L'invention a également pour objet un drone pourvu d'un système mettant en œuvre un procédé de détermina ^¬ tion de trajectoire d'évitement d'un aéronef piloté.

Etat de la technique

Un drone aérien est un aéronef sans pilote humain à bord. Cet aéronef peut être pourvu de systèmes automa ^¬ tisés et réaliser son vol de façon autonome, il peut éga ^¬ lement être pourvu de capteurs et être commandé à dis ^¬ tance par un pilote depuis le sol. Les drones aériens sont de plus en plus utilisés dans le domaine militaire, notamment pour la surveillance des champs de bataille, la reconnaissance voire l'attaque au sol.

Il a été envisagé d'utiliser de tels drones dans le domaine civil pour réaliser des misions de surveil- lance ou de reconnaissance. Ces drones sont en effet in ^¬ téressants car ils disposent d'une grande autonomie de vol mais pâtissent d'une faible manoeuvrabilité, particu ^¬ lièrement en ce qui concerne leur capacité à monter ou descendre. L'absence de pilote à bord interdit au drone de pouvoir satisfaire aux règles de l'air en vigueur dans l'espace aérien civil, règles qui prévoient en particu ^¬ lier qu'un aéronef puisse assurer une fonction « voir et éviter » aux fins de l'évitement des collisions. Ainsi les drones ne sont ils pas autorisés à voler dans l'espace aérien non ségrégué, c'est-à-dire aux mêmes en ^¬ droits et mêmes moments que les aéronefs civils pourvus d'un pilote humain à bord.

On connaît un système d' anti-collision qui est destiné à équiper certains aéronefs pilotés autorisés à voler aux instruments. Ce système est connu sous le nom de TCAS et correspond au standard ACAS défini par la convention sur l'aviation international civile. En Europe, tous les avions commerciaux avec plus de dix-neuf sièges passagers doivent être obligatoirement équipés de la version II de ce système intégrant un transpondeur de mode S. Le système est agencé pour récupérer des informa ^¬ tions sur le cap et la position de tout aéronef situé à une distance variant entre 2,5 (4 km) et 30 miles (48 km) . Ces informations comprennent principalement la dis- tance avec ces aéronefs, leur altitude pression et une information approximative d'azimut. Les aéronefs détectés sont appelés « aéronefs intrus ». Les informations sont récupérées par interrogation du transpondeur -de mode S ou de type mode S- de l'aéronef intrus et sont utilisées par le système TCAS II pour déterminer si une collision avec cet aéronef intrus est possible. Par collision, on comprendra un croisement des aéronefs à des distances in ^¬ férieures à des critères dont les valeurs sont entrées au préalable dans le système. La priorité est donnée au sys- tème TCAS II (nommé alors TCAS « maître ») de l'appareil qui est le premier entré en contact avec le système TCAS II (nommé alors TCAS « esclave ») de l'autre appareil. En cas de collision potentielle détectée par le système TCAS, le pilote de chaque aéronef est informé par une alerte auditive émise dans la cabine de pilotage. Une telle alerte est appelée « Traffic Advisory ». Si, suite à cette alerte, le risque de collision n'est pas réduit et que la collision semble imminente, le TCAS maître dé ^¬ termine la manœuvre d'évitement à effectuer par l'avion qu'il équipe et transmet un avis de résolution contenant cette information au TCAS esclave qui détermine à son tour une manœuvre d'évitement compatible. Chaque avis, appelé « Resolution Advisory » ou RA, est également transmis au pilote concerné par le biais d'un afficheur intégré aux instruments de navigation et est doublé d'une alerte auditive. L'avis indique l'aéronef intrus concerné par l'alerte ainsi qu'une consigne de manœuvre au pi ^¬ lote : maintenir la trajectoire actuelle, monter, descen ^¬ dre ou surveiller la vitesse verticale. Le TCAS esclave, ayant reçu le RA du TCAS maître, émet à l'intention de son pilote une consigne de manœuvre compatible. Dans la majorité des situations, le système TCAS II préconise à l'un des aéronefs de monter et à l'autre de descendre, ce qui a pour effet d'augmenter très rapidement la distance séparant les deux aéronefs. Pour son bon fonctionnement, le système TCAS II nécessite que l'aéronef qui en est équipé dispose de performances minimales en terme de vi ^¬ tesse de montée et de descente.

La faible manoeuvrabilité des drones en montée et en descente, ainsi que l'absence de pilote capable d'interpréter les instructions du système TCAS II, ne permettent pas de faire circuler les drones aériens dans l'espace aérien non ségrégué et freine donc l'extension de leur utilisation à des domaines tels que la surveil- lance civile, la prévention d'incendies ou la sécurité routière. Une amélioration de la manoeuvrabilité des dro ^¬ nes jusqu'aux niveaux requis pour effectuer les manœuvres d'évitement prescrites par le système TCAS II augmente ^¬ rait la masse et le coût de ces aéronefs et nuirait aux performances essentielles de tels appareils, particuliè ^¬ rement en terme d'autonomie, de vitesse minimale de vol, de bruit et de consommation de carburant.

Objet de l'invention

Un but de l'invention est de doter un drone d'une fonction « voir et éviter », c'est-à-dire de le doter de la capacité d'éviter une collision avec un aéronef in ^¬ trus .

Exposé de l'invention

A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de détermination par un drone aérien, dépourvu d'un système TCAS, d'une trajectoire pour éviter un aéro ^¬ nef intrus, comprenant les étapes de :

-acquérir la position de l'aéronef intrus afin de déterminer la distance séparant le drone aérien de l'aéronef intrus ;

-mesurer la vitesse angulaire de l'aéronef intrus dans un plan horizontal ;

-déterminer si l'aéronef intrus est équipé d'un système TCAS, et le cas échéant, recevoir un avis de ré ^¬ solution émis par le système TCAS de l'aéronef intrus et déterminer une trajectoire d'évitement.

Ce procédé permet ainsi à un drone aérien de dé ^¬ tecter et éviter un aéronef intrus.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la trajectoire d'évitement pourra être déter ^¬ minée dans un plan horizontal, permettant ainsi à un drone dont la manoeuvrabilité ne lui permettrait pas d'appliquer les consignes TCAS, de pouvoir éviter en toute sécurité un aéronef qui serait équipé d'un système TCAS et qui appliquerait la consigne préconisée par ce ^¬ lui-ci, quelle qu'elle soit.

L' invention comprend également un drone pourvu d'un système de contrôle de vol agencé pour mettre en œu ^¬ vre le procédé d'évitement de l'invention.

Brève description des figures

Il sera fait référence aux figures annexées, par ^¬ mi lesquelles :

- la figure 1 est une vue schématique en perspec ^¬ tive d'une situation de croisement d'un aéronef et d'un drone selon l'invention ;

- la figure 2 est un logigramme des événements déclenchés par la détection d'un aéronef intrus selon un premier mode de réalisation de 1 ' invention ;

- la figure 3 est un logigramme des événements déclenchés par la détection d'un aéronef intrus selon un second mode de réalisation de 1 ' invention ;

- la figure 4 est une vue schématique en perspec- tive d'une situation de croisement d'un aéronef et d'un drone selon un troisième mode de réali ^¬ sation de l'invention ;

- la figure 5 est un logigramme des événements déclenchés par la détection d'un aéronef intrus selon le mode de réalisation de la figure.

Description détaillée d' au moins un mode de réalisation de l' invention

En référence à la figure 1, le drone aérien selon l'invention, généralement désigné 1, est un avion qui comprend un transpondeur mode S 2, un interrogateur de transpondeur 13, deux antennes à capacité goniométrique 3 placées chacune sur une des ailes du drone 1 ainsi qu'un système automatisé d'analyse de données 4 connecté à un système de contrôle de vol 5 comportant notamment un cal- culateur. Le drone 1 poursuit un cap qui croise, au point A, la trajectoire de vol d'un aéronef intrus 10 pourvu d'un système TCAS II, désigné 11 sur la figure, en lien avec un transpondeur mode S 12. La figure 1 comporte la représentation d'un plan horizontal H sur lequel sont projetées les positions des deux aéronefs 1 et 10.

Le système automatisé d'analyse de données 4 com ^¬ prend une unité de calcul informatique agencé pour exécu ^¬ ter un programme informatique mettant en œuvre un procédé de détermination d'une trajectoire d'évitement.

En référence aux figures 2 et 3, le procédé de détermination par le drone 1 d'une trajectoire d'évitement de l'avion 10 est décrit. Dans ces logigram ^¬ mes, les formes oblongues désignent les instructions éla ^¬ borées par le système d' analyse de données 4 du drone 1 et les losanges les opérations logiques effectuées par ce système d' analyse 4.

A l'entrée de l'avion intrus 10 dans la zone dans laquelle l'avion intrus 10 reçoit les signaux du trans ^¬ pondeur 2 de mode S du drone 1, ce dernier reçoit des in- formations sur la position et le cap de l'avion intrus 10 en réponse à un message émis par son transpondeur 2. Ceci correspond à l'étape 20 du logigramme. Parallèlement à la réception de ces informations, le drone 10 émet un mes ^¬ sage indiquant sa capacité à manœuvrer (étape 21) . Ici le drone indique «peu manoeuvrant».

Les informations relatives à l'avion intrus 10 sont traitées par le système d' analyse de données 4 qui détermine alors la distance séparant le drone 1 de l'avion intrus 10 (étape 22) ainsi que l'existence ou non d'un risque de collision (étape 23) .

Si aucun risque de collision n'est détecté, le drone maintient sa trajectoire initiale (étape 24) .

En cas de risque de collision, le système d'analyse 4 réalise une mesure précise de la vitesse an- gulaire de déplacement de l'avion 10 par rapport au drone 1 dans le plan horizontal H à l'aide des antennes à capa ^¬ cité goniométrique 3 (étape 25) . La détermination de la position d'un engin émettant des ondes radio par des moyens radio tels que des antennes à capacité goniométri- que est connue en soi.

Une fois cette vitesse angulaire acquise, le sys ^¬ tème d'analyse 4 détermine si l'avion 10 dispose d'un système TCAS II (étape 26) . Cette détermination se fait par réception ou non d'une réponse de l'avion 10 à la première interrogation par le transpondeur 2 du drone 1.

Si le système détecte que l'avion 10 est équipé d'un système TCAS II, le système 4 attend alors l'émission d'un avis de résolution RA (étape 27) émis par le système TCAS II de l'avion 10 pour déterminer la tra- jectoire d'évitement (étape 28) et l'envoyer pour exécu- tion au système de contrôle de vol 5 du drone 1 (étape 29) . La manoeuvre correspondant à la trajectoire d'évitement déterminée par le système 4 est déclenchée après l'émission de l'avis de résolution RA par l'avion intrus 10 afin de ne pas perturber le fonctionnement du TCAS II. En effet, une manœuvre effectuée avant que le TCAS II de l'avion intrus 10 ait déterminé une solution anti-collision est susceptible de dégrader la fonction de surveillance du système TCAS II. Ainsi, la trajectoire d'évitement déterminée par le drone 1 est exécutée en même temps que la manœuvre d'évitement correspondant à l'avis de résolution RA donné par le TCAS II de l'avion 10. L'avis de résolution RA donnée par le TCAS II de l'avion intrus 10 étant un évitement vertical (instruc- tion de monter ou de descendre), la trajectoire d'évitement déterminée par le système d'analyse de don ^¬ nées 4 sera avantageusement comprise dans un plan hori ^¬ zontal, dans une direction prenant en compte la vitesse angulaire de l'avion intrus 10 ainsi que sa position au moment de l'émission de l'avis de résolution RA. Cette trajectoire permet d'assurer un éloignement rapide des deux aéronefs tout en garantissant que le déroulement si ^¬ multané de ces deux manoeuvres ne puisse amener à une collision, ces manœuvres ayant lieu selon des directions comprises dans des plans orthogonaux.

Si l'avion intrus 10 n'a pas répondu à la pre ^¬ mière interrogation par le transpondeur 2 du drone 1, le système d'analyse de données 4 interprète que l'avion in ^¬ trus 10 n'est pas équipé du système TCAS II et détermine alors la trajectoire d'évitement (étape 30), pour une exécution dès que possible par le système de contrôle de vol 5 (étape 31). Cette trajectoire d'évitement peut com ^¬ prendre des manœuvres dans un plan vertical et/ou un plan horizontal. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la trajectoire d'évitement comprend un virage à droite dans un plan horizontal. Cette manœuvre est conforme aux règles de l'air applicables aux conditions de vol à vue et correspond à la réaction attendue d'un aéronef classique dans de telles conditions.

On remarquera que, selon ce mode de réalisation, le contenu de l'avis de résolution RA est ignoré, seule l'émission de celui-ci est prise en compte dans le procé ^¬ dé .

En référence à la figure 3, un autre mode de mise en oeuvre du procédé de l'invention est décrit, pour le cas où le drone 1 disposerait de capacités de manoeuvre en descente compatibles avec les exigences du système TCAS II (par exemple vitesse de descente supérieure à 500 pieds/min, soit environ 150 mètres par minute) et que cette caractéristique a été entrée dans le système d'analyse de données 4 en charge de la détermination de la trajectoire d'évitement. Selon ce mode de réalisation particulier, lorsqu'un tel drone 1 croise un aéronef intrus 10 équipé d'un système TCAS II et qu'un risque de collision est détecté par celui-ci, le drone 1, qui a préalablement détecté le fait que l'aéronef intrus 10 est équipé d'un système TCAS II, se met en attente de l'émission d'un avis de résolution RA par le TCAS II de l'aéronef intrus 10 (étape 27) . A réception de cet avis de résolution RA, le système d'analyse de données 4 ana ^¬ lyse la teneur de l'avis de résolution RA émis par le système TCAS II de l'avion intrus 10 (étape 32) . Si cet avis de résolution RA comprend une consigne de montée de l'aéronef intrus 10, la trajectoire d'évitement détermi- née par le système d'analyse de données 4 est descendante (étape 33). Dans le cas contraire, la trajectoire d'évitement comprend un virage dans un plan horizontal (étape 34). Les manœuvres d'évitement ainsi déterminées sont mises en œuvre immédiatement après émission du RA (étapes 35 et 36) . Le procédé selon le deuxième mode de mise en œu ^¬ vre est par ailleurs identique au procédé selon le pre ^¬ mier mode de mise en œuvre.

En référence aux figures 4 et 5, un troisième mode de réalisation du procédé selon l'invention est décrit. Selon ce mode de réalisation, le drone 1 est équipé d'un transpondeur mode S 2, d'un système automatisé d' analyse de données 4 connecté à un système de contrôle de vol 5, d'un radar 51 et de la seule partie « récep- tion » 52 de l'interrogateur de transpondeur 13. A l'entrée de l'avion intrus 10 dans la zone de détection du radar 51, celui-ci acquiert la position de l'aéronef intrus 10, son cap, sa vitesse, son altitude ainsi que sa vitesse angulaire dans un plan horizontal (étape 40) . En effet, dénué de la capacité d'interroger le transpondeur 12 de l'avion intrus 10, le drone 1 ne peut recueillir les informations relatives à la position de celui-ci que par mesure directe. Parallèlement à ces mesures, la par ^¬ tie « réception » 52 de l'interrogateur de transpondeur 13 est à l'écoute de l'environnement radioélectrique et peut donc recevoir des messages émis par l'avion intrus 10 en réponse à des sollicitations d'autres aéronefs ou d'unités de contrôles au sol. Ces messages peuvent com ^¬ prendre des informations relatives à l'identification de l'aéronef (émises par un transpondeur mode A) et/ou son altitude, son cap, sa vitesse et le fait qu'il possède un système TCAS (émises par un transpondeur mode C) . Ceci correspond à l'étape 41.

Au fur et à mesure de leur acquisition, ces in- formations sont traitées par le système d'analyse de don ^¬ nées 4 afin de déterminer la distance séparant le drone 1 de l'avion intrus 10 et l'existence ou non d'un risque de collision (étape 42) . Ces informations sont mises à jour en permanence et les étapes 40 à 42 sont répétées en bou- cle, pour chaque aéronef entrant dans la portée du radar 51. Si aucun risque de collision n'est détecté, le drone 1 maintient sa trajectoire initiale (étape 43) . En cas de risque de collision identifié, le système d'analyse 4 dé ^¬ termine une trajectoire d'évitement (étape 44) sur la base de la dernière mise à jour des informations relati ^¬ ves à la position et au mouvement de l'avion intrus 10. Si le drone 1 a déterminé que l'avion intrus 10 n'est pas équipé d'un système TCAS, la manœuvre d'évitement est ef ^¬ fectuée immédiatement. Dans le cas contraire, c'est-à- dire si le drone 1 a détecté que l'avion intrus 10 est équipé d'un système TCAS, le drone 1 maintient sa trajec ^¬ toire jusqu'à ce que la partie « réception » 52 de l'interrogateur de transpondeur 13 reçoive un avis de résolution RA. Pendant cette période, les informations re- latives à la position de l'aéronef ainsi que les étapes 40 à 42 du procédé sont répétées en boucle de manière à adapter la manœuvre d'évitement et la pertinence de sa réalisation aux éventuels changement de trajectoire de l'aéronef intrus 10 et/ou de l'apparition d'un second aé- ronef intrus dans la portée du radar 51.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.

En particulier :

- bien que les moyens de mesure de la vitesse an ^¬ gulaire de l'avion intrus 10 comprennent des moyens radio sous la forme d' antennes à capacité goniométrique 3 ou un radar 51, l'invention s'applique également à d'autres moyens de mesure de la vitesse angulaire comme par exem ^¬ ple au moins un capteur optronique comme une caméra, un dispositif de télédétection par laser (Lidar) ou tout autre moyen permettant d'obtenir une mesure de vitesse an ^¬ gulaire appropriée pour permettre la mise en œuvre du procédé; - bien que l'invention ait été décrite en rela ^¬ tion avec l'évitement d'un avion, le procédé selon l'invention s'applique également à l'évitement d'autres types d'aéronefs tels que par exemple des ballons diri- geables, des planeurs ou des ULM ;

- bien que l'indication émise par le drone 1 vers l'avion intrus 10 sur sa capacité à manœuvrer comprenne, ici, l'indication «peu manoeuvrant », le procédé selon l'invention s'applique également à l'émission d'autres messages sur la capacité du drone à manœuvrer comme par exemple « drone », « non manoeuvrant » ou « manoeuvrant en descente exclusivement » ; le drone pourrait également n'émettre aucune indication de ce type ;

-bien qu'ici l'acquisition de la position de l'aéronef intrus soit effectuée par recueil des informa ^¬ tions émises par son transpondeur de mode C à la requête du drone, ou par mesure directe par radar, l'invention s'applique également à d'autres moyens d'acquisition de la position comme par exemple au moins un capteur optro- nique comme une caméra, un dispositif de télédétection par laser (Lidar) ou tout autre moyen permettant d'obtenir une acquisition de position appropriée pour permettre la mise en œuvre du procédé;

-bien qu' ici la détermination du fait que l'aéronef intrus est ou non équipé d'un système TCAS soit effectuée par analyse de la réponse de l'avion intrus à la première interrogation par le transpondeur du drone ou par écoute des émissions en réponse aux requêtes d'autres aéronefs ou d'unités de contrôle au sol, l'invention s'applique également à d'autres moyens de détermination du fait que l'aéronef intrus est ou non équipé d'un sys ^¬ tème TCAS tels qu'une écoute à l'aide d'un récepteur ADS- B ;

-bien qu'ici la détermination du fait que l'avion intrus est ou non équipé d'un système TCAS soit effectuée lors de la première interrogation de l'avion intrus par le transpondeur du drone, l'invention s'applique égale ^¬ ment à une détermination du fait que l'avion intrus est ou non équipé d'un système TCAS réalisée ultérieurement, par exemple dans le cas d'une écoute à l'aide d'un récep ^¬ teur ADS-B. L'étape de déterminer si l'avion intrus est ou non équipé d'un système TCAS peut être également menée après détermination du risque de collision par les moyens connus, afin de limiter l'encombrement de l'espace radio- électrique .

L'ordre des étapes du procédé peut être modifié par rapport au procédé décrit et par exemple : la déter ^¬ mination de la présence d'un TCAS à bord de l'aéronef in ^¬ trus peut être réalisée avant la détermination de la po ^¬ sition de l'aéronef intrus ou la mesure de sa vitesse an ^¬ gulaire .