FR3120266A1 - Electronic drone piloting assistance system, associated method and computer program - Google Patents
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Abstract
Système électronique d’aide au pilotage d’un drone, procédé et programme d’ordinateur associés L’invention concerne un système (10) électronique d’aide au pilotage d’un drone comprenant au moins : - un module de prédiction (12) configuré pour prédire un environnement de vol associé à une mission courante dudit drone, - un jumeau numérique (14) dudit drone, - un calculateur (16) configuré pour prédire un comportement de vol dudit drone en injectant l’environnement de vol prédit au sein dudit jumeau numérique (14), - un module d’aide au pilotage (18) configuré pour assister le pilotage dudit drone à partir du comportement de vol dudit drone prédit par le calculateur (16). Figure pour l'abrégé : Figure 1Electronic drone piloting assistance system, associated method and computer program The invention relates to an electronic drone piloting assistance system (10) comprising at least: - a prediction module (12) configured to predict a flight environment associated with a current mission of said drone, - a digital twin (14) of said drone, - a computer (16) configured to predict a flight behavior of said drone by injecting the predicted flight environment into said digital twin (14), - a piloting assistance module (18) configured to assist the piloting of said drone based on the flight behavior of said drone predicted by the computer (16). Figure for the abstract: Figure 1
Description
La présente invention concerne un système électronique d’aide au pilotage d’un drone.The present invention relates to an electronic system for aiding the piloting of a drone.
La présente invention concerne également un procédé d’aide au pilotage d’un drone, le procédé étant propre à être mis en œuvre par un système électronique d’aide au pilotage d’un drone selon la présente invention.The present invention also relates to a method for aiding the piloting of a drone, the method being capable of being implemented by an electronic system for aiding the piloting of a drone according to the present invention.
L’invention concerne également un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un tel procédé d’aide au pilotage d’un drone.The invention also relates to a computer program comprising software instructions which, when executed by a computer, implement such a method for assisting in the piloting of a drone.
L’invention concerne l’aide au pilotage d’aéronef et en particulier d’un drone (UAV de l’anglaisUnmanned Aerial Vehicles) c’est-à-dire un véhicule mobile sans pilote à bord, notamment les drones, volant à grande distance du télé-pilote (de l’anglaisbeyond visual line of sight), par exemple pour des vols d’inspection d’infrastructures linéaires de « grande élongation » telles que des gazoducs, des lignes électriques, des voies ferrées, des autoroutes.The invention relates to assistance in the piloting of aircraft and in particular of a drone (UAV from English Unmanned Aerial Vehicles ), that is to say a mobile vehicle without a pilot on board, in particular drones, flying at great distance from the remote pilot ( beyond visual line of sight ), for example for inspection flights of linear infrastructures of "great elongation" such as gas pipelines, power lines, railways, highways .
Les missions effectuées par des drones de petite taille en basse hauteur, au-delà de la vue du pilote, sont typiquement mais non limitées à de la surveillance terrestre ou maritime (via des caméras/radars/lidars embarqués), de la logistique (transport de colis).Missions carried out by small drones at low height, beyond the sight of the pilot, are typically but not limited to terrestrial or maritime surveillance (via onboard cameras/radars/lidars), logistics (transport of packages).
De tels drones sont par exemple des drones de taille moyenne, présentant une masse contrainte comprise entre 10 et 100kg, et généralement une faible motorisation pour limiter également la masse globale du drone et augmenter la durée de vol sur batterie et la portée de vol associées.Such drones are for example medium-sized drones, having a constrained mass of between 10 and 100 kg, and generally low motorization to also limit the overall mass of the drone and increase the battery flight time and the associated flight range.
De tels drones sont particulièrement sensibles aux conditions d’environnement de vol telles que les conditions météorologiques correspondant au vent, à des turbulences, au givrage, à des précipitations notamment de la grêle, à un cisaillement de vent, à des ascendances, à des tourbillons, à une limitation de la visibilité, etc. Les conditions d’environnement de vol comprennent également d’autres conditions externes comme l’état de la communication cellulaire au cours du vol, l’état des signaux de navigation satellitaires, voire la probabilité de rencontre d’autre trafic aérien.Such drones are particularly sensitive to the flight environment conditions such as the meteorological conditions corresponding to the wind, to turbulence, to icing, to precipitation, in particular hail, to wind shear, to thermals, to vortices , limitation of visibility, etc. Flight environment conditions also include other external conditions such as the state of cellular communication during the flight, the state of satellite navigation signals, and even the likelihood of encountering other air traffic.
Autrement dit, les opérations aériennes mises en œuvre par de tels drones sont très sensibles à l’environnement météo, au relief terrain et aux obstacles, à la qualité des communications, et à la qualité des signaux de navigation.In other words, the aerial operations implemented by such drones are very sensitive to the weather environment, the terrain relief and obstacles, the quality of communications, and the quality of navigation signals.
Face à une dégradation de telles conditions, de tels drones sont propres à se retrouver incapables d’effectuer le trajet prévu associé à une mission courante, de tenir la position, voire tout simplement de rester stables.Faced with a deterioration of such conditions, such drones are likely to find themselves unable to perform the planned route associated with a current mission, to hold the position, or even simply to remain stable.
En effet, une dégradation détectée de ces conditions se rapprochant des limites agrées de fonctionnement du drone peut conduire à interrompre sa mission courante, par exemple au moyen d’un posé d’urgence en rase campagne. De plus, lorsque non détectée ou détectée trop tard, cette dégradation peut même conduire à la perte de contrôle du drone et la création d’une situation dangereuse.Indeed, a detected degradation of these conditions approaching the approved operating limits of the drone can lead to the interruption of its current mission, for example by means of an emergency landing in open country. Moreover, when undetected or detected too late, this degradation can even lead to the loss of control of the drone and the creation of a dangerous situation.
Par ailleurs, de par leur principe de guidage, le pilote, n’étant pas à bord, généralement à grande distance et hors de vue du drone, ne peut se rendre compte par lui-même de la dégradation de la situation.Moreover, due to their guidance principle, the pilot, not being on board, generally at a great distance and out of sight of the drone, cannot realize by himself the deterioration of the situation.
La taille et la masse contrainte des drones ne permet pas non plus d’embarquer des équipements de surveillance de ces conditions comme par exemple le radar météo présent sur les avions de ligne.The size and the constrained mass of the drones also does not allow the onboard equipment for monitoring these conditions, such as the weather radar present on airliners.
De plus, il n’existe pas de données partagées distribuées par des fournisseurs de service, ayant la granularité suffisante ou couvrant les espaces concernés tels que des espaces en basse altitude, par exemple de 0 à 150m de hauteur par rapport au sol. En effet, il existe de multiples sources accessibles dédiées à d’autres usages, tels que des usages grand public, d’agriculture, d’aviation générale et de ligne. De telles sources correspondent notamment aux données de météo nationale ou encore le site de prévision pour drone www.uavforecast.com, mais actuellement les données de ces sources présentent pour l’usage drone une résolution spatiale ou temporelle insuffisante ou des zones non couvertes.In addition, there is no shared data distributed by service providers, with sufficient granularity or covering the areas concerned such as areas at low altitude, for example from 0 to 150m above the ground. Indeed, there are multiple accessible sources dedicated to other uses, such as general public, agricultural, general aviation and airline uses. Such sources correspond in particular to national weather data or the drone forecast site www.uavforecast.com, but currently the data from these sources present insufficient spatial or temporal resolution or areas not covered for drone use.
En effet, les conditions d’environnement de vol de drones à basse altitude sont moins bien « cartographiées » qu’elles ne le sont pour l’aviation traditionnelle, et nécessite des données plus locales, à savoir près du sol, près du relief réel, etc., et ce sur des cycles de mise à jour plus courts, pour des zones beaucoup plus larges que les routes et aéroports bien établis et partagés par un grand nombre d’utilisateurs de l’aviation traditionnelle.Indeed, the environmental conditions of drone flight at low altitude are less well "mapped" than they are for traditional aviation, and require more local data, namely near the ground, near the real relief. , etc., and on shorter update cycles, for much wider areas than the well-established routes and airports shared by a large number of traditional aviation users.
En outre, actuellement, la puissance de calcul embarquée à bord de tels drones est limitée, notamment du fait de sa contrainte de dimensionnement, et face à des conditions d’environnement de vol perturbées par rapport à une situation idéale des réactions appropriées du drone et/ou du pilote sont actuellement définies sur des seuils prudents de paramètres élémentaires, seuils déterminés au moment de la conception, mais non optimaux en conditions réelle.In addition, currently, the computing power on board such drones is limited, in particular due to its sizing constraint, and in the face of disturbed flight environment conditions compared to an ideal situation of the appropriate reactions of the drone and /or of the pilot are currently defined on cautious thresholds of elementary parameters, thresholds determined at the time of design, but not optimal in real conditions.
Autrement dit, classiquement, au niveau du drone lui-même ou de tout autre aéronef, il est généralement prévu dans les procédures de pilotage ou les programmes des systèmes automatiques de conduite du vol une logique de réaction appropriée en fonction de ces conditions externes estimées ou mesurées, mais ces réactions sont généralement obtenues par une inversion préalable, lors de la conception, du modèle de comportement du drone pour déterminer un seuil limite acceptable pour chaque paramètre externe, ce qui conduit à des simplifications non optimales.In other words, conventionally, at the level of the drone itself or of any other aircraft, it is generally provided in the piloting procedures or the programs of the automatic flight control systems for an appropriate reaction logic according to these estimated external conditions or measured, but these reactions are generally obtained by prior inversion, during design, of the behavior model of the drone to determine an acceptable limit threshold for each external parameter, which leads to non-optimal simplifications.
Un des buts de l’invention est de proposer un système électronique d’aide au pilotage de drone amélioré permettant d’optimiser la connaissance des conditions d’environnement de vol du drone, et la détermination de la réaction la plus appropriée pour la sécurité du vol et l’efficacité de sa mission.One of the aims of the invention is to propose an improved electronic drone piloting aid system making it possible to optimize the knowledge of the flight environment conditions of the drone, and the determination of the most appropriate reaction for the safety of the drone. flight and the effectiveness of its mission.
À cet effet, l’invention a pour objet un système électronique d’aide au pilotage d’un drone comprenant au moins :To this end, the subject of the invention is an electronic system for aiding the piloting of a drone comprising at least:
- un module de prédiction configuré pour prédire un environnement de vol associé à une mission courante dudit drone,- a prediction module configured to predict a flight environment associated with a current mission of said drone,
- un jumeau numérique dudit drone,- a digital twin of said drone,
- un calculateur configuré pour prédire un comportement de vol dudit drone en injectant l’environnement de vol prédit au sein dudit jumeau numérique,- a computer configured to predict a flight behavior of said drone by injecting the predicted flight environment into said digital twin,
- un module d’aide au pilotage configuré pour assister le pilotage dudit drone à partir du comportement de vol dudit drone prédit par le calculateur.- a piloting assistance module configured to assist the piloting of said drone based on the flight behavior of said drone predicted by the computer.
Ainsi, la présente invention consiste à utiliser un jumeau numérique de drone pour anticiper le comportement et les conséquences pour le drone utilisé, afin d’en déduire les adaptations nécessaires ou optimales pour le plan de vol et la mission.Thus, the present invention consists in using a drone digital twin to anticipate the behavior and the consequences for the drone used, in order to deduce therefrom the necessary or optimal adaptations for the flight plan and the mission.
Ce jumeau numérique, pouvant correspondre à une réplique numérique du drone stockée et/ou accessible par dans un calculateur au sol, ou à un autre aéronef, est alimenté par des prédictions circonstanciées des conditions d’environnement externes associées à la mission courante et déterminées par le module de prédiction.This digital twin, which may correspond to a digital replica of the drone stored and/or accessible by a computer on the ground, or to another aircraft, is fed by detailed predictions of the external environmental conditions associated with the current mission and determined by the prediction module.
La présente invention propose donc par le biais d’un calculateur, qui avantageusement peut être au sol pour bénéficier de plus de puissance et d’informations externes, d’utiliser un jumeau numérique du type de drone et de prédire directement le comportement du drone en fonction de l’ensemble des paramètres internes et externes du moment prédits par le module de prédiction, afin d’en déduire, via le module d’aide au pilotage, la conséquence exacte et assister en conséquence le pilotage pour prendre la décision de pilotage la plus adaptée.The present invention therefore proposes by means of a computer, which advantageously can be on the ground to benefit from more power and external information, to use a digital twin of the type of drone and to directly predict the behavior of the drone in function of all the internal and external parameters of the moment predicted by the prediction module, in order to deduce, via the piloting assistance module, the exact consequence and consequently assist piloting to make the piloting decision more suitable.
Selon des modes de réalisations particuliers, le système électronique d’aide au pilotage comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :According to particular embodiments, the electronic piloting assistance system comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:
- le module de prédiction est configuré pour prédire l’environnement de vol associé à une mission dudit drone par apprentissage d’un premier ensemble de données environnementales collectées au cours de vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission, et utilisation d’un deuxième ensemble de données disponibles sur la mission courante ;- the prediction module is configured to predict the flight environment associated with a mission of said drone by learning a first set of environmental data collected during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission, and use of a second set of data available on the current mission;
- le premier ensemble de données environnementales collectées au cours de vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission, et/ou le deuxième ensemble de données disponibles sur la mission courante, sont obtenus à partir d’au moins deux sources de données distinctes comprenant :- the first set of environmental data collected during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission, and/or the second set of data available on the current mission, are obtained from at least two sources separate data including:
- une première source de données environnementales accessibles en ligne ou issues de campagne de mesures au sol, et portant sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission ;- a first source of environmental data accessible online or from ground measurement campaigns, and relating to the geographical area and the time slot associated with said mission;
- une deuxième source de données environnementales locales fournies par au moins un capteur, embarqué sur un autre aéronef ou sur ledit drone, et/ou présent au sol sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission ;- a second source of local environmental data supplied by at least one sensor, on board another aircraft or on said drone, and/or present on the ground in the geographical area and the time slot associated with said mission;
- le module de prédiction est configuré pour prédire l’environnement de vol associé à une mission dudit drone par apprentissage d’un troisième ensemble de données, obtenu à partir d’une troisième source de données environnementales portant sur le relief et/ou les caractéristiques du terrain local de la zone géographique associée à ladite mission ;- the prediction module is configured to predict the flight environment associated with a mission of said drone by learning a third set of data, obtained from a third source of environmental data relating to the relief and/or the characteristics the local terrain of the geographical area associated with said mission;
- les données environnementales accessibles en ligne ou issues de campagne de mesures au sol, comprennent des données appartenant au groupe comprenant au moins :- environmental data accessible online or from ground measurement campaigns, includes data belonging to the group comprising at least:
- des données météorologiques relatives à la zone et au créneau temporel associés à ladite mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission;- meteorological data relating to the zone and to the time slot associated with said current mission and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- des données relatives aux infrastructures de communications de ladite zone associée à ladite mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission ;- data relating to the communications infrastructure of said zone associated with said current mission and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- des données relatives au(x) système(s) de positionnement par satellites associé(s) à ladite zone de mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission ;- data relating to the satellite positioning system(s) associated with said current mission area and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- des données relatives au trafic aérien associées à ladite mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission ;- data relating to air traffic associated with said current mission and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- par analyse du comportement de vol dudit drone prédit par le calculateur, le module d’aide au pilotage est configuré pour déterminer une recommandation au pilote et/ou pour transmettre un ordre au pilote automatique, la recommandation et/ou l’ordre étant propre(s) à optimiser la suite du vol dudit drone ;- by analyzing the flight behavior of said drone predicted by the computer, the piloting aid module is configured to determine a recommendation to the pilot and/or to transmit an order to the autopilot, the recommendation and/or the order being specific (s) optimizing the subsequent flight of said drone;
- le calculateur et/ou le module d’aide au pilotage est embarqué à bord du drone.- the computer and/or the piloting aid module is on board the drone.
- le calculateur et/ou le module d’aide au pilotage est localisé au sol hors dudit drone.- the computer and/or the piloting aid module is located on the ground outside of said drone.
L’invention a également pour objet un procédé d’aide au pilotage d’un drone, le procédé étant propre à être mis en œuvre par un système électronique d’aide au pilotage d’un drone précité, le procédé comprenant les étapes suivantes :The invention also relates to a method for assisting in the piloting of a drone, the method being capable of being implemented by an electronic system for assisting in the piloting of a drone mentioned above, the method comprising the following steps:
- prédiction d’un environnement de vol associé à une mission courante dudit drone,- prediction of a flight environment associated with a current mission of said drone,
- prédiction d’un comportement de vol dudit drone en injectant l’environnement de vol prédit au sein d’un jumeau numérique dudit drone, le jumeau numérique appartenant audit système électronique,- prediction of flight behavior of said drone by injecting the predicted flight environment into a digital twin of said drone, the digital twin belonging to said electronic system,
- aide au pilotage dudit drone à partir du comportement de vol dudit drone prédit par un calculateur dudit système électronique.- assistance in piloting said drone based on the flight behavior of said drone predicted by a computer of said electronic system.
L’invention a également pour objet un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé d’aide au pilotage d’un drone tel que défini ci-dessus.The invention also relates to a computer program comprising software instructions which, when they are executed by a computer, implement a method for assisting in the piloting of a drone as defined above.
Par la suite, la référence à un programme d'ordinateur qui, lorsqu'il est exécuté, effectue l'une quelconque des instructions logicielles précitées, ne se limite pas à un programme d'application s'exécutant sur un ordinateur hôte unique.Hereinafter, reference to a computer program which, when executed, performs any of the foregoing software instructions, is not limited to an application program running on a single host computer.
En d’autres termes, les termes programme d'ordinateur et logiciel sont utilisés par la suite dans un sens général pour faire référence à tout type de code informatique (par exemple, un logiciel d'application, un micro logiciel, un microcode, ou toute autre forme d'instruction d'ordinateur) qui peut être utilisé pour programmer un ou plusieurs processeurs pour mettre en œuvre le procédé d’aide au pilotage tel que défini ci-dessus.In other words, the terms computer program and software are hereafter used in a general sense to refer to any type of computer code (e.g., application software, firmware, microcode, or any other form of computer instruction) which can be used to program one or more processors to implement the piloting aid method as defined above.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :These characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description, given solely by way of non-limiting example, and made with reference to the appended drawings, in which:
- la
- la
De façon conventionnelle dans la présente demande, les expressions « sensiblement égal à » et « environ » exprimeront chacune une relation d'égalité à plus ou moins 10 %.Conventionally in the present application, the expressions “substantially equal to” and “approximately” will each express a relationship of equality to plus or minus 10%.
Sur l’exemple de la
Le système électronique 10 d’aide au pilotage d’un drone selon la présente invention comprend en outre selon la présente invention un jumeau numérique 14 du drone considéré.The electronic system 10 for aiding the piloting of a drone according to the present invention further comprises according to the present invention a digital twin 14 of the drone in question.
Par « jumeau numérique », on entend selon la présente invention une réplique numérique 14 du drone considéré. Une telle réplique numérique est stockée dans un calculateur au sol, ou correspond directement à un autre aéronef.By "digital twin" is meant according to the present invention a digital replica 14 of the drone in question. Such a digital replica is stored in a computer on the ground, or corresponds directly to another aircraft.
Une telle réplique numérique (i.e. jumeau numérique) 14 est personnalisée ou non au moyen du numéro de série du drone considéré pour en reproduire le plus fidèlement possible le comportement.Such a digital replica (i.e. digital twin) 14 is personalized or not by means of the serial number of the drone in question in order to reproduce its behavior as faithfully as possible.
De plus, le système électronique 10 d’aide au pilotage d’un drone selon la présente invention comprend également un calculateur 16 configuré pour prédire un comportement de vol du drone en injectant l’environnement de vol prédit au sein du jumeau numérique.In addition, the electronic system 10 for aiding the piloting of a drone according to the present invention also comprises a computer 16 configured to predict a flight behavior of the drone by injecting the predicted flight environment into the digital twin.
Par ailleurs, le système électronique 10 d’aide au pilotage d’un drone selon la présente invention comprend également un module 18 d’aide au pilotage configuré pour assister le pilotage du drone à partir du comportement de vol du drone prédit par le calculateur 16.Furthermore, the electronic system 10 for assisting in the piloting of a drone according to the present invention also comprises a module 18 for piloting assistance configured to assist the piloting of the drone based on the flight behavior of the drone predicted by the computer 16 .
Dans l’exemple de la
Dans l’exemple de la
En effet, selon une première variante, le système électronique 10 d’aide au pilotage d’un drone comprend une seule unité de traitement d’informations dont la mémoire est propre à stocker chaque logiciel correspondant à chacun des éléments 12, 14, 16 et 18 et dont le processeur est alors apte à exécuter chacun de ces logiciels.Indeed, according to a first variant, the electronic system 10 for aiding the piloting of a drone comprises a single information processing unit whose memory is suitable for storing each software corresponding to each of the elements 12, 14, 16 and 18 and whose processor is then capable of executing each of these software programs.
Selon une deuxième variante, le système électronique 10 d’aide au pilotage d’un drone est distribué dans des dispositifs distincts (i.e. séparés) associés chacun respectivement au module de prédiction 12, au jumeau numérique 14, au calculateur 16, et au module 18 d’aide au pilotage. Chaque dispositif comprenant une unité de traitement d’informations dont la mémoire est propre à stocker un logiciel parmi ceux associés aux éléments 12, 14, 16 et 18, et dont le processeur est apte à exécuter ce logiciel.According to a second variant, the electronic system 10 for aiding the piloting of a drone is distributed in separate devices (i.e. separate) each associated respectively with the prediction module 12, with the digital twin 14, with the computer 16, and with the module 18 driving assistance. Each device comprising an information processing unit whose memory is suitable for storing software from among those associated with elements 12, 14, 16 and 18, and whose processor is capable of executing this software.
Selon un premier exemple de cette deuxième variante, le calculateur 16 est intégré au sein d’une unité de traitement localisée au sol hors du drone et/ou le module d’aide au pilotage 18 est intégré au sein d’une autre unité de traitement localisée au sol hors du drone.According to a first example of this second variant, the computer 16 is integrated within a processing unit located on the ground outside the drone and/or the piloting assistance module 18 is integrated within another processing unit located on the ground outside the drone.
Selon un deuxième exemple de cette deuxième variante, le calculateur 16 est intégré au sein d’une unité de traitement embarquée à bord du drone et/ou le module d’aide au pilotage 18 est intégré au sein d’une autre unité de traitement embarquée à bord du drone.According to a second example of this second variant, the computer 16 is integrated within a processing unit on board the drone and/or the piloting aid module 18 is integrated within another on-board processing unit aboard the drone.
Selon une troisième variante, au moins deux éléments parmi les logiciels associés au module de prédiction 12, au jumeau numérique 14, au calculateur 16, et au module 18 d’aide au pilotage sont associés à une même unité de traitement.According to a third variant, at least two elements among the software associated with the prediction module 12, with the digital twin 14, with the computer 16, and with the piloting assistance module 18 are associated with the same processing unit.
Par exemple, le calculateur 16, et le module 18 d’aide au pilotage sont intégrés au sein d’une même unité de traitement.For example, the computer 16 and the piloting aid module 18 are integrated within the same processing unit.
Selon une autre variante, le module 18 d’aide au pilotage est par exemple directement intégré au calculateur 16 réalisé sous forme d’un unique logiciel, ou d’une brique logicielle.According to another variant, the piloting aid module 18 is for example directly integrated into the computer 16 produced in the form of a single piece of software, or of a software brick.
En variante non représentée, le module de prédiction 12, le jumeau numérique 14, le calculateur 16, et le module 18 d’aide au pilotage sont réalisés chacun sous forme d’un composant logique programmable, tel qu’un FPGA (de l’anglaisField Programmable Gate Array), ou encore sous forme d’un circuit intégré dédié, tel qu’un ASIC (de l’anglaisApplication Specific Integrated Circuit).In a variant not shown, the prediction module 12, the digital twin 14, the computer 16, and the piloting aid module 18 are each made in the form of a programmable logic component, such as an FPGA (of the Field Programmable Gate Array ), or else in the form of a dedicated integrated circuit, such as an ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ).
Lorsque le système électronique 10 d’aide au pilotage d’un drone est réalisé sous forme d’un ou plusieurs logiciels, c’est-à-dire sous forme d’un programme d’ordinateur, il est en outre apte à être enregistré sur un support, non représenté, lisible par ordinateur. Le support lisible par ordinateur est par exemple un médium apte à mémoriser des instructions électroniques et à être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support lisible est, une mémoire ROM ou une mémoire RAM, tout type de mémoire non volatile par exemple EPROM, EEPROM, FLASH, NVRAM…. Sur le support lisible est alors mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions logicielles.When the electronic system 10 for aiding the piloting of a drone is produced in the form of one or more software, that is to say in the form of a computer program, it is also able to be recorded on a support, not represented, readable by computer. The computer-readable medium is, for example, a medium capable of storing electronic instructions and of being coupled to a bus of a computer system. By way of example, the readable medium is a ROM memory or a RAM memory, any type of non-volatile memory, for example EPROM, EEPROM, FLASH, NVRAM, etc. On the readable medium is then stored a computer program comprising software instructions.
Plus précisément, le module de prédiction 12 est configuré pour prédire l’environnement de vol associé à une mission du drone par apprentissage d’un premier ensemble de données environnementales collectées au cours de vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission, et utilisation d’un deuxième ensemble de données disponibles sur la mission courante.More specifically, the prediction module 12 is configured to predict the flight environment associated with a drone mission by learning a first set of environmental data collected during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission, and using a second set of data available on the current mission.
Selon le mode de réalisation de la
- une première source S1de données environnementales accessibles en ligne ou issues de campagne de mesures au sol, et portant sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission ;- A first source S 1 of environmental data accessible online or from ground measurement campaigns, and relating to the geographical area and the time slot associated with said mission;
- une deuxième source S2de données environnementales locales fournies par au moins un capteur, embarqué sur un autre aéronef ou sur ledit drone, et/ou présent au sol sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission.- A second source S 2 of local environmental data supplied by at least one sensor, on board another aircraft or on said drone, and/or present on the ground in the geographical area and the time slot associated with said mission.
En effet, pour des raisons existantes de contrôle de vol (i.e. pilotage) ou de navigation, il est connu d’embarquer à bord du drone considéré, ou à bord d’un véhicule V aérien (i.e. aéronef) ou terrestre présent sur la même zone géographique et au même créneau temporel que ceux associés à la mission courante, un tel véhicule étant contributeur à la source S2, des capteurs de température, de pression, de vitesse air, de vitesse sol obtenu par un système de positionnement par satellites GNSS (pour Géolocalisation et Navigation par système de Satellites), de cap (la vitesse air, la vitesse sol permettant de déterminer le vent présent), d’hygrométrie, ainsi que de caméras.Indeed, for existing reasons of flight control (ie piloting) or navigation, it is known to embark on board the drone considered, or on board an aerial vehicle V (ie aircraft) or land present on the same geographical area and at the same time slot as those associated with the current mission, such a vehicle being a contributor to the source S 2 , temperature, pressure, air speed, ground speed sensors obtained by a GNSS satellite positioning system (for Geolocation and Navigation by Satellite System), heading (air speed, ground speed to determine the current wind), hygrometry, as well as cameras.
En l’absence de tels capteurs présents dès la conception du drone ou d’un véhicule V contributeur, leur ajout est par ailleurs désormais facilité grâce aux progrès de miniaturisation des capteurs pour permettre une acquisition supplémentaire de données d’environnement (i.e. des données distinctes de celles acquises par exemple par une caméra ou un radar pour une mission de surveillance).In the absence of such sensors present from the design of the drone or a contributing vehicle V, their addition is also now facilitated thanks to progress in the miniaturization of sensors to allow additional acquisition of environmental data (i.e. separate data of those acquired for example by a camera or a radar for a surveillance mission).
Ainsi, selon la présente invention, au moyen de capteur(s) habituellement dédiés à d’autres missions ou au moyen de capteur(s) spécifiquement ajouté(s) à bord du drone ou d’un véhicule V contributeur, il est possible d’enregistrer ou de transmettre en temps réel les données locales de contexte (i.e. les données ainsi recueillies le long du parcours associé à la mission courante du drone considéré, et ce dans la mesure où le drone considéré ou le véhicule V contributeur est nominalement relié en liaison de données radio avec la source S2, elle-même propre à communiquer avec le module de prédiction 12 du système 10 d’aide au pilotage d’un drone, un tel système 10 étant au moins partiellement au sol.Thus, according to the present invention, by means of sensor(s) usually dedicated to other missions or by means of sensor(s) specifically added(s) on board the drone or a contributing vehicle V, it is possible to recording or transmitting in real time the local context data (ie the data thus collected along the route associated with the current mission of the drone in question, and this insofar as the drone in question or the contributing vehicle V is nominally connected in radio data link with the source S 2 , itself able to communicate with the prediction module 12 of the system 10 for aiding the piloting of a drone, such a system 10 being at least partially on the ground.
Les données locales fournies par de tels capteurs embarqués ne permettent cependant pas d’avoir une compréhension complète de tous les paramètres d’environnement important, ou avec trop peu d’anticipation, c’est pourquoi, selon la présente invention le module de prédiction utilise en complément les données « globales » fournies par une première source S1de données environnementales accessibles en ligne ou issues de campagne de mesures au sol, et portant sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission.The local data provided by such on-board sensors do not, however, allow a complete understanding of all the important environment parameters, or with too little anticipation, which is why, according to the present invention, the prediction module uses in addition to the “global” data provided by a first source S 1 of environmental data accessible online or from ground measurement campaigns, and relating to the geographical area and the time slot associated with said mission.
En particulier, les données environnementales accessibles en ligne ou issues de campagne de mesures au sol collectées au sein de la première source S1, comprennent des données appartenant au groupe comprenant au moins :In particular, the environmental data accessible online or from ground measurement campaigns collected within the first source S 1 , include data belonging to the group comprising at least:
- des données météorologiques relatives à la zone et au créneau temporel associés à ladite mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission;- meteorological data relating to the zone and to the time slot associated with said current mission and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- des données relatives aux infrastructures de communications de ladite zone associée à ladite mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission ;- data relating to the communications infrastructure of said zone associated with said current mission and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- des données relatives au(x) système(s) de positionnement par satellites associé(s) à ladite zone de mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission ;- data relating to the satellite positioning system(s) associated with said current mission area and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- des données relatives au trafic aérien associées à ladite mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission.- data relating to air traffic associated with said current mission and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission.
Ces données environnementales accessibles en ligne ou issues de campagne de mesures au sol collectées au sein de la première source S1sont généralement associées à une échelle de temps et d’espace plus grande, par exemple les cartes météo en ligne indiquant sur quelques points dans ou près de la zone de mission les températures, vents, et éventuellement l’hygrométrie.These environmental data accessible online or from ground measurement campaigns collected within the first source S 1 are generally associated with a larger time and space scale, for example the online weather maps indicating on some points in or near the mission area the temperatures, winds, and possibly the hygrometry.
La prise en compte de telles données environnementales accessibles en ligne ou issues de campagne de mesures au sol collectées au sein de la première source S1lorsqu’elles correspondent à des données relatives aux infrastructures de communications de ladite zone au cours des vols précédents, et/ou à des données relatives au(x) système(s) de positionnement par satellites associé(s) à ladite zone de mission au cours des vols précédents, et/ou à des données relatives au trafic aérien, permet en outre respectivement d’anticiper une perte de communication et/ou une dégradation d’un signal fourni par un ou des système(s) de positionnement par satellites associé(s) à la zone de mission courante et de déterminer une probabilité de présence d’autre trafic aérien sur la zone de mission courante.Taking into account such environmental data accessible online or from ground measurement campaigns collected within the first source S 1 when they correspond to data relating to the communications infrastructures of said zone during previous flights, and /or to data relating to the satellite positioning system(s) associated with said mission area during previous flights, and/or to data relating to air traffic, also makes it possible respectively to anticipate a loss of communication and/or degradation of a signal provided by one or more satellite positioning system(s) associated with the current mission area and to determine a probability of the presence of other air traffic on the current mission area.
En complément facultatif, le module de prédiction 12 est configuré pour prédire l’environnement de vol associé à une mission du drone par apprentissage/utilisation d’un troisième ensemble de données, obtenu à partir d’une troisième source S3de données environnementales portant sur le relief et/ou les caractéristiques du terrain local de la zone géographique associée à ladite mission, telles que des données digitales d’élévation, de relief du terrain, de nature de sols, d’obstacles, de végétations, etc. ou des prises de vue, ou bien encore des annotations humaines sur le relief et/ou les caractéristiques du terrain local de la zone géographique associée à ladite mission, et/ou les conséquences sur le drone tel qu’un constat de givrage sur la voilure dans certaines conditions.As an optional addition, the prediction module 12 is configured to predict the flight environment associated with a mission of the drone by learning/using a third set of data, obtained from a third source S 3 of environmental data bearing on the relief and/or the characteristics of the local terrain of the geographical area associated with said mission, such as digital data of elevation, terrain relief, type of soil, obstacles, vegetation, etc. or shots, or even human annotations on the relief and/or the characteristics of the local terrain of the geographical area associated with said mission, and/or the consequences on the drone such as a finding of icing on the wing under certain conditions.
Selon une première variante, la troisième source S3est propre à être prise en compte ponctuellement en utilisant quelques caractéristiques particulières et très influentes comme la nature du sol, la présence d’un canyon ou d’une falaise, etc.According to a first variant, the third source S 3 is able to be taken into account on an ad hoc basis by using some particular and very influential characteristics such as the nature of the ground, the presence of a canyon or a cliff, etc.
Selon une deuxième variante, la troisième source S3est propre à être prise en compte de manière généralisée en utilisant une base de données digitale décrivant complétement une zone quelconque (hauteur sol, obstacles, nature terrain, etc.).According to a second variant, the third source S 3 is capable of being taken into account in a generalized manner by using a digital database completely describing any zone (height of the ground, obstacles, nature of the terrain, etc.).
Les données de conditions externes acquises pour un parcours donné sont, ainsi optionnellement selon la présente invention, enrichies de la connaissance du terrain et des obstacles que l’on peut avoir via des données digitales (élévation, obstacles) ou prises de vue, ou bien d’annotations humaines.The external conditions data acquired for a given route are, thus optionally according to the present invention, enriched with knowledge of the terrain and the obstacles that can be obtained via digital data (elevation, obstacles) or shots, or else human annotations.
Plus précisément, tel qu’illustré sur la
Autrement dit un tel modèle de prédiction est réglé préalablement à la mission courante par apprentissage à partir des données locales accumulées sur des vols et mesures précédentes sur le parcours en question ou approchant, ainsi qu’à partir des données globales alors disponibles en ligne. Un tel modèle est optionnellement enrichi par la connaissance du terrain et des obstacles fournie par la source S3.In other words, such a prediction model is adjusted prior to the current mission by learning from local data accumulated on previous flights and measurements on the route in question or approaching it, as well as from global data then available online. Such a model is optionally enriched by the knowledge of the terrain and the obstacles provided by the source S 3 .
Un tel outil 20 tire ainsi profit par apprentissage du caractère répétitif d’une même mission sur des parcours ou zones spécifiques et possible la prise en compte de combinaisons complexes de paramètres multiples et/ou d’unité distinctes tels qu’associés au vent dont la vitesse exprimé en knots (nœuds en kilomètre par heure), à la température exprimée en degré celsius, à la hauteur exprimée en mètre, à la vitesse du drone exprimée en knots, sa masse exprimée en kilos, à une panne exprimée par sa catégorie d’appartenance, etc. De telles combinaisons complexes sont mentalement difficile à mettre en œuvre, et conduiraient soit à une prise de risque non maitrisée soit à des seuils très restrictifs sur chacun des paramètres individuellement.Such a tool 20 thus takes advantage, by learning, of the repetitive nature of the same mission over specific routes or zones and makes it possible to take into account complex combinations of multiple parameters and/or of distinct units such as associated with the wind whose speed expressed in knots (knots in kilometers per hour), the temperature expressed in degrees Celsius, the height expressed in meters, the speed of the drone expressed in knots, its mass expressed in kilos, a breakdown expressed by its category of membership, etc. Such complex combinations are mentally difficult to implement, and would lead either to uncontrolled risk-taking or to very restrictive thresholds on each of the parameters individually.
Le module de prédiction 12 comprend, en plus de l’outil 20 de détermination par apprentissage, un outil 22 de prédiction en temps réel de l’environnement de vol courant du drone. Un tel outil 22 de prédiction en temps réel de l’environnement de vol courant du drone, est soit embarqué à bord du drone considéré ou installé au sol et configuré pour utiliser le modèle de prédiction obtenu par l’outil 20 de détermination par apprentissage de données collectées préalablement à la mission en cours, et pour l’affiner en utilisant le deuxième ensemble de données disponibles en temps réel sur la mission courante comprenant des données globales accessibles en ligne auprès de la première source S1pour la zone géographique et le créneau temporel associés à la mission courante, des données locales accessibles auprès de la deuxième source S2et collectées à partir de capteur(s) présents en temps réel sur la zone géographique et le créneau temporel associés à la mission courante, et optionnellement des données environnementales portant sur le relief et/ou les caractéristiques du terrain local de la zone géographique accessibles auprès de la deuxième source S3, voire optionnellement le plan de vol PV associé à la mission courante, un tel plan de vol PV correspondant à une trajectoire notamment tridimensionnelle et au créneau temporel associé.The prediction module 12 comprises, in addition to the tool 20 for determining by learning, a tool 22 for real-time prediction of the current flight environment of the drone. Such a tool 22 for real-time prediction of the current flight environment of the drone is either on board the drone considered or installed on the ground and configured to use the prediction model obtained by the tool 20 for determining by learning of data collected prior to the current mission, and to refine it by using the second set of data available in real time on the current mission comprising global data accessible online from the first source S 1 for the geographical area and the niche associated with the current mission, local data accessible from the second source S 2 and collected from sensor(s) present in real time in the geographical area and the time slot associated with the current mission, and optionally environmental data relating to the relief and/or the characteristics of the local terrain of the geographical area accessible from the second source S 3 , or even optio nally the PV flight plan associated with the current mission, such a PV flight plan corresponding to a notably three-dimensional trajectory and to the associated time slot.
La combinaison de l’outil 20 de détermination configuré pour déterminer par apprentissage d’un modèle de prédiction de l’environnement de vol du drone associé à sa mission courante et de l’outil 22 de prédiction en temps réel de l’environnement de vol courant du drone, permet au module de prédiction 12 de prédire les paramètres de conditions d’environnement utiles sur le reste du vol à venir (i.e. sur le reste de la trajectoire du drone).The combination of the determination tool 20 configured to determine by learning a prediction model of the flight environment of the drone associated with its current mission and the tool 22 for real-time prediction of the flight environment current of the drone, allows the prediction module 12 to predict the parameters of useful environmental conditions over the rest of the flight to come (i.e. over the rest of the trajectory of the drone).
Selon un aspect particulier facultatif, à chaque itération de la même mission, voire à chaque instant, les données locales collectées par au moins un capteur, embarqué sur le drone considéré ou sur un autre véhicule V (i.e. autre drone, aéronef distinct du drone ou véhicule terrestre voire maritime au sol ou à la surface de l’eau) présent sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission, sont accumulées et stockées, notamment selon la flèche 23, au sein d’une base de données locales BPcollectées au préalable, par rapport à l’instant courant de la mission courante, pour enrichir (i.e. mettre à jour, affiner, améliorer) en permanence le modèle de prédiction de l’environnement de vol du drone déterminé par l’outil 20 au moyen des données locales, comme globales, associées aux itérations/instants précédents de la même mission.According to a particular optional aspect, at each iteration of the same mission, or even at each instant, the local data collected by at least one sensor, on board the drone in question or on another vehicle V (ie another drone, aircraft distinct from the drone or land or even maritime vehicle on the ground or on the surface of the water) present in the geographical area and the time slot associated with said mission, are accumulated and stored, in particular according to arrow 23, within a local database B P collected beforehand, with respect to the current instant of the current mission, to permanently enrich (ie update, refine, improve) the model for predicting the flight environment of the drone determined by the tool 20 at the means of local data, such as global, associated with previous iterations/instants of the same mission.
En complément facultatif, le module de prédiction 12, est par ailleurs configuré pour associer à l’environnement de vol prédit une information représentative de la qualité de prédiction de cet environnement notamment via un intervalle de précision, une probabilité de véracité, et/ou un indice de confiance, et ce en fonction de la qualité du modèle de prédiction fourni par l’outil 20 par comparaison avec la réalité constatée (i.e. en fonction des corrélations précédemment constatées), et de la qualité des données locales, globales et en complément facultatif des données portant sur le relief et/ou les caractéristiques de terrain local.As an optional addition, the prediction module 12 is moreover configured to associate with the predicted flight environment information representative of the prediction quality of this environment in particular via a precision interval, a probability of veracity, and/or a confidence index, and this according to the quality of the prediction model provided by the tool 20 by comparison with the observed reality (i.e. according to the correlations previously observed), and the quality of the local, global and optionally complementary data data relating to the relief and/or local terrain characteristics.
Ainsi, le module de prédiction 12 est propre à fournir (i.e. injecter) au jumeau numérique 14, via le calculateur 16, tel que représenté sur la
L’utilisation d’un tel modèle de prédiction de l’environnement de vol (i.e. des conditions de vol) fournit par le module de prédiction 12 et réinjecté, directement, ou par le calculateur 16, au sein du jumeau numérique 14, permet de produire pour un vol ou reste de vol à venir associé à la mission courante du drone, une prédiction plus fine sur les paramètres exacts utiles à la conduite du vol, et d’en déduire la conséquence exacte sur le comportement de l’appareil et la suite du vol afin de prendre la décision la plus adaptée.The use of such a prediction model of the flight environment (i.e. flight conditions) provided by the prediction module 12 and reinjected, directly, or by the computer 16, within the digital twin 14, makes it possible to produce for a future flight or remaining flight associated with the drone's current mission, a finer prediction of the exact parameters useful for conducting the flight, and to deduce the exact consequence on the behavior of the aircraft and the following the flight in order to make the most appropriate decision.
En complément facultatif, le module de prédiction 12, est par ailleurs configuré pour associer à l’environnement de vol prédit une information représentative de la qualité de prédiction de cet environnement notamment via un intervalle de précision, une probabilité de véracité, et/ou un indice de confiance, et ce en fonction de la qualité du modèle de prédiction fourni par l’outil 20 par comparaison avec la réalité constatée (i.e. en fonction des corrélations précédemment constatées), et de la qualité des données locales, globales et en complément facultatif des données portant sur le relief et/ou les caractéristiques de terrain local, le calculateur 16 via le jumeau numérique 14, est propre à simuler plusieurs possibilités de comportement du drone en fonction par exemple de l’intervalle de confiance sur les prédictions. Autrement dit, selon ce complément facultatif, il est possible de tester plusieurs scénarios en fonction de l’incertitude résiduelle sur les conditions et / ou l’état du drone.As an optional addition, the prediction module 12 is moreover configured to associate with the predicted flight environment information representative of the prediction quality of this environment in particular via a precision interval, a probability of veracity, and/or a confidence index, and this according to the quality of the prediction model provided by the tool 20 by comparison with the observed reality (i.e. according to the correlations previously observed), and the quality of the local, global and optionally complementary data data relating to the relief and/or the local terrain characteristics, the computer 16 via the digital twin 14, is suitable for simulating several possibilities of behavior of the drone depending for example on the confidence interval on the predictions. In other words, according to this optional complement, it is possible to test several scenarios depending on the residual uncertainty on the conditions and / or the state of the drone.
En effet, à partir du modèle de prédiction de l’environnement de vol (i.e. des conditions de vol) fournit par le module de prédiction 12 et réinjecté au sein du jumeau numérique 14, le calculateur prédit à son tour en temps réel le comportement de vol du drone.Indeed, from the prediction model of the flight environment (i.e. flight conditions) provided by the prediction module 12 and reinjected into the digital twin 14, the computer in turn predicts in real time the behavior of drone flight.
Selon un aspect particulier, par analyse du comportement de vol dudit drone prédit par le calculateur 16, le module d’aide au pilotage 18 est configuré pour déterminer une recommandation au pilote du drone et/ou pour transmettre un ordre au pilote automatique du drone, la recommandation et/ou l’ordre étant propre(s) à optimiser la suite du vol du drone.According to a particular aspect, by analyzing the flight behavior of said drone predicted by the computer 16, the piloting aid module 18 is configured to determine a recommendation to the pilot of the drone and/or to transmit an order to the automatic pilot of the drone, the recommendation and/or the order being suitable for optimizing the continuation of the flight of the drone.
Autrement dit, selon la présente invention, le calculateur 16 est propre à utiliser en temps réel un jumeau numérique 14 du drone pour anticiper le comportement de celui-ci en fonction des conditions constatées et prédites et déterminer la réaction la plus appropriée pour la sécurité du vol et l’efficacité de la mission, plutôt que d’appliquer des seuils prédéfinis d’acceptabilité sur chaque paramètre individuel de condition.In other words, according to the present invention, the computer 16 is able to use in real time a digital twin 14 of the drone to anticipate the behavior of the latter according to the observed and predicted conditions and to determine the most appropriate reaction for the safety of the drone. flight and mission effectiveness, rather than applying predefined acceptability thresholds on each individual condition parameter.
Cette prise de décision basée sur l’exécution du jumeau numérique 14 est propre à prendre en compte des combinaisons multiples et complexes, pour permettre ainsi d’utiliser le drone et d’accomplir une même mission plus souvent/plus loin que dans une approche prudente par seuils sur les paramètres acceptables.This decision-making based on the execution of the digital twin 14 is able to take into account multiple and complex combinations, to thus make it possible to use the drone and to accomplish the same mission more often/further than in a cautious approach by thresholds on the acceptable parameters.
Comme indiqué précédemment, selon un premier exemple, le calculateur 16 est intégré au sein d’une unité de traitement localisée au sol hors du drone et/ou le module d’aide au pilotage 18 est intégré au sein d’une autre unité de traitement localisée au sol hors du drone. L’architecture conforme à ce premier exemple vise ainsi à descendre au sol les quelques paramètres observés par le drone puis à remonter les ordres en conséquence plutôt que de monter vers le drone l’ensemble des données de contexte pour que le traitement puisse se faire à bord, et permet une utilisation en temps réel d’une capacité de calcul déportée au sol, le drone envoyant ses propres informations capteurs par une liaison descendante pour une prédiction et prise de décision au sol, en alternative à un calcul embarqué à partir d’informations globales montantes.As indicated previously, according to a first example, the computer 16 is integrated within a processing unit located on the ground outside the drone and/or the piloting assistance module 18 is integrated within another processing unit located on the ground outside the drone. The architecture in accordance with this first example thus aims to lower the few parameters observed by the drone to the ground and then to raise the orders accordingly rather than raising all the context data to the drone so that the processing can be done at on board, and allows real-time use of a calculation capacity remote from the ground, the drone sending its own sensor information via a downlink for prediction and decision-making on the ground, as an alternative to on-board calculation from rising global information.
Comme indiqué précédemment, selon un deuxième exemple, le calculateur 16 est intégré au sein d’une unité de traitement embarquée à bord du drone et/ou le module d’aide au pilotage 18 est intégré au sein d’une autre unité de traitement embarquée à bord du drone, ce qui permet de conserver à bord du drone un calcul simplifié, notamment basé sur une ou plusieurs règle(s) établie(s) à partir d’un nombre limité prédéterminé de paramètres observés par le drone, par exemple pour les cas de perte de communication avec le sol (i.e. cas/phases où la liaison de données de contrôle/commande du drone se trouve coupée), afin que le drone puisse quand même prendre des décisions automatiques conservatrices par rapport aux conditions externes principales.As indicated previously, according to a second example, the computer 16 is integrated within a processing unit on board the drone and/or the piloting aid module 18 is integrated within another on-board processing unit on board the drone, which makes it possible to keep on board the drone a simplified calculation, in particular based on one or more rule(s) established from a predetermined limited number of parameters observed by the drone, for example for cases of loss of communication with the ground (i.e. cases/phases where the drone's control/command data link is cut), so that the drone can still make conservative automatic decisions with respect to the main external conditions.
Le fonctionnement du système 10 électronique d’aide au pilotage d’un drone selon l’invention va être à présent décrit à l’aide de la
Lors d’une étape initiale 26, le système d’aide au pilotage selon la présente invention, via son module de prédiction 12 met en œuvre une prédiction d’un environnement E de vol associé à une mission courante du drone considéré.During an initial step 26, the piloting aid system according to the present invention, via its prediction module 12 implements a prediction of a flight environment E associated with a current mission of the drone in question.
Selon un aspect particulier une telle étape 26 de prédiction d’environnement de vol E comprend deux sous-étapes 28 et 30.According to a particular aspect, such a flight environment prediction step 26 E comprises two sub-steps 28 and 30.
Au cours de la première sous-étape 28, le module de prédiction 12, via l’outil 20 de détermination précité détermine par apprentissage un modèle de prédiction de l’environnement de vol du drone associé à sa mission courante, et ce à partir des données locales accumulées sur des vols et mesures précédentes sur le parcours en question ou approchant fournies deuxième source S2de données environnementales locales fournies par au moins un capteur, embarqué sur un autre aéronef ou sur ledit drone, et/ou présent au sol sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission, ainsi qu’à partir des données globales alors disponibles en ligne première source S1de données environnementales accessibles en ligne ou issues de campagne de mesures au sol, et portant sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission. Un tel modèle est optionnellement enrichi au cours de cette sous-étape 28 d’apprentissage A par la connaissance du terrain et des obstacles fournie par la source S3précitée.During the first sub-step 28, the prediction module 12, via the aforementioned determination tool 20, determines by learning a prediction model of the flight environment of the drone associated with its current mission, and this from the local data accumulated on previous flights and measurements on the route in question or approaching provided second source S 2 of local environmental data provided by at least one sensor, on board another aircraft or on said drone, and/or present on the ground on the geographical area and the time slot associated with said mission, as well as from the global data then available online first source S 1 of environmental data accessible online or from ground measurement campaigns, and relating to the geographical area and the time slot associated with said mission. Such a model is optionally enriched during this learning sub-step 28 A by the knowledge of the terrain and the obstacles supplied by the aforementioned source S 3 .
Au cours de la deuxième sous-étapes 30, le module de prédiction 12, via l’outil 22 de prédiction en temps réel de l’environnement de vol courant du drone utilise le modèle de prédiction obtenu par l’outil 20 de détermination par apprentissage de données collectées préalablement à la mission en cours, et le raffine R en utilisant le deuxième ensemble de données disponibles en temps réel sur la mission courante comprenant des données globales accessibles en ligne auprès de la première source S1pour la zone géographique et le créneau temporel associés à la mission courante, des données locales accessibles auprès de la deuxième source S2et collectées à partir de capteur(s) présents en temps réel sur la zone géographique et le créneau temporel associés à la mission courante, et optionnellement des données environnementales portant sur le relief et/ou les caractéristiques du terrain local de la zone géographique accessibles auprès de la deuxième source S3, voire optionnellement le plan de vol PV associé à la mission courante, un tel plan de vol PV correspondant à une trajectoire notamment tridimensionnelle et au créneau temporel associé.During the second sub-steps 30, the prediction module 12, via the tool 22 for real-time prediction of the current flight environment of the drone uses the prediction model obtained by the tool 20 for determining by learning of data collected prior to the current mission, and refines it R by using the second set of data available in real time on the current mission comprising global data accessible online from the first source S 1 for the geographical area and the slot associated with the current mission, local data accessible from the second source S 2 and collected from sensor(s) present in real time in the geographical area and the time slot associated with the current mission, and optionally environmental data relating to the relief and/or the characteristics of the local terrain of the geographical area accessible from the second source S 3 , or even optionally the plan PV flight plan associated with the current mission, such a PV flight plan corresponding to a notably three-dimensional trajectory and to the associated time slot.
Au cours d’une étape 32, le système d’aide au pilotage selon la présente invention, injecte l’environnement de vol E prédit lors de l’étape 26 au sein du jumeau numérique 14 du drone, et à partir de la simulation fournie par le jumeau numérique 14, le calculateur 16 prédit P le comportement C de vol à venir du drone considéré.During a step 32, the piloting aid system according to the present invention, injects the flight environment E predicted during step 26 within the digital twin 14 of the drone, and from the simulation provided by the digital twin 14, the computer 16 predicts P the future flight behavior C of the drone in question.
Enfin au cours d’une étape 34, le système d’aide au pilotage selon la présente invention, via le module 18 d’aide au pilotage assiste le pilotage dudit drone à partir du comportement de vol dudit drone prédit par le calculateur 16, notamment en déterminant une recommandation au pilote du drone (le pilote étant hors du drone) et/ou en transmettant un ordre au pilote automatique du drone considéré, la recommandation et/ou l’ordre étant propres à optimiser la suite du vol du drone.Finally, during a step 34, the piloting assistance system according to the present invention, via the piloting assistance module 18, assists the piloting of said drone based on the flight behavior of said drone predicted by the computer 16, in particular by determining a recommendation to the pilot of the drone (the pilot being outside the drone) and/or by transmitting an order to the automatic pilot of the drone in question, the recommendation and/or the order being suitable for optimizing the continuation of the flight of the drone.
Un tel procédé 24 d’aide au pilotage selon la présente invention est propre à être mis en œuvre, par exemple, juste avant le décollage pour mieux planifier le vol en connaissance des risques, éventuellement le décaler, afin de ne pas s’exposer par exemple à une consommation d’énergie excessive empêchant d’arriver à destination, où à des vents ou turbulences insoutenables, ou bien à un givrage.Such a piloting aid method 24 according to the present invention is suitable for being implemented, for example, just before take-off to better plan the flight with knowledge of the risks, possibly to shift it, so as not to be exposed by example to excessive energy consumption preventing you from reaching your destination, or to unbearable winds or turbulence, or to icing.
En complément et/ou à titre d’alternative, un tel procédé 24 d’aide au pilotage selon la présente invention est propre à être mis en œuvre, durant le vol du drone pour déterminer la réaction la plus appropriée en cours de vol, telle qu’une adaptation de la vitesse ou de la hauteur de vol, un atterrissage immédiat ou dans une zone associée à des conditions météorologiques convenables, un changement de route ou de destination, un retour au point de départ. etc.In addition and/or as an alternative, such a piloting aid method 24 according to the present invention is capable of being implemented, during the flight of the drone, to determine the most appropriate reaction during flight, such as an adaptation of speed or height of flight, an immediate landing or in an area associated with suitable weather conditions, a change of route or destination, a return to the starting point. etc
L’homme du métier comprendra que l’invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits, ni aux exemples particuliers de la description, les modes de réalisation et les variantes mentionnées ci-dessus étant propres à être combinés entre eux pour générer de nouveaux modes de réalisation de l’invention.Those skilled in the art will understand that the invention is not limited to the embodiments described, nor to the particular examples of the description, the embodiments and the variants mentioned above being suitable for being combined with each other to generate new embodiments of the invention.
On conçoit ainsi que le système 10 et le procédé 24 d’aide au pilotage selon la présente invention établit une prédiction circonstanciée des conditions externes et l’injecte dans un jumeau numérique du drone considéré pour connaitre la conséquence exacte à attendre et prendre la décision la plus appropriée pour la sécurité du vol et l’efficacité de la mission.It is thus conceivable that the system 10 and the method 24 of piloting assistance according to the present invention establishes a detailed prediction of the external conditions and injects it into a digital twin of the drone considered to know the exact consequence to expect and take the decision more appropriate for flight safety and mission effectiveness.
La présente invention propose donc par le biais d’un calculateur, qui avantageusement peut être au sol pour bénéficier de plus de puissance et d’informations externes, d’utiliser un jumeau numérique du type de drone, personnalisé ou non par numéro de série pour optimiser le déroulement de la mission du drone.
The present invention therefore proposes by means of a computer, which advantageously can be on the ground to benefit from more power and external information, to use a digital twin of the type of drone, personalized or not by serial number for optimize the progress of the drone mission.
Claims (10)
- un module de prédiction (12) configuré pour prédire un environnement de vol associé à une mission courante dudit drone,
- un jumeau numérique (14) dudit drone,
- un calculateur (16) configuré pour prédire un comportement de vol dudit drone en injectant l’environnement de vol prédit au sein dudit jumeau numérique (14),
- un module d’aide au pilotage (18) configuré pour assister le pilotage dudit drone à partir du comportement de vol dudit drone prédit par le calculateur (16).Electronic drone piloting assistance system (10) comprising at least:
- a prediction module (12) configured to predict a flight environment associated with a current mission of said drone,
- a digital twin (14) of said drone,
- a computer (16) configured to predict a flight behavior of said drone by injecting the predicted flight environment into said digital twin (14),
- a piloting assistance module (18) configured to assist the piloting of said drone based on the flight behavior of said drone predicted by the computer (16).
- une première source (S1) de données environnementales accessibles en ligne ou issues de campagne de mesures au sol, et portant sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission ;
- une deuxième source (S2) de données environnementales locales fournies par au moins un capteur, embarqué sur un autre aéronef ou sur ledit drone, et/ou présent au sol sur la zone géographique et le créneau temporel associés à ladite mission.Electronic drone piloting assistance system (10) according to claim 2, in which the first set of environmental data collected during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission, and/or the second set of data available on the current mission, are obtained from at least two distinct data sources comprising:
- a first source (S 1 ) of environmental data accessible online or from ground measurement campaigns, and relating to the geographical area and the time slot associated with said mission;
- a second source (S 2 ) of local environmental data provided by at least one sensor, on board another aircraft or on said drone, and/or present on the ground in the geographical area and the time slot associated with said mission.
- des données météorologiques relatives à la zone et au créneau temporel associés à ladite mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission;
- des données relatives aux infrastructures de communications de ladite zone associée à ladite mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission ;
- des données relatives au(x) système(s) de positionnement par satellites associé(s) à ladite zone de mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission ;
- des données relatives au trafic aérien associées à ladite mission courante et/ou au cours des vols précédents ou de campagnes de mesures au sol associés à la même mission.Electronic system (10) for aiding the piloting of a drone according to claim 3 or 4, in which the environmental data accessible online or resulting from ground measurement campaigns, comprise data belonging to the group comprising at least:
- meteorological data relating to the zone and to the time slot associated with said current mission and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- data relating to the communications infrastructure of said zone associated with said current mission and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- data relating to the satellite positioning system(s) associated with said current mission area and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission;
- data relating to air traffic associated with said current mission and/or during previous flights or ground measurement campaigns associated with the same mission.
- prédiction (26) d’un environnement de vol associé à une mission courante dudit drone,
- prédiction (32) d’un comportement (C) de vol dudit drone en injectant l’environnement de vol prédit au sein d’un jumeau numérique dudit drone, le jumeau numérique appartenant audit système électronique,
- aide (34) au pilotage dudit drone à partir du comportement (C) de vol dudit drone prédit par un calculateur dudit système électronique.Method (24) for aiding the piloting of a drone, the method being capable of being implemented by an electronic system for aiding the piloting of a drone according to any one of the preceding claims, the method comprising the steps following:
- prediction (26) of a flight environment associated with a current mission of said drone,
- prediction (32) of flight behavior (C) of said drone by injecting the predicted flight environment into a digital twin of said drone, the digital twin belonging to said electronic system,
- aid (34) to the piloting of said drone from the flight behavior (C) of said drone predicted by a computer of said electronic system.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116627150A (en) * | 2023-03-30 | 2023-08-22 | 成都赫尔墨斯科技股份有限公司 | An EVTOL flight control system |
| CN119537840A (en) * | 2024-11-11 | 2025-02-28 | 温州多弗航空产业集团有限公司 | A method for predicting aircraft surface environment parameters |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070061116A1 (en) * | 2001-11-27 | 2007-03-15 | Lockheed Martin Corporation | Robust uninhabited air vehicle active missions |
| US20090076665A1 (en) * | 2007-09-14 | 2009-03-19 | Hoisington Zachary C | Method and System to Control Operation of a Device Using an Integrated Simulation with a Time Shift Option |
| US20180094931A1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | Michael Taylor | Steering assist |
-
2021
- 2021-02-26 FR FR2101881A patent/FR3120266B1/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070061116A1 (en) * | 2001-11-27 | 2007-03-15 | Lockheed Martin Corporation | Robust uninhabited air vehicle active missions |
| US20090076665A1 (en) * | 2007-09-14 | 2009-03-19 | Hoisington Zachary C | Method and System to Control Operation of a Device Using an Integrated Simulation with a Time Shift Option |
| US20180094931A1 (en) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | Michael Taylor | Steering assist |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LEI LEI ET AL: "Toward Intelligent Cooperation of UAV Swarms: When Machine Learning Meets Digital Twin", IEEE NETWORK, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, vol. 35, no. 1, 18 November 2020 (2020-11-18), pages 386 - 392, XP011838133, ISSN: 0890-8044, [retrieved on 20210216], DOI: 10.1109/MNET.011.2000388 * |
| WILLIAM KOCH: "Flight Controller Synthesis Via Deep Reinforcement Learning", ARXIV.ORG, CORNELL UNIVERSITY LIBRARY, 201 OLIN LIBRARY CORNELL UNIVERSITY ITHACA, NY 14853, 14 September 2019 (2019-09-14), XP081477242 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116627150A (en) * | 2023-03-30 | 2023-08-22 | 成都赫尔墨斯科技股份有限公司 | An EVTOL flight control system |
| CN119537840A (en) * | 2024-11-11 | 2025-02-28 | 温州多弗航空产业集团有限公司 | A method for predicting aircraft surface environment parameters |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3120266B1 (en) | 2023-07-14 |
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