FR3042047A1 - METHOD AND DEVICE FOR DISPLAYING AN AIRCRAFT OF A SYNTHETIC IMAGE OF THE EXTERNAL ENVIRONMENT OF THE AIRCRAFT. - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR DISPLAYING AN AIRCRAFT OF A SYNTHETIC IMAGE OF THE EXTERNAL ENVIRONMENT OF THE AIRCRAFT. Download PDFInfo
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Abstract
- Procédé et dispositif d'affichage sur un aéronef d'une image synthétique de l'environnement externe de l'aéronef. - Le dispositif d'affichage (1) comporte une unité (6) pour recevoir des données d'état de l'aéronef lors d'une approche notamment de précision, une base de données de terrain (4), une unité de génération (10) pour générer une image synthétique, à partir de données d'état reçues et d'informations géographiques extraites de la base de données de terrain (4), en utilisant au moins une position courante de l'aéronef, et une unité d'affichage (13) pour afficher l'image synthétique sur au moins un écran (14) de l'aéronef, l'unité de génération (10) étant configurée pour générer l'image synthétique, à partir d'une position courante dépendant au moins d'une position de l'aéronef issue au moins d'un système de positionnement par satellites et, si disponibles, de déviations issues d'un système d'aide à une approche de précision.- Method and device for displaying on an aircraft a synthetic image of the external environment of the aircraft. - The display device (1) comprises a unit (6) for receiving aircraft state data during a particular precision approach, a terrain database (4), a generation unit ( 10) for generating a synthetic image, from received state data and geographic information extracted from the terrain database (4), using at least one current position of the aircraft, and a unit of display (13) for displaying the synthetic image on at least one screen (14) of the aircraft, the generating unit (10) being configured to generate the synthetic image, from a current position dependent at least a position of the aircraft derived from at least one satellite positioning system and, if available, deviations from a precision approach assist system.
Description
DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA
La présente invention concerne un procédé et un dispositif d’affichage sur un aéronef d’une image synthétique de l’environnement externe de l’aéronef, au moins lors d’une approche de précision en vue d’un atterrissage sur une piste d’atterrissage d’un aéroport.The present invention relates to a method and a device for displaying on an aircraft a synthetic image of the external environment of the aircraft, at least during a precision approach for landing on a runway. landing of an airport.
Bien que non exclusivement, la présente invention s’applique plus particulièrement à l’affichage d’une image synthétique sur une unité d’affichage de type CDS (« Cockpit Display System >> en anglais), de préférence tête basse, d’un poste de pilotage d’un aéronef, en particulier d’un avion de transport.Although not exclusively, the present invention applies more particularly to the display of a synthetic image on a display unit of the CDS ("Cockpit Display System") type, preferably a low head, of a cockpit of an aircraft, in particular of a transport aircraft.
ÉTAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
On sait qu’une représentation synthétique de type SVS (« Synthetic Vision System >> en anglais) sur un afficheur primaire de vol, de type PFD (« Primary Flight Display >> en anglais), doit satisfaire différentes obligations. L’une d’entre elles est la précision de la position de la piste dans la scène SVS lors d’approches de précision (ILS/GLS).It is known that a synthetic representation of type SVS ("Synthetic Vision System") on a primary flight display, type PFD ("Primary Flight Display" in English), must meet different obligations. One of them is the precision of the position of the track in the SVS scene during precision approaches (ILS / GLS).
On sait également qu’une fonction ILS (« Instrument Landing System >> en anglais) est un élément d’un système d’approche de précision et d’atterrissage, qui est basé sur la mesure de signaux de modulation reçus de postes au sol de type « Localizer >> (VHF) et « Glide >> (UHF) précisés ci-dessous. La fonction ILS permet à l’aéronef de réaliser des opérations jusqu’à des minima de catégorie INB, durant des procédures à conditions de visibilité réduites, de type LVP (« Low Visibility Procedures >> en anglais).It is also known that an ILS ("Instrument Landing System") function is an element of a precision approach and landing system, which is based on the measurement of modulation signals received from ground stations. "Localizer" (VHF) and "Glide" (UHF) type specified below. The ILS function allows the aircraft to perform operations up to INB category minima, during reduced visibility procedures, of LVP (Low Visibility Procedures) type.
On sait en outre qu’une fonction GLS (pour « GBAS Landing System >> en anglais) permet des approches de précision utilisant une interface homme/machine unique, aussi proche que possible du système ILS pour l’affichage, le guidage et les alarmes.It is furthermore known that a GLS function (for GBAS Landing System) allows precision approaches using a single human / machine interface, as close as possible to the ILS system for display, guidance and alarms. .
Ce système comporte une station GBAS sol et une unité embarquée qui reçoit et utilise les signaux GBAS sol, en plus d’informations de position GNSS, pour guider l’aéronef.The system includes a ground GBAS station and an onboard unit that receives and uses ground GBAS signals, in addition to GNSS position information, to guide the aircraft.
On sait en outre qu’une fonction SLS (« Satellite Landing System >> en anglais) permet des approches dite RNAV avec minima LPV (« Localizer Performance with Vertical Guidance >> en anglais) qui peuvent aller jusqu’au minimum de catégorie I (200 pieds d’altitude de décision et 550 m de RVR (« Runway Visual Range >> en anglais) utilisant une interface homme/machine unique, aussi proche que possible du système ILS pour l’affichage, le guidage et les alarmes.It is also known that a SLS ("Satellite Landing System") function allows so-called RNAV approaches with LPV minima ("Localizer Performance with Vertical Guidance") that can go up to the minimum category I ( 200 feet of decision altitude and 550 m RVR (Runway Visual Range) using a single human-machine interface, as close as possible to the ILS system for display, guidance and alarms.
Ce système comporte une constellation dite SBAS (« Satellite Based Augmentation System >> en anglais) standardisée à l’OACI (Organisation de l’Aviation Civile Internationale) et une unité embarquée qui reçoit et utilise les signaux SBAS d’un ou de plusieurs satellites géostationnaires, en plus d’informations de position GNSS (« Global Navigation Satellite System >> en anglais comme GPS, Galileo, Glonass ou Beidou) pour guider l’aéronef.This system includes a so-called Satellite Based Augmentation System (SBAS) constellation standardized to ICAO (International Civil Aviation Organization) and an onboard unit that receives and uses SBAS signals from one or more satellites. geostationary, in addition to position information GNSS ("Global Navigation Satellite System" in English as GPS, Galileo, Glonass or Beidou) to guide the aircraft.
Durant les approches de précision, les déviations affichées sur l’écran PFD sont indépendantes de la position de l’aéronef, calculée par la navigation (basée sur un système GPS usuel ou un système GPS à performance augmentée si disponible) et utilisée pour générer la scène synthétique dans un dispositif d’affichage de type SVS usuel.During precision approaches, the deflections displayed on the PFD screen are independent of the aircraft's position, calculated by navigation (based on a standard GPS system or an augmented-performance GPS system if available) and used to generate the synthetic scene in a conventional SVS display device.
Lorsque l’aéroport n’est pas localisé dans une zone offrant une performance GPS augmentée (avec un système SBAS standardisé à l’OACI, par exemple en Amérique du Nord avec le système WAAS ou en Europe avec le système EGNOS), la précision d’un système GPS de base n’est généralement pas suffisante pour garantir une parfaite cohérence entre la scène SVS et les déviations d’approches de précision,When the airport is not located in an area with enhanced GPS performance (with a standardized SBAS system at ICAO, for example in North America with the WAAS system or in Europe with the EGNOS system), the accuracy of a basic GPS system is generally not sufficient to guarantee a perfect coherence between the SVS scene and the deviations of precision approaches,
EXPOSÉ DE L’INVENTIONSTATEMENT OF THE INVENTION
La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient. Elle concerne un procédé d’affichage sur un aéronef d’une image synthétique de l’environnement externe de l’aéronef au moins lors d’une approche de précision, ledit procédé comprenant : - une étape de réception automatique, en temps réel, de données d’état de l’aéronef lors de l’approche ; - une étape d’extraction automatique, en temps réel, d’une base de données de terrain, d’informations géographiques relatives à un terrain survolé par l’aéronef ; - une étape de génération automatique, en temps réel, d’une image synthétique, à partir de données d’état reçues et d’informations géographiques extraites, en utilisant au moins une position courante de l’aéronef ; et - une étape d’affichage automatique, en temps réel, de ladite image synthétique sur au moins un écran de l’aéronef.The present invention aims to overcome this disadvantage. It relates to a method of displaying on an aircraft a synthetic image of the external environment of the aircraft at least during a precision approach, said method comprising: a step of automatic reception, in real time, of aircraft condition data on approach; a step of automatic extraction, in real time, of a terrain database, of geographical information relating to a terrain overflown by the aircraft; a step of automatic generation, in real time, of a synthetic image, based on received state data and extracted geographic information, using at least one current position of the aircraft; and a step of automatically displaying, in real time, said synthetic image on at least one screen of the aircraft.
Selon l’invention, l’étape de génération consiste à générer l’image synthétique, à partir d’une position courante dépendant au moins d’une position de l’aéronef issue au moins d’un système de positionnement par satellites et, si disponibles, de déviations issues d’un système d’aide à une approche de précision.According to the invention, the generation step consists in generating the synthetic image, starting from a current position depending at least on a position of the aircraft coming from at least one satellite positioning system and, if available, deviations from a system of assistance to a precision approach.
Ainsi, grâce à l’invention, on génère une image synthétique de type SVS (comprenant une piste destinée à un atterrissage) à partir d’une position mélangeant des données GPS (« Global Positioning System >> en anglais) et des déviations d’approche de précision, ainsi qu’éventuellement des données inertielles 1RS (« Inertial Reference System » en anglais) comme précisé ci-dessous. Ce procédé permet de garantir une cohérence entre la représentation de la piste et les déviations affichées, et ceci même avec un GPS de base uniquement, et ainsi d’éviter des remises de gaz non justifiées.Thus, thanks to the invention, a synthetic SVS-type image (including a landing track) is generated from a position mixing GPS data ("Global Positioning System") and deviations from precision approach, as well as possibly inertial reference system (1RS) data ("Inertial Reference System") as specified below. This method makes it possible to guarantee coherence between the representation of the track and the displayed deviations, and this even with a basic GPS only, and thus to avoid unjustified release of gas.
Dans un premier mode de réalisation, l’étape de génération utilise, pour générer l’image synthétique, une position courante de l’aéronef, comprenant comme coordonnées longitudinale, latérale et verticale, respectivement : - lorsque l’aéronef est situé en dehors d’une couverture du système d’aide à une approche de précision, dit système ILS, des premières positions longitudinale, latérale et verticale issues au moins du système de positionnement par satellites ; et - lorsque l’aéronef est situé dans la couverture du système ILS, une première position longitudinale issue du système de positionnement par satellites et des secondes positions latérale et verticale dérivées de déviations issues du système ILS.In a first embodiment, the generating step uses, to generate the synthetic image, a current position of the aircraft, comprising as longitudinal, lateral and vertical coordinates, respectively: when the aircraft is located outside the aircraft, a cover of the precision approach assist system, called ILS system, of the first longitudinal, lateral and vertical positions from at least the satellite positioning system; and when the aircraft is located in the cover of the ILS system, a first longitudinal position resulting from the satellite positioning system and second lateral and vertical positions derived from deviations from the ILS system.
En outre, dans un second mode de réalisation, l’étape de génération utilise, pour générer l’image synthétique, une position courante de l’aéronef, comprenant comme coordonnées longitudinale, latérale et verticale, respectivement : - lorsque l’aéronef est situé dans la couverture du système ILS : • une première position longitudinale issue au moins du système de positionnement par satellites ; • une position latérale définie à partir d’une première position latérale, ladite première position latérale étant issue au moins du système de positionnement par satellites et étant corrigée par un filtre passe-bas de la différence entre cette première position latérale et une seconde position latérale dérivée de déviations issues du système ILS ; et • une position verticale définie à partir d’une première position verticale, ladite première position verticale étant issue au moins du système de positionnement par satellites et étant corrigée par un filtre passe-bas de la différence entre cette première position verticale et une seconde position verticale dérivée de déviations issues du système ILS ; et - lorsque l’aéronef est situé en dehors de la couverture du système ILS, des premières positions longitudinale, latérale et verticale issues au moins du système de positionnement par satellites.In addition, in a second embodiment, the generating step uses, for generating the synthetic image, a current position of the aircraft, comprising as longitudinal, lateral and vertical coordinates, respectively: when the aircraft is located in the ILS coverage: • a first longitudinal position from at least the satellite positioning system; A lateral position defined from a first lateral position, said first lateral position being issued at least from the satellite positioning system and being corrected by a low-pass filter of the difference between this first lateral position and a second lateral position; derived from deviations from the ILS system; and a vertical position defined from a first vertical position, said first vertical position being derived from at least one satellite positioning system and being corrected by a low pass filter of the difference between said first vertical position and a second position. vertical derived from deviations from the ILS system; and when the aircraft is located outside the coverage of the ILS system, first longitudinal, lateral and vertical positions from at least the satellite positioning system.
Par ailleurs, avantageusement, les premières positions longitudinale, latérale et verticale correspondent à l’un des ensembles de positions suivantes : - des positions longitudinale, latérale et verticale issues uniquement du système de positionnement par satellites ; - des positions longitudinale, latérale et verticale déterminées par la combinaison de données issues du système de positionnement par satellites et de données issues d’un système de références inertielles de l’aéronef.Furthermore, advantageously, the first longitudinal, lateral and vertical positions correspond to one of the following sets of positions: longitudinal, lateral and vertical positions derived solely from the satellite positioning system; - Longitudinal, lateral and vertical positions determined by the combination of data from the satellite positioning system and data from an inertial reference system of the aircraft.
Par ailleurs, de façon avantageuse, l’étape de génération comprend une sous-étape de calcul consistant à calculer la seconde position latérale YILS à l’aide de l’expression suivante : YILS = tan (-LOCdevdeg)x (-X,+(LRWY-L\) + Dl) dans laquelle : - tan représente la tangente ; - LOCdevdeg représente une valeur de déviation angulaire latérale ; - xl est la première position longitudinale issue du système de positionnement par satellites (distance au seuil de piste qui est, par convention, inférieure à 0 avant le seuil de piste) ; - lrwy représente la longueur d’une piste d’atterrissage, vers laquelle est mise en œuvre l’approche de l’aéronef ; - L1 représente la distance entre le seuil de la piste et une extrémité amont de la piste ; - D1 est une distance longitudinale entre une position d’une antenne d’un système de guidage horizontal du système ILS et l’extrémité amont de la piste.Furthermore, advantageously, the generation step comprises a calculation sub-step of calculating the second YILS lateral position using the following expression: YILS = tan (-LOCdevdeg) x (-X, + (LRWY-L \) + Dl) in which: tan represents the tangent; LOCdevdeg represents a value of lateral angular deflection; xl is the first longitudinal position resulting from the satellite positioning system (distance to the threshold of the runway which is, by convention, less than 0 before the runway threshold); - lrwy represents the length of an airstrip, towards which the approach of the aircraft is implemented; L1 represents the distance between the threshold of the track and an upstream end of the track; D1 is a longitudinal distance between a position of an antenna of a horizontal guidance system of the ILS system and the upstream end of the track.
Dans ce cas, avantageusement, la valeur de déviation latérale LOCdevâtg vérifie l’expression suivante :In this case, advantageously, the value of lateral deviation LOCdevatg verifies the following expression:
dans laquelle : - LOCdev est une déviation latérale issue du système ILS ; - arctan est l’arc tangente ; - D2est une distance latérale, au niveau d’une extrémité aval de la piste, d’un angle d’ouverture maximal de ladite antenne ; et - D3 illustre une marge possible sur ledit angle d’ouverture, exprimée en différence de taux de modulation.in which: LOCdev is a lateral deviation from the ILS system; - arctan is the tangent arc; D 2 is a lateral distance, at a downstream end of the track, of a maximum opening angle of said antenna; and - D3 illustrates a possible margin on said opening angle, expressed as a difference in modulation ratio.
En outre, de façon avantageuse, l’étape de génération comprend une sous-étape de calcul consistant à calculer la seconde position verticale Z[LS à l’aide de l’expression suivante : ZILS = Vdn(ST)x(-X,) dans laquelle : - tan représente la tangente ; - ST représente une valeur de site ; et - Xj est la première position longitudinale issue du système de positionnement par satellites.Furthermore, advantageously, the generation step comprises a sub-calculation step of calculating the second vertical position Z [LS using the following expression: ZILS = Vdn (ST) x (-X, ) in which: tan represents the tangent; - ST represents a site value; and Xj is the first longitudinal position derived from the satellite positioning system.
Dans ce cas, avantageusement, la valeur de site ST vérifie l’expression suivante :In this case, advantageously, the site value ST verifies the following expression:
dans laquelle : - F est une valeur d’angle de pente d’une approche finale ; et - Gdev est une déviation angulaire verticale issue du système ILS.wherein: - F is a slope angle value of a final approach; and - Gdev is a vertical angular deviation from the ILS system.
La présente invention concerne également un dispositif d’affichage sur un aéronef d’une image synthétique de l’environnement externe de l’aéronef au moins lors d’une approche de précision, ledit dispositif comportant : - une unité de réception configurée pour recevoir automatiquement, en temps réel, des données d’état de l’aéronef lors de l’approche ; - une base de données de terrain contenant des informations géographiques relatives à au moins un terrain ; - une unité d’extraction configurée pour extraire automatiquement, en temps réel, de la base de données de terrain des informations géographiques relatives à un terrain survolé par l’aéronef ; - une unité de génération configurée pour générer automatiquement, en temps réel, une image synthétique, à partir de données d’état reçues et d’informations géographiques extraites, en utilisant au moins une position courante de l’aéronef ; etThe present invention also relates to a display device on an aircraft of a synthetic image of the external environment of the aircraft at least during a precision approach, said device comprising: a receiving unit configured to receive automatically in real time, aircraft status data during the approach; a field database containing geographic information relating to at least one field; an extraction unit configured to automatically extract, in real time, from the terrain database geographical information relating to a terrain overflown by the aircraft; a generation unit configured to automatically generate, in real time, a synthetic image, based on received state data and extracted geographic information, using at least one current position of the aircraft; and
- une unité d’affichage configurée pour afficher automatiquement, en temps réel, l’image synthétique sur au moins un écran de l’aéronef.a display unit configured to automatically display, in real time, the synthetic image on at least one screen of the aircraft.
Selon l’invention, l’unité de génération est configurée pour générer l’image synthétique, à partir d’une position courante dépendant au moins d’une position de l’aéronef issue au moins d’un système de positionnement par satellites et, si disponibles, de déviations issues d’un système d’aide à une approche de précision.According to the invention, the generation unit is configured to generate the synthetic image, from a current position depending at least on a position of the aircraft coming from at least one satellite positioning system and, if available, deviations from an aid system to a precision approach.
Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif d’affichage comporte un ensemble de génération de données comprenant au moins un récepteur associé au système de positionnement par satellites et au moins un récepteur associé au système d’aide à l’approche de précision.In a preferred embodiment, the display device comprises a data generation assembly comprising at least one receiver associated with the satellite positioning system and at least one receiver associated with the precision approach assist system.
En outre, dans un mode de réalisation particulier, l’ensemble de génération de données comprend un système de références inertielles de l’aéronef.In addition, in a particular embodiment, the data generation assembly comprises an inertial reference system of the aircraft.
La présente invention concerne en outre un aéronef, en particulier un avion de transport, qui est pourvu d’un dispositif d’affichage tel que celui spécifié ci-dessus.The present invention further relates to an aircraft, in particular a transport aircraft, which is provided with a display device such as that specified above.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Plus particulièrement : - la figure 1 est le schéma synoptique d'un mode de réalisation particulier d’un dispositif d’affichage selon l’invention ; - la figure 2 montre schématiquement une piste d’atterrissage, sur laquelle un aéronef équipé du dispositif d’affichage envisage d’atterrir ; - la figure 3 est une vue schématique d’un plan horizontal contenant une piste d’atterrissage utilisée pour l’atterrissage, permettant d’expliquer le calcul d’une position latérale de l’aéronef ; - la figure 4 est une vue schématique d’un plan vertical contenant une piste d’atterrissage utilisée pour l’atterrissage, permettant d’expliquer le calcul d’une position verticale de l’aéronef ; et - la figure 5 montre un exemple d’affichage susceptible d’être réalisé par le dispositif d’affichage.The appended figures will make it clear how the invention can be realized. In these figures, identical references designate similar elements. More particularly: FIG. 1 is the block diagram of a particular embodiment of a display device according to the invention; - Figure 2 schematically shows a landing strip, on which an aircraft equipped with the display device plans to land; - Figure 3 is a schematic view of a horizontal plane containing a landing strip used for landing, to explain the calculation of a lateral position of the aircraft; - Figure 4 is a schematic view of a vertical plane containing a landing strip used for landing, to explain the calculation of a vertical position of the aircraft; and FIG. 5 shows an example of a display that can be produced by the display device.
DESCRIPTION DÉTAILLÉEDETAILED DESCRIPTION
Le dispositif 1 représenté schématiquement sur la figure 1 et permettant d’illustrer l’invention, est un dispositif d’affichage pour afficher, automatiquement et en temps réel, sur un aéronef AC (figure 4), une image synthétique de l’environnement externe de l’aéronef AC à l’avant de ce dernier, au moins lors d’une approche de précision.The device 1 shown diagrammatically in FIG. 1 and making it possible to illustrate the invention, is a display device for displaying, automatically and in real time, on an aircraft AC (FIG. 4), a synthetic image of the external environment. of the AC aircraft at the front of the latter, at least during a precision approach.
Ce dispositif 1 est utilisé lors de l’approche et de l’atterrissage de l’aéronef AC, en particulier un avion de transport, sur une piste 2 (figures 2 et 3) d’un aéroport.This device 1 is used during the approach and landing of the AC aircraft, in particular a transport aircraft, on a runway 2 (FIGS. 2 and 3) of an airport.
Le dispositif 1 qui est embarqué sur l’aéronef, comporte notamment, comme représenté sur la figure 1 : - un ensemble 3 de systèmes de génération de données relatives à l’aéronef, précisé ci-dessous ; - une base de données de terrain 4 (« TERRAIN DATA BASE >> en anglais) contenant des informations géographiques relatives à au moins un terrain destiné à être survolé par l’aéronef ; - une unité centrale 5 comprenant : • une unité de réception 6 (« RECEPTION UNIT >> en anglais) configurée pour recevoir automatiquement, en temps réel, des données d’état de l’aéronef de l’ensemble 3 via une liaison 7, lors d’une approche, notamment de précision ; • une unité d’extraction 8 (« EXTRACTION UNIT >> en anglais) configurée pour extraire automatiquement, en temps réel, de la base de données de terrain 4 (via une liaison 9), des informations géographiques relatives au terrain survolé par l’aéronef ; et • une unité de génération 10 (« SVS GENERATION UNIT >> en anglais) configurée pour générer automatiquement, en temps réel, une image synthétique, à partir de données d’état reçues de l’unité de réception 6 par l’intermédiaire d’une liaison 11 et d’informations géographiques extraites, reçues de l’unité d’extraction 8 par l’intermédiaire d’une liaison 12, en utilisant pour cela au moins une position courante de l’aéronef ; et - une unité d’affichage 13 comprenant au moins un écran 14 (« SCREEN >> en anglais), par exemple un écran de visualisation de paramètres primaires de vol de type PFD (« Primary Flight Display >> en anglais), l’unité d’affichage 13 étant configurée pour afficher automatiquement, en temps réel, l’image synthétique (reçue via une liaison 15) sur l’écran 13, en la mélangeant éventuellement avec d’autres couches. L’unité d’affichage 13, par exemple de type CDS (« Cockpit Display System >> en anglais), est donc configurée pour afficher sur l’écran 14 une couche de terrain contenant l’image synthétique, ainsi qu’éventuellement une ou plusieurs couches supplémentaires, telles qu’une symbologie.The device 1 which is embarked on the aircraft, includes, as shown in Figure 1: - a set of 3 data generating systems relating to the aircraft, specified below; a terrain database 4 ("TERRAIN DATA BASE") containing geographic information relating to at least one terrain intended to be overflown by the aircraft; a central unit 5 comprising: a reception unit 6 (RECEPTION UNIT) configured to automatically receive real-time status data from the aircraft of the assembly 3 via a link 7, during an approach, including precision; An extraction unit 8 ("EXTRACTION UNIT" in English) configured to automatically extract, in real time, from the terrain database 4 (via a link 9), geographical information relating to the terrain overflown by the aircraft; and a generation unit (SVS GENERATION UNIT) configured to automatically generate, in real time, a synthetic image, from status data received from the reception unit 6 via a link 11 and extracted geographical information received from the extraction unit 8 via a link 12, using for this at least one current position of the aircraft; and a display unit 13 comprising at least one screen 14 ("SCREEN" in English), for example a display screen for primary flight parameters of the PFD type ("Primary Flight Display" in English), display unit 13 being configured to automatically display, in real time, the synthetic image (received via a link 15) on the screen 13, possibly mixing it with other layers. The display unit 13, for example of the CDS ("Cockpit Display System") type, is therefore configured to display on the screen 14 a layer of terrain containing the synthetic image, as well as possibly one or several additional layers, such as symbology.
Dans un mode de réalisation préféré, l’ensemble 3 de génération de données comporte les moyens embarqués suivants : - au moins un récepteur 16 usuel associé à un système de positionnement par satellites, de préférence de type GPS (« Global Positioning System >> en anglais). On utilisera ci-après l’expression « système GPS >> pour le système de positionnement par satellites, même s’il peut être d’un autre type tel que Galileo ou Glonass ou Beidou par exemple ; - un ensemble 17 de récepteurs 18 et 19 associés à un système d’aide à l’approche de précision de type ILS (« Instrument Landing System >> en anglais), à savoir au moins un récepteur 18 associé à un système de guidage horizontal de type LOCALIZER et au moins un récepteur 19 associé à un système de guidage vertical de type GLIDE du système d’aide à l’approche de précision. On utilisera ci-après l’expression « système ILS >> pour le système d’aide à l’approche de précision, même s’il peut être d’un autre type tel que GLS ou SLS par exemple ; et - un système 20 de références inertielles et de données air de l’aéronef, par exemple de type ADIRS (« Air Data and Inertial Reference System >> en anglais).In a preferred embodiment, the data generation assembly 3 comprises the following on-board means: at least one usual receiver 16 associated with a satellite positioning system, preferably of the GPS ("Global Positioning System") type, English). The term "GPS system" will be used hereinafter for the satellite positioning system, although it may be of another type such as Galileo or Glonass or Beidou for example; a set 17 of receivers 18 and 19 associated with an ILS (Instrument Landing System) precision approach aid system, ie at least one receiver 18 associated with a horizontal guidance system LOCALIZER type and at least one receiver 19 associated with a GLIDE type vertical guidance system of the precision approach assist system. The expression "ILS system" for the precision approach aid system will be used hereinafter, although it may be of another type such as GLS or SLS for example; and a system 20 of inertial references and air data of the aircraft, for example of the ADIRS type ("Air Data and Inertial Reference System" in English).
Le système ILS est donc un système automatique d’aide à l’atterrissage qui permet une approche de précision compatible avec des conditions météorologiques dégradées, en offrant un guidage dans les plans vertical et horizontal.The ILS system is therefore an automatic landing aid system that allows a precision approach compatible with degraded weather conditions, providing guidance in the vertical and horizontal planes.
Le système ILS comprend : - un système de guidage horizontal (ou radioalignement de piste) de type LOCALIZER (ci-après « système LOC >>) ; et - un système de guidage vertical (ou radioalignement de descente) de type GLIDE (ci-après « système glide >>).The ILS system comprises: - a LOCALIZER-type horizontal guidance system (hereinafter "LOC system"); and a GLIDE-type vertical guidance system (or "glide-down" system) (hereinafter "glide system").
Le système LOC fournit les informations de guidage dans le plan horizontal. Ce dernier émet, grâce à un réseau d’antennes directrices 21 situées dans le prolongement de la piste 2, un faisceau radioélectrique 22 permettant de fournir une indication d’écart horizontal par rapport à l’axe 2A de la piste 2, comme représenté sur la figure 3.The LOC system provides guidance information in the horizontal plane. The latter transmits, through a network of directional antennas 21 located in the extension of the track 2, a radio beam 22 to provide an indication of horizontal deviation from the axis 2A of the track 2, as shown on Figure 3.
Plus précisément, le système LOC comprend deux antennes directives, présentant des faisceaux très étroits, situées de part et d’autre de la piste et qui émettent, dans le prolongement de son axe, des signaux modulés en amplitude à des fréquences différentes. L’antenne située sur un côté de la piste rayonne une porteuse modulée par un signal de 150 Hz, et l’antenne située sur l’autre côté émet une autre porteuse, modulée par un signal de 90 Hz. Le récepteur 18 (figure 1) reçoit ainsi de l’énergie des deux antennes, et le champ électromagnétique combiné par l’aéronef possède les deux amplitudes de modulation du signal de 150Hz et du signal de 90Hz. On utilise un paramètre DDM qui représente la différence du taux de modulation (entre les signaux à 90Hz et 150Hz) par rapport à l’amplitude de la porteuse.Specifically, the LOC system comprises two directional antennas, having very narrow beams, located on either side of the track and emitting, in the extension of its axis, amplitude modulated signals at different frequencies. The antenna on one side of the track radiates a carrier modulated by a signal of 150 Hz, and the antenna on the other side emits another carrier, modulated by a signal of 90 Hz. The receiver 18 (Figure 1 ) thus receives energy from the two antennas, and the combined electromagnetic field by the aircraft has the two amplitudes of modulation of the signal of 150 Hz and the signal of 90 Hz. A DDM parameter is used which represents the difference of the modulation rate (between the signals at 90Hz and 150Hz) relative to the amplitude of the carrier.
En outre, le système glide fournit au pilote une information d'écart par rapport à un plan de descente. Il émet des faisceaux radioélectriques dans le prolongement de l’axe de piste permettant de fournir une indication d’écart vertical par rapport à une pente de descente nominale.In addition, the glide system provides the pilot with information of deviation from a descent plane. It emits radio beams in the extension of the runway axis to provide an indication of vertical deviation from a nominal descent slope.
Selon l’invention, l’unité de génération 10 comporte, comme représenté sur la figure 1, au moins une unité de calcul 21 A, 21B (« COMPUTATION UNIT >> en anglais) qui détermine une position courante dépendant au moins d’une position de l’aéronef issue au moins du système GPS et, si disponibles, de déviations issues du système ILS, cette position courante étant utilisée de façon usuelle par l’unité de génération 10 pour générer l’image synthétique.According to the invention, the generation unit 10 comprises, as represented in FIG. 1, at least one calculation unit 21A, 21B ("COMPUTATION UNIT" in English) which determines a current position depending at least on a position of the aircraft from at least the GPS system and, if available, deviations from the ILS system, this current position being used in the usual way by the generation unit 10 to generate the synthetic image.
Ainsi, l’unité de génération 10 (qui est pourvue d’un générateur graphique) génère une image synthétique de type SVS (comprenant une piste destinée à un atterrissage) à partir d’une position tenant compte de données GPS (« Global Positioning System >> en anglais) et de déviations d’approche de précision, et éventuellement de données inertielles 1RS (« Inertial Reference System >> en anglais) comme précisé ci-dessous. Ceci permet de garantir une cohérence entre la représentation de la piste sur l’écran 14 et les déviations affichées sur l’écran 14, et ceci même avec un système GPS de base uniquement. L’unité de génération 10 génère donc, de façon usuelle, l’image synthétique en prenant en compte une position courante de l’aéronef.Thus, the generation unit 10 (which is provided with a graphic generator) generates an SVS-type synthetic image (including a landing track) from a position taking into account GPS data ("Global Positioning System"). >> in English) and precision approach deviations, and possibly inertial reference system (1RS) data as specified below. This ensures a consistency between the representation of the track on the screen 14 and the deviations displayed on the screen 14, and this even with a basic GPS system only. The generation unit 10 thus generates, in the usual way, the synthetic image by taking into account a current position of the aircraft.
Dans un premier mode de réalisation, l’unité de génération 10 utilise, pour générer l’image synthétique, une position de l’aéronef, déterminée par l’unité de calcul 21 A.In a first embodiment, the generation unit 10 uses, for generating the synthetic image, a position of the aircraft, determined by the calculation unit 21 A.
Dans ce premier mode de réalisation, l’unité de calcul 21A détermine comme coordonnées longitudinale, latérale et verticale de la position courante de l’aéronef, respectivement : - des premières positions longitudinale latérale Yx et verticale zx issues au moins du système GPS lorsque l’aéronef est situé en dehors d’une couverture du système ILS ; et - une première position longitudinale issue du système GPS et des secondes positions latérale Y!LS et verticale Z[LS dérivées de déviations issues du système ILS, comme précisé ci-après, lorsque l’aéronef est situé dans la couverture du système ILS (c’est-à-dire qu’il reçoit les signaux du système ILS).In this first embodiment, the computing unit 21A determines, as longitudinal, lateral and vertical coordinates of the current position of the aircraft, respectively: the first longitudinal lateral positions Yx and vertical zx originating at least from the GPS system when the aircraft is located outside of an ILS coverage; and a first longitudinal position derived from the GPS system and the second Y! LS and vertical lateral positions Z [LS derived from deviations from the ILS system, as specified below, when the aircraft is located in the ILS system coverage ( that is, it receives the signals from the ILS system).
En outre, dans un second mode de réalisation, l’unité de génération 10 utilise, pour générer l’image synthétique, une position de l’aéronef, déterminée par l’unité de calcul 21 B.In addition, in a second embodiment, the generation unit 10 uses, for generating the synthetic image, a position of the aircraft, determined by the calculation unit 21 B.
Dans ce second mode de réalisation, l’unité de calcul 21B détermine comme coordonnées longitudinale, latérale et verticale, respectivement : - lorsque l’aéronef est situé dans la couverture du système ILS : • une première position longitudinale xx issue au moins du système GPS ; • une position latérale définie à partir d’une première position latérale Yx, ladite première position latéraleYx étant issue au moins du système GPS et étant corrigée par un filtre passe-bas de la différence entre cette première position latérale Yx et une seconde position latérale YILS dérivée de déviations issues du système ILS ; etIn this second embodiment, the computing unit 21B determines as longitudinal, lateral and vertical coordinates, respectively: when the aircraft is located in the coverage of the ILS system: a first longitudinal position xx issuing from at least the GPS system ; A lateral position defined from a first lateral position Yx, said first lateral position Yx originating at least from the GPS system and being corrected by a low-pass filter of the difference between this first lateral position Yx and a second lateral position YILS derived from deviations from the ILS system; and
• une position verticale définie à partir d’une première position verticale zx, ladite première position verticale zx étant issue au moins du système GPS et étant corrigée par un filtre passe-bas de la différence entre cette première position verticale zx et une seconde position verticale Z[LS dérivée de déviations issues du système ILS ; et - lorsque l’aéronef est situé en dehors de la couverture du système ILS, des premières positions longitudinale xx, latérale Yx et verticale zx issues au moins du système GPS.A vertical position defined from a first vertical position zx, said first vertical position zx originating at least from the GPS system and being corrected by a low-pass filter of the difference between this first vertical position zx and a second vertical position Z [LS derived from deviations from the ILS system; and when the aircraft is located outside the coverage of the ILS system, first longitudinal positions xx, lateral Yx and vertical zx from at least the GPS system.
Dans ce dernier cas (en dehors de la couverture du système ILS), la correction précitée est annulée (éventuellement mémorisée durant une courte durée avant d’être annulée progressivement) pour éviter une discontinuité dans la position générée et utilisée pour former l’image. L’unité de calcul 21 A, 21B calcule la position courante de l’aéronef dans un référentiel R lié à la piste 2, comme représenté sur la figure 2.In the latter case (outside the coverage of the ILS system), the aforementioned correction is canceled (possibly stored for a short time before being canceled gradually) to avoid a discontinuity in the generated position and used to form the image. The calculation unit 21A, 21B calculates the current position of the aircraft in a repository R linked to the track 2, as represented in FIG. 2.
Ce référentiel R comprend un point O et deux axes Ox et Oy correspondant respectivement à un axe longitudinal (suivant l’axe central longitudinal) et un axe latéral de la piste 2, ainsi qu’un axe vertical Oz (figure 4). Le point O est situé au milieu de la piste 2 sur la ligne (ou axe) centrale 2A à un seuil 3. Ce seuil 3 est situé à une distance L1 de l’extrémité amont 4 de la piste 2 et à une distance L2 de l’extrémité aval 5 de la piste 2.This reference frame R comprises a point O and two axes Ox and Oy respectively corresponding to a longitudinal axis (along the central longitudinal axis) and a lateral axis of the track 2, and a vertical axis Oz (Figure 4). The point O is located in the middle of the track 2 on the central line (or axis) 2A at a threshold 3. This threshold 3 is located at a distance L1 from the upstream end 4 of the track 2 and at a distance L2 from the downstream end 5 of the track 2.
La piste 2 présente : - une longueur LRWY (avec LRWY = L1+L2) ; et - une largeur WRWY.Lane 2 shows: - LRWY length (with LRWY = L1 + L2); and - a WRWY width.
Dans un premier mode de réalisation simplifié, l’unité de calcul 21 A, 21B utilise simplement comme premières positions longitudinale Xx, latérale Y ! et verticale zx, respectivement : - une position longitudinale XGPS, - une position latérale YGPS, et - une position verticale ZGPS, issues uniquement du système GPS (et déterminées à l’aide du récepteur 16).In a first simplified embodiment, the computing unit 21A, 21B simply uses as first longitudinal positions Xx, lateral Y! and vertical zx, respectively: a longitudinal position XGPS, a lateral position YGPS, and a vertical position ZGPS, originating solely from the GPS system (and determined using the receiver 16).
En outre, dans un second mode de réalisation, l’unité de calcul 21 A, 21B calcule comme premières positions longitudinale Xx, latérale Yx et verticale zx, respectivement : - une position longitudinale XGPS/[RS, - une position latérale YGPS/IRS, et - une position verticale ZGPS/IRS, déterminées par la combinaison de données issues du système GPS et de données issues du système de références inertielles et de données air 20. Cette combinaison peut être réalisée de différentes manières usuelles, par exemple en faisant une moyenne ou en corrigeant une donnée d’un système par une donnée correspondante de l’autre système.Furthermore, in a second embodiment, the computing unit 21 A, 21B calculates as first longitudinal positions Xx, lateral Yx and vertical zx, respectively: - a longitudinal position XGPS / [RS, - a lateral position YGPS / IRS and a vertical position ZGPS / IRS, determined by the combination of data from the GPS system and data from the system of inertial references and air data 20. This combination can be achieved in various customary ways, for example by making a averaging or correcting data from one system with a corresponding data from the other system.
La première position courante (zn Yx, zx) est donc déterminée à partir d’une position GPS (XGPS, YGPS, ZGPS) ou une position GPS/IRS ( Xgps,irS, Y gps, ms, zgps/irs)> relativement à la position de la piste 2 issue d’une base de données de piste 23. Cette base de données de piste 23 (« RUNWAY DATA BASE » en anglais) est, par exemple, intégrée dans la base de données de terrain 4, comme représenté sur la figure 1.The first current position (zn Yx, zx) is therefore determined from a GPS position (XGPS, YGPS, ZGPS) or a GPS / IRS position (Xgps, irS, Ygps, ms, zgps / irs)> relative to the position of the track 2 from a track database 23. This track database 23 ("RUNWAY DATA BASE" in English) is, for example, integrated in the terrain database 4, as shown in Figure 1.
Par ailleurs, l’unité de calcul 21 A, 21B calcule la seconde position latérale YILS précitée à l’aide de l’expression suivante : YILS = tan(-LO Cdevdeg)x (-X t+(LR WY- L\) + DI ) dans laquelle : - tan représente la tangente ; - LOCdevdeg représente une valeur de déviation angulaire latérale ; - xx est donc la première position longitudinale issue du système GPS. xl correspond à XGPS ou à XGPS/IRS selon le mode de réalisation considéré ; et - lrwy représente donc la longueur de la piste 2, vers laquelle est mise en œuvre l’approche de l’aéronef.On the other hand, the calculation unit 21 A, 21B calculates the second YILS lateral position with the following expression: YILS = tan (-LO Cdevdeg) x (-X t + (LR WY-L \) + DI) in which: tan represents the tangent; LOCdevdeg represents a value of lateral angular deflection; - xx is the first longitudinal position from the GPS system. xl corresponds to XGPS or XGPS / IRS according to the embodiment considered; and - lrwy represents the length of the runway 2, towards which is implemented the approach of the aircraft.
De plus, la valeur de déviation latérale LOCdevdeg vérifie l’expression suivante :In addition, the lateral deviation value LOCdevdeg verifies the following expression:
dans laquelle : - LOCdev est une déviation latérale angulaire issue du système LOC et déterminée à l’aide du récepteur 18 ; et - arctan est l’arc tangente.in which: LOCdev is an angular lateral deviation originating from the LOC system and determined using the receiver 18; and - arctan is the tangent arc.
De plus, comme représenté sur la figure 3 : - D1 est une distance longitudinale entre la position P1 d’une antenne 21 du système LOC et l’extrémité amont 4 de la piste 2 ; - D2 est une distance latérale, au niveau de l’extrémité aval 5 de la piste 2, d’un angle d’ouverture maximal 22 de ladite antenne 21 ; et - D3 illustre une marge possible sur ledit angle d’ouverture, exprimée en différence de taux de modulation (DDM) entre les signaux de 90Hz et de 150Hz.In addition, as shown in FIG. 3: D1 is a longitudinal distance between the position P1 of an antenna 21 of the LOC system and the upstream end 4 of the track 2; - D2 is a lateral distance, at the downstream end 5 of the track 2, a maximum aperture angle 22 of said antenna 21; and - D3 illustrates a possible margin on said aperture angle, expressed in modulation rate difference (DDM) between the 90Hz and 150Hz signals.
Si on considère que le système LOC présente les caractéristiques suivantes : a) D1 = 300 m, b) D2 = 210 m, et c) D3 = 0.155 DDM,If we consider that the LOC system has the following characteristics: a) D1 = 300 m, b) D2 = 210 m, and c) D3 = 0.155 DDM,
l’unité de calcul 21 A, 21B calcule la valeur de déviation latérale LOCdevdeg à l’aide de l’expression suivante :the calculation unit 21A, 21B calculates the lateral deviation value LOCdevdeg using the following expression:
En outre, l’unité de calcul 21 A, 21B calcule la seconde position verticale ZILS précitée à l’aide de l’expression suivante : ZILS =tan(5T)x(-X1) dans laquelle : - ST représente une valeur de site ; et - xl est donc la première position longitudinale issue du système GPS, Xx correspondant à XGPS ou à XGPS/IRS selon le mode de réalisation considéré.In addition, the calculation unit 21A, 21B calculates the second vertical position ZILS mentioned above with the aid of the following expression: ZILS = tan (5T) x (-X1) in which: ST represents a site value ; and - xl is therefore the first longitudinal position resulting from the GPS system, Xx corresponding to XGPS or XGPS / IRS according to the embodiment considered.
Dans ce cas, l’unité de calcul 21 A, 21B calcule préalablement la valeur de site ST à l’aide de l’expression suivante :In this case, the calculation unit 21A, 21B previously calculates the site value ST using the following expression:
dans laquelle : - F est une valeur nominale d’angle de pente d’une approche finale ; et - Gdev est une déviation verticale issue du système glide et déterminée à l’aide du récepteur 19.wherein: - F is a nominal slope angle of a final approach; and - Gdev is a vertical deviation from the glide system and determined using the receiver 19.
Xsvs, Ysvs Zsvs sont les coordonnées utilisées pour générer l’image SVS. On a : - sans filtrage :Xsvs, Ysvs Zsvs are the coordinates used to generate the SVS image. We have: - without filtering:
Xsvs = XlLS Ysvs = Y ILS Zsvs= Z GPS/IRS - avec filtrage :Xsvs = XlLS Ysvs = Y ILS Zsvs = Z GPS / IRS - with filtering:
Xsvs = Xgps/irs + Filtre (Xils - Xgps/irs)Xsvs = Xgps / irs + Filter (Xils - Xgps / irs)
Ysvs = Ygps/irs + Filtre (Yus - Ygps/irs)Ysvs = Ygps / irs + Filter (Yus - Ygps / irs)
Zsvs= Zqps/irs L’unité de calcul 21 A, 21B détermine donc la seconde position verticale ZlLS à partir d’une position GPS, d’une déviation du système glide etZsvs = Zqps / irs The calculation unit 21A, 21B thus determines the second vertical position ZlLS from a GPS position, a deflection of the glide system and
d’informations issues de la base de données de piste 23, à savoir la valeur F de l’angle de la pente de l’approche finale. L’image synthétique déterminée par l’unité de génération 10, utilisant Xsvs, Ysvs, etZsvs, est ensuite affichée par l’unité d’affichage 13. A titre d’illustration, l’unité d’affichage 13 peut afficher sur l’écran 14 l’image synthétique 24 (représentation SVS) montrée sur la figure 5, qui comprend une image (synthétique) de l’environnement externe à l’avant de l’aéronef.information from the runway database 23, namely the F value of the slope angle of the final approach. The synthetic image determined by the generation unit 10, using Xsvs, Ysvs, and Zsvs, is then displayed by the display unit 13. By way of illustration, the display unit 13 can display on the display unit 13. screen 14 the synthetic image 24 (SVS representation) shown in Figure 5, which includes a (synthetic) image of the external environment at the front of the aircraft.
Cette représentation SVS est réalisée sur un écran de type PFD qui comprend, de façon usuelle, notamment : - une échelle d’altitude 25 ; - une échelle de vitesse 26 ; - une échelle de pente 27 ; et - un symbole 28 illustrant le vecteur vitesse de l’aéronef.This SVS representation is performed on a PFD type screen which comprises, in the usual way, in particular: an altitude scale 25; a speed scale 26; a slope scale 27; and a symbol 28 illustrating the speed vector of the aircraft.
De plus, l’unité d’affichage 13 affiche sur l’écran 14 un symbole 29 illustrant la piste et un tracé 30 illustrant le prolongement de la piste, ainsi qu’une échelle 31 illustrant un écart horizontal et une échelle 32 illustrant un écart vertical.In addition, the display unit 13 displays on the screen 14 a symbol 29 illustrating the track and a track 30 illustrating the extension of the track, and a scale 31 illustrating a horizontal deviation and a scale 32 illustrating a deviation vertical.
Dans cet exemple, le symbole 28 du vecteur vitesse de l’aéronef est superposé au symbole 29 illustrant la piste, et le tracé 30 passe au milieu de l’échelle 31. L’aéronef est donc bien aligné sur l’axe de la piste dans cet exemple, et cet alignement est représenté fidèlement sur l’écran.In this example, the symbol 28 of the speed vector of the aircraft is superimposed on the symbol 29 illustrating the track, and the path 30 passes in the middle of the scale 31. The aircraft is therefore well aligned on the axis of the runway in this example, and this alignment is faithfully represented on the screen.
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Also Published As
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|---|---|
| FR3042047B1 (en) | 2018-05-04 |
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