de surface (20), du signal acoustique à un temps de réception TA, le procédé comprenant également les étapes suivantes: une détermination d’une première position (61) du véhicule sous-marin (11) en fonction de l’information relative à la profondeur d’immersion P et d’une distance D séparant le véhicule sous-marin (11) et le dispositif de surface (20), la distance D étant fonction des temps TE et TA, et/ou une émission par un module de communication d’ondes électromagnétiques par air, de préférence un module de communication hertzien du dispositif, d’un premier signal électromagnétique, de préférence un signal hertzien, comprenant une information relative aux temps TE et TA et/ou à la distance D, et à l’information de profondeur d’immersion P, une émission par un troisième dispositif de surface (20) d’un deuxième signal acoustique comprenant une information de repositionnement de la première position (61) du véhicule sous-marin (11) à une deuxième position (62), les premier, deuxième et troisième dispositifs de surface (20) étant possiblement un unique dispositif de surface (20), une réception par le véhicule sous-marin (11) du deuxième signal acoustique et un actionnement de son système de navigation pour atteindre la deuxième position (62).