Soutenance mémoire
LES EXPLOITATIONS CIVILES DES DRONES
Les nombreux atouts des drones ne sont pas encore explorés dans la plupart des pays en voie de développement. Pourtant, leurs intégrations dans le concept de développement s’avèrent utiles et incontournables.
GENERALITE SUR LE SYSTEME DRONE
C’est un système plus ou moins complexe qui est composé d’un ou plusieurs vecteurs aériens, d’une ou plusieurs stations de commande ainsi que des équipements de liaisons entre les drones et les stations de commande .
Principe de fonctionnement
Considérons un système élémentaire, c’est-à-dire un système composé d’une station de commande et d’un drone. On dit qu’on a un système opérationnel, si on arrive à piloter le drone à partir d’une station de commande, pour accomplir une ou des missions bien définies. Pour aboutir à un tel résultat, il est impératif d’énoncer les spécificités de chaque composant du système.
a- La station de commande
Elle est constituée d’un ensemble de matériels et de un ou plusieurs hommes, ayant un degré d’intervention plus ou moins élevé, pour rendre le système opérationnel. On distingue dans la station de commande deux catégories de matériels :
❖ ceux utilisés au lancement et à la récupération des drones (pistes, catapulte, filets, etc.), et auxquels s’ajoutent les moyens techniques nécessaires à la maintenance et au reconditionnement des drones, exactement de la même façon que pour l’exploitation des avions.
❖ ceux utilisés à la conduite de la mission, et devant permettre d’assurer les fonctions suivantes :
● la gestion de vol et de navigation en temps réel, si le drone est piloté de la station de commande, ou en simple surveillance s’il est autonome ;
● la réception des données envoyées depuis le drone et, éventuellement, le décryptage ;
● l’analyse et l’interprétation des données, leur éventuelle retransmission à un centre de décision ou d’intervention, ainsi que leur enregistrement.
b- Le drone
C’est l’aéronef qui est utilisé. Ce type d’engin est capable de voler et d’effectuer une mission sans présence humaine à bord, d’où la désignation : Unmanned Aerial Vehicle (UAV). En général, un drone est contrôlé et piloté à partir d’une station de commande, avec ou sans le relais des satellites. Mais il peut aussi effectuer des missions de manière autonome.
Classification des drones
La classification des drones ne suit pas une règle bien précise car elle varie d’un pays à un autre. Selon les critères pris en considérations, on peut les classifier en plusieurs catégories.
Classification selon le type de voilure
On distingue deux grandes familles : les drones à voilures fixes et les drones à voilures tournantes. Dans les travaux réalisés dans les références [2] et [3], les auteurs ont présenté plusieurs prototypes. On a constaté que les drones à voilures fixes sont intéressants pour des missions éclairs, exigeant un vol en translation rapide. Par contre, les cellules à voilures tournantes ont les privilèges de faire un décollage et un atterrissage verticaux, et l’aptitude de faire un vol stationnaire.
Les charges utiles
Souvent placées en dessous de la structure, elles assurent les trois fonctions suivantes : l’acquisition des données, le traitement à bord des données et la sélection à bord des informations utiles.
Les capteurs et les équipements de mission
Il ne suffit pas d’avoir la mécanique et la force motrice pour commander un aéronef. Des informations sur son état (position, vitesse, orientation, etc.) ainsi que sur son environnement (proximité des obstacles, force du vent, cible recherchée, etc.) sont également nécessaires pour le piloter .
Les capteurs inertiels
Ces capteurs sont utilisés pour positionner l’UAV. On peut citer l’accéléromètre, le gyromètre et le magnétomètre.
❖ L’accéléromètre permet de mesurer l’accélération spécifique subie par l’aéronef dans un repère mobile. Etant donné qu’il y a 03 axes dans le repère, il faut embarquer 03 accéléromètres. Ils peuvent être également utilisés pour la mesure de la vitesse et la position du véhicule par intégration de l’accélération. Cependant, ces estimations sont imprécises, et nécessite parfois l’utilisation de capteurs plus performants et donc plus chers comme le GPS.
❖ Le gyromètre fournit la mesure de la vitesse de rotation autour d’un axe. Pour un drone, il suffit d’utiliser trois gyromètres pour mesurer la vitesse de rotation sur les 03 axes du repère mobile. Ces capteurs utilisent l’effet gyroscopique pour obtenir ces mesures.
❖ Le magnétomètre sert principalement à mesurer le champ magnétique terrestre. En indiquant le Nord magnétique, il est possible de contrôler le cap d’un véhicule aérien.
Ces capteurs présentent l’inconvénient majeur d’être facilement perturbés par des éléments magnétiques.
Il existe actuellement beaucoup de technologies commercialisées qui intègrent en même temps plusieurs capteurs inertiels de différente nature, formant ainsi c’est ce qu’on appelle une centrale inertielle. Pour les applications robotique, la technologie MEMS ou Micro ElectroMechanical Systems est la plus utilisée, du fait que les capteurs sont simples, petits et moins coûteux, autrement dit, très pratiques pour les systèmes embarqués.
Le GPS
Le GPS est utilisé pour localiser des véhicules terrestres, des navires, des aéronefs, des missiles et même des satellites évoluant en orbite basse. Il donne une mesure absolue de la position et de la vitesse d’un engin. Pour obtenir de meilleures précisions, on utilise le mode de positionnement relatif, c’est-à-dire la position d’un récepteur GPS par rapport à un autre. Dans un système drone, l’un est embarqué à bord et l’autre se trouve sur la station au sol.
Le télémètre
Le télémètre est un capteur actif permettant de mesurer la distance avec un objet. Différents signaux (laser, ultrasons, ondes radios) peuvent être utilisés pour cela. Le principe est de transmettre un signal à l’objet qui le renvoie par réflexion (effet Doppler). En le plaçant sur une plateforme tournante, le télémètre est utilisé pour éviter des obstacles ou pour localiser des objets.
Les caméras
La miniaturisation des caméras ces dernières années permet aujourd’hui de les embarquer sur des véhicules de petite taille. Elles sont légères et peu onéreuses. L’utilisation de caméras permet d’obtenir des mesures relatives aux objets observés. Il est très pratique d’embarquer plusieurs caméras (optique et infrarouge). Certaines sont utilisées pour la navigation pour détecter les informations sur l’environnement qui entoure l’aéronef et d’autres pour la mission proprement dit.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : LES EXPLOITATIONS CIVILES DES DRONES
I-1 GENERALITE SUR LE SYSTEME DRONE
I-1-1 Principe de fonctionnement
a- La station de commande
b- Le drone
I-1-2 Classification des drones
a- Classification selon le type de voilure
b- Classification selon les spécificités
I-1-3 Les charges utiles
a- Les capteurs et les équipements de mission
b- Le Data Processing and Control (DPC)
c- Le module de communication
d- Le système d’alimentation
I-2 LES APPLICATIONS CIVILES POTENTIELLES
I-2-1 Surveillance d’urgence
a- Surveillance des feux de forêts
b- Soutien aux opérations d’aides humanitaires
c- Recherche et sauvetage en mer
I-2-2 Surveillance civile
a- Surveillance et contrôle maritimes
b- Lutte antiacridienne
I-2-3 Lutte contre le vol des bœufs
I-3 LES CONTRAINTES D’EXPLOITATION
I-3-1 Contraintes juridiques
a- La convention de Chicago
b- Le code de l’aviation civile malgache
I-3-2 Contraintes financières
a- La formation des pilotes
b- L’étendue des zones d’opération
I-3-3 Contraintes technologiques
a- Problématique de base
b- Manque des équipements dans les laboratoires de recherche
c- Complexité du système souhaité
I-4 LE MINIDRONE QUADRIROTOR
I-4-1 Les spécifications des besoins pour Madagascar
I-4-2 Le minidrone quadrirotor et ses modes de déplacements
a- Mouvements verticaux
b- Mouvements horizontaux
c- Vol stationnaire
CHAPITRE 2 : ETAT DE L’ART POUR LA MISE EN ŒUVRE D’UN SYSTEME DRONE UTILISE DANS LA PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT
II-1 SPECIFICITES DE LA MISSION
II-1-1 Mise au point sur la dégradation de l’environnement
a- Les causes
b- Les conséquences
c- Analyses et synthèses
II-1-2 Choix des équipements embarqués
a- Caméra
b- GPS et centrale inertielle
c- Moteurs
d- Système d’alimentation
II-2 PROCESSUS DE MISE EN ŒUVRE DU SYSTEME
II-2-1 Descriptions du système drone utilisé
a- Station au sol
b- Le minidrone quadrirotor
II-2-2 Système de communication
a- Les données à transmettre
b- Traitements de données
CHAPITRE 3 : REFLEXION SUR LA COMMANDE ET LE PILOTAGE DU MINIDRONE
III-1 PRESENTATION DU PROTOTYPE DE DRONE
III-1-1 Etat de l’art sur la recherche de la structure adéquate
a- Architecture globale
b- Envergure
c- Hauteur
III-1-2 Présentation du prototype sous différentes vues
III-2 MODELISATION MATHEMATIQUE DES DYNAMIQUES DE VOL
III-2-1 Repères
a- Le repère de navigation
b- Le repère engin
III-2-2 Mouvements
a- Forces et moments
b- Dynamiques de vol
III-2-3 Descriptions des paramètres aérodynamiques
a- Motorisation
b- Paramètres aérodynamiques
III-2-4 Synthèses des commandes de vol
a- Codage des signaux de commandes
b- Asservissement du système
III-3 MODELISATION DU SYSTEME DE COMMUNICATION
III-3-1 L’interface homme machine
a- Rôles
b- Les données à transmettre
c- Présentation de l’interface
III-3-2 Paramétrage du transmetteur
a- Choix de la norme
b- Paramètres pour les modulations
c- Affaiblissement lié à la transmission
CHAPITRE 4 : MODELISATION D’UN SYSTEME D’ALIMENTATION EMBARQUE A ENERGIE SOLAIRE
CONCLUSION
