EP4268213A1 - Procede et dispositif d'aide au guidage d'aeronefs - Google Patents

Procede et dispositif d'aide au guidage d'aeronefs

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Publication number
EP4268213A1
EP4268213A1 EP21844659.9A EP21844659A EP4268213A1 EP 4268213 A1 EP4268213 A1 EP 4268213A1 EP 21844659 A EP21844659 A EP 21844659A EP 4268213 A1 EP4268213 A1 EP 4268213A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
aircraft
trajectory
axis
flight
configuration step
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP21844659.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Vincent Savarit
Bertrand Caudron
Guy Deker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP4268213A1 publication Critical patent/EP4268213A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • G08G5/20—Arrangements for acquiring, generating, sharing or displaying traffic information
    • G08G5/21—Arrangements for acquiring, generating, sharing or displaying traffic information located onboard the aircraft
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
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    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
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    • G08G5/25—Transmission of traffic-related information between aircraft
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    • G08G5/53—Navigation or guidance aids for cruising
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    • G08G5/55—Navigation or guidance aids for a single aircraft
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    • G08G5/50—Navigation or guidance aids
    • G08G5/59—Navigation or guidance aids in accordance with predefined flight zones, e.g. to avoid prohibited zones
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    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft
    • G08G5/70—Arrangements for monitoring traffic-related situations or conditions
    • G08G5/76—Arrangements for monitoring traffic-related situations or conditions for monitoring atmospheric conditions

Definitions

  • the invention is in the technical field of flight management systems, and relates more particularly to a method and an aircraft guidance aid system.
  • a second level of equipment consisting of the autopilot and/or the flight director acting on the flight controls, directly for the autopilot or via the pilot for the flight director, to control the aircraft on a flight parameter such as, for example, heading, roll, pitch, altitude, speed, etc.;
  • FMS flight management computer
  • Anglo-Saxon expression Flight Management System
  • the FMS flight management computer hereinafter called the FMS or FMS flight computer, has, among other main functions, the development and automatic monitoring of a flight plan, a flight plan consisting of trajectories lateral and vertical that the aircraft must take to go from the current position in flight that it occupies to its destination, as well as the travel speeds of these trajectories.
  • the development of a flight plan is done, among other things, from imposed waypoints or "waypoints" in English, possibly associated with constraints of time, altitude, speed and fuel consumption. These imposed waypoints and their associated constraints are introduced, into the flight computer FMS, by an operator of the aircraft, for example a member of the crew of the aircraft, by means of equipment from the cockpit to keyboard and screen providing the man-machine interface.
  • the development of the flight plan itself consists in constructing the lateral and vertical trajectories of the flight plan from a sequence of flight segments or "Legs" in English.
  • the flight plan starts from a departure point, passes through imposed waypoints and ends at an arrival point, respecting standardized construction rules and taking into account time, altitude and speed constraints. possibly associated with each waypoint.
  • the flight plan therefore defines a so-called reference trajectory or planned trajectory, which would be the flown trajectory if all the constraints of the procedure were respected.
  • the FMS plays a central role in controlling the trajectory. He is the nerve center of this conduct.
  • the FMS controls the autopilot and possibly the autothrottle.
  • the pilot keeps the published paper procedure nearby, and regularly checks the trajectory calculated by the FMS with the paper procedure.
  • RNP Required Navigation Performance
  • TAWS Traffic Awareness and Warning System
  • TCAS Traffic alert and collision avoidance system
  • ACAS Airborne alert and Collision Avoidance System
  • US patent application 2008/306639 A1 of the Applicant proposes a device and a method for filtering anti-collision warning of terrain and obstacles for aircraft, where the acquisitions of variables (terrain data) are made for analyzes of position or angular deviations which are only used for terrain anti-collision.
  • a first corridor is defined by an RNP and a second corridor is linked to the terrain, to the topography.
  • the method operates an extrapolation, i.e a simple propagation according to a current vector of an aircraft state or position, but without the notion of return, convergence or capture and compliance with current constraints or taking into account the guidance mode aircraft current.
  • An object of the present invention is to provide a method for assisting a pilot in the management of the flight, by allowing him to anticipate situations of risk of collision with another aircraft or with the ground, or risk of deviation of trajectory.
  • Another object of the invention is to provide a device which comprises means for implementing the method of the invention.
  • the device and the method of the invention make it possible to provide information to a pilot or to a crew or to a guidance system, in a time which is prior to the occurrence of a problematic situation, in particular that where an aircraft will find itself away from a predefined trajectory, or where an aircraft may collide with the terrain or with another aircraft.
  • the invention consists in calculating a real short-term predicted trajectory of the aircraft (also called immediate predicted real trajectory) according to the current guidance mode, and presenting it to the pilot in superposition, according to the case :
  • the method of the invention makes it possible, thanks to a forward propagated calculation mode, also referred to as “forward predictions” calculation, to calculate the immediate trajectory which will actually be flown by the aircraft.
  • the forward propagated calculation mode makes it possible to generate a real short-term predicted trajectory which, by displaying it superimposed with another trajectory, allows the pilot to be visually fully aware of risky situations at come. He can thus for example visualize in a clear and immediate way, the points where the plane will leave the framework which was envisaged by the planned procedure.
  • the method of the invention can be implemented within the FMS making it possible to trigger a pilot alert as soon as a short-term conflict is detected between the actual predicted immediate trajectory as calculated in "forward predictions". and, for example:
  • an aircraft guidance aid method for an aircraft in flight in a current guidance mode and having a reference trajectory planned for a flight plan the method being operated by an aircraft computing platform and comprising at least:
  • a step of acquiring current variables of an aircraft in flight said current variables comprising at least state variables characterizing the current state of the aircraft, environment variables characterizing the current environment of the the aircraft and trajectory variables characterizing the current trajectory of the aircraft;
  • a step of calculating a safety corridor around the reference trajectory of the aircraft said safety corridor being calculated on several predefined thresholds for at least one monitoring axis of the aircraft, said at least one monitoring axis being a lateral axis, a vertical axis, a speed axis, a time axis or a fuel consumption axis:
  • the method further comprises, after the configuration step, a step for generating a preventive alert, if at the configuration step, the combination of trajectory and safety corridor calculation data analyzes a risk of encounter at short or medium term of said immediate predicted real trajectory with said safety corridor.
  • the method comprises before the configuration step, a step of comparing said immediate predicted real trajectory with the reference trajectory for said at least one monitoring axis, and in which the configuration step also makes it possible to display any deviation of said immediate predicted real trajectory from the reference trajectory for said at least one surveillance axis of the aircraft.
  • the method comprises, before the configuration step, a step of analyzing said immediate predicted real trajectory with respect to a reference trajectory of another identified aircraft, for said at least one surveillance axis, and in which the configuration step also makes it possible to combine the data relating to the reference trajectory of the other identified aircraft and to its containment zone, and to display any deviation from said immediate predicted real trajectory of the aircraft in flight with the trajectory reference, for said at least one surveillance axis, which may lead to a risk of encountering said aircraft in flight with the other identified aircraft.
  • the method comprises, before the configuration step, a step of analyzing for said at least one monitoring axis, the real trajectory predicted immediately by relative to a dangerous or prohibited overflight zone, and in which the step of configuring further makes it possible to display the dangerous or prohibited overflight zone and to display any deviation of the immediate predicted real trajectory with the reference trajectory for said at least one surveillance axis, which may lead to a risk of encountering said aircraft in flight with the dangerous or prohibited overflight zone.
  • the step of calculating a safety corridor consists in calculating a multidimensional safety corridor for two to five servo axes of the aircraft in flight, in particular a lateral axis and/or a vertical axis and/or a of speed and/or a time axis and/or a fuel consumption axis.
  • the step of calculating a multidimensional security corridor consists in calculating from one or more predefined thresholds for each surveillance axis, a multidimensional threshold with variable weightings for each of the surveillance axes considered for the multidimensional corridor of security.
  • the method further comprises, after the configuration step, a step for sending an alert to the pilot.
  • the invention also relates to a device for aiding aircraft guidance which comprises a computing platform for aircraft making it possible to implement the steps of the method for aiding aircraft guidance of the invention.
  • the device comprises a display screen to display the result of the configuration step of the method of the invention.
  • the device further comprises sound means for emitting an alert according to the result of the configuration step of the method of the invention.
  • the device further comprises means of communication for transmitting to a system external to the aircraft in flight, the result of the configuration step of the method of the invention.
  • the invention also covers a flight management system (FMS) or an on-board computing system of the EFB type which comprises an aircraft guidance aid device according to the invention.
  • FMS flight management system
  • EFB electronic book
  • the invention also relates to a computer program product which comprises code instructions making it possible to perform the steps of the method of the invention, when the program is executed on a computer.
  • FIG. 1 illustrates a structure of a flight management system (FMS) making it possible to implement the device and the method of the invention
  • Figure 2 is a flowchart of the main steps of the method of the invention.
  • FIG. 3a illustrates an example of a reference trajectory of an aircraft
  • FIG. 3b illustrates an example of a reference trajectory of an aircraft with a lateral safety corridor
  • FIG. 3c illustrates an example of a real predicted immediate trajectory
  • FIG. 3d illustrates an example of superimposed display of a predicted real immediate trajectory with a reference trajectory, illustrating a risk of overflight of a prohibited zone
  • FIG. 3e illustrates an example of superimposed display of a real immediate trajectory predicted with a lateral safety corridor of a reference trajectory, illustrating a risk of excursion out of the corridor and a risk of overflight of a prohibited area;
  • FIG. 3f illustrates an example of a superimposed display of trajectories and confinement zones illustrating different risks of collision.
  • FIG. 1 illustrates a structure of a flight management system making it possible to implement the method of the invention in one embodiment.
  • the system can be an FMS-type flight management system (100), comprising the components adapted to perform the known functionalities and also integrating a calculation module (140) configured to implement the method of invention.
  • a known system of the FMS type has a man-machine interface (120) comprising for example a keyboard and a display screen, or else simply a touch-sensitive display screen, as well as modules making it possible to minus the following functions:
  • LOCNAV LOCNAV
  • geolocation means such as geo-positioning by satellite or GPS, GALILEO, VHF radio navigation beacons, inertial units.
  • This module communicates with geolocation devices;
  • FPLN Flight plan
  • NAVDB Navigation database
  • TRAJ Trajectory
  • PRED Predictions
  • GUID Guidance
  • DATALINK Digital data link
  • the steps of the method of the invention are executed in a dedicated module (140) coupled to the modules of the FMS and of the HMI, which comprises components configured to perform the required calculations.
  • the method of the invention is carried by a partition of a hardware platform specific to avionics but different from that of the FMS, such as for example a device of the “Electronic Flight Bag” (EFB) type.
  • FMS Electronic Flight Bag
  • FIG. 2 illustrates the general steps of the method of the invention in one embodiment.
  • the method 200 for aiding aircraft guidance according to the invention operates for an aircraft in flight in a current guidance mode, such as the “Managed” mode for example, and having a reference trajectory planned.
  • a device may comprise a communication bus to which are connected a central processing unit or microprocessor (CPU, acronym for “Central Processing Unit” in English) , which processor may be "multi-core” or “many-core”; a read-only memory (ROM, acronym for “Read Only Memory” in English) which can include the programs necessary for the implementation of the invention; a random access memory or cache memory (RAM, acronym for “Random Access Memory” in English) comprising registers suitable for recording variables and parameters created and modified during the execution of the aforementioned programs; and a communication interface or I/O (I/O acronym for “Input/output” in English) suitable for transmitting and receiving data.
  • CPU central processing unit
  • ROM read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the corresponding program (that is to say the sequence of instructions) can be stored in or on a storage medium removable (for example an SD card, or mass storage such as a hard disk eg an SSD) or non-removable, volatile or non-volatile, this storage medium being partially or totally readable by a computer or a processor.
  • a storage medium for example an SD card, or mass storage such as a hard disk eg an SSD
  • non-removable, volatile or non-volatile this storage medium being partially or totally readable by a computer or a processor.
  • Reference to a computer program which, when executed, performs any of the functions previously described, is not limited to an application program running on a single host computer.
  • the terms computer program and software are used herein in a general sense to refer to any type of computer code (e.g., application software, firmware, microcode, or other form of computer instruction, such as web services or SOA or via API programming interfaces) that can be used to program one or more processors to implement aspects of the techniques described herein.
  • the IT means or resources can in particular be distributed (“Cloud computing”), possibly with or according to peer-to-peer and/or virtualization technologies.
  • the software code may be executed on any suitable processor (eg, a microprocessor) or processor core or set of processors, whether provided in a single computing device or distributed among multiple computing devices.
  • Security technologies crypto-processors, possibly biometric authentication, encryption, smart card, etc. can be used.
  • a first step 202 the method allows the acquisition of several types of current variables characterizing the current state of the aircraft in flight, its environment and its context, and in particular:
  • - state variables comprising at least the current situation of the aircraft such as its position, its roll, its speed, its altitude;
  • trajectory variables characterizing the current trajectory of the aircraft such as: the curved segment allowing the next change of direction to be made, the maximum roll of the aircraft and, if necessary, the vertical evolutions planned in terms of speed or altitude .
  • a safety corridor around the reference trajectory of the aircraft in flight is calculated.
  • Figure 3a illustrates an example of an aircraft reference trajectory
  • Figure 3b illustrates an example of an aircraft reference trajectory with a safety lateral corridor of fixed width per route segment (usually the RNP value) centered on the nominal trajectory and accompanied by specific protection zones for turn transitions, as defined for example according to the ICAO standard Doc 8168 PANS-OPS.
  • the corridor is calculated on several predefined thresholds, generally one for each road segment as defined in the navigation database or else modified by the pilot, for at least one monitoring axis of the aircraft.
  • a surveillance axis can be the lateral axis (the thresholds then depending on the RNP navigation performance requirement, ranging from 0.1 to 10 NM), the vertical axis (the threshold value varying for example from 150 to 260 feet according to the RTCA DO283B standard), the speed axis (the threshold value can be 5 or 10 KT according to the same standard or even a percentage of the speed, for example 10%), the time axis (the value threshold that can be 10 or 30 seconds according to the same standard or 60 seconds according to current use), or even the axis of fuel consumption (there is no predefined threshold value to date, but a percentage of 1% corresponds to the current situation).
  • the step of calculating a safety corridor consists in calculating a multidimensional safety corridor for at least two surveillance axes, but which can be calculated for the five surveillance axes of the aircraft. , i.e. the lateral axis, the vertical axis, the speed axis, the time axis, the fuel consumption axis.
  • the step of calculating a multidimensional security corridor generally consists in calculating from one or more predefined thresholds for each surveillance axis, a single threshold called multidimensional threshold which is obtained from variable weightings applied at the thresholds of each of the monitoring axes taken into account.
  • a multidimensional corridor will for example be a 3D corridor where the multidimensional threshold can be either the sum of the thresholds on each axis, or the quadratic sum of these thresholds, considering identical weightings.
  • Another example of a multidimensional corridor taking into account the time constraint will take the sum of the thresholds above according to a weighting 1 , while the threshold on the time axis will be assigned a lower weighting (expressing the least priority of the time constraint on the other 3D corridor constraints).
  • a next step 206 the method makes it possible to perform a real-time calculation of the short-term trajectory of the aircraft (i.e. the immediate predicted real trajectory over a time window ranging from a few seconds to a few minutes), taking into account the various current variables noted beforehand and the guidance mode of the aircraft.
  • a real-time calculation of the short-term trajectory of the aircraft i.e. the immediate predicted real trajectory over a time window ranging from a few seconds to a few minutes
  • the calculation of the immediate predicted real trajectory implements an algorithm of the “forward propagated predictions” or “forward predictions” type, depending on the known Anglicism.
  • This short-term anticipation calculation mode uses the propagation of the current variables of an aircraft state vector, according to a propagator using the current guidance mode, the current reference trajectory including the current route, altitude and speed or thrust constraints, as well as the local environment variables (from aircraft sensors).
  • the environment variables come from a "blending" between the current situation recorded by the aircraft sensors and the predicted situation, provided by the weather forecasting organizations and entered on the points (by the pilot).
  • “Blending” is defined as being a classic linear correlation according to the distance between a starting point (here the aircraft) and an arrival point (here the next waypoint "waypoint”), by which the variable is proportional to the end values of the segment according to the relative distance on this segment.
  • V V0+(VF-V0/(DF-D0)*(d-D0).
  • the long-term predictions which are said to be calculated “backward”, calculate backward predictions from the route and the constraints of the vertical profile as well as long-term weather forecasts (which are inserted until intercepting the aircraft state vector). They do not use blending.
  • Figure 3c illustrates an example of an immediate predicted real trajectory where it is reported (white arrow) a prediction of crossing the speed limit authorized by the procedure.
  • FIG. 3d illustrates an example of superimposed display of a real immediate trajectory predicted with a reference trajectory
  • FIG. 3e illustrates an example of display superimposed of a real immediate trajectory predicted with the lateral corridor safety of a reference trajectory.
  • FIG. 3e The example chosen from Figures 3a to 3e to illustrate a superimposed display also shows an area prohibited from overflight 310, where in Figure 3e the pilot can very easily and very clearly apprehend by vision of the immediate predicted real trajectory , that it would take the aircraft over the no-fly zone.
  • Such an unexpected overflight of a non-penetrable zone 310 can occur in cases of the aircraft overspeeding in descent, for example. This overspeed can in particular be caused by a late crossing (compared to the spirit of the paper procedure) of the speed limit, which itself is induced by a late descent of the aircraft.
  • the method of the invention may comprise a step of analyzing the real trajectory predicted immediately with respect to a dangerous or prohibited overflight zone, and the configuration step also makes it possible to display the dangerous overflight zone or prohibited and to display any deviation from the immediate predicted real trajectory with the reference trajectory, which could lead to a risk of the aircraft in flight encountering the dangerous or prohibited overflight zone.
  • the superimposed display configuration step 208 can also make it possible to display any deviation from the immediate predicted real trajectory with the reference trajectory for one or more monitoring axes.
  • the method then also makes it possible to make a comparison of the values of the data relating to each monitoring axis, of the immediate predicted real trajectory and of the reference trajectory.
  • the configuration step 208 may, in a variant embodiment, comprise a step of analyzing data relating to one or more axes for monitoring the immediate predicted real trajectory of the aircraft in flight, and data of a reference trajectory of another identified aircraft, and make it possible to display in superposition, the reference trajectory of another identified aircraft with its containment zone as well as displaying any deviation from the immediate predicted real trajectory of the aircraft in flight with the reference trajectory which may lead to a risk of encountering said aircraft in flight with the other identified aircraft.
  • 3f illustrates an example of superimposed display of several trajectories (reference trajectory of the aircraft in flight; immediate real predicted trajectory of the aircraft in flight) and of confinement zones (zone for the trajectory of reference of the aircraft in flight; zone for the reference trajectory of another aircraft).
  • the display of figure 3f allows to visualize different risk predictions, for example for two aircraft operating on parallel approaches on the same airport:
  • the trajectories can be differentiated by a specific color code.
  • the portion of the predicted real trajectory which leaves the safety zone can be visually highlighted by a specific color code or by appropriate signage (flashing for example ).
  • the data configuration step can be adapted according to the applications, whether to take into account the type of aircraft or the nature of the trajectory deviation bringing a risk to be reported to the pilot .
  • the configuration step 208 also makes it possible to configure an alert for the occurrence in the short or medium term of a meeting (ie an intersection) between the predicted real trajectory of the aircraft in flight and its safety corridor or the occurrence of a greater excursion outside the safety corridor, if the combination of trajectory and safety corridor calculation data analyzes a risk of encountering said trajectory in the short or medium term real predicted immediate with said security corridor.
  • the alert generated by the method of the invention is of the preventive alert type, ie anticipation alert which allows the pilot to initiate a immediate and appropriate responsive action.
  • this illustrates on the superimposed display, an alert symbolism for the attention of the pilot, showing in the example chosen, a first alert "Alert 1" indicating in anticipation the the place on the immediate predicted trajectory where the predicted speed will exceed the limit speed constraint, taking into account the defined speed threshold, and showing a second alert "Alert 2" indicating in anticipation the place on the immediate actual predicted trajectory, of the predicted position of the airplane which will be on an excursion outside the safety zone.
  • the method can generate, after the superimposed display configuration step 208, a step for triggering an audible alert and/or sending a message to the pilot and/or co-pilot. alert.
  • the method of the invention makes it possible to send the immediate predicted real trajectory which is calculated by "predictions forward" to an external system to anticipate a field problem, for example sending it to a strategic TAWS type system (as opposed to the current tactical TAWS).

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Abstract

La présente invention propose un procédé et un dispositif pour assister un pilote dans la gestion du vol, en lui permettant d'anticiper des situations de risque de collision avec un autre avion ou avec le sol, ou d'anticiper un risque de déviation de trajectoire.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D’AIDE AU GUIDAGE D’AERONEFS
DESCRIPTION
Domaine de l’invention
[0001] L’invention est dans le domaine technique des systèmes de gestion du vol, et concerne plus particulièrement un procédé et un système d’aide au guidage d’aéronef.
Etat de la Technique
[0002] Les aéronefs actuels présentent trois niveaux d'équipements de pilotage :
- un premier niveau d'équipements constitué des commandes de vol agissant directement sur les gouvernes et les moteurs ;
- un deuxième niveau d'équipements constitué du pilote automatique et/ou du directeur de vol agissant sur les commandes de vol, directement pour le pilote automatique ou par l'intermédiaire du pilote pour le directeur de vol, pour asservir l'aéronef sur un paramètre de vol tel que par exemple, cap, roulis, tangage, altitude, vitesse, etc ... ; et
- un troisième niveau d'équipements constitué du calculateur de gestion du vol connu sous le sigle FMS tiré de l'expression anglo-saxonne "Flight Management System" capable d'élaborer un plan de vol et d'agir sur le pilote automatique ou le directeur de vol pour le faire suivre par l'aéronef.
[0003] Le calculateur de gestion du vol FMS, appelé dans la suite calculateur de vol FMS ou FMS, a entre autres fonctions principales, l'élaboration et le suivi automatique d'un plan de vol, un plan de vol étant constitué de trajectoires latérales et verticales que doit emprunter l'aéronef pour aller de la position courante en vol qu'il occupe à sa destination, ainsi que de vitesses de parcours de ces trajectoires.
[0004] L'élaboration d'un plan de vol se fait entre autre, à partir de points de passage imposés ou « waypoints >> en anglais, éventuellement associés à des contraintes de temps, d'altitude, de vitesse et de consommation. Ces points imposés de passage et leurs contraintes associées sont introduits, dans le calculateur de vol FMS, par un opérateur de l'aéronef, par exemple un membre d'équipage de l'aéronef, au moyen d'un équipement du poste de pilotage à clavier et écran assurant l'interface homme- machine. L'élaboration du plan de vol proprement dite, consiste à construire les trajectoires latérales et verticales du plan de vol à partir d'un enchaînement de segments de vol ou « Legs >> en anglais. Le plan de vol part d'un point de départ, passe par des points de passage imposés et aboutit à un point d'arrivée, en respectant des règles normalisées de construction et en tenant compte de contraintes de temps, d'altitude et de vitesse éventuellement associées à chaque point passage. Le plan de vol définit donc une trajectoire dite de référence ou trajectoire planifiée, qui serait la trajectoire volée si l’ensemble des contraintes de la procédure étaient respectées.
[0005] Lors de la réalisation d'un vol d'aéronef, le FMS joue un rôle central dans la maîtrise de la trajectoire. Il est le centre névralgique de cette conduite. Lors d'une navigation réalisée sous la conduite du FMS, on parle d'une navigation en mode « managed >> : le FMS contrôle le pilote automatique et éventuellement l'automanette.
[0006] Dans un aéronef équipé d’un FMS classique, le pilote peut observer la trajectoire que va voler l’avion usuellement calculée selon des hypothèses prenant en compte l’état courant avion. L’avantage est que le pilote sait ainsi exactement ce que va faire l’avion et il n’y a pas de surprise en termes de guidage, par contre l’inconvénient est qu’il ne sait pas si ce qu’il va faire est conforme à ce qui était initialement attendu par la procédure et/ou le contrôle aérien, et le pilote ne peut pas challenger cette trajectoire calculée par rapport à la trajectoire de référence ou selon « l’esprit papier >> de la procédure.
[0007] En conséquence, le pilote peut laisser l’avion voler parfaitement sur la trajectoire calculée, quand bien même celle-ci sortirait de l’espace initialement prévu par la procédure, typiquement à cause d’une consigne manuelle de vitesse trop élevée. Il pourrait s’ensuivre alors un risque sur le trafic aérien, ou un conflit terrain ou encore une nuisance sonore non souhaitable pour les populations.
[0008] Pour résoudre ce problème, le pilote garde à proximité la procédure papier publiée, et régulièrement il vérifie la trajectoire calculée par le FMS avec la procédure papier.
[0009] Cependant, cela demande un effort continu de la part du pilote et cela peut dissiper son attention de choses importantes. De plus, ce contrôle régulier entre la trajectoire affichée, calculée par le FMS et la trajectoire papier de référence alourdit la charge de travail du pilote. Dans une perspective d’avions à un seul pilote, cette charge de travail liée à la vérification perpétuelle de la trajectoire est un élément dimensionnant qu’il faut améliorer.
[0010] Il existe des systèmes pour lever en partie la charge de contrôle qui incombe au pilote, tels que :
Le système de surveillance du niveau de performance de navigation réelle par rapport à la Performance de Navigation Requise (« Required Navigation Performance >> RNP), qui vérifie que l’avion ne diverge pas de la trajectoire calculée (ce qui pourrait arriver en cas de transition à rayon contraint mais à vitesse excessivement inadaptée) ;
Le système d'avertissement et d'alarme d'impact ou TAWS (de l'anglais « Terrain Awareness and Warning System ») destiné à prévenir les collisions avec le sol en vol piloté (vérifie que l’avion ne va pas aller percuter le terrain) ;
Le système d'alerte de trafic et d'évitement de collision ou TCAS (de l’anglais « Traffic alert and Collision Avoidance System >> également appelé ACAS « Airborne alert and Collision Avoidance System >> selon l'OACI), destiné à éviter les collisions en vol entre aéronefs (vérifie que la trajectoire selon le cap de l’avion ne va pas entrer en conflit ou risque de collision avec le cap d’autres avions).
[001 1 ] La demande de brevet US 2008/306639 A1 de la Demanderesse propose un dispositif et un procédé de filtrage d’alerte anti-collision de terrain et d'obstacles pour aéronef, où les acquisitions de variables (données de terrain) sont faites pour des analyses de déviations de positions ou angulaires qui ne servent que pour de l’anti- collision terrain. Un premier corridor est défini par une RNP et un deuxième corridor est lié au terrain, à la topographie. Le procédé opère une extrapolation, i.e une simple propagation selon un vecteur courant d’un état ou d’une position avion, mais sans notion de retour, de convergence ou de capture et respect de contraintes courantes ou de prise en compte du mode de guidage courant de l’aéronef.
[0012] L’ensemble de ces systèmes connus sont des systèmes réactifs, c’est-à-dire qu’ils alertent le pilote une fois que le danger est réel. Il n’est donc pas possible pour le pilote d’anticiper ce danger.
[0013] De plus, dans la plupart des cas où la trajectoire selon la procédure à suivre n’est pas proche des montagnes et n’est pas conforme à la RNP, une excursion prochaine de l’avion par rapport au corridor de la procédure publiée peut ne pas être détectée par ces différents systèmes.
[0014] Un autre inconvénient est que la déviation latérale calculée de l’avion (XTK de l’anglais « Cross Track Error ») est définie par rapport à la trajectoire latérale calculée par le FMS et non par rapport à la trajectoire de référence de la procédure, ce qui peut entraîner des erreurs de navigation par rapport à la procédure publiée qui ne sont pas détectées. Ainsi, par exemple, il est fréquent pour les compagnies aériennes de recevoir des plaintes pour non-respect des nuisances sonores liées à un survol de zones non prévues.
[0015] Aussi, il existe un besoin de systèmes et de procédés avancés permettant d’assister un pilote dans la gestion du vol dans de telles situations.
Résumé de l’invention
[0016] Un objet de la présente invention est de proposer un procédé pour assister un pilote dans la gestion du vol, en lui permettant d’anticiper des situations de risque de collision avec un autre avion ou avec le sol, ou de risque de déviation de trajectoire.
[0017] Un autre objet de l’invention est de proposer un dispositif qui comprend des moyens permettant de mettre en oeuvre le procédé de l’invention.
[0018] Avantageusement, le dispositif et le procédé de l’invention permettent de fournir une information à un pilote ou à un équipage ou à un système de guidage, dans un temps qui est antérieur à la survenue d’une situation problématique, notamment celle où un aéronef va se trouver en écart d’une trajectoire prédéfinie, ou elle où un aéronef peut entrer en collision avec le terrain ou avec un autre aéronef.
[0019] De manière générale, l’invention consiste à calculer une trajectoire réelle prédite à court terme de l’aéronef (aussi appelée trajectoire réelle prédite immédiate) selon le mode de guidage en cours, et à la présenter au pilote en superposition, selon le cas :
- à la trajectoire de référence de l’aéronef, couplée à une zone de confinement (i.e. corridor de sécurité autour de la trajectoire planifiée) latérale RNP ou verticale VPPL (« Vertical Path Performance Limit » en anglais) ; ou
- à une trajectoire réelle d’un autre trafic proche identifié (qui ne suivrait pas sa trajectoire planifiée) ; ou - à une zone de confinement d’une trajectoire planifiée d’un autre trafic proche identifié.
[0020] Avantageusement, le procédé de l’invention permet grâce à un mode de calcul propagé vers l’avant, aussi désigné comme calcul de « predictions forward >>, de calculer la trajectoire immédiate qui va être réellement volée par l’avion.
[0021] Avantageusement, le mode de calcul propagé vers l’avant permet de générer une trajectoire prédite court terme réelle qui, par l’affichage en superposition avec une autre trajectoire, permet au pilote d’avoir visuellement pleinement conscience de situations à risque à venir. Il peut ainsi par exemple visualiser de manière claire et immédiate, les points où l’avion va sortir du cadre qui était prévu par la procédure planifiée.
[0022] Avantageusement, le procédé de l’invention peut être mis en oeuvre au sein du FMS permettant de déclencher une alerte pilote dès qu’un conflit court terme est détecté entre la trajectoire immédiate réelle prédite telle que calculée en « predictions forward >> et, par exemple :
- une zone de confinement autour de la trajectoire planifiée (par excursion hors de la zone de confinement) ; ou
- une zone de sécurité autour de la trajectoire d’un trafic venant en sens inverse (i.e. si le TCAS est activé et en utilisant les pistes TCAS) ; ou
- une zone de confinement d’un autre trafic.
[0023] Pour obtenir les résultats recherchés, il est proposé un procédé d’aide au guidage d’aéronef pour un aéronef en vol dans un mode de guidage en cours et ayant une trajectoire de référence planifiée pour un plan de vol, le procédé étant opéré par une plateforme de calcul pour aéronef et comprenant au moins :
- une étape d’acquisition de variables courantes d’un aéronef en vol, les dites variables courantes comprenant au moins des variables d'état caractérisant l’état courant de l’aéronef, des variables d'environnement caractérisant l’environnement courant de l’aéronef et des variables de trajectoire caractérisant la trajectoire en cours de l’aéronef;
- une étape de calcul d’un corridor de sécurité autour de la trajectoire de référence de l’aéronef, ledit corridor de sécurité étant calculé sur plusieurs seuils prédéfinis pour au moins un axe de surveillance de l’aéronef, ledit au moins un axe de surveillance étant un axe latéral, un axe vertical, un axe de vitesse, un axe de temps ou un axe de consommation de carburant :
- une étape de calcul de trajectoire réelle prédite immédiate, utilisant les dites variables courantes acquises et le mode de guidage en cours de l’aéronef, et basée sur un mode de calcul dit propagé vers l’avant du vol permettant de calculer des prédictions court terme : et
- une étape de configuration permettant de combiner les données de calcul de trajectoire et de corridor de sécurité, pour afficher en superposition sur un même écran de l’aéronef, la trajectoire de référence de l’aéronef en vol, ladite trajectoire réelle prédite immédiate et/ou ledit corridor de sécurité.
[0024] Selon des modes de réalisation alternatifs ou combinés :
- Le procédé comprend de plus après l’étape de configuration, une étape de génération d’une alerte préventive, si à l’étape de configuration, la combinaison des données de calcul de trajectoire et de corridor de sécurité analyse un risque de rencontre à court ou moyen terme de ladite trajectoire réelle prédite immédiate avec ledit corridor de sécurité.
- Le procédé comprend avant l’étape de configuration, une étape de comparaison de ladite trajectoire réelle prédite immédiate avec la trajectoire de référence pour ledit au moins un axe de surveillance, et dans lequel l’étape de configuration permet de plus d’afficher tout écart de ladite trajectoire réelle prédite immédiate avec la trajectoire de référence pour ledit au moins un axe de surveillance de l’aéronef.
- Le procédé comprend avant l’étape de configuration, une étape d’analyse de ladite trajectoire réelle prédite immédiate par rapport à une trajectoire de référence d’un autre aéronef identifié, pour ledit au moins un axe de surveillance, et dans lequel l’étape de configuration permet de plus de combiner les données relatives à la trajectoire de référence de l’autre aéronef identifié et à sa zone de confinement, et d’afficher tout écart de ladite trajectoire réelle prédite immédiate de l’aéronef en vol avec la trajectoire de référence, pour ledit au moins un axe de surveillance, pouvant entrainer un risque de rencontre dudit aéronef en vol avec l’autre aéronef identifié.
- Le procédé comprend avant l’étape de configuration, une étape d’analyse pour ledit au moins un axe de surveillance, de la trajectoire réelle prédite immédiate par rapport à une zone de survol dangereuse ou interdite, et dans lequel l’étape de configuration permet de plus d’afficher la zone de survol dangereuse ou interdite et d’afficher tout écart de la trajectoire réelle prédite immédiate avec la trajectoire de référence pour ledit au moins un axe de surveillance, pouvant entrainer un risque de rencontre dudit aéronef en vol avec la zone de survol dangereuse ou interdite.
- L’étape de calcul d’un corridor de sécurité consiste à calculer un corridor multidimensionnel de sécurité pour deux à cinq axes d’asservissement de l’aéronef en vol, notamment un axe latéral et/ou un axe vertical et/ou un axe de vitesse et/ou un axe de temps et/ou un axe de consommation de carburant.
- L’étape de calcul d’un corridor multidimensionnel de sécurité consiste à calculer à partir d’un ou de plusieurs seuils prédéfinis pour chaque axe de surveillance, un seuil multidimensionnel avec des pondérations variables pour chacun des axes de surveillance considérés pour le corridor multidimensionnel de sécurité.
- Le procédé comprend de plus après l’étape de configuration, une étape d’envoi d’une alerte au pilote.
[0025] L’invention concerne aussi un dispositif pour l’aide au guidage d’aéronef qui comprend une plateforme de calcul pour aéronef permettant de mettre en oeuvre les étapes du procédé d’aide au guidage d’aéronef de l’invention.
[0026] Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un écran d’affichage pour afficher le résultat de l’étape de configuration du procédé de l’invention.
[0027] Dans une variante de réalisation, le dispositif comprend de plus des moyens sonores pour émettre une alerte selon le résultat de l’étape de configuration du procédé de l’invention.
[0028] Dans un mode alternatif, le dispositif comprend de plus des moyens de communication pour transmettre vers un système externe à l’aéronef en vol, le résultat de l’étape de configuration du procédé de l’invention.
[0029] L’invention couvre aussi un système de gestion de vol (FMS) ou un système de calcul embarqué de type EFB qui comprend un dispositif d’aide au guidage d’aéronef selon l’invention. [0030] L’invention concerne aussi un produit programme d’ordinateur qui comprend des instructions de code permettant d’effectuer les étapes du procédé de l’invention, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.
Description des figures
[0031] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit et des figures des dessins annexés dans lesquels :
[0032] la figure 1 illustre une structure d’un système de gestion de vol (FMS) permettant d’implémenter le dispositif et le procédé de l’invention ;
[0033] la figure 2 est un organigramme des principales étapes du procédé de l’invention ;
[0034] la figure 3a illustre un exemple de trajectoire de référence d’un aéronef ;
[0035] la figure 3b illustre un exemple de trajectoire de référence d’un aéronef avec un corridor latéral de sécurité ;
[0036] la figure 3c illustre un exemple de trajectoire immédiate réelle prédite ;
[0037] la figure 3d illustre un exemple d’affichage en superposition d’une trajectoire immédiate réelle prédite avec une trajectoire de référence, illustrant un risque de survol d’une zone interdite;
[0038] la figure 3e illustre un exemple d’affichage en superposition d’une trajectoire immédiate réelle prédite avec un corridor latéral de sécurité d’une trajectoire de référence, illustrant un risque d’excursion hors du corridor et un risque de survol d’une zone interdite ; et
[0039] la figure 3f illustre un exemple d’affichage en superposition de trajectoires et de zones de confinement illustrant différents risques de collision.
Description détaillée de l’invention
[0040] La figure 1 illustre une structure d’un système de gestion de vol permettant d’implémenter le procédé de l’invention dans un mode de réalisation. Par exemple, le système peut être un système de gestion de vol de type FMS (100), comprenant les composants adaptés pour réaliser les fonctionnalités connues et intégrant de plus un module de calcul (140) configuré pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention. [0041] Un système connu de type FMS dispose d'une interface homme-machine (120) comprenant par exemple un clavier et un écran d'affichage, ou bien simplement un écran d'affichage tactile, ainsi que des modules permettant de réaliser au moins les fonctions suivantes :
- Navigation (LOCNAV) (101 ), pour effectuer la localisation optimale de l’aéronef en fonction des moyens de géolocalisation (130) tels que le géo-positionnement par satellite ou GPS, GALILEO, les balises de radionavigation VHF, les centrales inertielles. Ce module communique avec les dispositifs de géolocalisation ;
- Plan de vol (FPLN) (102), pour saisir les éléments géographiques constituant le squelette de la route à suivre, tels que les points imposés par les procédures de départ et d’arrivée, les points de cheminement, les routes aériennes (« airways >> selon la dénomination anglo-saxonne) ;
- Base de données de navigation (NAVDB) (103), pour construire des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses dans les bases relatives aux points, balises, legs d’interception ou d’altitude ;
- Base de données de performance, (PERFDB) (104), contenant des paramètres de performances aérodynamiques et moteurs de l’appareil ;
- Trajectoire (TRAJ) (105), pour construire, calculer une trajectoire 4D optimisée et continue, à partir des points du plan de vol et des contraintes associées, respectant les performances de l'aéronef et les contraintes de confinement (RNP) ;
- Prédictions (PRED) (106), pour fournir les prédictions (altitude, temps, fuel) sur tous les points du plan de vol ;
- Guidage (GUID) (107), pour fournir des commandes permettant de guider l’aéronef le long du plan latéral, du profil vertical et du profil de vitesse ;
- Liaison de données numériques (DATALINK) (108) pour communiquer avec les centres de contrôle et les autres aéronefs (109).
[0042] Les étapes du procédé de l’invention sont exécutées dans un module dédié (140) couplé aux modules du FMS et de l’IHM, qui comprend des composants configurés pour réaliser les calculs requis.
[0043] Dans un autre mode d’implémentation, le procédé de l’invention est porté par une partition d’une plateforme matérielle spécifique à l’avionique mais différente de celle du FMS, comme par exemple un dispositif de type « Electronic Flight Bag >> (EFB).
[0044] La figure 2 illustre les étapes générales du procédé de l’invention dans un mode de réalisation.
[0045] Le procédé 200 d’aide au guidage d’aéronef selon l’invention, opère pour un aéronef en vol dans un mode de guidage en cours, tel que le mode « Managed >> par exemple, et ayant une trajectoire de référence planifiée.
[0046] Le procédé est mis en oeuvre par une plateforme de calcul (i.e. ordinateur) pour aéronef. A titre d'exemple d'architecture matérielle adaptée à mettre en oeuvre l'invention, un dispositif peut comporter un bus de communication auquel sont reliés une unité centrale de traitement ou microprocesseur (CPU, acronyme de « Central Processing Unit >> en anglais), lequel processeur peut être "multi-core" ou "many- core"; une mémoire morte (ROM, acronyme de « Read Only Memory >> en anglais) pouvant comporter les programmes nécessaires à la mise en oeuvre de l'invention; une mémoire vive ou mémoire cache (RAM, acronyme de « Random Access Memory >> en anglais) comportant des registres adaptés à enregistrer des variables et paramètres créés et modifiés au cours de l'exécution des programmes précités ; et une interface de communication ou E/S (I/O acronyme de « Input/ouput >> en anglais) adaptée à transmettre et à recevoir des données. Dans le cas où l'invention est implantée sur une machine de calcul reprogrammable (par exemple un circuit FPGA), le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) peut être stocké dans ou sur un médium de stockage amovible (par exemple une carte SD, ou un stockage de masse tel que un disque dur e.g. un SSD) ou non-amovible, volatile ou non-volatile, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur. La référence à un programme d'ordinateur qui, lorsqu'il est exécuté, effectue l'une quelconque des fonctions décrites précédemment, ne se limite pas à un programme d'application s'exécutant sur un ordinateur hôte unique. Au contraire, les termes programme d'ordinateur et logiciel sont utilisés ici dans un sens général pour faire référence à tout type de code informatique (par exemple, un logiciel d'application, un micro logiciel, un microcode, ou toute autre forme d'instruction d'ordinateur, comme des web services ou SOA ou via des interfaces de programmation API) qui peut être utilisé pour programmer un ou plusieurs processeurs pour mettre en oeuvre des aspects des techniques décrites ici. Les moyens ou ressources informatiques peuvent notamment être distribués ("Cloud computing"), éventuellement avec ou selon des technologies de pair-à-pair et/ou de virtualisation. Le code logiciel peut être exécuté sur n'importe quel processeur approprié (par exemple, un microprocesseur) ou cœur de processeur ou un ensemble de processeurs, qu'ils soient prévus dans un dispositif de calcul unique ou répartis entre plusieurs dispositifs de calcul. Des technologies de sécurisation (crypto-processeurs, authentification éventuellement biométrique, chiffrement, carte à puce, etc) peuvent être utilisées.
[0047] Dans une première étape 202, le procédé permet l’acquisition de plusieurs types de variables courantes caractérisant l’état courant de l’aéronef en vol, son environnement et son contexte, et notamment :
- des variables d’état comprenant au moins la situation courante de l’aéronef comme sa position, son roulis, sa vitesse, son altitude ;
- des variables d’environnement comprenant au moins la météo courante autour de l’aéronef ;
- des variables de trajectoire caractérisant la trajectoire en cours de l’aéronef comme : le segment courbe permettant de réaliser le prochain changement de direction, le roulis maximal de l’aéronef et au besoin les évolutions verticales planifiées en terme de vitesse ou d’altitude.
[0048] Dans une étape suivante 204, le procédé permet de calculer un corridor de sécurité autour de la trajectoire de référence de l’aéronef en vol. La figure 3a illustre un exemple de trajectoire de référence d’un aéronef, et la figure 3b illustre un exemple de trajectoire de référence d’un aéronef avec un corridor latéral de sécurité de largeur fixe par segment de route (généralement la valeur RNP) centré sur la trajectoire nominale et assorti de zones de protection spécifiques pour les transitions de virage, tel que défini par exemple selon la norme Doc 8168 PANS-OPS de l’OACI.
[0049] Dans un mode de réalisation, le corridor est calculé sur plusieurs seuils prédéfinis, généralement un pour chaque segment de route tel que défini dans la base de données de navigation ou bien modifié par le pilote, pour au moins un axe de surveillance de l’aéronef. Un axe de surveillance peut être l’axe latéral (les seuils dépendants alors de l’exigence de performance de navigation RNP, valant entre 0,1 jusque 10 NM), l’axe vertical (la valeur de seuil variant par exemple de 150 à 260 pieds selon la norme RTCA DO283B), l’axe de vitesse (la valeur de seuil pouvant être 5 ou 10 KT selon la même norme ou encore un pourcentage de la vitesse, par exemple 10%), l’axe de temps (la valeur de seuil pouvant être 10 ou 30 secondes selon la même norme ou 60 secondes selon l’usage actuel), ou encore l’axe de consommation de carburant (il n’y a pas de valeur de seuil prédéfinie à ce jour, mais un pourcentage de 1% correspond à la situation actuelle).
[0050] Dans une variante de réalisation, l’étape de calcul d’un corridor de sécurité consiste à calculer un corridor multidimensionnel de sécurité pour au moins deux axes de surveillance, mais pouvant être calculé pour les cinq axes de surveillance de l’aéronef, i.e. l’axe latéral, l’axe vertical, l’axe de vitesse, l’axe de temps, l’axe de consommation de carburant.
[0051] L’étape de calcul d’un corridor multidimensionnel de sécurité consiste généralement à calculer à partir d’un ou de plusieurs seuils prédéfinis pour chaque axe de surveillance, un seuil unique dit seuil multidimensionnel qui est obtenu à partir de pondérations variables appliquées aux seuils de chacun des axes de surveillance pris en compte. Un tel corridor multidimensionnel sera par exemple un corridor 3D où le seuil multidimensionnel pourra être soit la somme des seuils sur chaque axe, soit la somme quadratique de ces seuils, en considérant des pondérations identiques. Un autre exemple de corridor multidimensionnel tenant compte de contrainte de temps, prendra la somme des seuils ci-dessus selon une pondération 1 , tandis que le seuil sur l’axe temporel sera affecté d’une pondération plus faible (exprimant la moindre priorité de la contrainte de temps sur les autres contraintes de corridor 3D).
[0052] Dans une étape suivante 206, le procédé permet de faire un calcul en temps réel de la trajectoire à court terme de l’aéronef (i.e. la trajectoire réelle prédite immédiate sur une fenêtre temporelle allant de quelques secondes à quelques minutes), prenant en compte les différentes variables courantes préalablement relevées et le mode de guidage de l’aéronef.
[0053] Avantageusement, le calcul de la trajectoire réelle prédite immédiate met en oeuvre un algorithme de type « prédictions propagé vers l’avant >> ou « predictions forward >> selon l’anglicisme connu.
[0054] Ce mode de calcul par anticipation sur le court terme, utilise la propagation des variables courantes d’un vecteur d’état avion, selon un propagateur utilisant le mode de guidage courant, la trajectoire de référence courante incluant les contraintes courantes de route, d’altitude et de vitesse ou de poussée, ainsi que les variables d’environnement locales (issues de capteurs avion).
[0055] Les variables d’environnement sont issues d’un « blending >> entre la situation courante enregistrée par les capteurs avion et la situation prédite, fournis par les organismes de prévision météo et rentrés sur les points (par le pilote).
[0056] Le « blending >> est défini comme étant une corrélation linéaire classique selon la distance entre un point de départ (ici l’avion) et un point d’arrivée (ici le prochain point de passage « waypoint >>), par laquelle la variable est proportionnelle aux valeurs d’extrémité du segment selon la distance relative sur ce segment.
[0057] En d’autre termes plus mathématiques, en prenant V0 et D0, une valeur et une distance à un instant 0, et (VF, DF) respectivement une valeur au point de distance F, la valeur en une distance ‘d’ entre D0 et DF vaut :
V = V0+(VF-V0/(DF-D0)*(d-D0).
[0058] Ceci est une opération de « blending >> selon une loi du 1 er ordre. Cependant, il est possible de faire une autre variation linéaire.
[0059] A la différence et en opposition, les prédictions long terme, que l’on dit calculées « backward >>, calculent les prédictions à rebours à partir de la route et des contraintes du profil vertical ainsi que des prévisions météo long terme (qui sont insérées jusqu’à intercepter le vecteur d’état avion). Elles n’utilisent pas de « blending >>.
[0060] Les prédictions backward sont figées, en descente elles deviennent le profil de référence, tandis que les prédictions « forward >> continuent d’être calculées.
[0061 ] La figure 3c illustre un exemple d’une trajectoire réelle prédite immédiate où il est reporté (flèche blanche) une prédiction de franchissement de la vitesse limite autorisée par la procédure.
[0062] Dans une étape suivante 208, le procédé permet de prendre en compte et combiner les différentes données de la trajectoire de référence, de la trajectoire réelle prédite immédiate et du corridor de sécurité pour configurer un affichage en superposition sur un même écran de l’aéronef. [0063] La figure 3d illustre un exemple d’affichage en superposition d’une trajectoire immédiate réelle prédite avec une trajectoire de référence, et la figure 3e illustre un exemple d’affichage en superposition d’une trajectoire immédiate réelle prédite avec le corridor latéral de sécurité d’une trajectoire de référence.
[0064] L’exemple choisi des figures 3a à 3e pour illustrer un affichage en superposition montre aussi une zone interdite au survol 310, où sur la figure 3e le pilote peut très facilement et très clairement appréhender par la vision de la trajectoire réelle prédite immédiate, qu’elle emmènerait l’avion au-dessus de la zone interdite au survol. Un tel survol inattendu d’une zone non pénétrable 310 peut se produire dans des cas de survitesse de l’aéronef en descente par exemple. Cette survitesse peut notamment être engendrée par un franchissement tardif (par rapport à l’esprit de la procédure papier) de la vitesse limite, qui lui-même est induit par une mise en descente tardive de l’appareil.
[0065] Le procédé de l’invention peut comprendre une étape d’analyse de la trajectoire réelle prédite immédiate par rapport à une zone de survol dangereuse ou interdite, et l’étape de configuration permet de plus d’afficher la zone de survol dangereuse ou interdite et d’afficher tout écart de la trajectoire réelle prédite immédiate avec la trajectoire de référence, pouvant entrainer un risque de rencontre de l’aéronef en vol avec la zone de survol dangereuse ou interdite.
[0066] L’étape de configuration d’affichage en superposition 208, peut permettre de plus d’afficher tout écart de la trajectoire réelle prédite immédiate avec la trajectoire de référence pour un ou plusieurs axes de surveillance. Le procédé permet alors de plus, de faire une comparaison des valeurs des données relatives à chaque axe de surveillance, de la trajectoire réelle prédite immédiate et de la trajectoire de référence.
[0067] L’étape de configuration 208 peut dans une variante de réalisation, comprendre une étape d’analyse des données relatives à un ou plusieurs axes de surveillance de la trajectoire réelle prédite immédiate de l’aéronef en vol, et des données d’une trajectoire de référence d’un autre aéronef identifié, et permettre d’afficher en superposition, la trajectoire de référence d’un autre aéronef identifié avec sa zone de confinement ainsi qu’afficher tout écart de la trajectoire réelle prédite immédiate de l’aéronef en vol avec la trajectoire de référence pouvant entrainer un risque de rencontre dudit aéronef en vol avec l’autre aéronef identifié. [0068] La figure 3f illustre un exemple d’affichage en superposition de plusieurs trajectoires (trajectoire de référence de l’aéronef en vol ; trajectoire prédite réelle immédiate de l’aéronef en vol) et de zones de confinement (zone pour la trajectoire de référence de l’aéronef en vol ; zone pour la trajectoire de référence d’un autre aéronef). L’affichage de la figure 3f permet de visualiser différentes prédictions de risques, par exemple pour deux aéronefs opérant sur des approches parallèles sur le même aéroport :
- 1er cas : Risque d’excursion hors du corridor de sécurité pour l’aéronef en vol ;
- 2eme cas : Risque de rapprochement dangereux de l’aéronef en vol avec l’autre aéronef, l’autre aéronef pouvant être détecté par une alerte TCAS de rapprochement avec un aéronef identifié, ou par la réception d’informations par un système de surveillance coopératif comme le ADS-B pour « Automatic dependent surveillancebroadcast >> ;
- 3eme cas : Risque d’intrusion de l’aéronef en vol dans la zone de confinement de l’autre aéronef, dont la trajectoire planifiée peut être connue de l’aéronef en vol par un système de type ADS-B par exemple.
[0069] Selon des modes d’implémentation et selon l’interface homme-machine sur lequel est fait l’affichage, les trajectoires peuvent être différenciées par un code couleur spécifique. De la même manière, en cas d’excursion hors du corridor de sécurité, la portion de la trajectoire réelle prédite qui sort de la zone de sécurité peut être mise en valeur visuellement par un code couleur spécifique ou par une signalétique appropriée (clignotement par exemple). L’homme de l’art comprend que l’étape de configuration des données peut être adaptée selon les applications, que ce soit pour prendre en compte le type d’aéronef ou la nature de la déviation de trajectoire apportant un risque à signaler au pilote.
[0001] Dans un mode de réalisation, l’étape de configuration 208 permet de plus de configurer une alerte de la survenue à court ou moyen terme d’une rencontre (i.e. d’une intersection) entre la trajectoire réelle prédite de l’aéronef en vol et son corridor de sécurité ou de la survenue d’une excursion plus importante hors du corridor de sécurité, si la combinaison des données de calcul de trajectoire et de corridor de sécurité analyse un risque de rencontre à court ou moyen terme de ladite trajectoire réelle prédite immédiate avec ledit corridor de sécurité. [0002] Avantageusement, et contrairement aux systèmes connus d’alerte d’impact ou de collision, l’alerte générée par le procédé de l’invention est de type alerte préventive, i.e. alerte d’anticipation qui permettre au pilote d’entamer une action réactive immédiate et appropriée.
[0003] Revenant sur la figure 3e, celle-ci illustre sur l’affichage superposé, une symbolique d’alerte à l’attention du pilote, montrant dans l’exemple choisi, une première alerte « Alert 1 >> indiquant par anticipation l’endroit sur la trajectoire prédite immédiate où la vitesse prédite dépassera la contrainte de vitesse limite, compte- tenu du seuil de vitesse défini, et montrant une deuxième alerte « Alert 2 >> indiquant par anticipation l’endroit sur la trajectoire prédite réelle immédiate, de la position prédite de l’avion qui sera en excursion hors de la zone de sécurité.
[0004] Dans une étape optionnelle, le procédé peut générer après l’étape de configuration d’affichage superposé 208, une étape de déclenchement d’une alerte sonore et/ou d’envoi au pilote et/ou au copilote d’un message alerte.
[0005] Dans une étape optionnelle, en cas d’excursion excessive par rapport à la procédure, le procédé de l’invention permet d’envoyer la trajectoire réelle prédite immédiate qui est calculée par « predictions forward >> à un système externe pour anticiper un problème terrain, par exemple l’envoyer à un système de type TAWS stratégique (en opposition au TAWS tactique actuel).
[0006] Il a été ainsi décrit des modes de réalisation du dispositif et du procédé d’aide à la gestion de vol selon l’invention. L’homme du métier peut appliquer des variantes de réalisation sur la base des principes décrits.
[0007] Le dispositif et le procédé de l’invention apportent des avantages pour le pilote dans la gestion du vol sur au moins trois aspects :
- Lui donner une meilleure conscience de ce qu’il fait, avec moins d’efforts pour challenger la trajectoire calculée par le FMS versus la trajectoire de référence de la procédure. Cela libère d’une charge de travail et charge mentale qu’il peut basculer sur d’autres activités inhérentes à sa fonction.
- Lui amener une meilleure lisibilité de la trajectoire. Il est en effet, actuellement difficile pour le pilote quand le mode de guidage n’est pas intégralement en mode « MANAGED >> de comprendre quelles sont les hypothèses prises par le FMS pour le calcul et l’affichage de la trajectoire (mise en descente, changement de vitesse, L’affichage en superposition proposé par l’invention accroit ainsi la confiance que peut avoir le pilote dans le système et peut permettre d’éviter des situations de stress inutiles.
- Lui fournir une fonction d’alerte préventive. Si la trajectoire devient non sécurisée ou si elle dévie trop de la planification (avec un risque de sortie du corridor, un conflit avec un autre trafic ou avec le terrain), une alerte peut être levée au pilote par anticipation, le prévenant alors immédiatement d’une action qu’il peut être à mener sur son appareil.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé (200) d’aide au guidage d’aéronef pour un aéronef en vol dans un mode de guidage en cours et ayant une trajectoire de référence planifiée pour un plan de vol, le procédé étant opéré par une plateforme de calcul pour aéronef et comprenant au moins :
- une étape (202) d’acquisition de variables courantes d’un aéronef en vol, les dites variables courantes comprenant au moins des variables d'état caractérisant l’état courant de l’aéronef, des variables d'environnement caractérisant l’environnement courant de l’aéronef et des variables de trajectoire caractérisant la trajectoire en cours de l’aéronef ;
- une étape (204) de calcul d’un corridor de sécurité autour de la trajectoire de référence de l’aéronef, ledit corridor de sécurité étant calculé sur plusieurs seuils prédéfinis pour au moins un axe de surveillance de l’aéronef, ledit au moins un axe de surveillance étant un axe latéral, un axe vertical, un axe de vitesse, un axe de temps ou un axe de consommation de carburant ;
- une étape (206) de calcul de trajectoire réelle prédite immédiate, utilisant les dites variables courantes acquises et le mode de guidage en cours de l’aéronef, et basée sur un mode de calcul dit propagé vers l’avant du vol permettant de calculer des prédictions court terme; et
- une étape de configuration (208) permettant de combiner les données de calcul de trajectoire et de corridor de sécurité, pour afficher en superposition sur un même écran de l’aéronef, la trajectoire de référence de l’aéronef en vol, ladite trajectoire réelle prédite immédiate et/ou ledit corridor de sécurité.
2. Le procédé selon la revendication 1 comprenant de plus après l’étape de configuration, une étape de génération d’une alerte préventive, si à l’étape de configuration, la combinaison des données de calcul de trajectoire et de corridor de sécurité analyse un risque de rencontre à court ou moyen terme de ladite trajectoire réelle prédite immédiate avec ledit corridor de sécurité.
3. Le procédé selon la revendication 1 ou 2 comprenant avant l’étape de configuration, une étape de comparaison de ladite trajectoire réelle prédite immédiate avec la trajectoire de référence pour ledit au moins un axe de surveillance, et dans lequel l’étape de configuration permet de plus d’afficher tout écart de ladite trajectoire réelle prédite immédiate avec la trajectoire de référence pour ledit au moins un axe de surveillance de l’aéronef.
4. Le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant avant l’étape de configuration, une étape d’analyse de ladite trajectoire réelle prédite immédiate par rapport à une trajectoire de référence d’un autre aéronef identifié, pour ledit au moins un axe de surveillance, et dans lequel l’étape de configuration permet de plus de combiner les données relatives à la trajectoire de référence de l’autre aéronef identifié et à sa zone de confinement, et d’afficher tout écart de ladite trajectoire réelle prédite immédiate de l’aéronef en vol avec la trajectoire de référence, pour ledit au moins un axe de surveillance, pouvant entrainer un risque de rencontre dudit aéronef en vol avec l’autre aéronef identifié.
5. Le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4 comprenant avant l’étape de configuration, une étape d’analyse pour ledit au moins un axe de surveillance, de la trajectoire réelle prédite immédiate par rapport à une zone de survol dangereuse ou interdite, et dans lequel l’étape de configuration permet de plus d’afficher la zone de survol dangereuse ou interdite et d’afficher tout écart de la trajectoire réelle prédite immédiate avec la trajectoire de référence pour ledit au moins un axe de surveillance, pouvant entrainer un risque de rencontre dudit aéronef en vol avec la zone de survol dangereuse ou interdite.
6. Le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel l’étape de calcul d’un corridor de sécurité consiste à calculer un corridor multidimensionnel de sécurité pour deux à cinq axes de surveillance de l’aéronef en vol, notamment un axe latéral et/ou un axe vertical et/ou un axe de vitesse et/ou un axe de temps et/ou un axe de consommation de carburant.
7. Le procédé selon la revendication 6 dans lequel l’étape de calcul d’un corridor multidimensionnel de sécurité consiste à calculer à partir d’un ou de plusieurs seuils prédéfinis pour chaque axe de surveillance, un seuil multidimensionnel avec des pondérations variables pour chacun des axes de surveillance considérés pour le corridor multidimensionnel de sécurité.
8. Le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 comprenant de plus après l’étape de configuration, une étape d’envoi d’une alerte au pilote.
9. Un produit programme d’ordinateur, ledit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code permettant d’effectuer les étapes du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
10. Un dispositif d’aide au guidage d’aéronef comprenant au moins une plateforme de calcul pour aéronef permettant de mettre en oeuvre les étapes du procédé d’aide au guidage d’aéronef selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
11. Le dispositif selon la revendication 10 comprenant de plus un écran d’affichage pour afficher le résultat de l’étape de configuration de l’une quelconque des revendications 1 à 8.
12. Le dispositif selon la revendication 10 ou la revendication 11 comprenant de plus des moyens sonores pour émettre une alerte selon le résultat de l’étape de configuration de l’une quelconque des revendications 1 à 8.
13. Le dispositif selon l’une quelconque des revendications 10 à 12 comprenant de plus des moyens de communication pour transmettre vers un système externe à l’aéronef en vol, le résultat de l’étape de configuration de l’une quelconque des revendications 1 à 8.
14. Un système de gestion de vol ou FMS ou un système de calcul embarqué de type EFB comprenant un dispositif d’aide au guidage d’aéronef selon l’une quelconque des revendications 10 à 13.
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