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WO2022128736A1 - Procede et systeme de localisation d'equipements radioelectriques utilisant au moins deux constellations satellitaires - Google Patents

Procede et systeme de localisation d'equipements radioelectriques utilisant au moins deux constellations satellitaires Download PDF

Info

Publication number
WO2022128736A1
WO2022128736A1 PCT/EP2021/085009 EP2021085009W WO2022128736A1 WO 2022128736 A1 WO2022128736 A1 WO 2022128736A1 EP 2021085009 W EP2021085009 W EP 2021085009W WO 2022128736 A1 WO2022128736 A1 WO 2022128736A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
constellation
failure
failures
navigation
occurrence
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/085009
Other languages
English (en)
Inventor
Denis Bouvet
Jean-Pierre Arethens
Original Assignee
Thales
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales filed Critical Thales
Priority to CA3201980A priority Critical patent/CA3201980A1/fr
Priority to US18/265,955 priority patent/US20240027627A1/en
Priority to EP21835253.2A priority patent/EP4264328A1/fr
Publication of WO2022128736A1 publication Critical patent/WO2022128736A1/fr

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/20—Integrity monitoring, fault detection or fault isolation of space segment
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/33—Multimode operation in different systems which transmit time stamped messages, e.g. GPS/GLONASS

Definitions

  • the present invention relates in general to the location of objects, and in particular to a method and a system for locating radio equipment using a satellite system formed of at least two satellite constellations.
  • Certain known location systems such as GPS systems (acronym for “Global Positioning System” meaning Global Location System), implement a satellite constellation formed by several traveling satellites to locate radio equipment. Each of these systems generally operates independently of the other location systems and the radio equipment to be located is generally designed and programmed to operate with a given location system. It then happens that radio equipment finds itself in visibility with satellites that do not belong to the location system with which the radio equipment is associated, which makes its location impossible or imprecise.
  • Radio equipment can simultaneously receive navigation signals from two or more satellite constellations in order to determine its location.
  • the radio equipment determines a location by satellite constellation and generally proceeds by average to determine a final location, without taking into account the specificities of each satellite constellation in terms of probabilities of occurrences of operating failures likely to occur. at the level of the satellite constellations.
  • Radio equipment simultaneously receiving navigation signals from several satellite constellations can monitor the failures that the constellations and their satellites may experience. This results in a significant computational load which increases with the number of satellite constellations and/or with the number of satellites used.
  • the present invention provides a method for locating radio equipment, implemented in a satellite system comprising a plurality of satellite constellations, each satellite constellation comprising one or more traveling satellites, each satellite constellation being associated with failure occurrence probabilities including a single failure occurrence probability and a multiple failure occurrence probability.
  • the satellite system comprises at least one first constellation associated with a probability of occurrence of multiple failures lower than a given integrity risk, at least one second satellite constellation, and at least one radio equipment to be located receiving navigation signals coming from a plurality of traveling satellites.
  • the method comprises the following steps implemented by radio equipment and consisting of:
  • the probability of occurrence of a combination of single failures in the first constellation may be lower than the given integrity risk.
  • the failure modes to be monitored may include:
  • a third failure mode corresponding to a plurality of combinations of a single failure of the first constellation and a single or multiple failure of the second constellation, the other combinations of a single failure of the first constellation and of failure, single or multiple, of the second constellation not being monitored.
  • the method can comprise the determination of the plurality of combinations associated with the third failure mode according to a given selection threshold, the determination of the plurality of combinations associated with the third failure mode comprising the steps consisting in : has. selecting the set of failures belonging to the first failure mode and the second failure mode, which provides a set of monitored failures; b. calculating a probability of occurrence of unmonitored failures based on the set of monitored failures; vs. comparing the probability of occurrence of unmonitored failures to the given selection threshold; d.
  • Steps b. to d. are repeated until the probability of occurrence of unmonitored failures substantially reaches the given selection threshold.
  • the unmonitored combinations of a single failure of the first constellation and a single or multiple failure of the second constellation can be added to the set of monitored failures in ascending or descending order of 'a selection metric, the selection metric being a metric chosen from:
  • the number of unmonitored combinations of a single failure of the first constellation and a failure, single or multiple, of the second constellation can be predefined and can be chosen to be greater than or equal to two. .
  • the one or more levels of protection can be calculated iteratively by minimizing a predefined cost function, the predefined cost function corresponding to the difference between a risk of exceeding the level of protection by positioning error and an adjusted integrity speech.
  • the number of iterations can be less than or equal to three.
  • the one or more protection levels may include a horizontal protection level.
  • the at least one radio equipment can be airborne by means of an aircraft, the one or more protection levels can comprise a horizontal protection level and a vertical protection level.
  • the probability of occurrence of single failures and the probability of occurrence of multiple failures associated with the first constellation may respectively be less than 2 ⁇ 10′ 5 and less than 10′ 7 .
  • the probability of occurrence of single failures and the probability of occurrence of multiple failures associated with the second constellation can be less than 10' 3 .
  • radioelectric equipment implemented in a satellite system comprising a plurality of satellite constellations, each satellite constellation comprising one or more traveling satellites, each satellite constellation being associated with probabilities of occurrence of failures comprising a probability of occurrence of single failures and a probability of occurrence of multiple failures, the satellite system comprising at least a first constellation associated with a probability of occurrence of multiple failures lower than a given integrity risk, at least a second constellation satellite, and at least one radio equipment to be located receiving navigation signals from a plurality of traveling satellites.
  • the radio equipment comprises:
  • a signal reception unit capable of receiving a plurality of navigation signals originating from a plurality of visible traveling satellites belonging at least to the first and to the second satellite constellation;
  • a fault mode selection unit capable of selecting fault modes to be monitored corresponding to faults of the satellite constellations other than the multiple faults of the first constellation;
  • a location unit able to determine a navigation solution representing a position of the radio equipment in a given reference, from the plurality of navigation signals received, and to determine a plurality of navigation sub-solutions, each of navigation sub-solutions corresponding to a position of the radio equipment in the given reference determined from the navigation signals received other than the navigation signals coming from one or more visible traveling satellites associated with a selected failure mode;
  • a failure detection unit capable of calculating, for each navigation sub-solution, one or more corresponding detection thresholds, a condition of non-detection of failure being satisfied if the differences between the navigation solution and the navigation are below one or more corresponding detection thresholds;
  • a calculation unit able to calculate one or more levels of protection associated with the main navigation solution, if the condition of non-detection of failure is satisfied for all the navigation sub-solutions.
  • the embodiments of the invention allow precision in the location of radio equipment and an increased level of integrity compared to the solutions of the state of the art.
  • the invention can advantageously be applied to autonomous guidance systems for aircraft, ships and land vehicles.
  • FIG.1 represents the architecture of a satellite location system for radio equipment, according to one embodiment of the invention
  • FIG.2 is a flowchart representing the steps implemented to select failures to be monitored by radio equipment, according to one embodiment of the invention
  • FIG.3 is a comparative table showing the reduction in the number of failures monitored using a selection method according to embodiments of the invention
  • FIG.4 is a flowchart representing a method for locating radio equipment using two satellite constellations, according to one embodiment of the invention.
  • FIG.5 is a flowchart representing the steps implemented to calculate levels of protection by radio equipment, according to one embodiment of the invention.
  • FIG.7 compare the performance of state-of-the-art methods and the performance of a method for calculating protection levels according to one embodiment of the invention.
  • FIG.8 is an example of the architecture of radio equipment, according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 represents a satellite location system 10, also called satellite system 10, in which a location method can be implemented according to embodiments of the invention.
  • the localization system 10 can comprise at least two satellite constellations 100, 200 comprising a first constellation 100 and a second constellation 200. Each of the two satellite constellations 100, 200 can be formed from one or more traveling satellites 101, 201.
  • the location system 10 can transmit navigation signals in the direction of one or more radio equipment items 20 to be located.
  • Each of the satellite constellations 100, 200 can be made up of a number of traveling satellites 101, 201 which can be quite large.
  • each satellite constellation 100 or 200 can comprise a number N (1) , N (2) of traveling satellites 101 , 201 , the number of traveling satellites (denoted N (1) for the constellation 100 and denoted N (2) for the constellation 200) being greater than 10.
  • each of the satellite constellations 100, 200 can be global in coverage so as to cover the entire earth's surface at any time of the day. Examples of satellite constellations include, without limitation, GPS, Galileo, Beidou and Glonass constellations.
  • the satellite constellations 100, 200 implemented can experience operating failures of the “multiple failure” type, also called “constellation failure”.
  • Such a type of failure involves at least two satellites of the same 100 or 200 constellation failing for a common cause, such as for example a simultaneous update of several satellites of a constellation using erroneous navigation parameters.
  • each of the two satellite constellations 100, 200 can be associated with a probability of occurrence of multiple failures.
  • the probability of occurrence of multiple failures of the first constellation 100 denoted P CO n St
  • the probability of occurrence of multiple failures of the second constellation 200 denoted P c ( ⁇ st -
  • Each of the traveling satellites 101, 201 forming the two satellite constellations 100, 200 can comprise a platform for moving the satellite into a given orbit, the orbit possibly being for example and without limitation of the LEO, MEO or other type.
  • each of the traveling satellites 101, 201 may further comprise a payload enabling the satellite to transmit navigation signals in the direction of the Earth.
  • the payload of a given traveling satellite may for example comprise a navigation signal generation unit, a high precision on-board clock, for example of the atomic type, and an RF (Radio Frequency) transmission antenna, preferably not directive with large angular aperture.
  • the traveling satellites 101, 201 forming a satellite constellation 100 or 200 can be identical from a material point of view (platform and payload) and their orbital characteristics can be optimized so as to have a satellite constellation with coverage world.
  • traveling satellites 101 , 201 of the same constellation 100 or 200 can evolve according to the same altitude and the same orbital period by following orbital planes different.
  • a moving satellite belonging to a satellite constellation can suffer operating failures of the "single failure" type, also called “satellite failure".
  • Such a type of failure involves a single satellite of a constellation, such as a power supply problem or drifts of the on-board clock.
  • traveling satellites 101 , 201 that are identical from a hardware point of view can imply the same probability of occurrence of simple failures for all the traveling satellites 101 , 201 belonging to the same satellite constellation 100 or 200.
  • the probability of occurrence of single failures of the first constellation 100 may be different, for example lower, than the probability of occurrence of simple failures of the second constellation 200 P ⁇ , P ti is the probability of failure of the satellite “i” belonging to the constellation “j”.
  • P ti is the probability of failure of the satellite “i” belonging to the constellation “j”.
  • the probability of occurrence of simple failures of the first constellation 100 is lower than that of the second constellation 200, by way of non-limiting example.
  • the satellite system 10 may experience other types of failures involving the first 100 and the second satellite constellation simultaneously.
  • the satellite system 10 can simultaneously experience a single failure of a traveling satellite 101 of the first constellation 100 and a multiple failure involving at least two traveling satellites
  • the satellite system 10 can also experience two single or multiple failures simultaneously, affecting the same constellation 100 or 200.
  • the second satellite constellation 200 can simultaneously experience two single failures involving two orbiting satellites 201 breaking down for two different causes.
  • radio equipment 20 to be located can be of the terrestrial or airborne type by means of an aircraft.
  • the radio equipment 20 may comprise hardware and/or software resources allowing it to receive, continuously over time, and to process navigation signals transmitted by satellites 101, 201 belonging to the satellite constellations 100, 200 implemented .
  • radio equipment 20 may comprise an RF reception antenna, a navigation signal receiver and a digital processing unit able to decode and demodulate the navigation signals received to locate the radio equipment 20 and to associate a level of protection to the location thus determined.
  • the localization of a radioelectric equipment 20 can for example include the determination of the position of the radioelectric equipment 20 represented by coordinates in a geocentric Cartesian coordinate system (geodesic system), for example.
  • a radio equipment 20 to be located can be configured to determine its location using all navigation signals, that is to say signals from which the location can be determined.
  • the traveling satellites 101, 201 supplying such navigation signals represent, for the radio equipment 20 to be located, visible satellites 101, 201.
  • visible satellites 101, 201 may be faulty, that is to say they have suffered an operating failure which may for example be of the single or multiple type.
  • the location determined by radio equipment 20 using all the navigation signals from all the visible satellites constitutes a “navigation solution”, also called “main navigation solution”.
  • a radio equipment item 20 to be located can exclude from the calculation of its location one or more navigation signals originating from one or more visible satellites.
  • a location determined by radio equipment 20 by excluding one or more navigation signals constitutes a “navigation sub-solution”.
  • radio equipment 20 can calculate navigation sub-solutions by excluding navigation signals originating from one or more visible satellites identified as potentially faulty.
  • radio equipment 20 can calculate, for each main navigation solution, several navigation sub-solutions by excluding for each of them the navigation signals originating from one of the visible satellites 101 , 201 . In this case, the radio equipment 20 calculates as many navigation sub-solutions as there are visible satellites.
  • radio equipment 20 may calculate a navigation sub-solution by excluding navigation signals from all visible satellites belonging to one of the implemented satellite constellations 100 or 200.
  • a navigation sub-solution can deviate significantly from the associated main navigation solution when one or more visible satellites fail.
  • the subsolution of navigation excluding the faulty visible satellite or satellites can be closer to the real position of the radio equipment 20.
  • the radio equipment 20 can calculate, from the main navigation solution associated, for each navigation sub-solution , a deviation representing the distance between the main navigation solution and the considered navigation sub-solution.
  • radio equipment 20 can determine its location using navigation signals from several moving satellites 101, 201 visible belonging to two satellite constellations 100, 200 implemented.
  • the main navigation solution and associated navigation sub-solutions can be determined from the two satellite constellations 100, 200 implemented.
  • one or more levels of protection PL q can be associated with each main navigation solution determined by radio equipment 20.
  • a horizontal protection level and a vertical protection level can be associated with a navigation solution determined by airborne radio equipment using an aircraft, for example.
  • a single horizontal protection level can be associated with a navigation solution determined by airborne radio equipment, the vertical information being able, in this case, to be provided by another type of sensor such as an altimeter.
  • the probability associated with a protection level, horizontal can be of the order of 10' 7 , and corresponds to the risk of the protection level being exceeded by the positioning error, which must be less than 10' 7 per hour. This value is also called integrity risk or integrity allocation and is denoted PHMI in the remainder of the description.
  • the calculation of the protection levels by monitoring all the visible traveling satellites is generally a costly task in terms of computing power, memory resources, and computing time. Such resources are generally not available in radioelectric equipment 20 which can be airborne by means of an aircraft, of the drone type for example.
  • the monitoring of a traveling satellite visible by radio equipment 20 refers to the ability of the radio equipment 20 to determine the state of this satellite, i.e. that is, its ability to determine whether this satellite is faulty or operational.
  • the determination of the state of a visible traveling satellite can be made from the navigation signals received by the radio equipment 20. For example, the determination of the state of a visible traveling satellite can be made by comparing the main navigation solution and the navigation sub-solution excluding the navigation signals originating from the visible traveling satellite considered.
  • the radio equipment 20 to be located uses at least two satellite constellations 100, 200 as represented in FIG. 1 to select fault modes to be monitored, the selection of fault modes to be monitored taking place according to the probabilities of occurrence of failures, single and multiple, of the two satellite constellations 100, 200 and according to a predefined integrity risk PHMI.
  • the determination of the navigation sub-solutions and the calculation of the protection levels can be carried out by considering only the selected failure modes.
  • a radioelectric equipment 20 can select failure modes to be monitored for the calculation of the protection levels by excluding a failure mode corresponding to the set of multiple failures of the first constellation 100, the first constellation 100 having probabilities d occurrence of failures such that the probability of occurrence of a multiple failure or of a combination of single failures is lower than the predefined integrity risk.
  • the radio equipment 20 to be located uses at least a first 100 and a second satellite constellation 200 as represented in FIG. such that the probability of occurrence of a multiple failure or of a combination of single failures is less than a predefined integrity risk.
  • the radio equipment 20 can select failure modes to be monitored from among three failure modes:
  • a failure mode corresponding to all of the simple failures of the first 100 and of the second satellite constellation 200
  • ⁇ single failure i is the probability of occurrence of a single failure on the satellite "i" of the constellation "j" combined with the absence of any other failure.
  • the occurrence of a multiple failure in the second constellation 200 can occur according to the following probability: that is to say the probability of occurrence of any failure on the second constellation which is not a simple satellite failure in the absence of any failure (single or multiple) on any satellite of the first constellation.
  • the occurrence of such a failure mode can occur according to the following relationship:
  • all the possible combinations of a single failure of the first constellation 100 and any failure of the second constellation 200 can be monitored and taken into account to calculate the navigation sub-solutions. Due to the low probability of occurrence of other failures, they can advantageously not be monitored and they are taken into account in the probability of occurrence of unmonitored failures, denoted P PNS .
  • the second embodiment advantageously makes it possible to: reduce the number of failures to be monitored by the radioelectric equipment 20, which makes it possible to reduce the calculation load by reducing, for example, the number of navigation sub-solutions to be determined; maintain the probability of occurrence of unmonitored failures (P PN s) at a value lower than the predefined integrity risk.
  • P PN s unmonitored failures
  • FIG. 2 represents steps implemented to select faults to be monitored by radio equipment 20, according to a third embodiment of the invention.
  • the third embodiment can use two satellite constellations 100, 200 as represented in FIG. 1 where a first satellite constellation 100 presenting probabilities of occurrence of failures such as the probability of occurrence of a multiple failure or of a combination of single failures is less than a predefined integrity risk.
  • the selection of failures to be monitored is carried out according to the third embodiment as a function of a given selection threshold P T HRESH -
  • the selection of failures to be monitored according to such an embodiment relates particularly to the combinations of a single failure of the first constellation 100 and any failure of the second constellation 200.
  • the radio equipment 20 may not monitor all possible combinations, therefore certain combinations are not monitored and they are excluded from the third failure mode.
  • the radio equipment 20 can select all the failures belonging to the first and the second mode of failures as defined above, that is to say all of the simple failures of the first and second constellation 200, and the set corresponding to the occurrence of a multiple fault or several single faults in the second constellation 200, which provides a set of monitored faults not containing combinations of a fault failure of the first constellation 100 and any failure of the second constellation 200.
  • the radio equipment 20 can calculate from all the monitored failures a probability of occurrence of unmonitored failures.
  • An initial probability of occurrence of unmonitored failures can be determined from the set of monitored failures selected in step 301.
  • the radio equipment 20 can compare the probability of occurrence of unmonitored failures with the given selection threshold.
  • the probability of occurrence of unmonitored failures may be higher, lower or substantially equal to the given selection threshold.
  • Step 304 executed when the probability of occurrence of unmonitored failures is less than the given selection threshold, a combination of a single failure of the first constellation 100 and any failure, single or multiple , of the second constellation 200, is added to the set of monitored failures, the added combination becoming a monitored combination and therefore included in the third mode of failures.
  • Steps 302 and 303 can then be executed taking into account all of the failures monitored as updated.
  • Steps 302, 303 and 304 can be repeated a finite number of times until the probability of occurrence of unmonitored failures reaches the given selection threshold. At the end of the iterative execution of steps 302, 303 and 304, the probability of occurrence of unmonitored failures substantially reaches the given selection threshold.
  • the addition of the combinations of a single failure of the first constellation 100 and of any failure of the second constellation 200 to the set of monitored failures as described in relation to Figure 2 can be performed in ascending or descending order of a given selection metric.
  • the combinations associated with the highest single fault occurrence probabilities can be added first, which corresponds to an uncertainty metric associated with the navigation signals provided by the first satellite constellation 100.
  • the addition of the combinations of a simple failure of the first constellation 100 and of any failure of the second constellation 200 to the set of monitored failures can be carried out according to another selection metric corresponding to the degradation in a horizontal and/or vertical plane of the covariance matrix of the positioning error.
  • the combinations associated with a minimum degradation in a horizontal and/or vertical plane of the positioning error covariance matrix with respect to the positioning error covariance matrix obtained by using all the satellites of the first constellation 100 are added first.
  • the addition of the combinations of a simple failure of the first constellation 100 and of any failure of the second constellation 200 to the set of monitored failures can be carried out by first adding the combinations associated with a minimal impact on the calculation of the protection levels (the selection metric is then the impact of the combinations on the calculation of the protection levels).
  • the protection levels PL q can be obtained by solving the following equation: /PL n -T k -b (k) ⁇ i Pfailure.k Q Q g Q ⁇ — (PHM1 - P n PNS ) (4) ⁇ °q / x es where Q(x) represents the distribution function of the reduced centered normal distribution.
  • T kq represents the threshold to which we compare the difference between the main navigation solution and the robust navigation sub-solution against failure k in the direction q
  • b q k represents the maximum positioning error in the direction q caused by the biases affecting each measurement used in the calculation of the sub-solution robust to failure k
  • cr q k represents the standard deviation of the position error along the direction q of the sub-solution robust to the failure k
  • n es is the number of independent samples (for example 360 or even 450) over the exposure period applicable to the operation considered (for example one hour).
  • Pfailure.k is the probability of occurrence of failure k, calculated according to whether failure k belongs to one of the three failure modes identified.
  • the number of unmonitored combinations of a simple failure of the first constellation 100 and any failure of the second constellation 200 can be fixed beforehand according to the probabilities of occurrence of single and multiple failures of the two satellite constellations 100, 200.
  • the number of unmonitored combinations of a single failure of the first constellation 100 and any failure of the second constellation 200 can be greater than or equal to 2.
  • the unmonitored combinations of a single failure of the first constellation 100 and any failure of the second constellation 200 can correspond to a maximum degradation of the selection metric, for example a maximum uncertainty associated with the navigation signals provided by the first satellite constellation 100.
  • FIG. 3 is a table representing the number of failures monitored by the radioelectric equipment 20 using a prior art selection algorithm, according to the approach described in the article [Blanch, et al. , “Baseline advanced RAIM user algorithm and possible improvements”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2015].
  • the table of FIG. 3 shows at the level of lines 1 and 2 the number of failures monitored by the radioelectric equipment for different numbers of visible satellites and for different values of the probabilities of occurrence of failures in the second satellite constellation 200.
  • the table also shows the number of failures monitored according to the second embodiment of the invention at the level of line 3 and according to the third embodiment at the level of line 4.
  • the embodiments of the invention thus make it possible to reduce dramatically the number of failures monitored, and therefore, reduce the computational load needed to determine navigation sub-solutions and protection levels.
  • FIG. 4 represents a method for locating radioelectric equipment 20 using two satellite constellations 100, 200 comprising a first 100 and a second satellite constellation 200, the first satellite constellation 100 presenting probabilities of occurrence of failures such as the probability of occurrence of a multiple failure or a combination of single failures is less than a predefined integrity risk.
  • the radio equipment 20 can be simultaneously visible from several traveling satellites 101, 201 belonging to the first 100 and to the second satellite constellation 200.
  • the radio equipment 20 can receive navigation signals from all the traveling satellites 101, 201 visible.
  • a navigation signal received by a radio equipment 20 allows the determination of a geographical location in which the radio equipment 20 is located, such a geographical location being able to correspond to a sphere centered on the position of the transmitting transmitting satellite, assumed to be known accurately by the radio equipment 20, from the ephemerides of the traveling satellite, and admitting as a radius a pseudo-distance determined from the time difference undergone by the navigation signal to reach the radio equipment 20.
  • the radio equipment 20 can select failure modes to monitor.
  • the selection of failure modes to be monitored can be made according to one of the embodiments of the invention described above.
  • the radio equipment 20 can select the first, the second and the third failure mode.
  • the number of monitored combinations of a single failure of the first constellation 100 and of any failure of the second constellation 200 can be optimized as described in relation to FIG. 2 or as described in relation to the fifth embodiment of the invention.
  • step 402 may be executed first.
  • the radio equipment 20 can determine, from the navigation signals coming from all the visible satellites, a navigation solution, also called main navigation solution, representing the position of the radio equipment. 20 in a given benchmark.
  • a navigation solution also called main navigation solution
  • one or more navigation signals used to calculate the main navigation solution may come from one or more failed visible satellites.
  • the radio equipment 20 can also determine navigation sub-solutions where each navigation sub-solution excludes, that is to say does not take account of, one or more navigation signals provided by one or several visible satellites associated with a failure mode selected at the exit of step 402.
  • the radio equipment 20 can calculate, in relation to the first failure mode, 20 navigation sub-solutions where each navigation sub-solution uses 19 visible satellites and excludes a different visible satellite from the other navigation sub-solutions.
  • the radio equipment 20 can calculate a sub-solution of navigation using the 10 visible satellites of the first constellation 100 and no satellite of the second constellation 200.
  • the radio equipment can a priori calculate up to 10 navigation sub-solutions using 9 visible satellites of the first constellation 100 and no visible satellite of the second constellation. This number of 10 can then be optimized to reduce the computational load in the radio equipment according to one of the embodiments described above.
  • the radio equipment 20 can calculate the deviations separating the main navigation solution from each of the navigation sub-solutions. For example, by considering a solution and a navigation sub-solution, two deviations can be calculated in the horizontal plane according to two perpendicular directions and a third deviation can be measured according to the vertical direction.
  • the radio equipment 20 can calculate failure detection thresholds according to a previously predefined false alarm probability and according to the uncertainties associated with the differences between the main navigation solution and the sub - navigation solution, one or more detection thresholds being calculated for each of the navigation sub-solutions.
  • Step 404 can further comprise a comparison, for each of the navigation sub-solutions, between the difference between the main navigation solution and the navigation sub-solution as calculated at step 403 with the detection threshold corresponding failure, which makes it possible to determine, for each navigation sub-solution, whether a condition of non-detection of failure is satisfied or not, the condition of non-detection of failure being satisfied if the difference between the main navigation solution and the navigation sub-solution is below at least one corresponding detection threshold.
  • step 405 if the failure detection condition is satisfied for all the navigation sub-solutions, that is to say that all the deviations calculated at step 403 are lower than the corresponding detection thresholds calculated in step 404, the radio equipment 20 can calculate a horizontal protection level and/or a vertical protection level as a function of one or more parameters among: a integrity value adjusted in particular by the probabilities of occurrence of unmonitored failures, the probabilities of occurrence of monitored failures, the detection thresholds or alternatively the discrepancies between the main navigation solution and the navigation sub-solutions, the positioning uncertainty of the main navigation solution and navigation sub-solutions, etc.
  • a horizontal protection level and/or a vertical protection level as a function of one or more parameters among: a integrity value adjusted in particular by the probabilities of occurrence of unmonitored failures, the probabilities of occurrence of monitored failures, the detection thresholds or alternatively the discrepancies between the main navigation solution and the navigation sub-solutions, the positioning uncertainty of the main navigation solution and navigation sub-solutions, etc
  • the location method may also comprise an additional step consisting in triggering the transmission by the radioelectric equipment 20 of an alert message (or notification), for example intended for its user, when at least one difference between the main navigation solution and a navigation sub-solution is greater than the corresponding detection threshold.
  • the first satellite constellation 100 associated with probabilities of occurrence of minimum failures compared to the rest of the constellations of a satellite system 10 can present a probability of occurrence of simple failures less than 2x10' 5 and a probability of occurrence of multiple failures less than 10' 7 .
  • the second satellite constellation 200 associated with probabilities of occurrence of failures greater than those of the first constellation 100 can present a probability of occurrence of failures, single or multiple, less than 10' 3 .
  • the radio equipment location method 20 can be applied to a satellite system 10 comprising any number greater than or equal to 2 satellite constellations with a first constellation 100 having probabilities of occurrence of failures such that the probability of occurrence of a multiple failure or of a combination of single failures is less than a predefined integrity risk.
  • the calculation of a level of protection can be performed iteratively by seeking to minimize a given cost function.
  • the search can be carried out according to an iterative minimization method and the number of iterations used to do the search can be less than three.
  • FIG. 5 illustrates the steps implemented to calculate a level of protection according to such an embodiment of the invention.
  • the risk of the protection level x being exceeded by the positioning error h q (x) can be written in the following form: _ xT k , q -b® Pfailure.k Q (5) ⁇ q (k)
  • a starting value, x 0 , and an increment, A can be defined.
  • the starting value can for example be one of the limits or the center of the search domain.
  • the upper bound can for example be obtained by allocating to each monitored failure mode an equal portion of the integrity allocation, in particular adjusted by the probability of occurrence of unmonitored failures.
  • the lower bound can for example be set to 0 or be obtained by allocating to each monitored failure mode the entire adjusted integrity allocation.
  • the increment can, for example, be greater than half the tolerance on the estimate of x.
  • step 503 the cost function is evaluated at the starting value. Then, the value of the search domain, x n+1 , can be updated based on elements including the old value of the search interval, x n , the increment, and the results of the evaluation of the cost function and its derivatives with respect to x n .
  • the value of x n+1 can be obtained according to the following relation:
  • step 503 can be repeated a maximum number of times, for example a maximum number of times less than or equal to three.
  • Step 504 can be executed when the maximum number of times has been reached.
  • the value of x n such that f q (x) is minimum can be retained.
  • Such a value of x n may correspond to the desired level of protection.
  • Figures 6 and 7 illustrate the performance of the embodiment described in relation to Figure 5 ( Figure 7) compared to the solutions of the state of the art ( Figure 6) such as that described in [Blanch, et al., "Baseline advanced RAIM user algorithm and possible improvements", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2015] which uses dichotomy resolution and requires a number of iterations greater than 6.
  • Figure 7 shows that the method of calculation of the protection levels according to the invention converges after 3 iterations towards the optimal value.
  • FIG. 5 has the advantage of using only a reduced number of iterations for determining protection levels, unlike the solutions of the state of the art where the number of iteration is usually between 6 and 10.
  • FIG. 8 represents the architecture of radio equipment 20 to be located according to one embodiment of the invention.
  • Such an architecture may include:
  • a signal reception unit 21 capable of receiving navigation signals from several visible satellites belonging to at least two satellite constellations 100, 200;
  • a fault mode selection unit 22 capable of selecting one or more fault modes to be monitored
  • a location unit 23 capable of determining, from the navigation signals received and from the selected failure modes, a main navigation solution and one or more navigation sub-solutions;
  • a detection unit 24 capable of determining whether a condition of non-detection of failures is verified from the navigation solution and the navigation sub-solutions;
  • calculation unit 25 capable of calculating one or more levels of protection for the navigation solution.
  • the method for locating radioelectric equipment 20 can be implemented in various ways by hardware (“hardware”), software, or a combination of hardware and software. , including in the form of program code that may be distributed as a program product, in various forms.
  • the program code may be distributed using computer readable media, which may include computer readable storage media and communication media.
  • the methods described in this description may in particular be implemented in the form of computer program instructions executable by one or more processors in a computer computing device. These computer program instructions may also be stored in computer-readable media.

Landscapes

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Abstract

Les modes de réalisation de l'invention fournissent un procédé de localisation, mis en œuvre dans un système satellitaire (10) comprenant au moins une première constellation (100) associée à une probabilité d'occurrence de pannes multiples inférieure à un risque d'intégrité donné, le procédé peut avantageusement comprendre les étapes suivantes mises en œuvre par un équipement radioélectrique (20) : - recevoir (401) une pluralité de signaux de navigation; - sélectionner (402) des modes de pannes à surveiller autres que les pannes multiples de la première constellation; - déterminer (403) une solution de navigation et une pluralité de sous-solutions de navigation; - calculer (404), pour chaque sous-solution de navigation, un ou plusieurs seuils de détection correspondants; - calculer (405) un ou plusieurs niveaux de protection.

Description

DESCRIPTION
[0001] Titre de l’invention : Procédé et système de localisation d’équipements radioélectriques utilisant au moins deux constellations satellitaires
Art antérieur
[0002] La présente invention concerne en général la localisation d’objets, et en particulier un procédé et un système de localisation d’équipements radioélectriques en utilisant un système satellitaire formé d’au moins deux constellations satellitaires.
[0003] Certains systèmes de localisation connus, tels que les systèmes GPS (acronyme pour « Global Positioning System >> signifiant Système de Localisation Mondial), mettent en oeuvre une constellation satellitaire formée de plusieurs satellites défilants pour localiser des équipements radioélectriques. Chacun de ces systèmes opère généralement de manière indépendante des autres systèmes de localisation et les équipements radioélectriques à localiser sont généralement conçus et programmés pour fonctionner avec un système donné de localisation. Il arrive alors qu’un équipement radioélectrique se retrouve en visibilité avec des satellites n’appartenant pas au système de localisation auquel est associé l’équipement radioélectrique, ce qui rend sa localisation impossible ou imprécise.
[0004] Un équipement radioélectrique peut recevoir simultanément des signaux de navigation à partir de deux ou de plusieurs constellations satellitaires afin de déterminer sa localisation. Dans ce cas, l’équipement radioélectrique détermine une localisation par constellation satellitaire et procède généralement par moyenne pour déterminer une localisation finale, sans prendre en compte les spécificités de chaque constellation satellitaire en termes de probabilités d’occurrences de pannes de fonctionnement susceptibles de se produire au niveau des constellations satellitaires.
[0005] Un équipement radioélectrique recevant simultanément des signaux de navigation provenant de plusieurs constellations satellitaires peut surveiller les pannes que les constellations et leurs satellites peuvent subir. Il en résulte une charge de calcul importante qui augmente avec le nombre de constellations satellitaires et/ou avec le nombre de satellites utilisés.
Le document « Real Time Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring in DLR's Multi-Antenna GNSS Receiver », de Markus Rippl, décrit une implémentation de la méthode ARAIM dans un récepteur d’antenne traquant des signaux GPS et Galileo. US 2018/0081064 A1 décrit une solution de récepteur GNSS définissant des distributions de satellite en sous-ensembles., pour calculer des niveaux de protection.
[0006] Il existe donc un besoin pour un procédé et un système de localisation d’équipements radioélectriques utilisant un système satellitaire formé d’au moins deux constellations satellitaires capable de réduire la complexité de calcul au niveau de l’équipement radioélectrique tout en garantissant un niveau donné d’intégrité.
Définition générale de l’invention
[0007] A cet effet, la présente invention fournit un procédé de localisation d’équipements radioélectriques, mis en oeuvre dans un système satellitaire comprenant une pluralité de constellations satellitaires, chaque constellation satellitaire comprenant un ou plusieurs satellites défilants, chaque constellation satellitaire étant associée à des probabilités d’occurrence de pannes comprenant une probabilité d’occurrence de pannes simples et une probabilité d’occurrence de pannes multiples. Le système satellitaire comprend au moins une première constellation associée à une probabilité d’occurrence de pannes multiples inférieure à un risque d’intégrité donné, au moins une deuxième constellation satellitaire, et au moins un équipement radioélectrique à localiser recevant des signaux de navigation provenant d’une pluralité des satellites défilants. Avantageusement, le procédé comprend les étapes suivantes mises en oeuvre par un équipement radioélectrique et consistant à :
- recevoir une pluralité de signaux de navigation en provenance d’une pluralité de satellites défilants visibles appartenant au moins à la première et à la deuxième constellation satellitaire ;
- sélectionner des modes de pannes à surveiller correspondant à des pannes des constellations satellitaires autres que les pannes multiples de la première constellation ;
- déterminer une solution de navigation représentant une position de l’équipement radioélectrique dans un repère donné, à partir de la pluralité de signaux de navigation reçus, et déterminer une pluralité de sous-solutions de navigation, chacune des sous-solutions de navigation correspondant à une position de l’équipement radioélectrique dans le repère donné déterminée à partir des signaux de navigation reçus autres que les signaux de navigation provenant d’un ou de plusieurs satellites défilants visibles associés à un mode de pannes sélectionné ;
- calculer, pour chaque sous-solution de navigation, un ou plusieurs seuils de détection correspondants, une condition de non détection de panne étant satisfaite si les écarts entre la solution de navigation et la sous-solution de navigation sont inférieurs à un ou à plusieurs seuils de détection correspondants ;
- calculer un ou plusieurs niveaux de protection associés à la solution principale de navigation, si la condition de non détection de panne est satisfaite pour toutes les sous-solutions de navigation.
[0008] Dans un mode de réalisation, la probabilité d’occurrence d’une combinaison de pannes simples dans la première constellation peut être inférieure au risque d’intégrité donné.
[0009] Dans un autre mode de réalisation, les modes de pannes à surveiller peuvent comprendre :
- un premier mode de pannes correspondant à l’ensemble des pannes simples de la première et de la deuxième constellation ;
- un deuxième mode de pannes correspondant à l’occurrence d’une panne multiple ou la combinaison de plusieurs pannes simples dans la deuxième constellation ;
- un troisième mode de pannes correspondant à une pluralité de combinaisons d’une panne simple de la première constellation et d’une panne, simple ou multiple, de la deuxième constellation, les autres combinaisons d’une panne simple de la première constellation et d’une panne, simple ou multiple, de la deuxième constellation n’étant pas surveillées.
[0010] Avantageusement, le procédé peut comprendre la détermination de la pluralité de combinaisons associée au troisième mode de pannes en fonction d’un seuil donné de sélection, la détermination de la pluralité de combinaisons associée au troisième mode de pannes comprenant les étapes consistant à : a. sélectionner l’ensemble des pannes appartenant au premier mode de pannes et au deuxième mode de pannes, ce qui fournit un ensemble des pannes surveillées ; b. calculer une probabilité d’occurrence de pannes non surveillées en fonction de l’ensemble des pannes surveillées ; c. comparer la probabilité d’occurrence de pannes non surveillées au seuil donné de sélection ; d. si la probabilité d’occurrence de pannes non surveillées est inférieure au seuil donné de sélection, ajouter une combinaison non surveillée d’une panne simple de la première constellation et d’une panne, simple ou multiple, de la deuxième constellation à l’ensemble des pannes surveillées, la combinaison ajoutée étant en outre ajoutée au troisième mode de pannes.
Les étapes b. à d. sont réitérées jusqu’à ce que la probabilité d’occurrence de pannes non surveillées atteigne sensiblement le seuil donné de sélection.
[0011] En variante, les combinaisons non surveillées d’une panne simple de la première constellation et d’une panne, simple ou multiple, de la deuxième constellation peuvent être ajoutées à l’ensemble des pannes surveillées selon un ordre croissant ou décroissant d’une métrique de sélection, la métrique de sélection étant une métrique choisie parmi :
- une métrique d’incertitude associée aux signaux de navigation fournis par la première constellation ;
- une métrique de minimisation associée à une matrice de covariance de l’erreur de positionnement des sous-solutions relatives au troisième mode de pannes ;
- une métrique associée à l’impact sur la complexité de calcul des niveaux de protection.
[0012] Dans un mode de réalisation, le nombre de combinaisons non surveillées d’une panne simple de la première constellation et d’une panne, simple ou multiple, de la deuxième constellation peut être prédéfini et peut être choisi supérieur ou égal à deux.
[0013] Dans un autre mode de réalisation, les un ou plusieurs niveaux de protection peuvent être calculés de manière itérative en minimisant une fonction de coût prédéfinie, la fonction de coût prédéfinie correspondant à la différence entre un risque de dépassement du niveau de protection par l’erreur de positionnement et une allocution d’intégrité ajustée. [0014] Avantageusement, le nombre d’itérations peut être inférieur ou égal à trois.
[0015] En variante, les un ou plusieurs niveaux de protection peuvent comprendre un niveau de protection horizontal.
[0016] Dans un mode de réalisation, le au moins un équipement radioélectrique peut être aéroporté au moyen d’aéronef, les un ou plusieurs niveaux de protection peuvent comprendre un niveau de protection horizontal et un niveau de protection vertical.
[0017] Dans un autre mode de réalisation, la probabilité d’occurrence de pannes simples et la probabilité d’occurrence de pannes multiples associées à la première constellation peuvent respectivement être inférieures à 2x10'5 et à 10'7.
[0018] Avantageusement, la probabilité d’occurrence de pannes simples et la probabilité d’occurrence de pannes multiples associées à la deuxième constellation peuvent être inférieures à 10'3.
[0019] Il est en outre proposé un équipement radioélectrique mis en oeuvre dans un système satellitaire comprenant une pluralité de constellations satellitaires, chaque constellation satellitaire comprenant un ou plusieurs satellites défilants, chaque constellation satellitaire étant associée à des probabilités d’occurrence de pannes comprenant une probabilité d’occurrence de pannes simples et une probabilité d’occurrence de pannes multiples, le système satellitaire comprenant au moins une première constellation associée à une probabilité d’occurrence de pannes multiples inférieure à un risque d’intégrité donné, au moins une deuxième constellation satellitaire, et au moins un équipement radioélectrique à localiser recevant des signaux de navigation provenant d’une pluralité des satellites défilants.
Avantageusement, l’équipement radioélectrique comprend :
- une unité de réception de signaux apte à recevoir une pluralité de signaux de navigation en provenance d’une pluralité des satellites défilants visibles appartenant au moins à la première et à la deuxième constellation satellitaire;
- une unité de sélection de modes de pannes apte à sélectionner des modes de pannes à surveiller correspondant à des pannes des constellations satellitaires autres que les pannes multiples de la première constellation ; - une unité de localisation apte à déterminer une solution de navigation représentant une position de l’équipement radioélectrique dans un repère donné, à partir de la pluralité de signaux de navigation reçus, et à déterminer une pluralité de sous-solutions de navigation, chacune des sous-solutions de navigation correspondant à une position de l’équipement radioélectrique dans le repère donné déterminée à partir des signaux de navigation reçus autres que les signaux de navigation provenant d’un ou de plusieurs satellites défilants visibles associés à un mode de pannes sélectionné ;
- une unité de détection de pannes apte à calculer, pour chaque sous-solution de navigation, un ou plusieurs seuils de détection correspondants, une condition de non détection de panne étant satisfaite si les écarts entre la solution de navigation et la sous-solution de navigation sont inférieurs à un ou à plusieurs seuils de détection correspondants ;
- une unité de calcul apte à calculer un ou plusieurs niveaux de protection associés à la solution principale de navigation, si la condition de non détection de panne est satisfaite pour toutes les sous-solutions de navigation.
[0020] Les modes de réalisation de l’invention permettent une précision de la localisation des équipements radioélectriques et un niveau d’intégrité accrus par rapport aux solutions de l’état de la technique. L’invention peut s’appliquer avantageusement aux systèmes de guidage autonome des aéronefs, des navires et des véhicules terrestres.
Brève description des figures
[0021] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit et des figures dans lesquels :
[0022] [Fig.1 ] représente l’architecture d’un système de localisation par satellites d’équipements radioélectriques, selon un mode de réalisation de l’invention ;
[0023] [Fig.2] est un organigramme représentant les étapes mises en oeuvre pour sélectionner des pannes à surveiller par un équipement radioélectrique, selon un mode de réalisation de l’invention ; [0024] [Fig.3] est un tableau comparatif montrant la réduction du nombre de pannes surveillées en utilisant une méthode de sélection selon des modes de réalisation de l’invention ;
[0025] [Fig.4] est un organigramme représentant un procédé de localisation d’équipements radioélectriques en utilisant deux constellations satellitaires, selon un mode de réalisation de l’invention ;
[0026] [Fig.5] est un organigramme représentant les étapes mises en oeuvre pour calculer des niveaux de protection par un équipement radioélectrique, selon un mode de réalisation de l’invention ;
[0027] [Fig.6] et
[0028] [Fig.7] comparent les performances des méthodes de l’état de l’art et les performances d’une méthode de calcul des niveaux de protections selon un mode de réalisation de l’invention ; et
[0029] [Fig.8] est un exemple d’architecture d’un équipement radioélectrique, selon un mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée
[0030] La figure 1 représente un système de localisation par satellites 10, appelé aussi système satellitaire 10, dans lequel un procédé de localisation peut être implémenté selon des modes de réalisation de l’invention. Le système de localisation 10 peut comprendre au moins deux constellations satellitaires 100, 200 comprenant une première constellation 100 et une deuxième constellation 200. Chacune des deux constellations satellitaires 100, 200 peut être formée d’un ou de plusieurs satellites défilants 101 , 201 . Le système de localisation 10 peut transmettre des signaux de navigation en direction d’un ou de plusieurs équipements radioélectriques 20 à localiser.
[0031] Chacune des constellations satellitaires 100, 200 peut être formée d’un nombre de satellites défilants 101 , 201 qui peut être assez important. Dans un mode de réalisation, chaque constellation satellitaire 100 ou 200 peut comprendre un nombre N(1), N(2) de satellites défilants 101 , 201 , le nombre de satellite défilants (noté N(1) pour la constellation 100 et noté N(2) pour la constellation 200) étant supérieur à 10. Avantageusement, chacune des constellations satellitaires 100, 200 peut être à couverture mondiale de manière à couvrir toute la surface terrestre à tout moment d’une journée. Des exemples de constellations satellitaires, comprennent, sans limitation, les constellations GPS, Galileo, Beidou et Glonass. Les constellations satellitaires 100, 200 mises en oeuvre peuvent subir des pannes de fonctionnement de type « panne multiple >>, encore appelée « panne de constellation ». Un tel type de panne implique au moins deux satellites de la même constellation 100 ou 200 tombant en panne pour une cause commune, comme par exemple une mise à jour simultanée de plusieurs satellites d’une constellation en utilisant des paramètres de navigation erronés. En outre, chacune des deux constellations satellitaires 100, 200 peut être associée à une probabilité d’occurrence de pannes multiples. Dans un mode de réalisation, la probabilité d’occurrence de pannes multiples de la premiere constellation 100, notee PCOnSt, peut être différente, par exemple inférieure, à la probabilité d’occurrence de pannes multiples de la deuxième constellation 200, notée Pc (^st- Dans la suite de la description, il est considéré que la probabilité d’occurrence de pannes multiples de la première constellation 100 est inférieure à celle de la deuxième constellation 200, à titre d’exemple non limitatif.
[0032] Chacun des satellites défilants 101 , 201 formant les deux constellations satellitaires 100, 200 peut comprendre une plateforme pour faire évoluer le satellite sur une orbite donnée, l’orbite pouvant être par exemple et sans limitation de type LEO, MEO ou autre. De manière opérationnelle, chacun des satellites défilants 101 , 201 peut en outre comprendre une charge utile permettant au satellite de transmettre des signaux de navigation en direction de la Terre. La charge utile d’un satellite défilant donné peut par exemple comprendre une unité de génération de signaux de navigation, une horloge bord à précision élevée, par exemple de type atomique, et une antenne d’émission RF (Radio Fréquence), de préférence non directive à grande ouverture angulaire.
[0033] Avantageusement, les satellites défilants 101 , 201 formant une constellation satellitaire 100 ou 200 peuvent être identiques d’un point de vue matériel (plateforme et charge utile) et leurs caractéristiques orbitales peuvent être optimisées de manière à avoir une constellation satellitaire à couverture mondiale. Par exemple, des satellites défilants 101 , 201 d’une même constellation 100 ou 200 peuvent évoluer selon une même altitude et une même période orbitale en suivant des plans orbitaux différents. Par ailleurs, un satellite défilant appartenant à une constellation satellitaire peut subir des pannes de fonctionnement de type « panne simple », encore appelé « panne satellite >>. Un tel type de panne implique un seul satellite d’une constellation, comme par exemple un problème d’alimentation électrique ou des dérives de l’horloge embarquée. L’utilisation de satellites défilants 101 , 201 identiques d’un point de vue matériel peut impliquer une même probabilité d’occurrence de pannes simples pour tous les satellites défilants 101 , 201 appartenant à une même constellation satellitaire 100 ou 200. Par ailleurs, la probabilité d’occurrence de pannes simples de la première constellation 100
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peut être différente, par exemple inférieure, de la probabilité d’occurrence de pannes simples de la deuxième constellation 200 P^, P t i est la probabilité de panne du satellite « i >> appartenant à la constellation « j >>. Dans la suite de la description, il est considéré que la probabilité d’occurrence de pannes simples de la première constellation 100 est inférieure à celle de la deuxième constellation 200, à titre d’exemple non limitatif.
[0034] En outre, le système satellitaire 10 peut subir d’autres types de pannes impliquant simultanément la première 100 et la deuxième constellation satellitaire
200 mises en oeuvre. Par exemple, le système satellitaire 10 peut subir simultanément une panne simple d’un satellite défilant 101 de la première constellation 100 et une panne multiple impliquant au moins deux satellites défilants
201 de la deuxième constellation 200, ou inversement. Le système satellitaire 10 peut aussi subir simultanément deux pannes, simples ou multiples, affectant une même constellation 100 ou 200. Par exemple, la deuxième constellation satellitaire 200 peut subir simultanément deux pannes simples impliquant deux satellites défilants 201 tombant en panne pour deux causes différentes.
[0035] Par ailleurs, un équipement radioélectrique 20 à localiser peut être de type terrestre ou aéroporté au moyen d’un aéronef. L’équipement radioélectrique 20 peut comprendre des ressources matérielles et/ou logicielles lui permettant de recevoir, de manière continue dans le temps, et de traiter des signaux de navigation émis par des satellites 101 , 201 appartenant aux constellations satellitaires 100, 200 mises en oeuvre. Par exemple, un équipement radioélectrique 20 peut comprendre une antenne de réception RF, un récepteur de signaux de navigation et une unité de traitement numérique apte à décoder et à démoduler les signaux de navigation reçus pour localiser l’équipement radioélectrique 20 et à associer un niveau de protection à la localisation ainsi déterminée. La localisation d’un équipement radioélectrique 20 peut par exemple comprendre la détermination de la position de l’équipement radioélectrique 20 représentée par des coordonnées dans un repère cartésien géocentrique (système géodésique), par exemple.
[0036] Dans un mode de réalisation de l’invention, un équipement radioélectrique 20 à localiser peut être configuré pour déterminer sa localisation en utilisant tous les signaux de navigation, c’est-à-dire des signaux à partir desquels la localisation peut être déterminée. Les satellites défilants 101 , 201 fournissant de tels signaux de navigation représentent, pour l’équipement radioélectrique 20 à localiser, des satellites visibles 101 , 201 . En particulier, des satellites visibles 101 , 201 peuvent être défaillants, c’est-à-dire qu’ils ont subi une panne de fonctionnement qui peut être par exemple de type simple ou multiple. La localisation déterminée par un équipement radioélectrique 20 en utilisant tous les signaux de navigation provenant de tous les satellites visibles constitue une « solution de navigation >>, appelée aussi « solution principale de navigation ».
[0037] Dans un autre mode de réalisation de l’invention, un équipement radioélectrique 20 à localiser peut exclure du calcul de sa localisation un ou plusieurs signaux de navigation provenant d’un ou de plusieurs satellites visibles. Une localisation déterminée par un équipement radioélectrique 20 en excluant un ou plusieurs signaux de navigation constitue une « sous-solution de navigation >>. En particulier, un équipement radioélectrique 20 peut calculer des sous-solutions de navigation en excluant des signaux de navigation provenant d’un ou de plusieurs satellites visibles identifiés comme potentiellement en panne. Par exemple, un équipement radioélectrique 20 peut calculer, pour chaque solution principale de navigation, plusieurs sous-solutions de navigation en excluant pour chacune d’elles les signaux de navigation provenant d’un des satellites visibles 101 , 201 . Dans ce cas, l’équipement radioélectrique 20 calcule autant de sous-solutions de navigation que de satellites visibles. En outre, un équipement radioélectrique 20 peut calculer une sous-solution de navigation en excluant les signaux de navigation provenant de tous les satellites visibles appartenant à l’une des constellations satellitaires mises en oeuvre 100 ou 200. Généralement, une sous-solution de navigation peut s’écarter de manière significative de la solution principale de navigation associée lorsqu’un ou plusieurs satellites visibles sont défaillants. Dans ce cas, la sous-solution de navigation excluant le ou les satellites visibles défaillants peut être plus proche à la position réelle de l’équipement radioélectrique 20. Avantageusement, l’équipement radioélectrique 20 peut calculer, à partir de la solution principale de navigation associée, pour chaque sous-solution de navigation, un écart représentant la distance entre la solution principale de navigation et la sous-solution de navigation considérées.
[0038] Avantageusement, un équipement radioélectrique 20 peut déterminer sa localisation en utilisant des signaux de navigation provenant de plusieurs satellites défilants 101 , 201 visibles appartenant à deux constellations satellitaires 100, 200 mises en oeuvre. Ainsi, la solution principale de navigation et des sous-solutions de navigation associées peuvent être déterminées à partir des deux constellations satellitaires 100, 200 mises en oeuvre.
[0039] Avantageusement, un ou plusieurs niveaux de protection PLq (q = 1,2,3, ...), appelés aussi rayons de protection, peuvent être associés à chaque solution principale de navigation déterminée par un équipement radioélectrique 20. Par exemple, un niveau de protection horizontal et un niveau de protection vertical peuvent être associés à une solution de navigation déterminée par un équipement radioélectrique 20 aéroportée au moyen d’un aéronef, par exemple. Alternativement, un seul niveau de protection horizontal peut être associé à une solution de navigation déterminée par un équipement radioélectrique 20 aéroporté, l’information verticale pouvant, dans ce cas, être fournie par un autre type de senseur tel qu’un altimètre. La probabilité associée à un niveau de protection, horizontal par exemple, peut être de l’ordre de 10'7, et correspond au risque de dépassement du niveau de protection par l’erreur de positionnement, qui doit être inférieur à 10'7 par heure. Cette valeur est encore appelée risque d’intégrité ou allocation d’intégrité et est notée PHMI dans la suite de la description.
[0040] Le calcul des niveaux de protection en surveillant tous les satellites défilants visibles est généralement une tâche coûteuse en termes de puissance de calcul, de ressources en mémoire, et de temps de calcul. De telles ressources ne sont généralement pas disponibles dans un équipement radioélectrique 20 qui peut être aéroporté au moyen d’un aéronef, de type drone par exemple. La surveillance d’un satellite défilant visible par un équipement radioélectrique 20 fait référence à l’aptitude de l’équipement radioélectrique 20 à déterminer l’état de ce satellite, c’est- à-dire de son aptitude à déterminer si ce satellite est défaillant ou opérationnel. La détermination de l’état d’un satellite défilant visible peut s’effectuer à partir des signaux de navigation reçus par l’équipement radioélectrique 20. Par exemple, la détermination de l’état d’un satellite défilant visible peut s’effectuer en comparant la solution principale de navigation et la sous-solution de navigation excluant les signaux de navigation provenant du satellite défilant visible considéré.
[0041] Il est connu, pour une constellation satellitaire donnée, de ne pas tenir compte dans le calcul des niveaux de protection d’un certain nombre de pannes ou plus généralement d’un certain nombre de types de pannes lorsque leur probabilité d’occurrence est inférieure à un certain seuil. Dans ce cas, leur probabilité d’occurrence peut être retirée du risque d’intégrité initial. Une telle approche est décrite par exemple dans l’article [Blanch, et al., «Baseline advanced RAIM user algorithm and possible improvements >>, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2015] et permet de réduire relativement le nombre de sous- solutions de navigation à calculer, mais la complexité de calcul des niveaux de protection reste élevée par rapport à la capacité de calcul d’un terminal radioélectrique 20.
[0042] Dans un premier mode de réalisation, l’équipement radioélectrique 20 à localiser utilise au moins deux constellations satellitaires 100, 200 telles que représentées sur la figure 1 pour sélectionner des modes de pannes à surveiller, la sélection des modes de pannes à surveiller s’effectuant en fonction des probabilités d’occurrence de pannes, simples et multiples, des deux constellations satellitaires 100, 200 et en fonction d’un risque d’intégrité prédéfini PHMI. Dans un tel premier mode de réalisation, la détermination des sous-solutions de navigation et le calcul des niveaux de protection peuvent s’effectuer en ne considérant que les modes de pannes sélectionnés. Par exemple, un équipement radioélectrique 20 peut sélectionner des modes de pannes à surveiller pour le calcul des niveaux de protection en excluant un mode de panne correspondant à l’ensemble des pannes multiples de la première constellation 100, la première constellation 100 présentant des probabilités d’occurrence de pannes telles que la probabilité d’occurrence d’une panne multiple ou d’une combinaison de pannes simples soit inférieure au risque d’intégrité prédéfini. [0043] Dans un deuxième mode de réalisation, l’équipement radioélectrique 20 à localiser utilise au moins une première 100 et une deuxième constellation satellitaire 200 telles que représentées sur la figure 1 , la première constellation satellitaire 100 présentant des probabilités d’occurrence de pannes telles que la probabilité d’occurrence d’une panne multiple ou d’une combinaison de pannes simples soit inférieure à un risque d’intégrité prédéfini. Dans un tel deuxième mode de réalisation, l’équipement radioélectrique 20 peut sélectionner des modes de pannes à surveiller parmi trois modes de pannes :
Dans un premier mode de pannes correspondant à l’ensemble des pannes simples de la première 100 et de la deuxième constellation satellitaire 200, l’occurrence d’un tel mode de pannes pouvant se produire pour la jéme (j = 1 ou 2) constellation selon la probabilité suivante : ,. pÜ) — p r J simple panne, i rpas de panne
Figure imgf000015_0001
^simple panne i est la probabilité d’occurrence d’une panne simple sur le satellite « i >> de la constellation « j >> combinée à l’absence de toute autre panne.
Dans l’équation (1 ), Ps® est la probabilité d’occurrence de pannes simples du satellite i dans la constellation j, i = 1
Figure imgf000015_0002
étant le nombre de satellites appartenant à la constellation (j) et utilisés dans le calcul de position etje paramètre Ppas de panne représentant la probabilité d’absence totale de panne et est donnée par la relation Ppas de panne = Ppas de panne X Ppas de panne’ Ppas de panne désignant la probabilité d’absence de panne dans la constellation j.
Dans un deuxième mode de pannes correspondant à l’occurrence d’une panne multiple ou de plusieurs pannes simples dans la deuxième constellation satellitaire 200, l’occurrence d’une panne multiple dans la deuxième constellation 200 peut se produire selon la probabilité suivante :
Figure imgf000015_0003
c’est-à-dire la probabilité d’occurrence de toute panne sur la deuxième constellation qui n’est pas une panne satellite simple en l’absence de toute panne (simple ou multiple) sur tout satellite de la première constellation. Dans un troisième mode de pannes correspondant à des combinaisons d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque, simple ou multiple, de la deuxième constellation 200, l’occurrence d’un tel mode de pannes peut se produire selon la relation suivante :
P r . — pt Psat i -| _ p® A simple panne GNSSl,i & panne GNSS2 — rpas panne p(i) l -1- rpas panne J
Figure imgf000016_0001
[0044] Par exemple, toutes les combinaisons possibles d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200 peuvent être surveillées et prises en compte pour calculer les sous-solutions de navigation. Du fait de la faible probabilité d’occurrence des autres pannes, elles peuvent avantageusement ne pas être surveillées et elles sont prises en compte dans la probabilité d’occurrence de pannes non surveillées, notée PPNS.
[0045] Le deuxième mode de réalisation permet avantageusement de : réduire le nombre de pannes à surveiller par l’équipement radioélectrique 20, ce qui permet de réduire la charge de calcul en diminuant par exemple le nombre de sous-solutions de navigation à déterminer ; maintenir la probabilité d’occurrence de pannes non surveillées (PPNs) à une valeur inférieure au risque d’intégrité prédéfini.
[0046] La figure 2 représente des étapes mises en oeuvre pour sélectionner des pannes à surveiller par un équipement radioélectrique 20, selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Le troisième mode de réalisation peut utiliser deux constellations satellitaires 100, 200 telles que représentées sur la figure 1 où une première constellation satellitaire 100 présentant des probabilités d’occurrence de pannes telles que la probabilité d’occurrence d’une panne multiple ou d’une combinaison de pannes simples soit inférieure à un risque d’intégrité prédéfini. En outre, la sélection des pannes à surveiller s’effectue selon le troisième mode de réalisation en fonction d’un seuil donné de sélection PTHRESH - La sélection des pannes à surveiller selon un tel mode de réalisation concerne particulièrement les combinaisons d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200. Dans ce cas, l’équipement radioélectrique 20 peut ne pas surveiller toutes les combinaisons possibles, certaines combinaisons ne sont donc pas surveillées et elles sont exclues du troisième mode de pannes. [0047] A l’étape 301 , l’équipement radioélectrique 20 peut sélectionner toutes les pannes appartenant au premier et au deuxième mode de pannes tels que définis ci- dessus, c’est-à-dire l’ensemble des pannes simples de la première et de la deuxième constellation 200, et l’ensemble correspondant à l’occurrence d’une panne multiple ou de plusieurs pannes simples dans la deuxième constellation 200, ce qui fournit un ensemble des pannes surveillées ne contenant pas de combinaisons d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200.
[0048] A l’étape 302, l’équipement radioélectrique 20 peut calculer à partir de l’ensemble des pannes surveillées une probabilité d’occurrence de pannes non surveillées. Une probabilité initiale d’occurrence de pannes non surveillées peut être déterminée à partir de l’ensemble des pannes surveillées sélectionnées à l’étape 301.
[0049] A l’étape 303, l’équipement radioélectrique 20 peut comparer la probabilité d’occurrence de pannes non surveillées au seuil donné de sélection. La probabilité d’occurrence de pannes non surveillées peut être supérieure, inférieure ou sensiblement égale au seuil donné de sélection.
[0050] A l’étape 304, exécutée lorsque la probabilité d’occurrence de pannes non surveillées est inférieure au seuil donné de sélection, une combinaison d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque, simple ou multiple, de la deuxième constellation 200, est ajoutée à l’ensemble des pannes surveillées, la combinaison ajoutée devenant une combinaison surveillée et par conséquent incluse dans le troisième mode de pannes. Les étapes 302 et 303 peuvent être ensuite exécutées en tenant en compte de l’ensemble des pannes surveillées tel que mis à jour.
[0051] Les étapes 302, 303 et 304 peuvent être réitérées un nombre fini de fois jusqu’à ce que la probabilité d’occurrence de pannes non surveillées atteigne le seuil donné de sélection. A l’issue de l’exécution itérative des étapes 302, 303 et 304, la probabilité d’occurrence de pannes non surveillées atteint sensiblement le seuil donné de sélection.
[0052] Dans un quatrième mode de réalisation, l’ajout des combinaisons d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200 à l’ensemble des pannes surveillées tel que décrit en relation avec la figure 2 peut s’effectuer selon un ordre croissant ou décroissant d’une métrique de sélection donnée. Dans le cas où la probabilité d’occurrence de panne simple dans la première constellation 100 est différente d’un satellite à un autre, les combinaisons associées à des probabilités d’occurrence de panne simple les plus élevées peuvent être ajoutées en premier, ce qui correspond à une métrique d’incertitude associée aux signaux de navigation fournis par la première constellation satellitaire 100.
[0053] Dans un autre mode de réalisation, l’ajout des combinaisons d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200 à l’ensemble des pannes surveillées peut s’effectuer selon une autre métrique de sélection correspondant à la dégradation dans un plan horizontal et/ou vertical de la matrice de covariance de l’erreur de positionnement. Dans un tel mode de réalisation, les combinaisons associées à une dégradation minimale dans un plan horizontal et/ou vertical de la matrice de covariance de l’erreur de positionnement par rapport à la matrice de covariance de l’erreur de positionnement obtenue en utilisant tous les satellites de la première constellation 100 sont ajoutées en premier.
[0054] Alternativement, l’ajout des combinaisons d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200 à l’ensemble des pannes surveillées peut s’effectuer en ajoutant en premier les combinaisons associées à un impact minimal sur le calcul des niveaux de protection (la métrique de sélection est alors l’impact des combinaisons sur le calcul des niveaux de protection). Les niveaux de protections PLq peuvent être obtenus en résolvant l’équation suivante : /PLn -Tk -b(k) \ i Ppanne.k Q
Figure imgf000018_0001
Q g Q < — (PHM1 - P n PNS) (4) \ °q / x es où Q(x) représente la fonction de répartition de la loi normale centrée réduite. Tk q représente le seuil auquel on compare l’écart entre la solution principale de navigation et la sous-solution de navigation robuste à la panne k selon la direction q, bq k) représente l’erreur maximale de positionnement selon la direction q causée par les biais affectant chaque mesure utilisée dans le calcul de la sous-solution robuste à la panne k et crq k) représente l’écart-type de l’erreur de position selon la direction q de la sous-solution robuste à la panne k, et nes est le nombre d’échantillons indépendants (par exemple 360 ou encore 450) sur la période d’exposition applicable à l’opération considérée (par exemple une heure).
Ppanne.k est la probabilité d’occurrence de la panne k, calculée selon l’appartenance de la panne k à un des trois modes de pannes identifiés.
En numérotant les pannes de 1 à NPS (le nombre de pannes surveillées), on aura : Pour k = 1 à /V(1) (première partie du premier mode : pannes simples de la première constellation ) p O p > p sat,k
‘ panne, k ‘ pas de panne
1 — Psat,k
Pour k = /V(1) + 1 à 7 (1) + /V(2) (seconde partie du premier mode : sous-mode des pannes simples de la deuxième constellation )
Figure imgf000019_0001
Pour k = /V(1) + N® + 1 (deuxième mode - panne multiple sur la deuxième constellati
Figure imgf000019_0003
Pour k = /V(1) + /V(2) + 2 à NPS (troisième mode - sous-ensemble de pannes simples de la première constellation combinées à panne quelconque de la deuxième constellation)
Figure imgf000019_0002
[0055] Dans un cinquième mode de réalisation de l’invention, le nombre de combinaisons non surveillées d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200 peut être préalablement fixé en fonction des probabilités d’occurrence de pannes simples et multiples des deux constellations satellitaire 100, 200. Par exemple, le nombre de combinaisons non surveillées d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200 peut être supérieur ou égal à 2. Avantageusement, en utilisant l’une des métriques de sélection décrites en relation avec le quatrième mode de réalisation, les combinaisons non surveillées d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200 peuvent correspondre à une dégradation maximale de la métrique de sélection, par exemple une incertitude maximale associée aux signaux de navigation fournis par la première constellation satellitaire 100.
[0056] La figure 3 est un tableau représentant le nombre de pannes surveillées par l’équipement radioélectrique 20 en utilisant un algorithme de sélection de l’état de la technique, selon l’approche décrite dans l’article [Blanch, et al., «Baseline advanced RAIM user algorithm and possible improvements », IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2015]. Le tableau de la figure 3 montre au niveau des lignes 1 et 2 le nombre de pannes surveillées par l’équipement radioélectrique pour différents nombres de satellites visibles et pour différentes valeurs des probabilités d’occurrence de pannes dans la deuxième constellation satellitaire 200. Le tableau montre également le nombre de pannes surveillées selon le deuxième mode de réalisation de l’invention au niveau de la ligne 3 et selon le troisième mode de réalisation au niveau de la ligne 4. Les modes de réalisation de l’invention, permettent ainsi de réduire considérablement le nombre de pannes surveillées, et par conséquent, de réduire la charge de calcul nécessaire pour déterminer les sous- solutions de navigation et les niveaux de protection.
[0057] La figure 4 représente un procédé de localisation d’équipements radioélectriques 20 en utilisant deux constellations satellitaires 100, 200 comprenant une première 100 et une deuxième constellation satellitaire 200, la première constellation satellitaire 100 présentant des probabilités d’occurrence de pannes telles que la probabilité d’occurrence d’une panne multiple ou d’une combinaison de pannes simples soit inférieure à un risque d’intégrité prédéfini. L’équipement radioélectrique 20 peut être simultanément visible à partir de plusieurs satellites défilants 101 , 201 appartenant à la première 100 et à la deuxième constellation satellitaire 200.
[0058] A l’étape 401 , l’équipement radioélectrique 20 peut recevoir des signaux de navigation à partir de tous les satellites défilants 101 , 201 visibles. Généralement, un signal de navigation reçu par un équipement radioélectrique 20 permet la détermination d’un lieu géographique dans lequel se situe l’équipement radioélectrique 20, un tel lieu géographique pouvant correspondre à une sphère centrée sur la position du satellite défilant émetteur, supposée connu avec exactitude par l’équipement radioélectrique 20, à partir des éphémérides du satellite défilant, et admettant comme rayon une pseudo-distance déterminé à partir de l’écart temporel subi par le signal de navigation pour atteindre l’équipement radioélectrique 20.
[0059] A l’étape 402, l’équipement radioélectrique 20 peut sélectionner des modes de pannes à surveiller. La sélection des modes de pannes à surveiller peut s’effectuer selon l’un des modes de réalisation de l’invention décrits ci-avant. Par exemple, l’équipement radioélectrique 20 peut sélectionner le premier, le deuxième et le troisième mode de pannes. Avantageusement, le nombre de combinaisons surveillées d’une panne simple de la première constellation 100 et d’une panne quelconque de la deuxième constellation 200 peut être optimisé comme décrit en relation avec la figure 2 ou comme décrit en relation avec le cinquième mode de réalisation de l’invention.
[0060] L’homme du métier comprendra que l’ordre selon lequel les étapes 401 et 402 sont exécutées peut être alterné. Par exemple, l’étape 402 peut être exécutée en premier.
[0061] A l’étape 403, l’équipement radioélectrique 20 peut déterminer, à partir des signaux de navigation provenant de tous les satellites visibles, une solution de navigation, appelée aussi solution principale de navigation, représentant la position de l’équipement radioélectrique 20 dans un repère donné. En particulier, un ou plusieurs signaux de navigation utilisés pour calculer la solution principale de navigation peuvent provenir d’un ou de plusieurs satellites visibles défaillants. Par ailleurs, l’équipement radioélectrique 20 peut en outre déterminer des sous-solutions de navigation où chaque sous-solution de navigation exclut, c’est-à-dire ne tient pas compte de, un ou plusieurs signaux de navigation fournis par un ou plusieurs satellites visibles associés à un mode de pannes sélectionné à la sortie de l’étape 402.
[0062] Par exemple, en considérant deux constellations satellitaires 100, 200 comprenant chacune 10 satellites défilants 101 , 201 qui sont tous visibles par l’équipement radioélectrique 20, l’équipement radioélectrique 20 peut calculer, en relation avec le premier mode de pannes, 20 sous-solutions de navigation où chaque sous-solution de navigation utilise 19 satellites visibles et exclut un satellite visible différent des autres sous-solutions de navigation. En relation avec le deuxième mode de pannes, l’équipement radioélectrique 20 peut calculer une sous-solution de navigation utilisant les 10 satellites visibles de la première constellation 100 et aucun satellite de la deuxième constellation 200. En relation avec le troisième mode de pannes, l’équipement radioélectrique peut à priori calculer jusqu’à 10 sous-solutions de navigation utilisant 9 satellites visible de la première constellation 100 et aucun satellite visible de la deuxième constellation. Ce nombre de 10 peut ensuite être optimisé pour réduire la charge de calcul dans l’équipement radioélectrique selon l’un des modes de réalisation décrits ci-dessus.
[0063] Ainsi, en cas de pannes affectant un ou plusieurs satellites défilants 101 , 201 visibles, une sous-solution parmi les sous-solutions de navigation peut estimer correctement la position réelle de l’équipement radioélectrique 20, alors que la position principale de navigation est erronée.
[0064] En outre, à l’étape 403, l’équipement radioélectrique 20 peut calculer les écarts séparant la solution principale de navigation de chacune des sous-solutions de navigation. Par exemple, en considérant une solution et une sous-solution de navigation, deux écarts peuvent être calculés dans le plan horizontal selon deux directions perpendiculaires et un troisième écart peut être mesuré selon la direction verticale.
[0065] A l’étape 404, l’équipement radioélectrique 20 peut calculer des seuils de détection de panne en fonction d’une probabilité de fausse alerte préalablement prédéfinie et en fonction des incertitudes associées aux écarts entre la solution principale de navigation et les sous-solution de navigation, un ou plusieurs seuils de détection étant calculés pour chacune des sous-solutions de navigation. L’étape 404 peut en outre comprendre une comparaison, pour chacune des sous-solutions de navigation, entre l’écart entre la solution principale de navigation et la sous-solution de navigation tel que calculé à l’étape 403 avec le seuil de détection de panne correspondant, ce qui permet de déterminer, pour chaque sous-solution de navigation, si une condition de non détection de panne est satisfaite ou non, la condition de non détection de panne étant satisfaite si l’écart entre la solution principale de navigation et la sous-solution de navigation est inférieur à au moins un seuil de détection correspondant.
[0066] A l’étape 405, si la condition de non détection de panne est satisfaite pour toutes les sous-solutions de navigation, c’est-à-dire que tous les écarts calculés à l’étape 403 sont inférieurs aux seuils de détection correspondants calculés à l’étape 404, l’équipement radioélectrique 20 peut calculer un niveau de protection horizontal et/ou un niveau de protection vertical en fonction d’un ou de plusieurs paramètres parmi : une valeur d’intégrité ajustée notamment par les probabilités d’occurrence de pannes non surveillées, les probabilités d’occurrence de pannes surveillées, les seuils de détection ou alternativement les écarts entre la solution principale de navigation et les sous-solutions de navigation, l’incertitude de positionnement de la solution principale de navigation et des sous-solutions de navigation, etc.
[0067] Avantageusement, le procédé de localisation peut en outre comprendre une étape supplémentaire consistant à déclencher l’émission par l’équipement radioélectrique 20 d’un message (ou notification) d’alerte, par exemple à destination de son utilisateur, lorsqu’au moins un écart entre la solution principale de navigation et une sous-solution de navigation est supérieure au seuil de détection correspondant.
[0068] Dans un mode de réalisation de l’invention, la première constellation satellitaire 100 associée à des probabilités d’occurrence de pannes minimales par rapport au reste des constellations d’un système satellitaire 10 peut présenter une probabilité d’occurrence de pannes simples inférieure à 2x10'5 et une probabilité d’occurrence de pannes multiples inférieure à 10'7.
[0069] Dans un autre mode de réalisation de l’invention, la deuxième constellation satellitaire 200 associée à des probabilités d’occurrence de pannes supérieures à celles de la première constellation 100 peut présenter une probabilité d’occurrence de pannes, simples ou multiples, inférieure à 10'3.
[0070] L’homme du métier comprendra que le procédé de localisation d’équipements radioélectriques 20 selon l’invention peut s’appliquer à un système satellitaire 10 comprenant tout nombre supérieur ou égal à 2 de constellations satellitaires avec une première constellation 100 présentant des probabilités d’occurrence de pannes telles que la probabilité d’occurrence d’une panne multiple ou d’une combinaison de pannes simples soit inférieure à un risque d’intégrité prédéfini.
[0071] Dans un mode de réalisation, le calcul d’un niveau de protection, horizontal ou vertical par exemple, peut s’effectuer de manière itérative en cherchant à minimiser une fonction de coût donnée. Avantageusement, la recherche peut s’effectuer selon une méthode de minimisation itérative et le nombre d’itérations utilisé pour faire la recherche peut être inférieur à trois.
[0072] La figure 5 illustre les étapes mises en oeuvre pour calculer un niveau de protection selon un tel mode de réalisation de l’invention.
[0073] A l’étape 501 , une fonction de coût, fq(x) = hq(x) - PHMIq, correspondant à la différence entre le risque de dépassement du niveau de protection x par l’erreur de positionnement (hq(x)) et une allocution d’intégrité ajustée (PHMIq), peut être définie à partir de plusieurs paramètres tels que le nombre de pannes surveillées (NPS), la probabilité d’occurrence de pannes surveillées (ppanne,k) et/ou non surveillées, les écart-types de l’erreur de position (crq k)), les seuils de comparaison (Tk q) et/ou les erreurs de positionnement (bq k)), etc. Le risque de dépassement du niveau de protection x par l’erreur de positionnement hq(x) peut s’écrire sous la forme suivante : _ x-Tk,q-b® Ppanne.k Q (5)
Figure imgf000024_0001
Πq(k)
[0074] A l’étape 502, une valeur de départ, x0, et un incrément, A, peuvent être définis. La valeur de départ peut par exemple être l’une des bornes ou le centre du domaine de recherche. La borne supérieure peut être par exemple obtenue en allouant à chaque mode de panne surveillé une portion égale de l’allocation d’intégrité, notamment ajustée par la probabilité d’occurrence des pannes non surveillées. La borne inférieure peut par exemple être fixée à 0 ou être obtenue en allouant à chaque mode de panne surveillé la totalité de l’allocation d’intégrité ajustée. Par ailleurs, l’incrément peut, par exemple, être supérieur à la moitié de la tolérance
Figure imgf000024_0002
sur l’estimation de x.
[0075] A l’étape 503, la fonction de coût est évaluée à la valeur de départ. Ensuite, la valeur du domaine de recherche, xn+1, peut être mise à jour en fonction des éléments comprenant l’ancienne valeur de l’intervalle de recherche, xn, l’incrément, et les résultats de l’évaluation de la fonction de coût et de ses dérivées par rapport à xn. Par exemple la valeur de xn+1 peut être obtenue selon la relation suivante :
Figure imgf000025_0001
[0076] Avantageusement, l’étape 503 peut être réitérée un nombre maximal de fois, par exemple un nombre maximal de fois inférieur ou égal à trois.
[0077] L’étape 504 peut être exécutée lorsque le nombre maximal de fois est atteint. A l’étape 504, la valeur de xn telle que fq(x) soit minimale peut être retenue. Une telle valeur de xn peut correspondre au niveau de protection recherché.
[0078] Les figures 6 et 7 illustrent les performances du mode de réalisation décrit en relation avec la figure 5 (figure 7) par rapport aux solutions de l’état de la technique (figure 6) telles que celle décrite dans [Blanch, et al., «Baseline advanced RAIM user algorithm and possible improvements >>, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2015] qui utilise une résolution par dichotomie et nécessitant un nombre d’itérations supérieur à 6. La figure 7 montre que la méthode de calcul des niveaux de protection selon l’invention converge après 3 itérations vers la valeur optimale.
[0079] Le mode de réalisation de la figure 5 présente l’avantage de n’utiliser qu’un nombre réduit d’itérations pour la détermination de niveaux de protection, contrairement aux solutions de l’état de la technique où le nombre d’itération est généralement compris entre 6 et 10.
[0080] La figure 8 représente l’architecture d’un équipement radioélectrique 20 à localiser selon un mode de réalisation de l’invention. Une telle architecture peut comprendre :
- une unité de réception de signaux 21 apte à recevoir des signaux de navigation à partir de plusieurs satellites visibles appartenant à au moins deux constellations satellitaires 100, 200 ;
- une unité de sélection de modes de pannes 22 apte à sélectionner un ou plusieurs modes de pannes à surveiller ;
- une unité de localisation 23 apte à déterminer, à partir des signaux de navigation reçus et à partir des modes de pannes sélectionnées, une solution principale de navigation et une ou plusieurs sous-solutions de navigation ; - une unité de détection 24 apte à déterminer si une condition de non détection de pannes est vérifiée à partir de la solution de navigation et des sous-solutions de navigation ;
- une unité de calcul 25 apte à calculer un ou plusieurs niveaux de protection pour la solution de navigation.
[0081] L’homme du métier comprendra que le procédé de localisation d’équipements radioélectriques 20 selon les modes de réalisation peut être mis en oeuvre de diverses manières par matériel (« hardware »), logiciel, ou une combinaison de matériel et de logiciels, notamment sous la forme de code de programme pouvant être distribué sous la forme d'un produit de programme, sous diverses formes. En particulier, le code de programme peut être distribué à l'aide de supports lisibles par ordinateur, qui peuvent inclure des supports de stockage lisibles par ordinateur et des supports de communication. Les procédés décrits dans la présente description peuvent être notamment implémentés sous la forme d’instructions de programme d’ordinateur exécutables par un ou plusieurs processeurs dans un dispositif informatique d'ordinateur. Ces instructions de programme d’ordinateur peuvent également être stockées dans un support lisible par ordinateur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de localisation d’équipements radioélectriques (20), mis en oeuvre dans un système satellitaire (10) comprenant une pluralité de constellations satellitaires (100, 200), chaque constellation satellitaire comprenant un ou plusieurs satellites défilants (101 , 201 ), chaque constellation satellitaire (100, 200) étant associée à des probabilités d’occurrence de pannes comprenant une probabilité d’occurrence de pannes simples et une probabilité d’occurrence de pannes multiples, une panne simple étant une panne impliquant un seul satellite d’une constellation et une panne multiple étant une panne impliquant au moins deux satellites de la même constellation tombant en panne pour une cause commune, ledit système satellitaire (10) comprenant au moins une première constellation (100) associée à une probabilité d’occurrence de pannes multiples inférieure à un risque d’intégrité donné, au moins une deuxième constellation (200) satellitaire, et au moins un équipement radioélectrique (20) à localiser recevant des signaux de navigation provenant d’une pluralité desdits satellites défilants (101 , 201 ), caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes mises en oeuvre par un équipement radioélectrique (20) et consistant à :
- recevoir (401 ) une pluralité de signaux de navigation en provenance d’une pluralité de satellites défilants (101 , 201 ) visibles appartenant au moins auxdites première (100) et deuxième (200) constellation satellitaire ;
- sélectionner (402) des modes de pannes à surveiller correspondant à des pannes des constellations satellitaires (100, 200) ;
- déterminer (403) une solution de navigation représentant une position de l’équipement radioélectrique (20) dans un repère donné, à partir de ladite pluralité de signaux de navigation reçus, et déterminer une pluralité de sous- solutions de navigation, chacune desdites sous-solutions de navigation correspondant à une position de l’équipement radioélectrique (20) dans ledit repère donné déterminée à partir des signaux de navigation reçus autres que les signaux de navigation provenant d’un ou de plusieurs satellites défilants (101 , 201 ) visibles associés à un mode de pannes sélectionné ;
- calculer (404), pour chaque sous-solution de navigation, un ou plusieurs seuils de détection correspondants, une condition de non détection de panne étant satisfaite si les écarts entre ladite solution de navigation et la sous-solution de navigation sont inférieurs audits un ou plusieurs seuils de détection correspondants ;
- calculer (405) un ou plusieurs niveaux de protection associés à ladite solution principale de navigation, si la condition de non détection de panne est satisfaite pour toutes les sous-solutions de navigation ledit procédé étant caractérisé en ce que lesdits modes de pannes à surveiller sélectionnés sont :
- un premier mode de pannes correspondant à l’ensemble des pannes simples de ladite première (100) et de ladite deuxième constellation (200) ;
- un deuxième mode de pannes correspondant à l’occurrence d’une panne multiple ou la combinaison de plusieurs pannes simples dans ladite deuxième constellation (200) ;
- un troisième mode de pannes correspondant à une pluralité de combinaisons d’une panne simple de ladite première constellation (100) et d’une panne, simple ou multiple, de ladite deuxième constellation (200).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la probabilité d’occurrence d’une combinaison de pannes simples dans ladite première constellation (100) est inférieure audit risque d’intégrité donné.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il comprend la détermination de ladite pluralité de combinaisons associée audit troisième mode de pannes en fonction d’un seuil donné de sélection, la détermination de ladite pluralité de combinaisons associée audit troisième mode de pannes comprenant les étapes consistant à : a. sélectionner (301 ) l’ensemble des pannes appartenant au premier mode de pannes et au deuxième mode de pannes, ce qui fournit un ensemble des pannes surveillées ; b. calculer (302) une probabilité d’occurrence de pannes non surveillées en fonction dudit ensemble des pannes surveillées ; c. comparer (303) ladite probabilité d’occurrence de pannes non surveillées audit seuil donné de sélection ; d. si ladite probabilité d’occurrence de pannes non surveillées est inférieure audit seuil donné de sélection, ajouter (304) une combinaison non surveillée d’une panne simple de ladite première constellation (100) et d’une panne, simple ou multiple, de ladite deuxième constellation (200) audit ensemble des pannes surveillées, ladite combinaison ajoutée étant en outre ajoutée audit troisième mode de pannes ; les étapes b. à d. étant réitérées jusqu’à ce que ladite probabilité d’occurrence de pannes non surveillées atteigne sensiblement ledit seuil donné de sélection.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites combinaisons non surveillées d’une panne simple de ladite première constellation (100) et d’une panne, simple ou multiple, de ladite deuxième constellation (200) sont ajoutées audit ensemble des pannes surveillées selon un ordre croissant ou décroissant d’une métrique de sélection, la métrique de sélection étant une métrique choisie parmi :
- une métrique d’incertitude associée aux signaux de navigation fournis par ladite première constellation (100) ;
- une métrique de minimisation associée à une matrice de covariance de l’erreur de positionnement des sous-solutions relatives audit troisième mode de pannes ;
- une métrique associée à l’impact sur la complexité de calcul desdits niveaux de protection.
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de combinaisons non surveillées d’une panne simple de ladite première constellation (100) et d’une panne, simple ou multiple, de ladite deuxième constellation (200) est prédéfini et est choisi supérieur ou égal à deux.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits un ou plusieurs niveaux de protection sont calculés de manière itérative en minimisant une fonction de coût prédéfinie, ladite fonction de coût prédéfinie correspondant à la différence entre un risque de dépassement du niveau de protection par l’erreur de positionnement et une allocation d’intégrité ajustée et selon lequel, à une itération n+1 , la valeur du risque de dépassement xn+1 est obtenue à l’aide de la formule suivante : xn+1 = xn — signe
Figure imgf000030_0001
avec : xn la valeur du risque de dépassement à l’itération n, fq(xn) la valeur de la fonction de coût obtenue pour un risque de dépassement égal à xn et A un incrément d’une valeur prédéfinie.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le nombre d’itérations est inférieur ou égal à trois.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits un ou plusieurs niveaux de protection comprenant un niveau de protection horizontal.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un équipement radioélectrique (20) est aéroporté au moyen d’aéronef, lesdits un ou plusieurs niveaux de protection comprenant un niveau de protection horizontal et un niveau de protection vertical.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite probabilité d’occurrence de pannes simples et ladite probabilité d’occurrence de pannes multiples associées à la première constellation (100) sont respectivement inférieures à 2x10'5 et à 10'7.
11 . Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite probabilité d’occurrence de pannes simples et ladite probabilité d’occurrence de pannes multiples associées la deuxième constellation (200) sont inférieures à 10'3.
12. Equipement radioélectrique mis en oeuvre dans un système satellitaire (10) comprenant une pluralité de constellations satellitaires (100, 200), chaque constellation satellitaire comprenant un ou plusieurs satellites défilants (101 , 201 ), chaque constellation satellitaire (100, 200) étant associée à des probabilités d’occurrence de pannes comprenant une probabilité d’occurrence de pannes simples et une probabilité d’occurrence de pannes multiples, une panne simple étant une panne impliquant un seul satellite d’une constellation et une panne muliple étant une panne impliquant au moins deux satellites de la même constellation tombant en panne pour une cause commune, ledit système satellitaire (10) comprenant au moins une première constellation (100) associée à une probabilité d’occurrence de pannes multiples inférieure à un risque d’intégrité donné, au moins une deuxième constellation (200) satellitaire, et au moins un équipement radioélectrique (20) à localiser recevant des signaux de navigation provenant d’une pluralité desdits satellites défilants (101 , 201 ), ledit équipement radioélectrique (20) comprenant :
- une unité de réception de signaux (21 ) apte à recevoir une pluralité de signaux de navigation en provenance d’une pluralité des satellites défilants (101 , 201 ) visibles appartenant au moins auxdites première (100) et deuxième constellation (200) satellitaire;
- une unité de sélection de modes de pannes (22) apte à sélectionner des modes de pannes à surveiller correspondant à des pannes des constellations satellitaires (100, 200);
- une unité de localisation (23) apte à déterminer une solution de navigation représentant une position de l’équipement radioélectrique (20) dans un repère donné, à partir de ladite pluralité de signaux de navigation reçus, et à déterminer une pluralité de sous-solutions de navigation, chacune desdites sous-solutions de navigation correspondant à une position de l’équipement radioélectrique (20) dans ledit repère donné déterminée à partir des signaux de navigation reçus autres que les signaux de navigation provenant d’un ou de plusieurs satellites défilants (101 , 201 ) visibles associés à un mode de pannes sélectionné ;
- une unité de détection de pannes (24) apte à calculer, pour chaque sous- solution de navigation, un ou plusieurs seuils de détection correspondants, une condition de non détection de panne étant satisfaite si les écarts entre ladite solution de navigation et la sous-solution de navigation sont inférieurs audits un ou plusieurs seuils de détection correspondants ;
- une unité de calcul (25) apte à calculer un ou plusieurs niveaux de protection associés à ladite solution principale de navigation, si la condition de non détection de panne est satisfaite pour toutes les sous-solutions de navigation ; ledit équipement étant caractérisé en ce que l’unité de sélection de mode de pannes est adaptée pour que lesdits modes de pannes à surveiller sélectionnés soient : - un premier mode de pannes correspondant à l’ensemble des pannes simples de ladite première (100) et de ladite deuxième constellation (200) ;
- un deuxième mode de pannes correspondant à l’occurrence d’une panne multiple ou la combinaison de plusieurs pannes simples dans ladite deuxième constellation (200) ; un troisième mode de pannes correspondant à une pluralité de combinaisons d’une panne simple de ladite première constellation (100) et d’une panne, simple ou multiple, de ladite deuxième constellation (200).
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