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WO2025012097A1 - Measuring wind speed using one or more lidar systems - Google Patents

Measuring wind speed using one or more lidar systems Download PDF

Info

Publication number
WO2025012097A1
WO2025012097A1 PCT/EP2024/068948 EP2024068948W WO2025012097A1 WO 2025012097 A1 WO2025012097 A1 WO 2025012097A1 EP 2024068948 W EP2024068948 W EP 2024068948W WO 2025012097 A1 WO2025012097 A1 WO 2025012097A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
target location
wind speed
carrier
trajectory
aircraft
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/068948
Other languages
French (fr)
Inventor
David Tomline MICHEL
Thibault BOULANT
Matthieu Valla
Christian MUSSO
Sidonie Lefebvre
Original Assignee
Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales
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 Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales filed Critical Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales
Publication of WO2025012097A1 publication Critical patent/WO2025012097A1/en

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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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • 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
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    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4808—Evaluating distance, position or velocity data
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Definitions

  • the present description relates to a method for measuring a wind speed using one or more LIDAR system(s). It also relates to equipment which comprises the LIDAR system(s) used as well as an aircraft on board which this equipment is carried.
  • FR 2 942 043 describes a system and method for detecting and determining atmospheric anomalies remotely.
  • FR 2 938 075 describes a device and method for detecting and measuring wind for aircraft.
  • LIDAR systems for "Light-Detection And Ranging” in English or systems for detecting and measuring distances by light, to carry out air velocity measurements.
  • Such measurements are based on Mie backscattering which is produced by particles present in suspension in the air, such as aerosols, dust or ice grains, and/or on Rayleigh backscattering which is produced by molecules in the composition of the air.
  • the velocity measurements which are carried out using a LIDAR system are limited to measurements of the velocity component which is parallel to the line of sight of the LIDAR system.
  • the velocity components whose measurements are most useful are those which are perpendicular to a separation direction between the instantaneous position of the LIDAR system and the place in the atmosphere concerned by the measurement.
  • the lateral and vertical components of wind speed which exist at a distance in front of the nose of an aircraft in flight are particularly sought after.
  • a first method for this could consist in arranging several LIDAR systems on board the aircraft, which are offset relative to the front-rear median axis of the aircraft and whose lines of sight are directed obliquely towards an area in front of the nose of the aircraft.
  • a second method as described for example in the article entitled “Gust load alleviation for a long-range aircraft with and without anticipation", by N. Fezans et al., CEAS Aeronautical Journal (2019), 10: 1033-1057, Springer, consists of installing a single LIDAR system in the nose of the aircraft, directing its line of sight obliquely to the front-rear median axis of the aircraft according to several azimuth and elevation values, and performing several measurements which are thus distributed angularly around this axis.
  • a velocity component value perpendicular to the front-rear median axis of the aircraft is then deduced from these multiple measurements. But a significant error can affect the result which is thus obtained when the air velocity field is not uniform, because the multiple measurements which are used are relative to different locations, and therefore to wind speeds which are a priori different.
  • a third method consists of carrying out successive measurements along a constant line of sight direction, oblique to the axis median front-rear axis of the aircraft, while the aircraft is moving in flight, to group together several such measurements which are therefore carried out along different lines of sight but which concern locations located in a plane which is fixed in the terrestrial reference frame and perpendicular to the median front-rear axis of the aircraft, then to extrapolate to the point of intersection between this axis and the plane of the reconstructed values of the perpendicular component of airspeed.
  • this third method does not seem to provide reliable results either, in particular because it also uses measurements which are relative to different locations in space.
  • an aim of the present invention is to provide an evaluation of an air velocity component which is oriented perpendicular to the movement of a LIDAR system carrier, with improved reliability compared to the methods of the prior art.
  • An additional aim of the invention is to be able to be easily implemented on board an aircraft to deliver evaluations of airspeed components which are perpendicular to the movement of the aircraft.
  • a first aspect of the invention proposes a new method for measuring a wind speed using at least one LIDAR system that is on board a carrier, the measurement relating to at least two components of this wind speed as it exists at a location external to the carrier, called the target location.
  • This method of the invention first comprises the following two steps:
  • step 121 at a second instant during the carrier's movement, perform a second wind speed measurement using the same LIDAR system as in step /1/ or another LIDAR system that is also on board the carrier.
  • the line of sight of the LIDAR system which is used in step 121 is again directed towards the target location, but being parallel to a second axis which is angularly offset relative to the first axis, this second measurement being used to deduce therefrom, by means of the Doppler effect characterization, an estimate of a projection on the second axis, of the wind speed which exists at the target location.
  • the method of the invention has improved reliability, since the first and second measurements both concern the same location external to the wearer, at which the wind speed is to be determined. In other words, the two-dimensional wind speed estimate that is obtained by steps /1/ to 131 is not disturbed by spatial inhomogeneities that the wind speed field may have.
  • the measurements that are performed in steps /1/ and 121 may be performed using two separate LIDAR systems that are on board the carrier, or using the same LIDAR system.
  • two LIDAR systems are preferably located at the same location on board the carrier, or at respective locations on the carrier that are close or very close, relative to the distance that exists between the carrier and the target location. Thanks to such proximity on board the carrier, the installation of the two LIDAR systems, or more than two LIDAR systems if applicable, to implement the method of the invention is facilitated, in particular when the carrier is an aircraft.
  • all the LIDAR systems used can be installed in the nose or cockpit of an aircraft.
  • the same LIDAR system can be used for both measurements of steps Z1Z and 121.
  • same LIDAR system it is meant that radiation which is emitted to carry out each of the two measurements comes from the same laser source and is transmitted by the same optical path inside the LIDAR system. Thanks to this use of a single LIDAR system, the means which are necessary to implement the method of the invention can be reduced in size and weight.
  • a separation time between the two measurements can be adjusted or determined as a function of a speed of movement of the wearer, of the angular differences which exist between a direction of movement of the wearer and each of the first and second axes, and possibly also as a function of a distance of separation of the target location relative to the wearer at one and/or the other of the first and second instants.
  • a separate LIDAR system may be used for each orientation of the line of sight, i.e. a first LIDAR system may be used for each measurement that is made with the line of sight parallel to the first axis, and a second LIDAR system may be used for each further measurement that is made with the line of sight parallel to the second axis.
  • an additional LIDAR system may be used for each additional axis;
  • the first and second axes may form an angle between them which is greater than 10° (degree), preferably less than 45°, in particular to provide sufficient precision to the two-dimensional estimation which is obtained for the wind speed;
  • the carrier may be an aircraft, in which case the movement of the carrier is a movement of the aircraft in flight;
  • the target location may be offset relative to a trajectory of the carrier in accordance with a transverse offset value, and the duration between the first and second instants may be selected as a function of this transverse offset value and the speed of movement of the carrier.
  • the transverse offset value may be between 10 m (meter) and 200 m;
  • the first axis and the trajectory of the carrier can form an angle which is between 10° and 30°, and the second axis and the trajectory of the carrier can form another angle between them which is between 20° and 60°.
  • steps /1/ to 131 are executed for the target location and repeated for another target location which is symmetrical to the first with respect to the trajectory of the carrier, so as to separately obtain two two-dimensional estimates of wind speed, one for the target location and one for the so-called other target location.
  • a two-dimensional estimate to be attributed to a point of the trajectory of the carrier can be calculated as an average of the two-dimensional estimates relating respectively to the target location and to the other target location, the point being at an intersection of the trajectory of the carrier with a rectilinear segment which connects the target location and the other target location.
  • the method of the invention can provide an evaluation of the air velocity component which is perpendicular to the trajectory of the carrier, while being compatible with an installation of the LIDAR system(s) on board the carrier at the level of a front-rear median axis of this carrier.
  • steps /1/ to 131 can be executed separately for two target locations located in two respective measurement planes which each contain the trajectory of the carrier but which are angularly offset from each other around this trajectory, so as to provide two-dimensional estimates relating one to one to each target location.
  • the two measurement planes can be perpendicular to each other around the trajectory of the carrier. For example, this can be a vertical plane and a horizontal plane.
  • step /1/ for each measurement plane can be simultaneous, each being carried out with a LIDAR system dedicated to the measurement plane.
  • the executions of step 121 for each measurement plane can also be simultaneous, when they are carried out in the same way using two LIDAR systems.
  • steps /1/ to 131 of the invention are carried out separately for the target location and for the other target location which is symmetrical to it with respect to the trajectory of the carrier, separately also for each of the two measurement planes. Then, a three-dimensional estimate of the wind speed which exists at the point of the trajectory of the carrier can be deduced from the two-dimensional estimates obtained respectively for one and the other of the two measurement planes.
  • steps /1/ to 131 may be repeated for a series of target locations that are offset parallel to the trajectory of the carrier. It is thus possible to perform atmospheric turbulence monitoring that is continuous or quasi-continuous during the movement of the carrier.
  • successive executions of the first and/or second improvement of the invention, or their combination may be performed during the movement of the carrier, in order to obtain a series of two-dimensional or three-dimensional evaluations of the wind speed relating to successive points of the trajectory of the carrier, in front of the carrier.
  • the calculation unit is configured to execute steps Z1Z to 131 of a method according to the first aspect of the invention. It can further be configured to implement the first and/or second improvement(s) of this method which has (have) been cited above, as well as the additional characteristics which have also been cited.
  • a third aspect of the invention proposes an aircraft which comprises LIDAR equipment in accordance with the second aspect of the invention, and carried on board the aircraft.
  • Such an aircraft may in particular be an airplane, a helicopter, a drone or a stratospheric platform station.
  • the LIDAR equipment is installed on board the aircraft on a front-rear median axis thereof.
  • FIG. 2 illustrates a first possible improvement of the invention, based on the implementation of [Fig. 1];
  • FIG. 3 illustrates a second possible improvement of the invention, based on the implementation of [Fig. 2];
  • FIG. 4 corresponds to [Fig. 2] for an implementation variant.
  • the aircraft in flight is designated by the reference 10, and its flight trajectory by the reference T. It is assumed that this trajectory T can be considered rectilinear on the scale of the duration of execution of the method of the invention.
  • the trajectory T is oriented in the direction of movement of the aircraft.
  • at least one LIDAR system 1 is installed on board the aircraft 10, for example at the nose of this aircraft so that the LIDAR system 1 can perform wind speed measurements relating to locations which are contained in the half-space located in front of the aircraft.
  • the purpose of such measurements relating to locations located in front of the aircraft is to obtain wind speed estimates useful for adapting flight and/or trajectory parameters.
  • the LIDAR system 1 is of a model suitable for carrying out wind speed measurements in the Earth's atmosphere.
  • such a LIDAR system is monostatic, i.e. the same optics are used to emit electromagnetic radiation towards a target location, and to collect a portion of this radiation which has been backscattered by a content of the atmosphere present at this target location.
  • Models of such LIDAR systems for wind measurements are known to man. of the trade. They can be alternatively heterodyne detection or direct detection.
  • a LIDAR system can only directly measure the wind speed component that is parallel to its line of sight, this being defined as its direction of radiation emission, merged with its direction of collection of the backscattered part of this radiation.
  • ti and t2 are two instants during the movement of the aircraft 10 on its trajectory T, at which two wind speed measurements are made. Each measurement can be considered to be instantaneous or quasi-instantaneous.
  • the position of the aircraft 10 is represented for each of the instants ti and t2, the instant ti being prior to the instant t2.
  • the target location at which the wind measurement is to be made is first identified, in front of the aircraft 10 while being offset transversely relative to the trajectory T. This target location is designated by the reference Z, and is targeted by the LIDAR system 1 at each of the two instants ti and t2.
  • the line of sight of the LIDAR system 1 is thus the axis Ai at time ti, making an angle en with the trajectory T, then is the axis A2 at time t2, then making another angle 02 with the trajectory T, the two angles en and 02 being different.
  • the angles en and 02 can be equal to 15° and 30°, respectively.
  • the measurement that is carried out at time ti provides a value of the projection of the wind speed that exists at the target location Z, on the line of sight Ai.
  • This projection on the line of sight Ai is noted Vci in the figure.
  • the measurement that is carried out at time t2 provides a value of the projection Vc2 of the wind speed that exists at the target location Z, on the line of sight A2.
  • a method for determining the perpendicular projection of the wind speed in the plane of the two lines of sight Ai and A2 can be the following:
  • the two projections Vci and Vc2 are drawn in the form of respective vectors from the same common point, for example from a point of the target location Z as shown in [Fig. 1],
  • the vector of the projection Vci (respectively Vc2) is thus superimposed on the line of sight Ai (resp. A2);
  • V12 the perpendicular projection of the wind speed in the plane of the two lines of sight Ai and A2, noted V12, can then be determined as the vector which connects the point of the target location Z to the intersection of the two lines Pi and P2.
  • Such a method of obtaining the V12 projection of the wind speed is a possible embodiment for step 131 which has been stipulated in the general part of the present description.
  • This method can be easily executed by a programmable computing unit (not shown).
  • the measurements made at times ti and t2 correspond to steps /1/ and 121, respectively.
  • the V12 projection has been called a two-dimensional estimate of the wind speed, because it comprises two speed coordinates within the plane of the lines of sight Ai and A2.
  • the lines of sight Ai and A2 can be produced successively by a variable deflection system which is arranged at the output of the emission optics of the LIDAR system 1.
  • a variable deflection system can be constituted by deflectors with fixed deflection angles which are mounted on a rotating support, and a rotation speed of this support is adjusted according to the speed of movement of the aircraft 10.
  • the additional measurement that is performed at time ti' implements the line of sight Ai'
  • the additional measurement that is performed at time t2' implements the line of sight A2'.
  • These additional measurements at times ti' and t2' result in the evaluation two-dimensional V12' of the wind speed that exists at the target location Z'.
  • This V12' evaluation is parallel to the plane of the lines of sight Ai' and A2', and therefore parallel to the plane of the two-dimensional V12 evaluation relative to the target location noted Z.
  • an average result that is calculated on the two two-dimensional evaluations V12 and V12' constitutes a new two-dimensional wind speed evaluation, which is noted VM and can be attributed to the midpoint M of the segment that connects the two target locations Z and Z'.
  • the point M is located on the trajectory T, and the two-dimensional VM evaluation is parallel to the plane that contains this trajectory T and the two target locations Z and Z'.
  • this plane can be a vertical plane in the terrestrial reference frame, noted PV in the following.
  • the target location Z’ which is targeted for the measurements carried out at times ti’ and t2 may be in a horizontal plane PH which contains the trajectory T, instead of being in the vertical plane PV.
  • the target location Z is still offset transversely in the vertical plane PV relative to the trajectory T, while the target location Z’ is offset transversely in the horizontal plane PH also relative to the trajectory T.
  • the planes PV and PH constitute two measurement planes, each of which contains the front-rear median axis of the aircraft 10 and which are distinct around the trajectory T.
  • FIG. 3 illustrates a combination of this second improvement of the invention with the first improvement as illustrated by [Fig. 2].
  • the target locations denoted Zv and Zv' are symmetrical to each other with respect to the trajectory T and contained in the vertical plane PV.
  • the target locations denoted ZH and ZH' are also symmetrical to each other with respect to the trajectory T but contained in the horizontal plane PH. They can all four be offset transversely by the same distance d with respect to the trajectory T.
  • the target locations Zv, Zv', ZH and ZH' are located in the same transverse plane which is perpendicular to the trajectory T. M designates the point of intersection of this transverse plane with the trajectory T.
  • the four target locations are successively targeted by the LIDAR system 1 , each twice, according to the following sequence: the target location Zv is targeted at times ti v and t2v, the target location ZH is targeted at times ti H and t2H, the target location Zv' is targeted at times Wet and t2v', and the target location ZH' is targeted at times ti n' and t2H .
  • the measurements of the instants tiv, tiv’, t2v and t2v’ provide a first two-dimensional evaluation of the wind speed that exists at point M, which is parallel to the vertical plane PV, in accordance with what was described with reference to [Fig. 2].
  • the measurements of the instants ti H, ti H’, t2H and t2H provide a second two-dimensional evaluation of the wind speed that exists at point M, which is this time parallel to the horizontal plane PH.
  • the combination of these two two-dimensional evaluations then constitutes a three-dimensional evaluation of the wind speed that exists at point M.
  • the successive measurement instants tiv, tin, tiv’, tin’, t2v, t2H, t2v’ and t2H can be separated by intermediate durations which are identical.
  • this sequence of measurements can be repeated periodically during the movement of the aircraft 10 to obtain repeated three-dimensional evaluations of the wind speeds which exist on the trajectory T in front of the aircraft 10. These three-dimensional evaluations relate to successive points of the trajectory T, which are progressively offset, correlatively with the movement of the aircraft 10.
  • FIG. 4 illustrates another implementation of the invention, in which a separate LIDAR system is separately assigned to each line-of-sight orientation.
  • several LIDAR systems are installed on board the aircraft 10, for example all at the nose of this aircraft.
  • these LIDAR systems are close to each other on board the aircraft.
  • the LIDAR system 1 then has a fixed line-of-sight orientation, defined by the axis Ai; the LIDAR system 2 has another fixed line-of-sight orientation, defined by the axis A2; the LIDAR system 1' has yet another fixed line-of-sight orientation, defined by the axis Ai'; and the LIDAR system 2' has a fourth fixed line-of-sight orientation, defined by the axis A2'.
  • Two Doppler effect measurements are then performed at time ti, using simultaneously but independently LIDAR systems 1 and T, then two further Doppler effect measurements are performed at time t2 using simultaneously LIDAR systems 2 and 2'.
  • Axes Ai and Ai' are symmetrical to each other with respect to trajectory T, as are axes A2 and A2'.
  • Target location Z is then at the intersection of the lines of sight of LIDAR systems 1 and 2, as they exist at times ti and t2, respectively, and location Z' is at the intersection of the lines of sight of LIDAR systems T and 2', also as they exist at times ti and t2, respectively.
  • These target locations Z and Z' are therefore also symmetrical with respect to the trajectory T, and the transverse plane of these target locations Z and Z', perpendicular to the trajectory T and in front of the aircraft 10, is determined by the duration between the measurement times ti and t2, as well as by the speed of movement of the aircraft 10.
  • the obtaining of the two-dimensional estimates V12 and V12', then that VM can then be identical to those described with reference to [Fig. 2],

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Abstract

Disclosed is a method for measuring wind speed using one or more LIDAR systems (1) located on board a carrier (10), which combines two Doppler-effect measurements taken successively while aiming at the same target location (Z), which is transversely offset with respect to a path (T) of the carrier. The method enables two-dimensional evaluation of wind speed at the target location, with an improved evaluation reliability. It is thus possible to obtain evaluations of vertical and horizontal components of the wind speed ahead of an aeroplane.

Description

Description Description

Titre : MESURE D’UNE VITESSE DE VENT EN UTILISANT UN OU PLUSIEURS SYSTEM E(S) LIDAR Title: MEASUREMENT OF WIND SPEED USING ONE OR MORE LIDAR SYSTEM(S)

Domaine technique Technical field

[0001] La présente description concerne un procédé de mesure d’une vitesse de vent en utilisant un ou plusieurs système(s) LIDAR. Elle concerne aussi un équipement qui comprend le ou les système(s) LIDAR utilisé(s) ainsi qu’un aéronef à bord duquel cet équipement est embarqué. [0001] The present description relates to a method for measuring a wind speed using one or more LIDAR system(s). It also relates to equipment which comprises the LIDAR system(s) used as well as an aircraft on board which this equipment is carried.

Technique antérieure Previous technique

[0002] FR 2 942 043 décrit un système et procédé de détection et détermination d’anomalies atmosphériques à distance. [0002] FR 2 942 043 describes a system and method for detecting and determining atmospheric anomalies remotely.

[0003] FR 2 938 075 décrit un dispositif et procédé de détection et de mesure de vent pour aéronef. [0003] FR 2 938 075 describes a device and method for detecting and measuring wind for aircraft.

[0004] Mesurer à distance la vitesse du vent, et par suite caractériser des turbulences atmosphériques qui sont susceptibles d’être présentes dans des zones déterminées, est utile pour de nombreuses applications. De telles mesures sont particulièrement recherchées dans le domaine du transport aérien, notamment pour détecter la présence de flux d’air qui possèdent des composantes de vitesse perpendiculaires à une direction nominale de déplacement d’un aéronef. En effet, la présence d’une composante de vitesse de vent qui est verticale et/ou d’une composante horizontale de vitesse de vent qui est transversale par rapport à une direction avant-arrière d’un avion peut provoquer des risques lors de la phase de vol de croisière ou lors de l’atterrissage de l’avion. La mesure à distance de telles composantes de vitesse de vent est aussi recherchée pour réduire la charge qui existe sur les ailes d’un avion. D’autres applications encore trouvent intérêt à de telles mesures de vitesse de vent à distance, y compris des applications météorologiques, le contrôle de stations-plateformes stratosphériques telles que désignées par l’acronyme HAPS pour «High-Altitude Platform Station» en anglais, le contrôle de drones en vol dans des zones de turbulences atmosphériques, la surveillance de l’écoulement aéraulique autour d’un véhicule en déplacement tel qu’un camion, etc. [0005] Or il est connu d’utiliser des systèmes LIDAR, pour «Llght-Detection And Ranging» en anglais ou systèmes de détection et de mesure de distances par la lumière, pour effectuer des mesures de vitesse aéraulique. De telles mesures sont basées sur la rétrodiffusion de Mie qui est produite par des particules présentes en suspension dans l’air, telles que des aérosols, des poussières ou des grains de glace, et/ou sur la rétrodiffusion de Rayleigh qui est produite par des molécules de la composition de l’air. Toutefois, les mesures de vitesse qui sont réalisées en utilisant un système LIDAR sont limitées à des mesures de la composante de vitesse qui est parallèle à la ligne de visée du système LIDAR. [0004] Remotely measuring wind speed, and consequently characterizing atmospheric turbulence that is likely to be present in specific areas, is useful for many applications. Such measurements are particularly sought after in the field of air transport, in particular to detect the presence of air flows that have speed components perpendicular to a nominal direction of movement of an aircraft. Indeed, the presence of a wind speed component that is vertical and/or a horizontal wind speed component that is transverse to a front-rear direction of an aircraft can cause risks during the cruise flight phase or when the aircraft is landing. Remote measurement of such wind speed components is also sought to reduce the load that exists on the wings of an aircraft. Still other applications of interest in such remote wind speed measurements include meteorological applications, the control of stratospheric platform stations such as HAPS for "High-Altitude Platform Station" in English, the control of drones flying in areas of atmospheric turbulence, the monitoring of airflow around a moving vehicle such as a truck, etc. [0005] It is known to use LIDAR systems, for "Light-Detection And Ranging" in English or systems for detecting and measuring distances by light, to carry out air velocity measurements. Such measurements are based on Mie backscattering which is produced by particles present in suspension in the air, such as aerosols, dust or ice grains, and/or on Rayleigh backscattering which is produced by molecules in the composition of the air. However, the velocity measurements which are carried out using a LIDAR system are limited to measurements of the velocity component which is parallel to the line of sight of the LIDAR system.

[0006] Or pour de nombreuses applications, les composantes de vitesse dont les mesures sont les plus utiles sont celles qui sont perpendiculaires à une direction de séparation entre la position instantanée du système LIDAR et l’endroit dans l’atmosphère concerné par la mesure. Ainsi sont particulièrement recherchées les composantes latérale et verticale de vitesse de vent qui existent à distance en avant du nez d’un avion en vol. Une première méthode pour cela pourrait consister à disposer plusieurs systèmes LIDAR à bord de l’avion, qui soient décalés par rapport à l’axe médian avant-arrière de l’avion et dont les lignes de visée sont dirigées obliquement vers une zone en avant du nez de l’avion. Mais une telle installation de plusieurs systèmes LIDAR à bord d’un avion en dehors de son axe médian avant-arrière est très difficile, voire impossible en raison du manque d’emplacements disponibles pour une telle installation multiple. Une deuxième méthode, telle que décrite par exemple dans l’article qui est intitulé «Gust load alleviation for a long- range aircraft with and without anticipation», de N. Fezans et al., CEAS Aeronautical Journal (2019), 10 : 1033-1057, Springer, consiste à installer un unique système LIDAR dans le nez de l’avion, à diriger sa ligne de visée obliquement par rapport à l’axe médian avant-arrière de l’avion selon plusieurs valeurs d’azimut et d’élévation, et à effectuer plusieurs mesures qui sont ainsi réparties angulairement autour de cet axe. Une valeur de composante de vitesse perpendiculaire à l’axe médian avant-arrière de l’avion est alors déduite de ces mesures multiples. Mais une erreur importante peut affecter le résultat qui est ainsi obtenu lorsque le champ de vitesse aéraulique n’est pas uniforme, car les mesures multiples qui sont utilisées sont relatives à des endroits différents, et donc à des vitesses de vent qui sont a priori différentes. Enfin, une troisième méthode consiste à réaliser des mesures successives selon une direction constante de ligne de visée, oblique par rapport à l’axe médian avant-arrière de l’avion, pendant le déplacement de l’avion en vol, de regrouper plusieurs telles mesures qui sont donc réalisées selon des lignes de visée différentes mais qui concernent des endroits situés dans un plan qui est fixe dans le référentiel terrestre et perpendiculaire à l’axe médian avant-arrière de l’avion, puis d’extrapoler jusqu’au point d’intersection entre cet axe et le plan des valeurs reconstruites de composante perpendiculaire de vitesse aéraulique. Mais cette troisième méthode ne semble pas non plus fournir des résultats fiables, notamment parce qu’elle utilise aussi des mesures qui sont relatives à des endroits différents dans l’espace. [0006] Now for many applications, the velocity components whose measurements are most useful are those which are perpendicular to a separation direction between the instantaneous position of the LIDAR system and the place in the atmosphere concerned by the measurement. Thus, the lateral and vertical components of wind speed which exist at a distance in front of the nose of an aircraft in flight are particularly sought after. A first method for this could consist in arranging several LIDAR systems on board the aircraft, which are offset relative to the front-rear median axis of the aircraft and whose lines of sight are directed obliquely towards an area in front of the nose of the aircraft. But such an installation of several LIDAR systems on board an aircraft outside its front-rear median axis is very difficult, if not impossible, due to the lack of locations available for such a multiple installation. A second method, as described for example in the article entitled "Gust load alleviation for a long-range aircraft with and without anticipation", by N. Fezans et al., CEAS Aeronautical Journal (2019), 10: 1033-1057, Springer, consists of installing a single LIDAR system in the nose of the aircraft, directing its line of sight obliquely to the front-rear median axis of the aircraft according to several azimuth and elevation values, and performing several measurements which are thus distributed angularly around this axis. A velocity component value perpendicular to the front-rear median axis of the aircraft is then deduced from these multiple measurements. But a significant error can affect the result which is thus obtained when the air velocity field is not uniform, because the multiple measurements which are used are relative to different locations, and therefore to wind speeds which are a priori different. Finally, a third method consists of carrying out successive measurements along a constant line of sight direction, oblique to the axis median front-rear axis of the aircraft, while the aircraft is moving in flight, to group together several such measurements which are therefore carried out along different lines of sight but which concern locations located in a plane which is fixed in the terrestrial reference frame and perpendicular to the median front-rear axis of the aircraft, then to extrapolate to the point of intersection between this axis and the plane of the reconstructed values of the perpendicular component of airspeed. But this third method does not seem to provide reliable results either, in particular because it also uses measurements which are relative to different locations in space.

Problème technique Technical problem

[0007] A partir de cette situation, un but de la présente invention est de fournir une évaluation d’une composante de vitesse aéraulique qui est orientée perpendiculairement au déplacement d’un porteur de système LIDAR, avec une fiabilité améliorée par rapport aux procédés de l’art antérieur. [0007] From this situation, an aim of the present invention is to provide an evaluation of an air velocity component which is oriented perpendicular to the movement of a LIDAR system carrier, with improved reliability compared to the methods of the prior art.

[0008] Un but annexe de l’invention est de pouvoir être mise en œuvre facilement à bord d’un aéronef pour délivrer des évaluations de composantes de vitesse aéraulique qui sont perpendiculaires au déplacement de l’aéronef. [0008] An additional aim of the invention is to be able to be easily implemented on board an aircraft to deliver evaluations of airspeed components which are perpendicular to the movement of the aircraft.

Résumé de l’invention Summary of the invention

[0009] Pour atteindre l’un au moins de ces buts ou un autre, un premier aspect de l’invention propose un nouveau procédé pour mesurer une vitesse de vent en utilisant au moins un système LIDAR qui est embarqué à bord d’un porteur, la mesure concernant au moins deux composantes de cette vitesse de vent telle qu’elle existe à un endroit externe au porteur, appelé endroit-cible. Ce procédé de l’invention comprend d’abord les deux étapes suivantes : [0009] To achieve at least one of these aims or another, a first aspect of the invention proposes a new method for measuring a wind speed using at least one LIDAR system that is on board a carrier, the measurement relating to at least two components of this wind speed as it exists at a location external to the carrier, called the target location. This method of the invention first comprises the following two steps:

/1/ à un premier instant pendant un déplacement du porteur, effectuer une première mesure en dirigeant une ligne de visée du système LIDAR vers l’endroit-cible, la ligne de visée étant alors parallèle à un premier axe, et en déduisant de cette première mesure, au moyen d’une caractérisation d’effet Doppler, une estimation d’une projection sur le premier axe, de la vitesse de vent qui existe à l’endroit-cible ; puis /1/ at a first instant during a movement of the carrier, carry out a first measurement by directing a line of sight of the LIDAR system towards the target location, the line of sight then being parallel to a first axis, and by deducing from this first measurement, by means of a Doppler effect characterization, an estimate of a projection on the first axis, of the wind speed which exists at the target location; then

121 à un second instant pendant le déplacement du porteur, effectuer une seconde mesure de la vitesse de vent en utilisant le même système LIDAR qu’à l’étape /1 / ou un autre système LIDAR qui est aussi embarqué à bord du porteur. 121 at a second instant during the carrier's movement, perform a second wind speed measurement using the same LIDAR system as in step /1/ or another LIDAR system that is also on board the carrier.

[0010] Selon l’invention, pour la seconde mesure de la vitesse de vent qui est effectuée à l’étape 121, la ligne de visée du système LIDAR qui est utilisé à l’étape 121 est de nouveau dirigée vers l’endroit-cible, mais en étant parallèle à un second axe qui est décalé angulairement par rapport au premier axe, cette seconde mesure étant utilisée pour en déduire, au moyen de la caractérisation d’effet Doppler, une estimation d’une projection sur le second axe, de la vitesse de vent qui existe à l’endroit-cible. [0010] According to the invention, for the second measurement of the wind speed which is carried out in step 121, the line of sight of the LIDAR system which is used in step 121 is again directed towards the target location, but being parallel to a second axis which is angularly offset relative to the first axis, this second measurement being used to deduce therefrom, by means of the Doppler effect characterization, an estimate of a projection on the second axis, of the wind speed which exists at the target location.

[0011] Le procédé de l’invention comprend alors en outre l’étape supplémentaire suivante : [0011] The method of the invention then further comprises the following additional step:

131 déduire, à partir des estimations des projections de la vitesse de vent sur les premier et second axes, telles qu’obtenues aux étapes /1/ et 121, une estimation bidimensionnelle de cette vitesse de vent qui existe à l’endroit-cible, cette estimation bidimensionnelle étant parallèle à un plan qui contient les premier et second axes. 131 deducing, from the estimates of the projections of the wind speed on the first and second axes, as obtained in steps /1/ and 121, a two-dimensional estimate of this wind speed which exists at the target location, this two-dimensional estimate being parallel to a plane which contains the first and second axes.

[0012] Le procédé de l’invention présente une fiabilité améliorée, car la première et la seconde mesure concernent toutes les deux le même endroit externe au porteur, auquel la vitesse de vent est à déterminer. Autrement dit, l’estimation bidimensionnelle de vitesse de vent qui est obtenue par les étapes /1/ à 131 n’est pas perturbée par des inhomogénéités dans l’espace que peut présenter le champ de vitesse de vent. [0012] The method of the invention has improved reliability, since the first and second measurements both concern the same location external to the wearer, at which the wind speed is to be determined. In other words, the two-dimensional wind speed estimate that is obtained by steps /1/ to 131 is not disturbed by spatial inhomogeneities that the wind speed field may have.

[0013] Etant donné que les deux mesures sont réalisées alors que la ligne de visée du système LIDAR utilisé pour chaque mesure est parallèle successivement à deux axes qui sont décalés angulairement l’un par rapport à l’autre, deux composantes de la vitesse de vent peuvent être déterminées, qui sont parallèles au plan des deux axes. Pour cette raison, l’estimation de la vitesse de vent qui existe à l’endroit-cible, telle que fournie par le procédé de l’invention, est dite bidimensionnelle. [0013] Since both measurements are performed while the line of sight of the LIDAR system used for each measurement is successively parallel to two axes which are angularly offset from each other, two components of the wind speed can be determined, which are parallel to the plane of the two axes. For this reason, the estimate of the wind speed which exists at the target location, as provided by the method of the invention, is said to be two-dimensional.

[0014] De façon générale, les mesures qui sont effectuées aux étapes /1 / et 121 peuvent être réalisées en utilisant deux systèmes LIDAR distincts qui sont embarqués à bord du porteur, ou bien en utilisant le même système LIDAR. Lorsque deux systèmes LIDAR sont utilisés, ils sont de préférence situés à un même endroit à bord du porteur, ou à des endroits respectifs du porteur qui sont proches ou très proches, par rapport à l’éloignement qui existe entre le porteur et l’endroit-cible. Grâce à une telle proximité à bord du porteur, l’installation des deux systèmes LIDAR, ou de plus de deux systèmes LIDAR le cas échéant, pour mettre en œuvre le procédé de l’invention, est facilitée, notamment lorsque le porteur est un aéronef. Par exemple, tous les systèmes LIDAR utilisés peuvent être installés dans le nez ou le cockpit d’un avion. Toutefois, la première et la seconde mesure étant exécutées à deux instants différents pendant le déplacement du porteur, un même système LIDAR peut être utilisé pour les deux mesures des étapes Z1Z et 121. Par même système LIDAR, on entend que du rayonnement qui est émis pour effectuer chacune des deux mesures provient d’une même source laser et est transmis par un même chemin optique à l’intérieur du système LIDAR. Grâce à cette utilisation d’un système LIDAR unique, les moyens qui sont nécessaires pour mettre en œuvre le procédé de l’invention peuvent être réduits en encombrement et en poids. [0014] Generally, the measurements that are performed in steps /1/ and 121 may be performed using two separate LIDAR systems that are on board the carrier, or using the same LIDAR system. When two LIDAR systems are used, they are preferably located at the same location on board the carrier, or at respective locations on the carrier that are close or very close, relative to the distance that exists between the carrier and the target location. Thanks to such proximity on board the carrier, the installation of the two LIDAR systems, or more than two LIDAR systems if applicable, to implement the method of the invention is facilitated, in particular when the carrier is an aircraft. For example, all the LIDAR systems used can be installed in the nose or cockpit of an aircraft. However, since the first and second measurements are carried out at two different times during the movement of the carrier, the same LIDAR system can be used for both measurements of steps Z1Z and 121. By same LIDAR system, it is meant that radiation which is emitted to carry out each of the two measurements comes from the same laser source and is transmitted by the same optical path inside the LIDAR system. Thanks to this use of a single LIDAR system, the means which are necessary to implement the method of the invention can be reduced in size and weight.

[0015] De façon générale pour l’invention, une durée de séparation entre les deux mesures peut être ajustée ou déterminée en fonction d’une vitesse de déplacement du porteur, des écarts angulaires qui existent entre une direction de déplacement du porteur et chacun des premier et second axes, et éventuellement aussi en fonction d’une distance d’éloignement de l’endroit-cible par rapport au porteur à l’un et/ou l’autre des premier et second instants. [0015] Generally for the invention, a separation time between the two measurements can be adjusted or determined as a function of a speed of movement of the wearer, of the angular differences which exist between a direction of movement of the wearer and each of the first and second axes, and possibly also as a function of a distance of separation of the target location relative to the wearer at one and/or the other of the first and second instants.

[0016] Dans des modes préférés de mise en œuvre de l’invention, l’une au moins des caractéristiques additionnelles suivantes peut être reproduite optionnellement, seule ou en combinaison de plusieurs d’entre elles : [0016] In preferred embodiments of the invention, at least one of the following additional features may be optionally reproduced, alone or in combination with several of them:

- un système LIDAR distinct peut être utilisé pour chaque orientation de la ligne de visée, c’est-à-dire qu’un premier système LIDAR peut être utilisé pour chaque mesure qui est effectuée avec la ligne de visée parallèle au premier axe, et un second système LIDAR peut être utilisé pour chaque autre mesure qui est effectuée avec la ligne de visée parallèle au second axe. Lorsque des mesures supplémentaires sont effectuées, alors que la ligne de visée est parallèle à des axes supplémentaires, un système LIDAR additionnel peut être utilisé pour chaque axe supplémentaire ; - a separate LIDAR system may be used for each orientation of the line of sight, i.e. a first LIDAR system may be used for each measurement that is made with the line of sight parallel to the first axis, and a second LIDAR system may be used for each further measurement that is made with the line of sight parallel to the second axis. When additional measurements are made while the line of sight is parallel to additional axes, an additional LIDAR system may be used for each additional axis;

- les premier et second axes peuvent former entre eux un angle qui est supérieur à 10° (degré), de préférence inférieur à 45°, notamment pour procurer une précision suffisante à l’estimation bidimensionnelle qui est obtenue pour la vitesse de vent ; - le porteur peut être un aéronef, auquel cas le déplacement du porteur est un déplacement de l’aéronef en vol ; - the first and second axes may form an angle between them which is greater than 10° (degree), preferably less than 45°, in particular to provide sufficient precision to the two-dimensional estimation which is obtained for the wind speed; - the carrier may be an aircraft, in which case the movement of the carrier is a movement of the aircraft in flight;

- lorsque le déplacement du porteur est rectiligne ou localement rectiligne, l’endroit-cible peut-être décalé par rapport à une trajectoire du porteur conformément à une valeur de décalage transversal, et la durée entre les premier et second instants peut être sélectionnée en fonction de cette valeur de décalage transversal et de la vitesse de déplacement du porteur. Dans ce cas notamment, la valeur du décalage transversal peut être comprise entre 10 m (mètre) et 200 m ; et - when the movement of the carrier is rectilinear or locally rectilinear, the target location may be offset relative to a trajectory of the carrier in accordance with a transverse offset value, and the duration between the first and second instants may be selected as a function of this transverse offset value and the speed of movement of the carrier. In this case in particular, the transverse offset value may be between 10 m (meter) and 200 m; and

- le premier axe et la trajectoire du porteur peuvent former un angle qui est compris entre 10° et 30°, et le second axe et la trajectoire du porteur peuvent former entre eux un autre angle qui est compris entre 20° et 60°. - the first axis and the trajectory of the carrier can form an angle which is between 10° and 30°, and the second axis and the trajectory of the carrier can form another angle between them which is between 20° and 60°.

[0017] Selon un premier perfectionnement de l’invention utilisable lorsque le déplacement du porteur est rectiligne ou localement rectiligne, les étapes /1/ à 131 sont exécutées pour l’endroit-cible et répétées pour un autre endroit-cible qui est symétrique du premier par rapport à la trajectoire du porteur, de façon à obtenir séparément deux estimations bidimensionnelles de vitesse de vent, une pour l’endroit-cible et une pour l’ainsi- nommé autre endroit-cible. Alors, une estimation bidimensionnelle à attribuer à un point de la trajectoire du porteur peut être calculée comme une moyenne des estimations bidimensionnelles relatives respectivement à l’endroit-cible et à l’autre endroit-cible, le point étant à une intersection de la trajectoire du porteur avec un segment rectiligne qui relie l’endroit-cible et l’autre endroit-cible. Ainsi, le procédé de l’invention peut fournir une évaluation de composante de vitesse aéraulique qui est perpendiculaire à la trajectoire du porteur, en étant compatible avec une installation du ou des système(s) LIDAR à bord du porteur au niveau d’un axe médian avant-arrière de ce porteur. [0017] According to a first improvement of the invention usable when the movement of the carrier is rectilinear or locally rectilinear, steps /1/ to 131 are executed for the target location and repeated for another target location which is symmetrical to the first with respect to the trajectory of the carrier, so as to separately obtain two two-dimensional estimates of wind speed, one for the target location and one for the so-called other target location. Then, a two-dimensional estimate to be attributed to a point of the trajectory of the carrier can be calculated as an average of the two-dimensional estimates relating respectively to the target location and to the other target location, the point being at an intersection of the trajectory of the carrier with a rectilinear segment which connects the target location and the other target location. Thus, the method of the invention can provide an evaluation of the air velocity component which is perpendicular to the trajectory of the carrier, while being compatible with an installation of the LIDAR system(s) on board the carrier at the level of a front-rear median axis of this carrier.

[0018] Lorsqu’au moins deux systèmes LIDAR sont utilisés avec ce premier perfectionnement, les exécutions de l’étape /1/ pour l’endroit-cible et l’autre endroit-cible peuvent être simultanées, en étant réalisées chacune avec un système LIDAR dédié. De façon analogue, les exécutions de l’étape 121 pour l’endroit-cible et l’autre endroit-cible peuvent aussi être simultanées, lorsqu’elles sont réalisées de même en utilisant deux systèmes LIDAR. [0019] Selon un second perfectionnement de l’invention qui est aussi utilisable lorsque le déplacement du porteur est rectiligne ou localement rectiligne, les étapes /1/ à 131 peuvent être exécutées séparément pour deux endroits-cibles situés dans deux plans de mesure respectifs qui contiennent chacun la trajectoire du porteur mais qui sont décalés angulairement l’un par rapport à l’autre autour de cette trajectoire, de façon à fournir des estimations bidimensionnelles relatives une-à-une à chaque endroit-cible. Avantageusement, les deux plans de mesure peuvent être perpendiculaires l’un par rapport à l’autre autour de la trajectoire du porteur. Par exemple, ce peut être un plan vertical et un plan horizontal. [0018] When at least two LIDAR systems are used with this first improvement, the executions of step /1/ for the target location and the other target location may be simultaneous, each being performed with a dedicated LIDAR system. Similarly, the executions of step 121 for the target location and the other target location may also be simultaneous, when they are similarly performed using two LIDAR systems. [0019] According to a second improvement of the invention which is also usable when the movement of the carrier is rectilinear or locally rectilinear, steps /1/ to 131 can be executed separately for two target locations located in two respective measurement planes which each contain the trajectory of the carrier but which are angularly offset from each other around this trajectory, so as to provide two-dimensional estimates relating one to one to each target location. Advantageously, the two measurement planes can be perpendicular to each other around the trajectory of the carrier. For example, this can be a vertical plane and a horizontal plane.

[0020] Lorsqu’au moins deux systèmes LIDAR sont utilisés avec ce second perfectionnement, les exécutions de l’étape /1 / pour chaque plan de mesure peuvent être simultanées, en étant réalisées chacune avec un système LIDAR dédié au plan de mesure. De façon analogue, les exécutions de l’étape 121 pour chaque plan de mesure peuvent aussi être simultanées, lorsqu’elles sont réalisées de même en utilisant deux systèmes LIDAR. [0020] When at least two LIDAR systems are used with this second improvement, the executions of step /1/ for each measurement plane can be simultaneous, each being carried out with a LIDAR system dedicated to the measurement plane. Similarly, the executions of step 121 for each measurement plane can also be simultaneous, when they are carried out in the same way using two LIDAR systems.

[0021] En outre, les premier et second perfectionnements qui viennent d’être cités peuvent être combinés, de sorte que les étapes /1/ à 131 de l’invention soient exécutées séparément pour l’endroit-cible et pour l’autre endroit-cible qui lui est symétrique par rapport à la trajectoire du porteur, séparément aussi pour chacun des deux plans de mesure. Alors, une estimation tridimensionnelle de la vitesse de vent qui existe au point de la trajectoire du porteur peut être déduite des estimations bidimensionnelles obtenues respectivement pour l’un et l’autre des deux plans de mesure. [0021] Furthermore, the first and second improvements just mentioned can be combined, so that steps /1/ to 131 of the invention are carried out separately for the target location and for the other target location which is symmetrical to it with respect to the trajectory of the carrier, separately also for each of the two measurement planes. Then, a three-dimensional estimate of the wind speed which exists at the point of the trajectory of the carrier can be deduced from the two-dimensional estimates obtained respectively for one and the other of the two measurement planes.

[0022] De façon générale, les étapes /1/ à 131 peuvent être répétées pour une série d’endroits-cibles qui sont décalés parallèlement à la trajectoire du porteur. Il est ainsi possible de réaliser une surveillance de turbulences atmosphériques qui soit continue ou quasi-continue pendant le déplacement du porteur. Notamment, des exécutions successives du premier et/ou du second perfectionnement de l’invention, ou de leur combinaison, peuvent être réalisées pendant le déplacement du porteur, afin d’obtenir une série d’évaluations bidimensionnelles ou tridimensionnelles de la vitesse de vent relatives à des points successifs de la trajectoire du porteur, en avant du porteur. [0023] Un second aspect de l’invention propose un équipement LIDAR qui comprend au moins système LIDAR adapté pour mesurer une vitesse de vent, et qui comprend en outre une unité de calcul configurée pour fournir à chaque mesure, à partir d’une caractérisation d’effet Doppler, une estimation d’une projection sur une ligne de visée du système LIDAR, de la vitesse de vent qui existe à un endroit-cible situé sur cette ligne de visée. Selon l’invention, cette unité de calcul est configurée en outre pour déduire une estimation bidimensionnelle de la vitesse de vent qui existe à l’endroit-cible, à partir des estimations de projections de la vitesse de vent fournies par deux mesures pour lesquelles les lignes de visée respectives se croisent à l’endroit-cible, les estimations de projections étant relatives à cet endroit-cible. Autrement dit, l’unité de calcul est configurée pour exécuter les étapes Z1Z à 131 d’un procédé conforme au premier aspect de l’invention. Elle peut en plus être configurée pour mettre en œuvre le premier et/ou le second perfectionnement(s) de ce procédé qui a (ont) été cité(s) plus haut, ainsi que les caractéristiques additionnelles qui ont aussi été citées. [0022] Generally, steps /1/ to 131 may be repeated for a series of target locations that are offset parallel to the trajectory of the carrier. It is thus possible to perform atmospheric turbulence monitoring that is continuous or quasi-continuous during the movement of the carrier. In particular, successive executions of the first and/or second improvement of the invention, or their combination, may be performed during the movement of the carrier, in order to obtain a series of two-dimensional or three-dimensional evaluations of the wind speed relating to successive points of the trajectory of the carrier, in front of the carrier. [0023] A second aspect of the invention proposes a LIDAR device which comprises at least one LIDAR system adapted to measure a wind speed, and which further comprises a calculation unit configured to provide for each measurement, from a Doppler effect characterization, an estimate of a projection on a line of sight of the LIDAR system, of the wind speed which exists at a target location located on this line of sight. According to the invention, this calculation unit is further configured to deduce a two-dimensional estimate of the wind speed which exists at the target location, from the estimates of projections of the wind speed provided by two measurements for which the respective lines of sight intersect at the target location, the estimates of projections being relative to this target location. In other words, the calculation unit is configured to execute steps Z1Z to 131 of a method according to the first aspect of the invention. It can further be configured to implement the first and/or second improvement(s) of this method which has (have) been cited above, as well as the additional characteristics which have also been cited.

[0024] Enfin, un troisième aspect de l’invention propose un aéronef qui comprend un équipement LIDAR conforme au second aspect d’invention, et embarqué à bord de l’aéronef. Un tel aéronef peut être notamment un avion, un hélicoptère, un drone ou une station- plateforme stratosphérique. Avantageusement, l’équipement LIDAR est installé à bord de l’aéronef sur un axe médian avant-arrière de celui-ci. [0024] Finally, a third aspect of the invention proposes an aircraft which comprises LIDAR equipment in accordance with the second aspect of the invention, and carried on board the aircraft. Such an aircraft may in particular be an airplane, a helicopter, a drone or a stratospheric platform station. Advantageously, the LIDAR equipment is installed on board the aircraft on a front-rear median axis thereof.

Brève description des figures Brief description of the figures

[0025] Les caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée ci-après d’exemples de mise en œuvre non-limitatifs, en référence aux figures annexées parmi lesquelles : [0025] The characteristics and advantages of the present invention will appear more clearly in the detailed description below of non-limiting examples of implementation, with reference to the appended figures among which:

[0026] [Fig. 1 ] illustre une mise en œuvre de l’invention pour un avion en vol ; [0026] [Fig. 1] illustrates an implementation of the invention for an aircraft in flight;

[0027] [Fig. 2] illustre un premier perfectionnement possible de l’invention, à partir de la mise en œuvre de [Fig. 1 ] ; [0027] [Fig. 2] illustrates a first possible improvement of the invention, based on the implementation of [Fig. 1];

[0028] [Fig. 3] illustre un second perfectionnement possible de l’invention, à partir de la mise en œuvre de [Fig. 2] ; et [0028] [Fig. 3] illustrates a second possible improvement of the invention, based on the implementation of [Fig. 2]; and

[0029] [Fig. 4] correspond à [Fig. 2] pour une variante de mise en œuvre. Description détaillée de l’invention [0029] [Fig. 4] corresponds to [Fig. 2] for an implementation variant. Detailed description of the invention

[0030] Pour raison de clarté, les dimensions qui apparaissent dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles, ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques. [0030] For the sake of clarity, the dimensions appearing in these figures do not correspond to real dimensions or to real dimensional ratios. Furthermore, identical references indicated in different figures designate identical elements or which have identical functions.

[0031] L’invention est décrite maintenant dans le cadre d’une application à bord d’un avion, mais il est entendu qu’elle peut être appliquée de façon similaire à tout type de porteur, aérien, terrestre ou maritime. Les parties de la description qui sont fournies en liaison avec [Fig. 1 ] à [Fig. 3] correspondent à des mises en œuvre qui peuvent n’utiliser qu’un seul système LIDAR, et les parties de la description fournies en liaison avec [Fig. 4] correspondent à d’autres mises en œuvre qui utilisent plusieurs systèmes LIDAR. Selon chaque cas, l’équipement LIDAR qui est embarqué à bord de l’avion comprend le ou les système(s) LIDAR utilisé(s). [0031] The invention is now described in the context of an application on board an aircraft, but it is understood that it can be applied in a similar manner to any type of carrier, air, land or sea. The parts of the description which are provided in connection with [Fig. 1] to [Fig. 3] correspond to implementations which may use only one LIDAR system, and the parts of the description provided in connection with [Fig. 4] correspond to other implementations which use several LIDAR systems. According to each case, the LIDAR equipment which is embarked on board the aircraft comprises the LIDAR system(s) used.

[0032] L’avion en vol est désigné par la référence 10, et sa trajectoire de vol par la référence T. On suppose que cette trajectoire T peut être considérée comme rectiligne à l’échelle de la durée d’exécution du procédé de l’invention. La trajectoire T est orientée dans le sens de déplacement de l’avion. Pour l’invention, au moins un système LIDAR 1 est installé à bord de l’avion 10, par exemple au niveau du nez de cet avion pour que le système LIDAR 1 puisse effectuer des mesures de vitesse de vent relatives à des endroits qui sont contenus dans le demi-espace situé en avant de l’avion. Le but de telles mesures relatives à des endroits situés en avant de l’avion est d’obtenir des estimations de vitesse de vent utiles pour adapter des paramètres de vol et/ou de trajectoire. Toutefois, dans certaines circonstances, il peut être utile de mettre en œuvre l’invention alternativement ou en plus en direction d’un demi-espace qui est situé en arrière d’un aéronef. [0032] The aircraft in flight is designated by the reference 10, and its flight trajectory by the reference T. It is assumed that this trajectory T can be considered rectilinear on the scale of the duration of execution of the method of the invention. The trajectory T is oriented in the direction of movement of the aircraft. For the invention, at least one LIDAR system 1 is installed on board the aircraft 10, for example at the nose of this aircraft so that the LIDAR system 1 can perform wind speed measurements relating to locations which are contained in the half-space located in front of the aircraft. The purpose of such measurements relating to locations located in front of the aircraft is to obtain wind speed estimates useful for adapting flight and/or trajectory parameters. However, in certain circumstances, it may be useful to implement the invention alternatively or in addition towards a half-space which is located behind an aircraft.

[0033] Le système LIDAR 1 est d’un modèle adapté pour effectuer des mesures de vitesse de vent dans l’atmosphère terrestre. En général, un tel système LIDAR est monostatique, c’est-à-dire qu’une même optique est utilisée pour émettre du rayonnement électromagnétique en direction d’un endroit-cible, et pour collecter une partie de ce rayonnement qui a été rétrodiffusée par un contenu de l’atmosphère présent à cet endroit- cible. Des modèles de tels systèmes LIDAR pour mesures de vent sont connus de l’Homme du métier. Ils peuvent être alternativement à détection hétérodyne ou à détection directe. Par principe, un système LIDAR ne peut mesurer directement que la composante de vitesse de vent qui est parallèle à sa ligne de visée, celle-ci étant définie comme sa direction d’émission de rayonnement, confondue avec sa direction de collecte de la partie rétrodiffusée de ce rayonnement. [0033] The LIDAR system 1 is of a model suitable for carrying out wind speed measurements in the Earth's atmosphere. In general, such a LIDAR system is monostatic, i.e. the same optics are used to emit electromagnetic radiation towards a target location, and to collect a portion of this radiation which has been backscattered by a content of the atmosphere present at this target location. Models of such LIDAR systems for wind measurements are known to man. of the trade. They can be alternatively heterodyne detection or direct detection. In principle, a LIDAR system can only directly measure the wind speed component that is parallel to its line of sight, this being defined as its direction of radiation emission, merged with its direction of collection of the backscattered part of this radiation.

[0034] Dans [Fig. 1 ], ti et t2 sont deux instants pendant le déplacement de l’avion 10 sur sa trajectoire T, auxquels sont effectuées deux mesures de vitesse de vent. Chaque mesure peut être considérée comme étant instantanée ou quasi-instantanée. La position de l’avion 10 est représentée pour chacun des instants ti et t2, l’instant ti étant antérieur à l’instant t2. Pour mettre en œuvre l’invention, l’endroit-cible auquel la mesure de vent est à effectuer est d’abord identifié, en avant de l’avion 10 tout en étant décalé transversalement par rapport à la trajectoire T. Cet endroit-cible est désigné par la référence Z, et est visé par le système LIDAR 1 à chacun des deux instants ti et t2. La ligne de visée du système LIDAR 1 est ainsi l’axe Ai à l’instant ti , faisant un angle en avec la trajectoire T, puis est l’axe A2 à l’instant t2, faisant alors un autre angle 02 avec la trajectoire T, les deux angles en et 02 étant différents. Par exemple, lorsque l’endroit-cible Z est situé à 200 m en avant de la position de l’avion 10 à l’instant ti, selon une mesure en projection sur la trajectoire T, avec un décalage transversal d de 80 m mesuré perpendiculairement à la trajectoire T, les angles en et 02 peuvent être égaux à 15° et 30°, respectivement. L’angle entre les deux axes Ai et A2 est alors c(2-ai = 15°. De façon connue, la mesure qui est effectuée à l’instant ti fournit une valeur de la projection de la vitesse du vent qui existe à l’endroit-cible Z, sur la ligne de visée Ai. Cette projection sur la ligne de visée Ai est notée Vci dans la figure. De la même façon, la mesure qui est effectuée à l’instant t2 fournit une valeur de la projection Vc2 de la vitesse du vent qui existe à l’endroit-cible Z, sur la ligne de visée A2. Alors, une méthode pour déterminer la projection perpendiculaire de la vitesse de vent dans le plan des deux lignes de visée Ai et A2 peut être la suivante : [0034] In [Fig. 1], ti and t2 are two instants during the movement of the aircraft 10 on its trajectory T, at which two wind speed measurements are made. Each measurement can be considered to be instantaneous or quasi-instantaneous. The position of the aircraft 10 is represented for each of the instants ti and t2, the instant ti being prior to the instant t2. To implement the invention, the target location at which the wind measurement is to be made is first identified, in front of the aircraft 10 while being offset transversely relative to the trajectory T. This target location is designated by the reference Z, and is targeted by the LIDAR system 1 at each of the two instants ti and t2. The line of sight of the LIDAR system 1 is thus the axis Ai at time ti, making an angle en with the trajectory T, then is the axis A2 at time t2, then making another angle 02 with the trajectory T, the two angles en and 02 being different. For example, when the target location Z is located 200 m in front of the position of the aircraft 10 at time ti, according to a measurement in projection on the trajectory T, with a transverse offset d of 80 m measured perpendicular to the trajectory T, the angles en and 02 can be equal to 15° and 30°, respectively. The angle between the two axes Ai and A2 is then c(2-ai = 15°. As is known, the measurement that is carried out at time ti provides a value of the projection of the wind speed that exists at the target location Z, on the line of sight Ai. This projection on the line of sight Ai is noted Vci in the figure. In the same way, the measurement that is carried out at time t2 provides a value of the projection Vc2 of the wind speed that exists at the target location Z, on the line of sight A2. Then, a method for determining the perpendicular projection of the wind speed in the plane of the two lines of sight Ai and A2 can be the following:

- les deux projections Vci et Vc2 sont tracées sous forme de vecteurs respectifs à partir d’un même point commun, par exemple à partir d’un point de l’endroit-cible Z comme représenté dans [Fig. 1 ], Le vecteur de la projection Vci (respectivement Vc2) est ainsi superposé à la ligne de visée Ai (resp. A2) ; - the two projections Vci and Vc2 are drawn in the form of respective vectors from the same common point, for example from a point of the target location Z as shown in [Fig. 1], The vector of the projection Vci (respectively Vc2) is thus superimposed on the line of sight Ai (resp. A2);

- dans le plan des deux lignes de visée Ai et A2, une droite Pi qui est perpendiculaire à la ligne de visée Ai est tracée à partir de l’extrémité du vecteur de la projection Vci ; - in the plane of the two lines of sight Ai and A2, a straight line Pi which is perpendicular to the line of sight Ai is drawn from the end of the projection vector Vci;

- de même, et aussi dans le plan des deux lignes de visée Ai et A2, une autre droite P2 qui est perpendiculaire à la ligne de visée A2 est tracée à partir de l’extrémité du vecteur de la projection Vc2 ; - similarly, and also in the plane of the two lines of sight Ai and A2, another straight line P2 which is perpendicular to the line of sight A2 is drawn from the end of the vector of the projection Vc2;

- la projection perpendiculaire de la vitesse de vent dans le plan des deux lignes de visée Ai et A2, notée V12, peut alors être déterminée comme le vecteur qui relie le point de l’endroit-cible Z à l’intersection des deux droites Pi et P2. - the perpendicular projection of the wind speed in the plane of the two lines of sight Ai and A2, noted V12, can then be determined as the vector which connects the point of the target location Z to the intersection of the two lines Pi and P2.

Une telle méthode d’obtention de la projection V12 de la vitesse de vent est un mode d’exécution possible pour l’étape 131 qui a été stipulée dans la partie générale de la présente description. Cette méthode peut être exécutée facilement par une unité de calcul programmable (non-représentée). Les mesures effectuées aux instants ti et t2 correspondent aux étapes /1/ et 121, respectivement. La projection V12 a été appelée estimation bidimensionnelle de la vitesse de vent, car elle comporte deux coordonnées de vitesse à l’intérieur du plan des lignes de visée Ai et A2. Such a method of obtaining the V12 projection of the wind speed is a possible embodiment for step 131 which has been stipulated in the general part of the present description. This method can be easily executed by a programmable computing unit (not shown). The measurements made at times ti and t2 correspond to steps /1/ and 121, respectively. The V12 projection has been called a two-dimensional estimate of the wind speed, because it comprises two speed coordinates within the plane of the lines of sight Ai and A2.

[0035] Les lignes de visée Ai et A2 peuvent être produites successivement par un système de déflexion variable qui est disposé à la sortie de l’optique d’émission du système LIDAR 1. A titre d’exemple, un tel système de déflexion variable peut être constitué par des déflecteurs à angles de déflexion fixes qui sont montés sur un support rotatif, et une vitesse de rotation de ce support est ajustée en fonction de la vitesse de déplacement de l’avion 10. [0035] The lines of sight Ai and A2 can be produced successively by a variable deflection system which is arranged at the output of the emission optics of the LIDAR system 1. As an example, such a variable deflection system can be constituted by deflectors with fixed deflection angles which are mounted on a rotating support, and a rotation speed of this support is adjusted according to the speed of movement of the aircraft 10.

[0036] Dans le premier perfectionnement de l’invention qui est illustré par [Fig. 2], les mesures effectuées aux instant ti et t2, toutes deux visant le même endroit-cible Z en utilisant le système LIDAR 1 embarqué à bord de l’avion 10, sont identiques à celles qui viennent d’être décrites en référence à [Fig. 1 ], aboutissant à l’évaluation bidimensionnelle V12 de vitesse de vent, parallèle au plan des lignes de visée Ai et A2, et relative à l’endroit- cible Z. L’endroit-cible noté Z’ est symétrique de l’endroit-cible Z par rapport à la trajectoire T. Des mesures supplémentaires sont effectuées aux instant ti’ et t2’ pendant le déplacement de l’avion 10 sur sa trajectoire T, toutes deux relatives à l’endroit endroit-cible Z’. Ainsi, la mesure supplémentaire qui est effectuée à l’instant ti ’ met en œuvre la ligne de visée Ai ’, et la mesure supplémentaire qui est effectuée à l’instant t2’ met en œuvre la ligne de visée A2’. Ces mesures supplémentaires des instants ti’ et t2’ aboutissent à l’évaluation bidimensionnelle V12’ de la vitesse de vent qui existe à l’endroit-cible Z’. Cette évaluation V12’ est parallèle au plan des lignes de visée Ai’ et A2’, et donc parallèle au plan de l’évaluation bidimensionnelle V12 relative à l’endroit-cible noté Z. Alors, un résultat de moyenne qui est calculé sur les deux évaluations bidimensionnelles V12 et V12’ constitue une nouvelle évaluation bidimensionnelle de vitesse de vent, qui est notée VM et peut être attribuée au milieu M du segment qui relie les deux endroits-cibles Z et Z’. Par construction, le point M est situé sur la trajectoire T, et l’évaluation bidimensionnelle VM est parallèle au plan qui contient cette trajectoire T et les deux endroits-cibles Z et Z’. Par exemple, ce plan peut être un plan vertical dans le référentiel terrestre, noté PV dans la suite. [0036] In the first improvement of the invention which is illustrated by [Fig. 2], the measurements carried out at times ti and t2, both targeting the same target location Z using the LIDAR system 1 on board the aircraft 10, are identical to those which have just been described with reference to [Fig. 1], resulting in the two-dimensional evaluation V12 of wind speed, parallel to the plane of the lines of sight Ai and A2, and relative to the target location Z. The target location noted Z' is symmetrical to the target location Z with respect to the trajectory T. Additional measurements are carried out at times ti' and t2' during the movement of the aircraft 10 on its trajectory T, both relative to the target location Z'. Thus, the additional measurement that is performed at time ti' implements the line of sight Ai', and the additional measurement that is performed at time t2' implements the line of sight A2'. These additional measurements at times ti' and t2' result in the evaluation two-dimensional V12' of the wind speed that exists at the target location Z'. This V12' evaluation is parallel to the plane of the lines of sight Ai' and A2', and therefore parallel to the plane of the two-dimensional V12 evaluation relative to the target location noted Z. Then, an average result that is calculated on the two two-dimensional evaluations V12 and V12' constitutes a new two-dimensional wind speed evaluation, which is noted VM and can be attributed to the midpoint M of the segment that connects the two target locations Z and Z'. By construction, the point M is located on the trajectory T, and the two-dimensional VM evaluation is parallel to the plane that contains this trajectory T and the two target locations Z and Z'. For example, this plane can be a vertical plane in the terrestrial reference frame, noted PV in the following.

[0037] Alternativement, l’endroit-cible Z’ qui est visé pour les mesures effectuées aux instants ti’ et t2 , peut être dans un plan horizontal PH qui contient la trajectoire T, au lieu d’être dans le plan vertical PV. Ainsi, l’endroit-cible Z est encore décalé transversalement dans le plan vertical PV par rapport à la trajectoire T, alors que l’endroit-cible Z’ est décalé transversalement dans le plan horizontal PH aussi par rapport à la trajectoire T. Les plans PV et PH constituent deux plans de mesure, qui contiennent chacun l’axe médian avant- arrière de l’avion 10 et qui sont distincts autour de la trajectoire T. Pour une telle configuration des mesures, l’évaluation bidimensionnelle de vitesse de vent V12, qui est relative à l’endroit-cible Z, est parallèle au plan vertical PV, alors que l’évaluation bidimensionnelle de vitesse de vent V12’, qui est relative à l’endroit-cible Z’, est alors parallèle au plan horizontal PH. Une telle mise en œuvre correspond au second perfectionnement de l’invention qui a été cité dans la partie générale de la présente description. [0037] Alternatively, the target location Z’ which is targeted for the measurements carried out at times ti’ and t2, may be in a horizontal plane PH which contains the trajectory T, instead of being in the vertical plane PV. Thus, the target location Z is still offset transversely in the vertical plane PV relative to the trajectory T, while the target location Z’ is offset transversely in the horizontal plane PH also relative to the trajectory T. The planes PV and PH constitute two measurement planes, each of which contains the front-rear median axis of the aircraft 10 and which are distinct around the trajectory T. For such a measurement configuration, the two-dimensional wind speed evaluation V12, which is relative to the target location Z, is parallel to the vertical plane PV, while the two-dimensional wind speed evaluation V12’, which is relative to the target location Z’, is then parallel to the horizontal plane PH. Such an implementation corresponds to the second improvement of the invention which was cited in the general part of this description.

[0038] [Fig. 3] illustre une combinaison de ce second perfectionnement de l’invention avec le premier perfectionnement tel qu’illustré par [Fig. 2], Les endroits-cibles notés Zv et Zv’ sont symétriques l’un de l’autre par rapport à la trajectoire T et contenus dans le plan vertical PV. Simultanément, les endroits-cibles notés ZH et ZH’ sont aussi symétriques l’un de l’autre par rapport à la trajectoire T mais contenus dans le plan horizontal PH. Ils peuvent tous les quatre être décalés transversalement de la même distance d par rapport à la trajectoire T. En outre, les endroits-cibles Zv, Zv’, ZH et ZH’ sont situés dans un même plan transversal qui est perpendiculaire à la trajectoire T. M désigne le point d’intersection de ce plan transversal avec la trajectoire T. Pendant le déplacement de l’avion 10 sur sa trajectoire T, les quatre endroits-cibles sont visés successivement par le système LIDAR 1 , chacun deux fois, selon la séquence suivante : l’endroit-cible Zv est visé aux instants ti v et t2v, l’endroit-cible ZH est visé aux instants ti H et t2H, l’endroit-cible Zv’ est visé aux instants Wet t2v’, et l’endroit-cible ZH’ est visé aux instants ti n’et t2H . [0038] [Fig. 3] illustrates a combination of this second improvement of the invention with the first improvement as illustrated by [Fig. 2], The target locations denoted Zv and Zv' are symmetrical to each other with respect to the trajectory T and contained in the vertical plane PV. Simultaneously, the target locations denoted ZH and ZH' are also symmetrical to each other with respect to the trajectory T but contained in the horizontal plane PH. They can all four be offset transversely by the same distance d with respect to the trajectory T. Furthermore, the target locations Zv, Zv', ZH and ZH' are located in the same transverse plane which is perpendicular to the trajectory T. M designates the point of intersection of this transverse plane with the trajectory T. During the movement of the aircraft 10 on its trajectory T, the four target locations are successively targeted by the LIDAR system 1 , each twice, according to the following sequence: the target location Zv is targeted at times ti v and t2v, the target location ZH is targeted at times ti H and t2H, the target location Zv' is targeted at times Wet and t2v', and the target location ZH' is targeted at times ti n' and t2H .

Les mesures des instants tiv, tiv’, t2v et t2v’ fournissent une première évaluation bidimensionnelle de la vitesse de vent qui existe au point M, qui est parallèle au plan vertical PV, conformément à ce qui a été décrit en référence à [Fig. 2], De la même façon, les mesures des instants ti H, ti H’, t2H et t2H fournissent une seconde évaluation bidimensionnelle de la vitesse de vent qui existe au point M, qui est parallèle cette fois au plan horizontal PH. La réunion de ces deux évaluations bidimensionnelles constitue alors une évaluation tridimensionnelle de la vitesse de vent qui existe au point M. The measurements of the instants tiv, tiv’, t2v and t2v’ provide a first two-dimensional evaluation of the wind speed that exists at point M, which is parallel to the vertical plane PV, in accordance with what was described with reference to [Fig. 2]. Similarly, the measurements of the instants ti H, ti H’, t2H and t2H provide a second two-dimensional evaluation of the wind speed that exists at point M, which is this time parallel to the horizontal plane PH. The combination of these two two-dimensional evaluations then constitutes a three-dimensional evaluation of the wind speed that exists at point M.

[0039] En sélectionnant de façon appropriée les angles de déflexion des lignes de visée qui sont dirigées vers les quatre endroits-cibles Zv, Zv’, ZH et ZH’, par rapport à la trajectoire T, en fonction de la vitesse de déplacement de l’avion 10, les instants de mesures successifs tiv, tin, tiv’, tin’, t2v, t2H, t2v’ et t2H peuvent être séparés par des durées intermédiaires qui sont identiques. En outre, cette séquence de mesures peut être répétée périodiquement pendant le déplacement de l’avion 10 pour obtenir des évaluations tridimensionnelles répétées des vitesses de vent qui existent sur la trajectoire T en avant de l’avion 10. Ces évaluations tridimensionnelles sont relatives à des points successifs de la trajectoire T, qui sont décalés progressivement, corrélativement avec le déplacement de l’avion 10. [0039] By appropriately selecting the deflection angles of the lines of sight which are directed towards the four target locations Zv, Zv’, ZH and ZH’, relative to the trajectory T, as a function of the speed of movement of the aircraft 10, the successive measurement instants tiv, tin, tiv’, tin’, t2v, t2H, t2v’ and t2H can be separated by intermediate durations which are identical. Furthermore, this sequence of measurements can be repeated periodically during the movement of the aircraft 10 to obtain repeated three-dimensional evaluations of the wind speeds which exist on the trajectory T in front of the aircraft 10. These three-dimensional evaluations relate to successive points of the trajectory T, which are progressively offset, correlatively with the movement of the aircraft 10.

[0040] [Fig. 4] illustre une autre mise en œuvre de l’invention, dans laquelle un système LIDAR distinct est affecté séparément à chaque orientation de ligne de visée. Autrement dit, plusieurs systèmes LIDAR sont installés à bord de l’avion 10, par exemple tous au niveau du nez de cet avion. Ainsi, ces systèmes LIDAR sont proches les uns des autres à bord de l’avion. Le système LIDAR 1 possède alors une orientation fixe de ligne de visée, définie par l’axe Ai ; le système LIDAR 2 possède une autre orientation fixe de ligne de visée, définie par l’axe A2 ; le système LIDAR 1’ possède encore une autre orientation fixe de ligne de visée, définie par l’axe Ai’ ; et le système LIDAR 2’ possède une quatrième orientation fixe de ligne de visée, définie par l’axe A2’. Deux mesures d’effet Doppler sont alors effectuées à l’instant ti , en utilisant en même temps mais indépendamment les systèmes LIDAR 1 et T, puis deux autres mesures d’effet Doppler sont effectuées à l’instant t2 en utilisant en même temps les systèmes LIDAR 2 et 2’. Les axes Ai et Ai’ sont symétriques l’un de l’autre par rapport à la trajectoire T, de même que les axes A2 et A2’. L’endroit-cible Z est alors à l’intersection des lignes de visée des systèmes LIDAR 1 et 2, telles qu’existant aux instants ti et t2, respectivement, et l’endroit Z’ est à l’intersection des lignes de visée des systèmes LIDAR T et 2’, aussi telles qu’existant aux instants ti et t2, respectivement. Ces endroits-cibles Z et Z’ sont donc aussi symétriques par rapport à la trajectoire T, et le plan transversal de ces endroits-cibles Z et Z’, perpendiculairement à la trajectoire T et en avant de l’avion 10, est déterminé par la durée entre les instants de mesure ti et t2, ainsi que par la vitesse de déplacement de l’avion 10. Les obtentions des estimations bidimensionnelles V12 et V12’, puis celle VM, peuvent alors être identiques à celles décrites en référence à [Fig. 2], [0040] [Fig. 4] illustrates another implementation of the invention, in which a separate LIDAR system is separately assigned to each line-of-sight orientation. In other words, several LIDAR systems are installed on board the aircraft 10, for example all at the nose of this aircraft. Thus, these LIDAR systems are close to each other on board the aircraft. The LIDAR system 1 then has a fixed line-of-sight orientation, defined by the axis Ai; the LIDAR system 2 has another fixed line-of-sight orientation, defined by the axis A2; the LIDAR system 1' has yet another fixed line-of-sight orientation, defined by the axis Ai'; and the LIDAR system 2' has a fourth fixed line-of-sight orientation, defined by the axis A2'. Two Doppler effect measurements are then performed at time ti, using simultaneously but independently LIDAR systems 1 and T, then two further Doppler effect measurements are performed at time t2 using simultaneously LIDAR systems 2 and 2'. Axes Ai and Ai' are symmetrical to each other with respect to trajectory T, as are axes A2 and A2'. Target location Z is then at the intersection of the lines of sight of LIDAR systems 1 and 2, as they exist at times ti and t2, respectively, and location Z' is at the intersection of the lines of sight of LIDAR systems T and 2', also as they exist at times ti and t2, respectively. These target locations Z and Z' are therefore also symmetrical with respect to the trajectory T, and the transverse plane of these target locations Z and Z', perpendicular to the trajectory T and in front of the aircraft 10, is determined by the duration between the measurement times ti and t2, as well as by the speed of movement of the aircraft 10. The obtaining of the two-dimensional estimates V12 and V12', then that VM, can then be identical to those described with reference to [Fig. 2],

[0041] Par ailleurs, les variations suivantes peuvent être appliquées aux modes de mise en œuvre déjà décrits : [0041] Furthermore, the following variations can be applied to the implementation methods already described:

- dans la mise en œuvre de [Fig. 4] et tout en conservant la disposition des endroits-cibles Z et Z’ symétriquement par rapport à la trajectoire T, il n’est pas indispensable que les systèmes LIDAR 1 et T réalisent des mesures simultanées, ni les systèmes LIDAR 2 et 2’. Les orientations respectives des lignes de visée des quatre systèmes LIDAR 1 , T, 2 et 2’ sont alors adaptées en fonction des durées de séparation entre toutes les mesures ; - in the implementation of [Fig. 4] and while maintaining the arrangement of the target locations Z and Z’ symmetrically with respect to the trajectory T, it is not essential that the LIDAR systems 1 and T carry out simultaneous measurements, nor the LIDAR systems 2 and 2’. The respective orientations of the lines of sight of the four LIDAR systems 1, T, 2 and 2’ are then adapted according to the separation times between all the measurements;

- deux systèmes LIDAR distincts 1 et 2, dont les orientations des lignes de visée respectives sont fixes, parallèlement aux axes Ai et A2, peuvent être utilisés dans la mise en œuvre de [Fig. 1 ] ; et - two separate LIDAR systems 1 and 2, whose respective line-of-sight orientations are fixed, parallel to the axes Ai and A2, can be used in the implementation of [Fig. 1]; and

- huit systèmes LIDAR distincts, dont les orientations des lignes de visée respectives sont fixes, peuvent être utilisés dans la mise en œuvre de [Fig. 3], tous installés à bord de l’avion 10. Dans ce cas, il est possible que quatre premières mesures soient effectuées simultanément par quatre premiers des systèmes LIDAR, dont les lignes de visée respectives sont réparties angulairement sur un premier cône dont l’axe est formé par la trajectoire T, puis quatre autres mesures sont effectuées simultanément par quatre autres des systèmes LIDAR, dont les lignes de visée respectives sont réparties angulairement sur un second cône dont l’axe est aussi formé par la trajectoire T, le demi-angle au sommet du second cône étant plus grand que celui du premier cône. - eight separate LIDAR systems, the orientations of the respective lines of sight of which are fixed, may be used in the implementation of [Fig. 3], all installed on board the aircraft 10. In this case, it is possible for four first measurements to be carried out simultaneously by four first of the LIDAR systems, the respective lines of sight of which are angularly distributed on a first cone whose axis is formed by the trajectory T, then four other measurements to be carried out simultaneously by four other of the LIDAR systems, the respective lines of sight of which are angularly distributed on a second cone whose axis is also formed by the trajectory T, the half-angle at the apex of the second cone being greater than that of the first cone.

[0042] Il est entendu que l’invention peut être reproduite en modifiant des aspects secondaires des modes de mise en œuvre qui ont été décrits en détail ci-dessus, tout en conservant certains au moins des avantages cités. Notamment, toutes les valeurs numériques qui ont été citées ne l’ont été qu’à titre d’illustration, et peuvent être changées en fonction de l’application considérée. [0042] It is understood that the invention can be reproduced by modifying secondary aspects of the modes of implementation that have been described in detail above, while retaining at least some of the advantages cited. In particular, all the numerical values that have been cited have been cited only by way of illustration, and can be changed according to the application considered.

Claims

Revendications Claims [Revendication 1] Procédé de mesure d’une vitesse de vent en utilisant au moins un système LIDAR (1 ) qui est embarqué à bord d’un porteur (10), la mesure concernant au moins deux composantes de la vitesse de vent telle que ladite vitesse de vent existe à un endroit externe au porteur, appelé endroit-cible (Z), le procédé comprenant les deux étapes suivantes : [Claim 1] Method for measuring a wind speed using at least one LIDAR system (1) which is on board a carrier (10), the measurement relating to at least two components of the wind speed such that said wind speed exists at a location external to the carrier, called the target location (Z), the method comprising the following two steps: /1/ à un premier instant (ti) pendant un déplacement du porteur (10), effectuer une première mesure en dirigeant une ligne de visée du système LIDAR (1 ) vers l’endroit-cible (Z), ladite ligne de visée étant alors parallèle à un premier axe (Ai), et en déduisant de ladite première mesure, au moyen d’une caractérisation d’effet Doppler, une estimation d’une projection (Vci) sur le premier axe, de la vitesse de vent qui existe à l’endroit-cible ; puis/1/ at a first instant (ti) during a movement of the carrier (10), performing a first measurement by directing a line of sight of the LIDAR system (1) towards the target location (Z), said line of sight then being parallel to a first axis (Ai), and by deducing from said first measurement, by means of a Doppler effect characterization, an estimate of a projection (Vci) on the first axis, of the wind speed which exists at the target location; then 121 à un second instant (t2) pendant le déplacement du porteur (10), effectuer une seconde mesure de la vitesse de vent en utilisant le même système LIDAR (1 ) qu’à l’étape /1 / ou un autre système LIDAR qui est aussi embarqué à bord du porteur, procédé dans lequel, pour la seconde mesure de la vitesse de vent qui est effectuée à l’étape 121, la ligne de visée du système LIDAR (1 ) utilisé à ladite étape 12/ est de nouveau dirigée vers l’endroit-cible (Z), mais en étant parallèle à un second axe (A2) qui est décalé angulairement par rapport au premier axe (Ai), ladite seconde mesure étant utilisée pour en déduire, au moyen de la caractérisation d’effet Doppler, une estimation d’une projection (Vc2) sur le second axe, de la vitesse de vent qui existe à l’endroit-cible, et le procédé comprenant en outre l’étape supplémentaire suivante : 121 at a second time (t 2 ) during the movement of the carrier (10), performing a second measurement of the wind speed using the same LIDAR system (1 ) as in step /1 / or another LIDAR system which is also on board the carrier, wherein, for the second measurement of the wind speed which is performed in step 121, the line of sight of the LIDAR system (1 ) used in said step 12/ is again directed towards the target location (Z), but being parallel to a second axis (A2) which is angularly offset from the first axis (Ai), said second measurement being used to deduce therefrom, by means of the Doppler effect characterization, an estimate of a projection (Vc2) on the second axis, of the wind speed which exists at the target location, and the method further comprising the following additional step: /3/ déduire, à partir des estimations des projections (Vci, Vc2) de la vitesse de vent sur les premier et second axes, telles qu’obtenues aux étapes /1/ et 121, une estimation bidimensionnelle (V12) de ladite vitesse de vent qui existe à l’endroit-cible (Z), ladite estimation bidimensionnelle étant parallèle à un plan qui contient les premier et second axes (Ai, A2), procédé dans lequel, lorsque le déplacement du porteur (10) est rectiligne ou localement rectiligne, l’endroit-cible (Z) est décalé par rapport à une trajectoire (T) du porteur conformément à une valeur de décalage transversal (d), et une durée entre les premier et second instants (ti , t2) est sélectionnée en fonction de la valeur de décalage transversal et d’une vitesse de déplacement du porteur, le procédé étant caractérisé en ce que les étapes /1/ à 131 sont exécutées pour l’endroit- cible (Z) et répétées pour un autre endroit-cible (Z’) qui est symétrique dudit endroit-cible par rapport à la trajectoire (T) du porteur (10), de façon à obtenir séparément deux estimations bidimensionnelles (V12, V12’) de vitesse de vent, une pour ledit endroit-cible et une pour ledit autre endroit-cible, puis une estimation bidimensionnelle (VM) attribuée à un point (M) de la trajectoire (T) du porteur (10) est calculée comme une moyenne des estimations bidimensionnelles (V12, V12’) relatives respectivement à l’endroit-cible (Z) et à l’autre endroit-cible (Z’), le point étant à une intersection de la trajectoire du porteur avec un segment rectiligne qui relie ledit endroit- cible et ledit autre endroit-cible. /3/ deducing, from the estimates of the projections (Vci, Vc2) of the wind speed on the first and second axes, as obtained in steps /1/ and 121, a two-dimensional estimate (V12) of said wind speed which exists at the target location (Z), said two-dimensional estimate being parallel to a plane which contains the first and second axes (Ai, A 2 ), in which method, when the movement of the carrier (10) is rectilinear or locally rectilinear, the target location (Z) is offset relative to a trajectory (T) of the carrier in accordance with a transverse offset value (d), and a duration between the first and second instants (ti , t 2 ) is selected as a function of the transverse offset value and of a moving speed of the carrier, the method being characterized in that steps /1/ to 131 are performed for the target location (Z) and repeated for another target location (Z') which is symmetrical to said target location with respect to the trajectory (T) of the carrier (10), so as to separately obtain two two-dimensional estimates (V12, V12') of wind speed, one for said target location and one for said other target location, then a two-dimensional estimate (VM) attributed to a point (M) of the trajectory (T) of the carrier (10) is calculated as an average of the two-dimensional estimates (V12, V12') relating respectively to the target location (Z) and to the other target location (Z'), the point being at an intersection of the trajectory of the carrier with a straight segment which connects said target location and said other target location. [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1 , suivant lequel les premier et second axes (Ai, A2) forment entre eux un angle qui est supérieur à 10°, de préférence inférieur à 45°. [Claim 2] Method according to claim 1, according to which the first and second axes (Ai, A2) form between them an angle which is greater than 10°, preferably less than 45°. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, suivant lequel le porteur (10) est un aéronef, et le déplacement du porteur est un déplacement de l’aéronef en vol. [Claim 3] A method according to claim 1 or 2, wherein the carrier (10) is an aircraft, and the movement of the carrier is movement of the aircraft in flight. [Revendication 4] Procédé selon l’une des revendications précédentes, suivant lequel les étapes /1/ à 131 sont exécutées séparément pour deux endroits-cibles (Zv, ZH) situés dans deux plans de mesure (PV, PH) respectifs qui contiennent chacun la trajectoire (T) du porteur (10) mais sont décalés angulairement entre eux autour de ladite trajectoire, de façon à fournir des estimations bidimensionnelles relatives une-à-une à chaque endroit-cible. [Claim 4] Method according to one of the preceding claims, according to which steps /1/ to 131 are executed separately for two target locations (Zv, ZH) situated in two respective measurement planes (PV, PH) which each contain the trajectory (T) of the carrier (10) but are angularly offset from each other around said trajectory, so as to provide two-dimensional estimates relating one-to-one to each target location. [Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, suivant lequel les étapes /1/ à 131 sont exécutées séparément pour l’endroit-cible (Z) et pour l’autre endroit-cible (Z’) qui est symétrique dudit endroit-cible par rapport à la trajectoire (T) du porteur (10), et séparément aussi pour chacun des deux plans de mesure (PV, PH), et suivant lequel une estimation tridimensionnelle de la vitesse de vent qui existe au point (M) de la trajectoire (T) du porteur (10) est déduite des estimations bidimensionnelles obtenues respectivement pour l’un et l’autre des deux plans de mesure. [Claim 5] Method according to claim 4, according to which steps /1/ to 131 are carried out separately for the target location (Z) and for the other target location (Z') which is symmetrical to said target location with respect to the trajectory (T) of the carrier (10), and separately also for each of the two measurement planes (PV, PH), and according to which a three-dimensional estimate of the wind speed which exists at the point (M) of the trajectory (T) of the carrier (10) is deduced from the two-dimensional estimates obtained respectively for one and the other of the two measurement planes. [Revendication 6] Procédé selon l’une des revendications précédentes, suivant lequel les étapes /1/ à 131 sont répétées pour une série d’endroits-cibles qui sont décalés parallèlement à la trajectoire (T) du porteur (10). [Claim 6] Method according to one of the preceding claims, according to which steps /1/ to 131 are repeated for a series of target locations which are offset parallel to the trajectory (T) of the carrier (10). [Revendication 7] Equipement LIDAR, comprenant au moins un système LIDAR (1 ) adapté pour mesurer une vitesse de vent, et comprenant en outre une unité de calcul configurée pour fournir à chaque mesure, à partir d’une caractérisation d’effet Doppler, une estimation d’une projection (Vci , Vc2) sur une ligne de visée du système LIDAR, de la vitesse de vent qui existe à un endroit-cible (Z) situé sur la ligne de visée, l’unité de calcul étant configurée en outre pour déduire à partir des estimations de projections (Vci, Vc2) de la vitesse de vent fournies par deux mesures pour lesquelles les lignes de visée respectives se croisent à l’endroit-cible (Z), les estimations de projections étant relatives audit endroit-cible, une estimation bidimensionnelle (V12) de la vitesse de vent qui existe audit endroit-cible, l’unité de calcul étant configurée en outre pour exécuter un procédé selon l’une des revendications précédentes. [Claim 7] LIDAR equipment, comprising at least one LIDAR system (1) adapted to measure a wind speed, and further comprising a calculation unit configured to provide for each measurement, from a Doppler effect characterization, an estimate of a projection (Vci, Vc2) on a line of sight of the LIDAR system, of the wind speed which exists at a target location (Z) located on the line of sight, the calculation unit being further configured to deduce from the projection estimates (Vci, Vc2) of the wind speed provided by two measurements for which the respective lines of sight intersect at the target location (Z), the projection estimates relating to said target location, a two-dimensional estimate (V12) of the wind speed which exists at said target location, the calculation unit being further configured to execute a method according to one of the preceding claims. [Revendication 8] Aéronef (10) comprenant un équipement LIDAR, ledit équipement LIDAR étant selon la revendication 7 et embarqué à bord de l’aéronef, de préférence installé sur un axe médian avant-arrière dudit aéronef. [Claim 8] Aircraft (10) comprising LIDAR equipment, said LIDAR equipment being according to claim 7 and carried on board the aircraft, preferably installed on a front-rear median axis of said aircraft.
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N. FEZANS ET AL.: "CEAS Aeronautical Journal", vol. 10, 2019, SPRINGER, pages: 1033 - 1057

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