FR2618908A1 - Dispositif pour le guidage de cheminement et la localisation d'un point de stationnement - Google Patents

Abstract

Dispositif pour le guidage de cheminement sur un itinéraire et la localisation d'un point de stationnement correspondant, basé sur la mise en oeuvre et l'exploitation d'un balisage optique infrarouge. Le balisage est obtenu par la mise en oeuvre d'un illuminateur 1, localisé sur l'axe de roulage fixé. Cet illuminateur détermine des secteurs angulairement définis 2 par recouvrement marginal de zones identifiables par codage. Un capteur infrarouge placé à bord, sensible au rayonnement de l'illuminateur, permet par identification du secteur et détermination de l'angle de gisement, l'élaboration d'une information qui permet de rallier l'axe de roulage fixé à partir d'une trajectoire optimale et de maintenir cet axe sans nécessité de recoupement ou d'interprétation. Un illuminateur latéral auxiliaire 3 permet de fournir une indication de position sur l'axe, nécessaire à l'immobilisation requise. Le dispositif vise le guidage à poste des avions gros porteurs dans le cadre de la normalisation de l'emploi de passerelles mobiles d'infrastructures pour l'accès à bord, mais reste applicable à d'autres types de véhicules terrestres ou amphibies.

Description

Dispositif pour le guidage de cheminement et la localisation d'un point de stationnement.

Le positionnement précis des aeronefs à proximite des bâtiments des aéroports et autres terminaux pose, depuis la mise en oeuvre des passerelles d'infrastructure poste des problemes de guidage à l'arrivée des appareils au roulage. En effet, comparativement aux passerelles et escaliers mobiles roulants, ces passerelles d'infrastructure à poste presentent une capacite réduite d'attitudes qui impose aux aeronefs un positionnement precis, ainsi qu'un contrôle rigoureux de leur trajectoire lors du roulage qui peut étre effectué parfois à tres faible distance des bâtiments.

Par les moyens conventionnels humains (placeur), la rigueur requise de positionnement est difficile, voire impossible à obtenir, compte-tenu des conditions de vision à partir des postes de pilotage des avions gros porteurs (angle mort), ainsi que du fait de la faible distance des infrastructures qui n'autorise pas toujours un recul suffisant du personnel au sol affecté à ce travail.

Actuellement, pour résoudre ce problème, on met en oeuvre différents procédés pour satisfaire les imperatifs requis au niveau du maintien de l'axe de roulage, connus en termes de métier sous l'appellation anglo-saxonne "azimut guidance unit", comme pour assurer la signalisation du point d'immobilisation "cross barZ et *stop marker board". Ces procédés sont généralement basés sur des alignements optiques à partir de mires implantes au voisinage des installations. Ils ont en commun les inconvénients d'être d'une mise en oeuvre initiale complexe selon les sites, d'être vulnérables mécaniquement et d'avoir une précision tributaire de la position de l'observateur donc du pilote de l'aéronef.

L'objet du présent brevet est un moyen de guidage précis et efficace qui n'impose qu'une infrastructure minimale implantée au sol bien localisée et un équipement embarqué de faible encombrement qui peut être, le cas échéant, amovible. Il n'implique d'autre part aux équipages qu'un entrainement minime, puisqu'il fournit des informations qui se présentent sous une forme directement accessible A des personnels ayant la formation et les qualifications requises par ailleurs au niveau du pilotage des aéronefs considérés.

Pour obtenir un positionnement final à poste convenable, il est indispensable de fournir au pilote;
1" - les informations nécessaires à l'approche de l'axe ideal de roulage, puis celles necessaires au maintien précis de cet axe,
2" - une information d'immobilisation, lorsque la position idéale se trouve atteinte.

Pour résoudre ce delicat probleme, la présente invention repose sur la mise en oeuvre de deux sortes de moyens.

Au niveau de l'infrastructure au sol (figure 1) ;
- Une source de radiations électromagnétiques infrarouges monochromatiques (1), appelée dans ce qui suit "illuminateur", détermine une plage balisée selon plusieurs zones (2) de part et d'autre de l'axe de roulage idéal requis. Comme le fait apparaitre la figure 2, cette plage balisee est caractérisée par un champ vertical (3) suffisant pour que le rayonnement engendré puisse etre perçu dans tous les cas, quelle que soit la position du système détecteur de bord, ceci en fonction de la distance et de l'architecture des aéronefs concernés.

- Un autre illuminateur (4) sur la figure 1, de meme nature que 1' illuminateur (1), mais positionnée latéralement vis-à-vis de ce dernier, détermine une seconde plage balisee divisée en plusieurs zones sécantes à celles issues de l'illuminateur (1).

Au niveau de l'équipement de bord ( figure 3 );
- Un système détecteur optique capable du rayonnement émis par les sources (1) et (4), sélectif en direction (5), donc capable de reconnaitre l'angle sous lequel il perçoit les rayonnements, fournis après traitement des informations par le calculateur (6) les éléments à un indicateur (7) adapté,-placé dans le champ de vision de l'équipage.

La description suivante d'une realisation selon l'invention, permet de mieux comprendre le principe auquel elle fait appel.

Selon la réalisation prise comme exemple, la materialisation physique de la plage balisée est assuree par un Illuminateur comportant six groupements de diodes emettrices de rayonnements en proche infrarouge (16) sur une longueur d'onde de 0,9 micrometre.

Le dispositif optique (17) qui se trouve associé aux diodes émettrices permet d'obtenir dans le plan horizontal, six zones comme le montre la figure 4. Afin de satisfaire les Impératifs pratiques liés au principe, les six zones pyramidales ainsi obtenues présentent deux à deux, selon le plan horizontal, des angles de champ différents.

Les zones externes (9) et (14) et les zones intermédiaires (10) et (13), ont un champ respectif de 9 , et les zones centrales (11) et (12), ont un champ de 3,5 .

Ces zones se recouvrent mutuellement de la maniere suivante:
- Les zones (11) et (12) se recouvrent de 0,5 .

- Les zones (11) et (10), ainsi que les zones (12) et (13), se recouvrent de 20.

- Les zones (10) et (9), ainsi que les zones (13) et (14), se recouvrent de 40.

Cette disposition permet de déterminer 11 secteurs tels que le secteur (a) présente un angle de 0,50, les secteurs (b) et (b'), un angle de 1", les secteurs (c) et (c'), un angle de 20, les secteurs (d) et (d'), un angle de 30, les secteurs (e) et (e'), un angle de 40, et les secteurs (f) et (f'), un angle de 5".

Ainsi, la plage balisée couvre un champ total de 30,5 , soit donc à 150 mètres de distance1 une largeur de 81,7 mètres.

Dans chacune de ces six zones, le rayonnement émis par les diodes est module par de brèves impulsions, selon un code binaire, par les modulateurs digitaux (15), commandés par une horloge commune (18). Chaque mot binaire comporte huit bits. Les codes sont affectés selon le tableau ci-dessous. La réception simultanée des deux codes des zones adjacentes, génére un troisieme code correspondant au secteur de recouvrement.

<tb>

ZONES <SEP> CODES <SEP> BINAIRES <SEP> SECTEURS
<tb> <SEP> 9 <SEP> 1000 <SEP> 0001 <SEP> f
<tb> <SEP> 1000 <SEP> 0011 <SEP> e
<tb> <SEP> 10 <SEP> 1000 <SEP> 0010 <SEP> d
<tb> <SEP> 1000 <SEP> 0110 <SEP> c
<tb> <SEP> 11 <SEP> 1000 <SEP> 0100 <SEP> b
<tb> <SEP> 1000 <SEP> 1100 <SEP> a
<tb> <SEP> 12 <SEP> 1000 <SEP> 1000 <SEP> b'
<tb> <SEP> 1000 <SEP> 1101 <SEP> c'
<tb> <SEP> 13 <SEP> 1000 <SEP> 0101
<tb> <SEP> iooo <SEP> 1111 <SEP> e'
<tb> <SEP> 14 <SEP> 1000 <SEP> 1010 <SEP> f'
<tb>
Cette première plage balisée est complètee par une seconde plage balisée, secante de la premiere sous un angle moyen de 300, comme le fait apparaitre la figure 1.

La figure 4 ne fait pas apparaitre cette seconde plage afin de ne pas alourdir exagérément le trace.

Cette seconde plage est obtenue comme la première à partir du groupement de zones adjacentes pour determiner différents secteurs. Son but est de fixer le point d'immobilisation des aéronefs, ceci en fonction de leur type et de leur morphologie propre. Dans cet exemple, il a été choisi trois zones équidistantes ayant un angle de champ élémentaire, tel qu'elles materialisent cinq segments de un mètre au niveau de l'axe idéal de roulage. Ces trois zones sont aussi reperees par des codes binaires à huit bits differents des précédents, afin de pouvoir les identifier. Ces codes sont par exemple : 1001 0000, 1010 0000, 1101 0000 qui donnent dans les zones de recouvrement 1011 0000 et 1111 0000.

A bord de l'aéronef se trouve placé selon l'axe longitudinal, le bloc détecteur 19 de la figure (5).

I1 est constitué essentiellement d'un capteur (20), sensible pour le domaine de rayonnement émis par les illuminateurs de balisage de zone telles que (1) et (4). Ce capteur est associee à un bloc optique (22) qui adapte son champ optique afin de limiter celui-ci à 10 d'angle dans le champ horizontal et 10 dans le champ vertical dans le but de realiser une bonne selection spatiale.

Un miroir tournant, incliné à 450 (23), entraine en rotation à un tour par seconde par un moteur (24), assure la fonction de balayage optique tout autour de son axe, de telle manière que la cellule détectrice reçoive lorsqu'elle se trouve dans un champ balise, les signaux codés quel que soit leur gisement, ou du moins dans tout le spectre angulaire des gisements utiles à la manoeuvre.

Un resolveur (21), lié mécaniquement au miroir tournant, fournit à tout instant un signal correspondant a la position du miroir, donc à la direction du champ contrôlé par la cellule detectrice par rapport à l'axe longitudinal de l'aéronef.

La modulation des zones balisees est assurée à partir d'une modulation à 12 000 bits par seconde, soit 1000 codes de 8 bits par seconde separes par un intervalle égal a 4 bits; longueur du mot 0,66 ms, récurrence : 1 ms.

Ainsi, pour une resolution angulaire de 1", la cellule détectrice reçoit dans le cas le plus défavorable, le code au moins deux fois à chaque résolution, le miroir tournant à un tour par seconde, soit 10.en 2,7 ms.

Associé au bloc détecteur (19), un circuit de traitement permet l'élaboration du signal utile de la maniere suivante.

Le circuit décodeur (25) transforme le ou les codes qu'il reçoit en valeur numerique telle que les codes : 1001 0000, 1011 0000, 1010 0000, 1111 0000, 1101 0000, 1101 0000 deviennent les chiffres décinaux : 1, 2, 3, 4 et 5, et que les codes des secteurs (a) à (f) et (f'), correspondent aux valeurs angulaires suivantes;
f : + 60 f' : - 60
e : + 45" e' : - 45"
d : + 30 d' : - 30
c : + 20 c' : - 20
b : + 100 b' : - 100
a :
Les valeurs numeriques de 1 à 5 sont aiguillées directement vers l'indicateur en poste de pilotage.Les valeurs angulaires affectées de leur signe sont transmises au circuit (27) qui est un additionneur algébrique classique.

A chaque nouvelle révolution du miroir, le circuit (27) reçoit sur une entrée une valeur de 30 -30" et sur l'autre entrée, une valeur correspondant & l'angle de gisement sous lequel est perçu le signal. Le circuit (27) réalise la somme algébrique et la valeur qui en resulte correspond à l'erreur de route à suivre pour rallier dans les meilleurs conditions, l'axe de roulage idéal. Le circuit (28) memorise l'information entre deux révolutions du miroir (23) afin de donner dans tous les cas une indication stable et le circuit (29), compatibilise cette information avec l'indicateur (30) place en poste de pilotage. Celui-ci indiquera, à l'image d'un RMI ou d'un indicateur ADF la route à suivre.Mais, à l'inverse des instruments sus-visés, cette route sera automatiquement élaborée en fonction de la position et de l'orientation de l'aéronef vis à vis de l'axe de roulage recherché. Ainsi, aucune interprétation ou élaboration à la charge de l'équipage n'intervient pour l'obtention d'une trajectoire toujours optimale.

C'est seulement lorsque le bloc détecteur (19) penetrera dans la zone latérale d'immobilisation, que les valeurs numériques de 1 à 5 se trouveront décodées et apparaitront dans la fenêtre ad hoc de l'indicateur en poste de pilotage.

Afin de mieux comprendre le principe de fonctionnement de l'objet du présent brevet, le scenario d'une procédure de roulage typique peut être analysée. Cette procédure décrite à titre d'exemple est il lustrée par la figure 6.

Par convention, dans ce qui suit, vis à vis de l'axe balisé et vis à vis de l'axe longitudinal de l'aéronef, les angles sont négatifs à gauche et positifs à droite.

Nous supposons que l'aéronef equipe roule sur un taxiway et que le poste de stationnement balisé qui lui a éte affecte se trouve à sa gauche, l'axe de positionnement à poste faisant avec l'axe du taxiway un angle de 77,5 .

L'aéronef etant en mouvement, dès que le bloc détecteur (19) de la figure 5, qui équipe l'aéronef, pénétre dans le champ balisé, donc dans le premier secteur qu'il rencontre ( secteur f), il se trouve illuminé et détecte le code 1000 0001, ceci sous un gisement de -102,50.

Le circuit (27) reçoit d'une part la valeur angulaire correspondant au code 1000 0001, soit 600 et le gisement issu du resolveur soit -102,50. Ce circuit (27) elabore la somme algébrique de ces deux valeurs soit : -102,5 + 60 = - 42,50.

Cette dernière valeur est transmise au circuit (28) qui le mémorise, puis au circuit (29) qui l'adapte à l'indicateur (30) en poste de pilotage qui indique 42,50 à gauche. L'équipage, selon l'indication donnée devra, par virage à gauche, faire de telle sorte de ramener l'indicateur à zéro. Par cette manoeuvre, l'aéronef se trouvera sur' la route prescrite pour rallier l'axe recherché. Tout au long du parcours dans le secteur (f), l'information de gisement evoluant à chaque résolution du miroir tournant, à route constante, l'indicateur donnera une route légèrement différente de la precédente pour que le gisement demeure celui qui correspond au secteur (f) , soit 600.

Lorsque du fait du déplacement de l'aéronef, le bloc détecteur pénétre dans le secteur (e), il reçoit simultanément les codes des zones (9) et (10) qui du fait de leur structure s'additionnent naturellement pour donner le code 1000 0011. A cet instant, si l'aéronef est bien sur la route prescrite dans le secteur (f), l'indicateur (30) étant au zéro, le gisement est alors. de -60". Le circuit (27) qui reçoit l'information de gisement d'une part et la route prescrite de secteur d'autre part, aura les information - 60 et + 45" qui correspond au secteur (e). Ce circuit (27) va effectuer la somme algébrique - 60 + 45 = - 15 qui apparaîtra sur l'indicateur (30) par l'information 15 à gauche.

De la même façon que précédemment pour les secteurs (f) et (e), les informations de gisement et de secteur vont guider l'aéronef à l'entrée du secteur (d) sur une route correspondant à un gisement à 30 , soit 15 à gauche, puis à l'entrée du secteur (c), 100 à gauche, de même dans le secteur (b) et enfin encore 100 à gauche pour s'aligner perfaitement sur l'axe de roulage prescrit.Des lors, tout ecart de gisement donnera lieu dans le secteur (a) à une correction proportionnelle, par détection du gisement différent de zéro et tout écart plus important amenant le bloc détecteur (19) dans les secteurs voisins (b) ou (b'), voir (c) ou (c'), une correction majorée de 10 ou de 20 respectivement apparaîtra sur l'indicateur (30) pour que la trajectoire rejoigne dans les meilleures conditions l'axe de roulage prescrit.

L'aéronef poursuit sa route sur l'axe et lorsque le bloc détecteur (19) est illuminé lateralement par le champ engendré par l'illuminateur (4), il entre dans le premier secteur correspondant au code 1001 0000. Apres décodage, par le circuit (25), l'information numérique 1 apparait sur l'indicateur ( fenêtre numérique ad hoc).Si l'aéronef poursuit sa route, il pénêtre dans le second secteur ( code 1011 0000 ) et ainsi de suite.

Si par exemple, pour ce type d'aéronef, l'arrêt doit etre assuré dans le secteur 3, l'équipage attendra de voir apparaitre de chiffre 3 pour arrêter le roulage.

Comme le fait apparaitre l'exemple qui a été proposé ci-avant, le dispositif objet du présent brevet permet d'obtenir un guidage precis sur une trajectoire optimale de ralliement de l'axe Idéal de roulage, ainsi que l'immobilisation de l'aéronef dans une positlon-precise, tous objectifs requis pour l'accomplissement de la delicate manoeuvre recherchiée.

Il est bien évident que les éléments concrets choisis pour cet exemple purement demonstratif ne sont pas limitatifs et que toutes les valeurs angulaires peuvent etre adaptées correlativement au besoin.

De même, la technologie du bloc detecteur (19) à miroir tournant peut être remplacee par un bloc optique statique multidétecteurs à champ colimate tel que la résolution pour les gisements faibles, proches de zéro, se trouve améliorée par rapport à celle obtenue pour les gisements
plus forts. De même, il est possible de mettre en oeuvre un bloc asservi en gisement par le jeu de deux cellules détectrices en différentielles qui contrôlent en boucle un moteur de mise en rotation, un résolveur fournissant comme précédemment l'information de gisement. Ces deux derniers procédés permettent de s'affranchir totalement ou presque de la
notion de résolution temporelle du principe initialement exposé, qui
découle du régime de rotation du dispositif d'exploration angulaire.

I1 va sans dire que le présent dispositif peut avantageu
sement être associé à un mécanisme de pilotage automatique au sol, les
informations fournies à l'indicateur (30) étant directement exploitées
pour le contrôle de l'asservissement en direction. Afin dans ce cas de
satisfaire aux impératifs de fiabilité, la duplication redondante des moyens peut être facilement réalise tant au niveau de l'infrastructure au
sol que sur l'aéronef par la différenciation des domaines spectraux.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif pour le guidage de cheminement et la localisation d'un

point de stationnement caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre un champ balisé, positionné de part et d'autre de l'axe de cheminement fixé, ceci à partir de la mise en oeuvre d'un illuminateur agencé afin de

déterminer optiquement plusieurs faisceaux de lumiere infrarouge, identi

fiables et différenciables par leur codage respectif et tel que ces

faisceaux se trouvent positionnés de maniere telle que les zones

illuminées qu'ils déterminent dans l'espace se recoupent partiellement de

proche en proche avec celles qui se trouvent directement leurs voisines,

selon une loi établie et que de la sorte, le nombre des secteurs

identifiables se trouve être égal au double du nombre de zones moins une

et qu'il emploie à bord du mobile guidé un capteur sensible au rayonnement

émis par l'illuminateur capable d'identifier la zone ou le secteur dans

lequel il se trouve par décodage du code émis par l'illuminateur.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le

mobile objet du guidage est équipé d'un bloc détecteur comportant un

capteur sensible aux rayonnements lumineux infrarouges émis par l'illumi

nateur objet de la revendication 1, capable de mesurer l'angle de

gisement que fait la direction de l'illuminateur avec l'axe longitudinal

du dit mobile, de telle sorte, qu'après décodage des signaux émis par

l'illuminateur, un circuit electro- nique de traitement associé au bloc

détecteur effectue la somme algébrique de l'information de gisement et

d'une information correspondant à chacun des codes émis par l'illuminateur, faisant apparaitre l'information qui découle de cette somme

algébrique sur un indicateur visible de l'équipage affecté à la conduite

du mobile, de telle manière que l'information corresponde à la concordance

de trajectoire vis à vis d'un cheminement préétabli.

3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que

les zones et les secteurs délimités dans l'espace par l'illuminateur,

presentent des valeurs angulaires variables dans le plan horizontal,

telles que ces valeurs angulaires soient faibles au voisinage de l'axe

recherché et de plus en plus larges. au fur et à mesure qu'elles s'ecartent

de celui-ci, afin de permettre, à partir d'une exploitation adaptée des

informations conjointes à cette disposition, l'élaboration des éléments déterminants une trajectoire d'interception de l'axe à partir d'un virage

de rayon croissant pour un mobile guidé en rapprochement de l'axe de cheminement fixé, ceci par le fait que chaque secteur délimité par le dispositif est assuJetti au niveau du bloc détecteur à un angle d'attaque décroissant au fur et à mesure du rapprochement de l'axe de cheminement fixé.

4 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, et/ou 3, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un second champ balisé de même nature que le champ objet de la revendication 1 et sécant au premier sous un angle compris entre 20 et 1100 et tel qu'il délimite plusieurs zones caractérisées par leur codage, de telle manière que le détecteur visé par la revendication 2 puisse détecter et traiter le ou les codes caractéristiques de la zone ou des sécteurs ainsi délimités, dans le but de signaler à l'équipage sa position sur l'axe de cheminement fixé afin de lui permettre d'assurer l'immobilisation du véhicule équipé dans une position prédéterminée.

5 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 et/ou 3, et/ou 4, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un détecteur objet de la revendication 2, sensible au rayonnement du champ balisé et qui présente une résolution angulaire variable de telle sorte que cette résolution angulaire soit maximale pour les petits angles de gisement, proches de zéro et progressivement décroissante au fur et a mesure de l'accroissement de l'angle de gisement, ceci selon une loi fixée et adaptée a l'application recherchée.