FR2815145A1 - Method of navigation of an aircraft during its approach phase, uses global positioning satellite data to estimate pseudo-speed components combined with flight parameter values to generate head up display during landing - Google Patents
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Abstract
Description
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PROCEDE ET SYSTEME DE NAVIGATION UTILISANT UN RECEPTEUR DE POSITIONNEMENT PAR SATELLITE. NAVIGATION METHOD AND SYSTEM USING A SATELLITE POSITIONING RECEIVER.
La présente invention concerne un procédé et un système de navigation utilisant un récepteur de positionnement par satellites GPS, ainsi qu'un aéronef équipé d'un tel système. The present invention relates to a navigation method and system using a GPS satellite positioning receiver, as well as to an aircraft equipped with such a system.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de navigation pour aéronef, notamment en phase d'approche, ledit aéronef étant équipé : - d'un récepteur de positionnement par satellites GPS agencé pour délivrer notamment un ensemble de pseudo-vitesses, ou projections sur l'axe reliant le récepteur à chaque satellite en vue, du vecteur vitesse relative entre le récepteur et ledit satellite ; de moyens de navigation indépendants du récepteur de positionnement par satellites GPS, agencés pour délivrer au moins le cap suivi par l'aéronef, deux paramètres d'attitude, une vitesse verticale et le vecteur vitesse air ; et - d'un moyen de visualisation tête haute HUD agencée pour délivrer des informations visuelles à partir dudit cap, desdits paramètres d'attitude et de trois composantes du vecteur vitesse sol. More particularly, the invention relates to a navigation method for aircraft, in particular in the approach phase, said aircraft being equipped with: - a positioning receiver by GPS satellites arranged to deliver in particular a set of pseudo-speeds, or projections onto the axis connecting the receiver to each satellite in view of the relative speed vector between the receiver and said satellite; navigation means independent of the positioning receiver by GPS satellites, arranged to deliver at least the heading followed by the aircraft, two attitude parameters, a vertical speed and the air speed vector; and - a head-up display means HUD arranged to deliver visual information from said heading, said attitude parameters and three components of the ground speed vector.
Les systèmes de positionnement par satellites, et plus particulièrement le système dit GPS, comprennent une constellation de satellites en orbite autour de la terre, des stations terrestres de contrôle et des récepteurs d'utilisateur. Satellite positioning systems, and more specifically the so-called GPS system, include a constellation of satellites orbiting the earth, control earth stations and user receivers.
Les satellites sont synchronisés entre eux par les stations de contrôle, elles-mêmes reliées entre elles et à une station de contrôle maîtresse qui calcule très précisément les paramètres d'orbite des satellites et les The satellites are synchronized with each other by the control stations, which are themselves linked together and with a master control station which very precisely calculates the orbit parameters of the satellites and the
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transmet aux satellites par l'intermédiaire des stations de contrôle. Les satellites émettent des signaux de navigation (positionnement et temps). transmits to satellites via control stations. Satellites transmit navigation signals (positioning and time).
Un récepteur d'utilisateur reçoit ces signaux d'au moins quatre satellites distincts et en déduit le temps exact et sa position exacte (3 coordonnées) par rapport aux satellites à l'instant de la mesure et, de là, sa position par rapport à un référentiel terrestre quelconque. A user receiver receives these signals from at least four separate satellites and deduces therefrom the exact time and its exact position (3 coordinates) relative to the satellites at the time of the measurement and, from there, its position relative to any terrestrial frame of reference.
On se référera ci-après au système GPS pour fixer les idées, mais l'invention est bien entendu applicable à tout système de positionnement par satellites, tel que le système GLONASS. Reference is made below to the GPS system to fix the ideas, but the invention is of course applicable to any satellite positioning system, such as the GLONASS system.
Il est par ailleurs connu d'équiper des avions, généralement courtscourriers, de systèmes de visualisation tête haute HUD (Head Up Display) pour leur permettre d'atterrir en catégorie IIIA (c'est-à-dire sous certaines conditions de visibilité). Ces systèmes de visualisation sont constitués d'un écran transparent disposé entre le pilote et la verrière du cockpit, sur lequel sont projetées certaines informations visuelles qui, par conséquent, se superposent à la vue qu'a le pilote de l'extérieur de l'avion. It is also known to equip planes, generally short-haul aircraft, with head-up display systems HUD (Head Up Display) to enable them to land in category IIIA (that is to say under certain visibility conditions). These display systems consist of a transparent screen arranged between the pilot and the canopy of the cockpit, onto which are projected certain visual information which, therefore, is superimposed on the view of the pilot from outside the plane.
Les systèmes HUD nécessitent pour fonctionner de disposer en entrée du cap suivi par l'avion, des deux paramètres d'attitude (roulis et tangage), et des trois composantes de sa vitesse dans un repère lié au sol. Il ne leur est pas nécessaire de disposer de moyens autonomes d'acquisition d'informations de position, ces informations leur étant fournies par des équipements au sol (tels qu'ILS et DME). HUD systems require to operate at the input of the heading followed by the aircraft, two attitude parameters (roll and pitch), and the three components of its speed in a benchmark linked to the ground. They do not need to have autonomous means of acquiring position information, this information being provided to them by ground equipment (such as ILS and DME).
Actuellement, les informations nécessaires à l'exploitation d'un système HUD sont fournies par une centrale inertielle IRS (Inertial Reference System). Currently, the information necessary for operating a HUD system is provided by an inertial reference system IRS (Inertial Reference System).
Le problème réside dans le fait que les systèmes IRS sont très coûteux du fait qu'ils sont conçus pour fournir des paramètres de position (grande précision à long terme), alors même que ces paramètres ne The problem is that IRS systems are very expensive because they are designed to provide position parameters (long-term high accuracy), even though these parameters do not
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sont pas utilisés par les systèmes HUD qui n'exigent que des paramètres de vitesse. are not used by HUD systems which only require speed parameters.
On a donc proposé, par exemple dans le document FR-A-2730841, d'utiliser des systèmes GPS, relativement peu coûteux par rapport à un système IRS, à la place de ces systèmes IRS. Ces systèmes GPS fournissent en effet, outre des informations de positionnement, des informations de vitesse. Plus précisément, ils fournissent des"pseudovitesses", c'est-à-dire les valeurs des projections sur l'axe reliant le récepteur à chaque satellite en vue du système GPS, du vecteur vitesse relative entre le récepteur et ce satellite. It has therefore been proposed, for example in document FR-A-2730841, to use GPS systems, relatively inexpensive compared to an IRS system, in place of these IRS systems. These GPS systems provide, in addition to positioning information, speed information. More precisely, they provide "pseudovitesses", that is to say the values of the projections on the axis connecting the receiver to each satellite for the GPS system, of the relative speed vector between the receiver and this satellite.
De même que pour le positionnement, les récepteurs GPS doivent disposer d'au moins quatre satellites en vue pour déterminer la vitesse sol à partir de quatre pseudo-vitesses. Il en résulte un problème de disponibilité des informations. As with positioning, GPS receivers must have at least four satellites in sight to determine ground speed from four pseudo-speeds. This results in an information availability problem.
Par ailleurs, il est nécessaire dans le domaine de l'avionique d'être certain de l'intégrité des mesures que l'on fournit aux systèmes de navigation, c'est-à-dire que la disponibilité des mesures est généralement moins importante que leur fiabilité (il est essentiel de savoir quand une information n'est pas fiable de manière à ne plus l'utiliser). Or, il est connu que l'une des difficultés principales rencontrées avec le système GPS est précisément celui de sa fiabilité. Furthermore, it is necessary in the field of avionics to be certain of the integrity of the measurements that are provided to the navigation systems, that is to say that the availability of the measurements is generally less important than their reliability (it is essential to know when information is not reliable so that it is no longer used). However, it is known that one of the main difficulties encountered with the GPS system is precisely that of its reliability.
On comprendra que cette difficulté est particulièrement critique dans le domaine de l'avionique, tout particulièrement en phase d'approche avant l'atterrissage. It will be understood that this difficulty is particularly critical in the field of avionics, especially in the approach phase before landing.
On a proposé dans les documents FR-A-2749665 et WO-A-9818016, de tester l'intégrité des mesures GPS par la redondance des informations lorsque plus de quatre satellites sont en vue. Plus particulièrement, le dernier de ces documents traite des procédés de surveillance d'intégrité de récepteur dits RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) bien connus dans la technique pour s'assurer de l'intégrité des informations de position fournies par les systèmes GPS. Mais ces procédés It has been proposed in documents FR-A-2749665 and WO-A-9818016 to test the integrity of GPS measurements by the redundancy of information when more than four satellites are in view. More particularly, the last of these documents deals with receiver integrity monitoring methods known as RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) well known in the art for ensuring the integrity of the position information provided by GPS systems. But these processes
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aggravent le problème de la disponibilité puisque, étant fondés sur la redondance, ils exigent qu'au moins cinq satellites soient en vue. compound the problem of availability since, being based on redundancy, they require that at least five satellites be in sight.
On a également proposé dans le document FR-A-2730841 précité, de résoudre le problème d'intégrité en associant à la centrale de référence d'attitude et de cap AHRS délivrant notamment l'accélération verticale, une centrale anémo-barométrique ADC (Air Data Computer) délivrant notamment l'altitude barométrique, pour fournir une vitesse verticale hybride bar-inertielle résultant de la combinaison de ces deux grandeurs. Cette vitesse verticale baro-inertielle est ensuite comparée à la vitesse verticale résultant du système GPS de manière à tester l'intégrité de la vitesse. It has also been proposed in the aforementioned document FR-A-2730841, to resolve the integrity problem by associating with the attitude and heading reference center AHRS delivering in particular vertical acceleration, an ADC (Air Data Computer) notably delivering the barometric altitude, to provide a hybrid bar-inertial vertical speed resulting from the combination of these two quantities. This baro-inertial vertical speed is then compared to the vertical speed resulting from the GPS system so as to test the integrity of the speed.
Mais une telle disposition présente toutefois deux inconvénients. However, such an arrangement has two drawbacks.
En premier lieu, elle ne permet en aucune manière d'améliorer la fiabilité de la mesure de la vitesse lorsqu'il est observé que cette fiabilité est insuffisante. First, it does not in any way improve the reliability of the speed measurement when it is observed that this reliability is insufficient.
Et par ailleurs, elle n'apporte rien à la solution du problème de la disponibilité. And furthermore, it does nothing to solve the availability problem.
La présente invention vise à palier ces inconvénients. The present invention aims to overcome these drawbacks.
Plus particulièrement, l'invention vise à permettre l'utilisation de moyens de visualisation tête haute HUD sans pour autant nécessiter l'installation d'une centrale inertielle IRS. More particularly, the invention aims to allow the use of HUD head-up display means without requiring the installation of an IRS inertial unit.
L'invention vise également à faciliter l'intégration d'un récepteur de navigation par satellites GPS dans un système de navigation comportant une visualisation tête haute HUD. The invention also aims to facilitate the integration of a GPS satellite navigation receiver into a navigation system comprising a head-up display HUD.
L'invention vise également à améliorer les performances et la disponibilité d'un récepteur de navigation par satellites GPS intégré à un système de navigation pour aéronef. The invention also aims to improve the performance and availability of a GPS satellite navigation receiver integrated into an aircraft navigation system.
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A cet effet, l'invention à tout d'abord pour objet un procédé de navigation pour aéronef, notamment en phase d'approche, ledit aéronef étant équipé : - d'un récepteur de positionnement par satellites GPS agencé pour délivrer notamment un ensemble de pseudo-vitesses, ou projections sur l'axe reliant le récepteur à chaque satellite en vue, du vecteur vitesse relative entre le récepteur et ledit satellite ; de moyens de navigation indépendants du récepteur de positionnement par satellites GPS, agencés pour délivrer au moins le cap suivi par l'aéronef, deux paramètres d'attitude, une vitesse verticale et le vecteur vitesse air ; et - d'un moyen de visualisation tête haute HUD agencé pour délivrer des informations visuelles à partir dudit cap, desdits paramètres d'attitude et de trois composantes du vecteur vitesse sol ; caractérisé par le fait qu'il comprend l'étape consistant à utiliser ladite vitesse verticale comme une pseudo-vitesse supplémentaire qui serait obtenue d'un satellite équivalent situé au centre de la Terre. To this end, the invention firstly relates to a navigation method for aircraft, in particular in the approach phase, said aircraft being equipped with: - a positioning receiver by GPS satellites arranged to deliver in particular a set of pseudo-speeds, or projections on the axis connecting the receiver to each satellite in view, of the relative speed vector between the receiver and said satellite; navigation means independent of the positioning receiver by GPS satellites, arranged to deliver at least the heading followed by the aircraft, two attitude parameters, a vertical speed and the air speed vector; and - a head-up display means HUD arranged to deliver visual information from said heading, said attitude parameters and three components of the ground speed vector; characterized in that it comprises the step of using said vertical speed as an additional pseudo-speed which would be obtained from an equivalent satellite located in the center of the Earth.
Ce procédé présente en premier lieu l'avantage de fournir les composantes du vecteur vitesse sol avec une meilleure précision du fait de la présence d'un paramètre supplémentaire en entrée. This method firstly has the advantage of providing the components of the ground speed vector with better precision due to the presence of an additional parameter at the input.
Un autre avantage réside dans le fait que le procédé selon invention améliore grandement la disponibilité de l'hybridation puisque celle-ci peut fonctionner dès lors que l'on dispose de trois satellites en vue seulement, fournissant trois pseudo-vitesses auxquelles s'ajoute la pseudo-vitesse supplémentaire constituée par la vitesse verticale précitée. Another advantage lies in the fact that the method according to the invention greatly improves the availability of hybridization since it can operate when only three satellites are in sight, providing three pseudo-speeds to which is added the additional pseudo-speed constituted by the above-mentioned vertical speed.
Dans un mode de mise en oeuvre particulier du procédé selon invention, lesdits moyens de navigation indépendants du récepteur de positionnement par satellites GPS comprennent : In a particular embodiment of the method according to the invention, said navigation means independent of the GPS satellite positioning receiver comprise:
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- une centrale anémo-barométrique ADC agencée pour délivrer notamment une altitude barométrique ; - une centrale de référence d'attitude et de cap AHRS agencée pour délivrer notamment les vitesses angulaires et les accélérations ; ledit procédé comprenant les étapes consistant à hybrider les sorties de la centrale anémo-barométrique ADC et de la centrale de référence d'attitude et de cap AHRS, en vue d'obtenir une vitesse verticale baroinertielle, et à utiliser ladite vitesse verticale bar-inertielle comme pseudo-vitesse supplémentaire. - an ADC anemo-barometric unit designed to deliver in particular a barometric altitude; - an attitude and heading reference center AHRS arranged in particular to deliver the angular speeds and the accelerations; said method comprising the steps consisting in hybridizing the outputs of the ADC anemo-barometric unit and the attitude and heading reference unit AHRS, in order to obtain a baroinertial vertical speed, and in using said bar-inertial vertical speed as an additional pseudo-speed.
On observera que l'invention propose, comme le document précité FR-A- 2730841, l'utilisation d'une vitesse verticale baro-inertielle, mais dans un contexte différent. Il s'agissait dans ce document uniquement de comparer la vitesse verticale bar-inertielle à la vitesse verticale résultant du système GPS. Dans l'invention, au contraire, la vitesse verticale bar-inertielle est assimilée à une pseudo-vitesse supplémentaire comme cela a été exposé ci-dessus. It will be observed that the invention proposes, like the aforementioned document FR-A-2730841, the use of a baro-inertial vertical speed, but in a different context. In this document, it was only a question of comparing the vertical bar-inertial speed with the vertical speed resulting from the GPS system. In the invention, on the contrary, the vertical bar-inertial speed is assimilated to an additional pseudo-speed as has been explained above.
Egalement dans un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, ledit aéronef est en outre équipé d'une unité autonome de surveillance d'intégrité de récepteur, RAIM, agencée pour vérifier l'intégrité des pseudo-vitesses délivrées par le récepteur de positionnement par satellite GPS, et ladite pseudo-vitesse supplémentaire est associée à la vérification de l'intégrité des pseudo-vitesses par l'unité autonome de surveillance d'intégrité de récepteur RAIM. Also in a particular embodiment of the invention, said aircraft is also equipped with an autonomous receiver integrity monitoring unit, RAIM, arranged to verify the integrity of the pseudo-speeds delivered by the receiver of positioning by GPS satellite, and said additional pseudo-speed is associated with the verification of the integrity of the pseudo-speeds by the autonomous receiver integrity monitoring unit RAIM.
Le procédé selon invention peut également comprendre une étape de détermination d'une limite d'erreur garantie sur la vitesse horizontale, tenant compte des pseudo-vitesses et de ladite pseudo-vitesse supplémentaire. The method according to the invention may also include a step of determining a guaranteed error limit on the horizontal speed, taking account of the pseudo-speeds and of said additional pseudo-speed.
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L'avantage d'une telle disposition est également d'augmenter la disponibilité de la fonction tête haute en minimisant l'erreur garantie sur la vitesse. The advantage of such an arrangement is also to increase the availability of the head-up function while minimizing the guaranteed error on the speed.
Le procédé selon invention peut également comprendre une étape de vérification de l'intégrité des sorties hybridées attitude, cap et vitesse verticale, par comparaison avec les sorties de la centrale de référence d'attitude et de cap AHRS. The method according to the invention may also include a step of verifying the integrity of the attitude, heading and vertical speed hybridized outputs, by comparison with the outputs of the attitude and heading reference center AHRS.
L'invention a également pour objet un système de navigation pour aéronef, notamment en phase d'approche, comprenant : - un récepteur de positionnement par satellites GPS agencé pour délivrer notamment un ensemble de pseudo-vitesses, ou projections sur l'axe reliant le récepteur à chaque satellite en vue, du vecteur vitesse relative entre le récepteur et ledit satellite ; - des moyens de navigation indépendants du récepteur de positionnement par satellites GPS, agencés pour délivrer au moins le cap magnétique de l'aéronef, la vitesse air, l'altitude barométrique et les vitesses angulaires et accélérations ; et - un moyen de visualisation tête haute HUD agencé pour délivrer des informations visuelles à partir dudit cap, desdits paramètres d'attitude et de trois composantes de vitesse sol ; caractérisé par le fait qu'il comprend : - des moyens de calcul agencés pour déduire un vecteur vitesse sol, incluant une vitesse verticale baro-inertielle, le cap suivi par l'aéronef et deux paramètres d'attitude, à partir desdites pseudo-vitesses, dudit cap magnétique, de ladite vitesse air, de ladite altitude barométrique, et desdites vitesse angulaires et accélérations ; et The invention also relates to a navigation system for an aircraft, in particular in the approach phase, comprising: - a positioning receiver by GPS satellites arranged to deliver in particular a set of pseudo-speeds, or projections on the axis connecting the receiver at each satellite in view, of the relative speed vector between the receiver and said satellite; navigation means independent of the positioning receiver by GPS satellites, arranged to deliver at least the magnetic heading of the aircraft, the air speed, the barometric altitude and the angular speeds and accelerations; and a HUD head-up display means arranged to deliver visual information from said heading, from said attitude parameters and from three ground speed components; characterized by the fact that it comprises: - calculation means arranged to deduce a ground speed vector, including a baro-inertial vertical speed, the heading followed by the aircraft and two attitude parameters, from said pseudo-speeds , said magnetic heading, said air speed, said barometric altitude, and said angular speeds and accelerations; and
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- des moyens de traitement agencés pour traiter ladite vitesse verticale comme une pseudo-vitesse supplémentaire qui serait obtenue d'un satellite équivalent situé au centre de la Terre. - Processing means arranged to treat said vertical speed as an additional pseudo-speed which would be obtained from an equivalent satellite located in the center of the Earth.
Dans un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de navigation indépendants du récepteur de positionnement par satellites GPS comprennent : - une centrale anémo-barométrique ADC ; et - une centrale de référence d'attitude et de cap AHRS ; lesdits moyens de traitement comprenant des moyens de calcul agencés pour déduire une vitesse verticale baro-inertielle de ladite altitude barométrique et de ladite accélération verticale, et étant agencés pour traiter ladite vitesse verticale baro-inertielle comme pseudo-vitesse supplémentaire. In a particular embodiment, said navigation means independent of the positioning receiver by GPS satellites comprise: - an anemo-barometric central ADC; and - an AHRS attitude and heading reference center; said processing means comprising calculation means arranged to deduce a baro-inertial vertical speed from said barometric altitude and said vertical acceleration, and being arranged to treat said baro-inertial vertical speed as additional pseudo-speed.
Plus particulièrement, lesdits moyens de calcul peuvent comprendre un filtre de Kalman. More particularly, said calculation means can comprise a Kalman filter.
Le système de navigation selon l'invention peut comprendre une unité autonome de surveillance d'intégrité de récepteur RAIM agencée pour vérifier l'intégrité des pseudo-vitesses délivrées par le récepteur de positionnement par satellite GPS, des moyens étant prévus pour associer ladite pseudo-vitesse supplémentaire à la vérification de l'intégrité des pseudo-vitesses par l'unité autonome de surveillance d'intégrité de récepteur RAIM, et pour fournir une alarme lorsque ladite intégrité n'est pas assurée. The navigation system according to the invention may comprise an autonomous RAIM receiver integrity monitoring unit arranged to verify the integrity of the pseudo-speeds delivered by the GPS satellite positioning receiver, means being provided for associating said pseudo- additional speed to the verification of the integrity of the pseudo-speeds by the autonomous RAIM receiver integrity monitoring unit, and to provide an alarm when said integrity is not ensured.
Le système de navigation selon invention peut également comprendre des moyens de détermination d'une limite d'erreur garantie sur la vitesse tenant compte des pseudo-vitesses et de ladite pseudo-vitesse supplémentaire. The navigation system according to the invention can also comprise means for determining a guaranteed error limit on the speed taking account of the pseudo-speeds and of said additional pseudo-speed.
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Le système de navigation selon invention peut également comprendre des moyens de vérification de l'intégrité des sorties hybridées attitude, cap et vitesse verticale, par comparaison avec les sorties de la centrale de référence d'attitude et de cap AHRS, et pour fournir une alarme lorsque le résultat de la comparaison est supérieur à un seuil prédéterminé. The navigation system according to the invention may also include means for verifying the integrity of the attitude, heading and vertical speed hybridized outputs, by comparison with the outputs of the attitude and heading reference center AHRS, and for providing an alarm. when the result of the comparison is above a predetermined threshold.
L'invention a également pour objet un équipement autonome d'hybridation agencé pour former avec : - une centrale de référence d'attitude et de cap AHRS ; - une centrale anémo-barométrique ADC ; - un récepteur de positionnement par satellite GPS ; et - un moyen de visualisation tête haute HUD ; un système de navigation tel que décrit ci-dessus, caractérisé par le fait qu'il comporte en entrée : - une liaison ARINC 705 pour ladite centrale de référence d'attitude et de cap AHRS ; - une liaison ARINC 706 pour ladite centrale anémo-barométrique ADC ; et - une liaison ARINC 743 pour ledit récepteur de positionnement par satellite GPS ; et en sortie - une liaison ARINC 704 pour ledit moyen de visualisation tête haute HUD. The invention also relates to autonomous hybridization equipment designed to form with: - an attitude and heading reference center AHRS; - an ADC anemo-barometric unit; - a GPS satellite positioning receiver; and - a head-up display means HUD; a navigation system as described above, characterized in that it comprises at the input: - an ARINC 705 link for said attitude and heading reference center AHRS; - an ARINC 706 link for said ADC anemo-barometric unit; and an ARINC 743 link for said GPS satellite positioning receiver; and at the output - an ARINC 704 link for said head-up display means HUD.
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On rappelle que les liaisons ARINC sont des liaisons normalisées par AERONAUTICAL RADIO, INC. L'invention a également pour objet un aéronef, caractérisé par le fait qu'il comprend un système de navigation tel que décrit ci-dessus. It is recalled that the ARINC links are links standardized by AERONAUTICAL RADIO, INC. The invention also relates to an aircraft, characterized in that it comprises a navigation system as described above.
On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier d'un système de navigation selon l'invention, en référence à la figure unique annexée constituée d'un schéma par blocs de ce système. We will now describe, by way of nonlimiting example, a particular embodiment of a navigation system according to the invention, with reference to the single appended figure consisting of a block diagram of this system.
Ce système est installé sur un aéronef et est composé d'un récepteur 1 de positionnement par satellites, d'une centrale anémo-barométrique 2, et d'un capteur magnétique 3 fournissant les paramètres d'entrée. Il comprend également une centrale de référence d'attitude et de cap 4 ainsi que, en sortie, un dispositif de visualisation tête haute 5 et deux alarmes 6 et 7 de tout type connu, par exemple visuelles et/ou sonores. This system is installed on an aircraft and is composed of a satellite positioning receiver 1, an anemo-barometric unit 2, and a magnetic sensor 3 providing the input parameters. It also includes an attitude and heading reference center 4 as well as, at the output, a head-up display device 5 and two alarms 6 and 7 of any known type, for example visual and / or audible.
Les dispositifs précités sont connus en eux-mêmes et ne seront donc pas décrits plus en détail. The aforementioned devices are known in themselves and will therefore not be described in more detail.
De façon connue, le récepteur 1 de positionnement par satellites fournit en sortie notamment un certain nombre de pseudo-vitesses, fonction du nombre de satellites en vue du récepteur, la centrale anémobarométrique 2 fournit en sortie les composantes de la vitesse air ainsi que l'altitude barométrique Hb, et le capteur magnétique 3 fournit en sortie le cap magnétique Pm. Egalement de façon connue, le dispositif de visualisation tête haute 5 nécessite en entrée le cap, deux angles d'attitude (roulis et tangage) et les trois composantes de la vitesse sol. In known manner, the satellite positioning receiver 1 supplies in particular a certain number of pseudo-speeds, depending on the number of satellites in view of the receiver, the anemobarometric unit 2 supplies the components of the air speed as well as the barometric altitude Hb, and the magnetic sensor 3 outputs the magnetic heading Pm. Also in a known manner, the head-up display device 5 requires as input the heading, two attitude angles (roll and pitch) and the three components of the ground speed.
Le système de navigation selon invention comprend également une unité autonome de surveillance d'intégrité de récepteur 8, un filtre de Kalman 9 et un comparateur 10 de vérification de l'intégrité des sorties hybridées. The navigation system according to the invention also comprises an autonomous receiver integrity monitoring unit 8, a Kalman filter 9 and a comparator 10 for verifying the integrity of the hybridized outputs.
Le cap magnétique fourni par le capteur magnétique 3 ainsi que les composantes de la vitesse air et l'altitude barométrique fournies par la The magnetic heading provided by the magnetic sensor 3 as well as the components of the air speed and the barometric altitude provided by the
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centrale anémo-barométrique 2 sont transmis en entrée de la centrale de référence d'attitude et de cap 4, par des liaisons 11 et 12 respectivement. anemo-barometric unit 2 are transmitted at the input of the attitude and heading reference unit 4, by links 11 and 12 respectively.
Les pseudo-vitesses fournies par le récepteur de positionnement par satellite 1 ainsi que les paramètres issus de la centrale anémobarométrique 2 sont par ailleurs transmis en entrée du filtre de Kalman 9 par des liaisons 13 et 14 respectivement. Ce filtre reçoit également en entrée, par une liaison 15, notamment les vitesses angulaires et les accélérations issue de la centrale de référence d'attitude et de cap 4. The pseudo-speeds provided by the satellite positioning receiver 1 as well as the parameters from the anemobarometric unit 2 are also transmitted at the input of the Kalman filter 9 by links 13 and 14 respectively. This filter also receives at the input, by a link 15, in particular the angular speeds and the accelerations coming from the attitude and heading reference center 4.
Le filtre de Kalman 9 donne en premier lieu une vitesse verticale baroinertielle résultant d'une hybridation entre les données qui lui sont fournies en entrée. Cette vitesse verticale baro-inertielle est transmise par une liaison 16 à l'unité autonome de surveillance d'intégrité de récepteur 8, comme le sont les pseudo-vitesses issues du récepteur de positionnement par satellites 1. The Kalman filter 9 first gives a baroinertial vertical speed resulting from a hybridization between the data supplied to it as input. This baro-inertial vertical speed is transmitted by a link 16 to the autonomous receiver integrity monitoring unit 8, as are the pseudo-speeds originating from the satellite positioning receiver 1.
L'unité 8 est connue en elle-même intégrée à des système GPS mais, dans cette application connue, elle est appliquée à des distances pour fournir une limite d'intégrité horizontale HIL (Horizontal Integrity Limit) ou aux vitesse fournies exclusivement par un GPS. Au contraire, elle est ici appliquée à une combinaison de pseudo-vitesses et d'une vitesse verticale bar-inertielle pour fournir une limite d'intégrité de vitesse horizontale. Unit 8 is known per se integrated into GPS systems but, in this known application, it is applied at distances to provide a horizontal integrity limit HIL (Horizontal Integrity Limit) or at speeds provided exclusively by a GPS . On the contrary, it is applied here to a combination of pseudo-speeds and a bar-inertial vertical speed to provide an integrity limit for horizontal speed.
Dans le cas où l'intégrité sur les vitesses n'est pas assurée, un signal est transmis sur une ligne 17 au dispositif d'alarme 7. De plus, la limite d'intégrité de vitesse horizontale permet de prévoir la disponibilité de la fonction pour l'atterrissage par un calcul prédictif avant le décollage, cette procédure étant déjà en place pour prévoir la disponibilité du système GPS pour la navigation durant le vol et l'approche. In the event that speed integrity is not ensured, a signal is transmitted on line 17 to the alarm device 7. In addition, the horizontal speed integrity limit makes it possible to predict the availability of the function. for landing by a predictive calculation before takeoff, this procedure is already in place to predict the availability of the GPS system for navigation during the flight and approach.
A partir des données qui lui sont fournies en entrée, le filtre de Kalman 9 détermine également des valeurs optimisées pour l'attitude, le cap et From the data supplied to it as input, the Kalman filter 9 also determines values optimized for attitude, heading and
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la vitesse. Ces données, ainsi que la vitesse verticale, sont transmises à l'entrée du comparateur 10 par une liaison 18. speed. These data, as well as the vertical speed, are transmitted to the input of the comparator 10 by a link 18.
Une liaison 19 transmet par ailleurs à l'entrée du comparateur 10 les grandeurs de sortie de la centrale de référence d'attitude et de cap 4 et une liaison 20 transmet la limite d'erreur garantie sur les vitesses à ce même comparateur 10. A link 19 also transmits to the input of the comparator 10 the output quantities of the attitude and heading reference center 4 and a link 20 transmits the guaranteed error limit on the speeds to this same comparator 10.
Les grandeurs de sortie de la centrale de référence d'attitude et de cap sont comparées dans le comparateur 10 aux grandeurs homologues calculées dans le filtre de Kalman 9 et, si l'écart entre deux de ces grandeurs est supérieur à un seuil de tolérance, un signal est transmis par une ligne 21 au dispositif d'alarme 6. The output quantities of the attitude and heading reference unit are compared in the comparator 10 with the homologous quantities calculated in the Kalman filter 9 and, if the difference between two of these quantities is greater than a tolerance threshold, a signal is transmitted by a line 21 to the alarm device 6.
Enfin, le filtre de Kalman 9 transmet les valeurs optimisées de cap, d'attitude et de vitesse au dispositif de visualisation tête haute 5 par une liaison 22. Finally, the Kalman filter 9 transmits the optimized values of heading, attitude and speed to the head-up display device 5 via a link 22.
On observera que, dans le mode de réalisation représenté, le filtre de Kalman 9, l'unité de surveillance d'intégrité de récepteur 8 et le comparateur 10 sont réunis dans un équipement autonome 23. Dans ce cas, la liaison 13 est de préférence au format ARINC 743, la liaison 14 au format ARINC 706, la liaison 15 au format ARINC 705 et la liaison 22 au format ARINC 704 (compatible IRS). Cet équipement autonome 23 peut ainsi être immédiatement adapté sur un aéronef de manière à équiper ce dernier d'un dispositif de visualisation tête haute.It will be observed that, in the embodiment shown, the Kalman filter 9, the receiver integrity monitoring unit 8 and the comparator 10 are combined in an autonomous device 23. In this case, the link 13 is preferably in ARINC 743 format, link 14 in ARINC 706 format, link 15 in ARINC 705 format and link 22 in ARINC 704 format (IRS compatible). This autonomous equipment 23 can thus be immediately adapted on an aircraft so as to equip the latter with a head-up display device.
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