FR2910124A1

FR2910124A1 - Procede de creation et de mise a jour d'un plan de vol atc en temps reel pour la prise en compte de consignes de vol et dispositif de mise en oeuvre

Info

Publication number: FR2910124A1
Application number: FR0610953A
Authority: FR
Inventors: Francois Coulmeau
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-20
Anticipated expiration: 2026-12-15
Also published as: US20080154486A1; FR2910124B1; US8849476B2

Abstract

La présente invention est relative à un procédé de mise à jour d'un plan de vol ATC d'un aéronef en temps réel pour la prise en compte des consignes de vol, et il est caractérisé en ce qu'il consiste :- à désigner un plan de vol de référence,- au fur et à mesure de la réception des messages de consignes de vol en provenance du sol (9, 10, 11), à vérifier leur validité, et dans l'affirmative, à les appliquer successivement au plan de vol de référence et à les mémoriser,- à gérer en temps réel la liste complète de ces consignes de vol et le plan de vol ATC.

Description

PROCEDE DE CREATION ET DE MISE A JOUR D'UN PLAN DE VOL ATC EN TEMPS REEL

POUR LA PRISE EN COMPTE DE CONSIGNES DE VOL ET DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE La présente invention se rapporte à un procédé de création et de mise à jour d'un plan de vol ATC en temps réel pour la prise en compte de consignes de vol, ainsi qu'à un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. L'invention se situe dans le domaine des systèmes de gestion de vol (dits FMS ou : Flight Management System ) et des communications ATC ( Air Traffic Control , c'est-à-dire gestion du trafic aérien) entre aéronefs et stations de gestion au sol. La part croissante de l'automatisation depuis vingt-cinq ans dans l'avionique, tant civile que militaire, conduit de plus en plus l'équipage d'un aéronef à effectuer des tâches de monitoring (surveillance) des systèmes électroniques, et: de moins en moins à influer directement sur les commandes primaires de pilotage de l'aéronef. Cette tendance s'est accentuée ces quinze dernières années avec la généralisation des systèmes de gestion du vol embarqués (FMS ). Ces systèmes concentrent un grand nombre de données : issues de senseurs (GPS, VHF) pour la navigation, issues de bases de données (bases de données de navigation) pour élaborer le plan de vol électronique, issues de bases de données de performance pour élaborer les prédictions le long du plan de vol, issues d'entrées manuelles de la part de l'équipage (en général pour initialiser les calculs) ou d'entrées automatiques par datalink (liaison de données numériques sol-air) venant de la compagnie ou de centres de contrôle aérien (ATC). Parmi les tâches du pilote, la gestion des consignes de vol reçues de l'ATC, dénommées par la suite clairances , occupe une part très importante de la mission. La prise en compte des clairances venant du sol peut se faire à bord de deux manières : 2910124 2 . soit directement, via les commandes de vol ou le pilote automatique, . soit via un calculateur de gestion du vol (FMS). Dans ce dernier cas, selon l'état actuel de la technique, le pilote modifie manuellement son plan de vol pour prendre en compte une clairance en provenance du sol.

5 Cette façon de procéder engendre potentiellement des problèmes d'oublis et d'incompréhension.. De plus, lorsque l'équipage, ayant accepté un certain nombre de clairances du sol, et modifié le plan de vol en conséquence, reçoit une clairance d'annulation d'une des consignes, il est quasiment impossible pour l'équipage de retirer proprement cette clairance du plan de vol.

10 Dans un cadre d'ATM plus automatisé, ceci est rédhibitoire tant pour la sécurité que pour l'utilisation opérationnelle des possibilités offertes par le datalink. Le pilote ne peut pas revenir en arrière sur son plan de vol (pas de UNDO multiple) si les dernières clairances reçues et chargées pour test dans son FMS ne lui conviennent pas, ou bien il ne peut annuler une instruction intermédiaire.

15 La présente invention a pour objet un procédé de mise à jour d'un plan de vol ATC en temps réel pour la prise en compte de consignes de vol, procédé qui accapare le moins possible le pilote et qui permette de retirer du plan de vol des clairances annulées. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il consiste : 20 A désigner un plan de vol de référence, au fur et à mesure de la réception des messages en provenance du sol, à vérifier leur validité, et dans l'affirmative, à les appliquer au plan de vol de référence et à les mémoriser, à gérer en temps réel la liste complète de ces consignes de vol et le plan 25 de vol ATC. Selon une caractéristique de l'invention, à l'état initial, avant la réception de la première consigne de vol, le système de gestion de vol de l'aéronef utilise le plan de vol actif existant qui est le plan de vol ATC de référence (version v0) et mémorise un plan de vol secondaire qui est vide de toute consigne de vol.

2910124 3 Selon une autre caractéristique de l'invention, lorsqu'une consigne reçue est estimée valide, le plan de vol actif mis à jour par cette consigne est chargé dans le plan de vol ATC qui est envoyé cycliquement au sol. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, lors de l'annulation par 5 le pilote ou à la réception d'une clairance d'annulation d'au moins une clairance précédemment reçue et reconnue valide, le système de gestion de vol retourne à l'état initial, le plan de vol ATC de référence est successivement mis à jour avec toutes les consignes de vol estimées valides, et la liste des consignes de vol reçues est mise à jour.

10 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une vue simplifiée d'un centre ATC communiquant avec un aéronef via une liaison datalink, 15 la figure 2 est un diagramme simplifié illustrant les échanges de données, et en particulier l'envoi de clairances par le centre ATC de la figure 1 à l'aéronef de cette même figure et la gestion correspondante des plans de vol, conformément à la présente invention, 20 la figure 3 est un diagramme illustrant les différentes étapes du programme de gestion des clairances et des plans de vol exécutées à bord de l'aéronef recevant des clairances du centre ATC de la figure 1, conformément à la présente invention, - la figure 4 est une vue d'un exemple d'écran d'interface homme-25 machine mettant en oeuvre le procédé de l'invention, et la figure 5 est un bloc-diagramme d'un exemple de dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le procédé de l'invention consiste à traiter de façon interne et transparente 30 une pile de plans de vol correspondant à des clairances, celles ci pouvant être mixées, annulées, soit de façon interactive, soit semi-automatiquement, par 2910124 acquittement ou rejet de messages issus de la CMU ( Communication Management Unit , c'est-à-dire Unité de Supervision des Communications). Ainsi, le procédé de l'invention résout les problèmes suivants : - limitation du nombre de messages échangés, 5 -impossibilité de revenir sur une ou plusieurs clairances lorsqu'elles ont été chargées par le pilote dans un but de vérification, puis annulées, -impossibilité d'annuler proprement une clairance quelconque parmi les N reçues. Un autre avantage important du procédé de l'invention est qu'il permet de gérer les systèmes de drones (aéronefs sans pilote à bord). Ces engins sont en effet 10 pilotés depuis la station au sol par envoi de consignes sous forme de mini plan de vol; le téléguidage direct (aéromodélisme) est impossible pour ces systèmes. La seule façon de prendre en compte des clairances ATC est donc pour eux de modifier le plan de vol en conséquence. Le schéma de la figure 1 sert à illustrer l'utilisation opérationnelle de 15 clairances par datalink ATC, avec les acteurs impliqués. La station au sol de contrôle aérien l, en communication avec l'aéronef 2 par datalink 2A, envoie les clairances numériques ( ATC CPDLC Uplink , pour Controller to Pilot Data Link Communication ) en utilisant des messages normalisés (dits Uplinks ATC , dont la structure est codifiée dans les normes 20 RTCA DO-219 pour le fonctionnement actuel, ou OACI SARPS ATN pour les futures implémentations, les deux étant très proches). Les clairances sont reçues par l'équipement de communication ( CMU pour Communication Management Unit ), et visualisables sur l'interface graphique dédiée (un exemple d'une telle interface est décrit ci-dessous en référence à la figure 4).

25 Le pilote peut alors décider de charger ces clairances dans le plan de vol ou bien de les refuser. S'il décide de les prendre en compte, il peut les charger de la CMU vers le calculateur de gestion du vol (FMS). Ce calculateur détient la structure du plan de vol et les prédictions associées. Il mémorise en général un plan de vol dédié aux communications ATC (appelé plan de vol ATC dans la suite). Le FMS 30 traite le message, vérifie son acceptabilité, et modifie le plan de vol ATC si le message est valide. Sinon il rejette le message vers la CMU, permettant au pilote de 2910124 5 renvoyer le rejet au sol. Plusieurs clairances peuvent arriver consécutivement ou en même temps et être traitées conformément à l'invention. Une fois le plan de vol validé, le pilote peut le charger dans son plan de vol actif (c'est-à-dire le plan de vol sur lequel l'aéronef est asservi et qui est 5 communiqué à la station ATC). En retour, pour des applications de surveillance, le FMS peut renvoyer au sol son plan de vol actif par ADS (de la même façon qu'actuellement), ADS étant l'acronyme de "Automatic Dependent Surveillance", qui est un système d'échange automatique d'informations de position et de mouvement entre des aéronefs évoluant 10 dans un proche voisinage ou entre un aéronef et une station au sol de contrôle, pour les parties statiques et dynamiques (prédictions d'altitude, de vitesse, d'heure d'arrivée, etc..). Le diagramme de la figure 2 résume les actions en question. A la première étape, référencée 3, la station au sol 1 génère un message ATC 15 (message de rang n). L'antenne de l'aéronef 2 reçoit ce message (4) et le transmet de façon habituelle au CMU. Grâce à l'interface dont est muni le CMU, le pilote peut procéder (5) à une des actions suivantes et en tient informé l'ATC: il accepte ce message (touche WILCO ou ROGER par exemple) ou le refuse (touche UNABLE par exemple) ou le met 20 en attente (touche standby par exemple), et, d'autre part, il peut charger ce message dans la mémoire du FMS (action load ). Dans ce dernier cas, le FMS (6) décode le message reçu et modifie le plan de vol ATC courant, c'est-à-dire qu'il crée une version vn correspondant aux n messages 25 reçus du centre ATC et non annulés. Le pilote peut alors activer un plan de vol ATC secondaire ( SEC ATC ) correspondant à la version vn du plan de vol ATC, et en même temps le FMS (7) charge le plan de vol ATC de version vn dans le plan de vol actif et communique ce plan de vol actif par liaison datalink au centre ATC pour que ce dernier puisse surveiller le respect de ce plan de vol par l'aéronef 2.

30 Selon le procédé de l'invention, on stocke dans le FMS la liste des clairances ATC numériques qui ont été acceptées par le pilote. De préférence, on considère 2910124 6 qu'il n'y a pas de modification manuelle du plan de vol ATC, celui ci étant destiné à être communiqué à l'ATC. De même, on stocke dans le FMS le plan de vol ATC de référence qui est la version du plan de vol ATC juste avant la première clairance. Le plan de vol ATC courant sera donc le plan de vol ATC de 5 référence ( plan de vol version zéro ) auquel sont appliquées les N clairances acceptées et chargées par le pilote depuis la CMU vers le FMS. C'est ce plan de vol ATC courant qui sera visualisable sur les interfaces du pilote du FMS, de même que le plan de vol ATC secondaire. Sur ces mêmes interfaces, on verra les clairances associées au plan de vol, sous forme de liste, avec possibilité pour le pilote 10 d'activer/désactiver une des clairances en cochant/décochant une case, pour vérifier le plan de vol et ses prédictions. Les étapes successives du procédé de l'invention peuvent être modélisées de la façon illustrée en figure 3. A un instant t, par exemple juste avant le décollage, à l'état initial 1NIT du programme du procédé (8), l'aéronef 2 utilise le plan de vol 15 actif existant (dit plan de vol ATC de référence, version vO ) et mémorise dans sa mémoire un plan de vol secondaire ( SEC ATC ) qui est vide de toute clairance (plan de vol ATC de référence). A la réception de la première clairance (appelée ici Uplink 1 ), le FMS procède (9) à son décodage et à son chargement dans sa propre mémoire. Si cette clairance est estimée invalide par le FMS, elle est rejetée, 20 et le pilote en est aussitôt averti par affichage de cette information sur le CMU. Le pilote peut alors répondre à la station ATC et traiter manuellement cette clairance. Par contre, si cette première clairance est reconnue valide, le FMS commande la copie du plan de vol actif dans le plan de vol ATC tout en sauvegardant le plan de vol ATC version vO. En effet, le plan de vol ATC (qui contient initialement la 25 version vO) va être modifié par la première clairance reçue. Il faut donc effectuer une sauvegarde du plan de vol vO pour éviter qu'il ne soit perdu. En outre, le FMS crée un nouveau plan de vol (version vl) résultant de la mise à jour avec la première clairance ( Uplink 1 ) du plan de vol ATC de référence (de version vO) et il crée une liste de clairances, comportant maintenant un message, la case correspondante 30 de l'afficheur (voir figure 4) étant cochée, signifiant ainsi la prise en compte de ce premier message. 2910124 7' Au fur et à mesure de l'arrivée des clairances de rang i = 2, 3,....N, ce processus se répète, ce qui a été symbolisé en figure 3 par le bloc 10 pour une clairance de rang i = N, c'est-à-dire que si la clairance de rang N est estimée invalide, elle est rejetée, sinon le plan de vol ATC nouveau (version vN) correspond au plan 5 de vol actif juste avant l'arrivée de cette clairance N (version vN-1), mis à jour avec cette clairance. De plus, la liste des clairances comporte alors N messages dont les cases sont toutes cochées. On a en outre représenté en figure 3 un bloc 11 illustrant le cas où une clairance de rang j (j<N) est annulée. L'annulation de la clairance j peut être 10 commandée soit à la réception d'une clairance de rang N du type Disregard j (rejeter la clairance j), soit manuellement par le pilote en décochant la case correspondant au message j sur son interface graphique (voir un exemple en figure 4). La liste des messages est mise à jour automatiquement. Cette clairance j est alors considérée invalide après décodage par le FMS et est donc rejetée, alors que les 15 clairances suivantes de rangs j+l à N ont été estimées valides. Il en résulte les actions suivantes : le FMS reprend le plan de vol version vO auquel il applique le processus exposé cidessus en référence aux blocs 9 et 10, et ce, successivement pour i = 1 à j-1[, puis pour i = j+l à N. Si, parmi les clairances de rangs j+l à N, une clairance, par exemple celle de rang k n'est plus reconnue valide par le FMS ( à cause de 20 l'annulation de la clairance j), cette clairance k est rejetée et envoyée au CMU pour être signalée au pilote. Enfin, la liste des clairances est mise à jour, et elle comporte alors N messages dont N- 1 sont cochés et un (celui de la clairance j) est décoché ou ef Facé. A chacune des étapes 9, 10 et 11, l'effacement du plan de vol ATC courant 25 (par suite du rejet d'une clairance) entraîne ï['initialisation du programme de gestion des clairances et des plans de vol (flèche 8A), c'est-à-dire que ce programme retourne à l'étape 8. De même, à chacune de ces étapes 9,10 et 11, il y a chargement du plan de vol secondaire (flèches 12A) dans le plan de vol actif (12) s'il y a activation par le pilote de ce plan de vol secondaire, ou si le pilote accepte la 30 clairance sur sa CMU (action WILCO ou ROGER par exemple) .

2910124 8 On remarquera que l'effacement du plan de vol ATC ramène le programme à l'état INIT 8. On a représenté en figure 4 une vue d'un exemple d'interface graphique de FMS affichant sensiblement en son centre une ligne comportant un message AT 5 10 :00 CLIMB FL350 , ce message étant précédé du numéro 1, signifiant qu'il s'agit de la première clairance reçue par l'aéronef. Ce message est suivi d'une petite case carrée qui est cochée avec une petite croix telle que représentée sur la figure, ce qui signifie que ce message a été pris en compte par le pilote. La ligne de ce message se termine par une touche d'effacement associée (marquée CLEAR ). Les autres 10 éléments visibles en figure 4 sont ceux habituellement affichés sur une interface graphique de FMS, et ne seront pas décrits ici. Les clairances du plan de vol ATC peuvent être décochées (par un clic sur la croix de la case carrée faisant suite au message affiché sur l'interface graphique) mais peuvent être effacées séparément (par un clic sur la touche 15 CLEAR ) par exemple pour chaque message de clairance, ou bien peuvent également être toutes effacées simultanément par un clic sur une touche CLEAR ALL (non représentée sur le dessin). Bien entendu, selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé peut être étendu aux modifications directes dans le plan de vol actif, sans passer par un 20 plan de vol ATC. De même le procédé peut s'appliquer à tout type de message d'instruction, venant soit de la compagnie (messages datalink AOC ) soit de l'aéroport (messages de roulage ( TAXI clearances ). Sur le bloc-diagramme simplifié d'un dispositif de gestion de vol (dit FMS) 25 classique d'aéronef de la figure 5, qui est doté d'une interface homme-machine IHM 100, on a représenté les fonctions suivantes du FMS, décrites dans la norme ARINC 702 (Advanced Flight Management Computer System, Dec 1996). Elles assurent normalement tout ou partie des fonctions de : •3 Navigation LOCNAV, référencée 170, pour effectuer la localisation optimale 30 de l'aéronef en fonction des moyens de géo-localisation disponibles (GPS, GALILEO, balises radios VHF, centrales inertielles, référencés 210 dans leur 2910124 9 ensemble) , • Plan de vol FPLN, référencé 110, pour saisir les éléments géographiques constituant le squelette de la route à suivre, à savoir : procédures de départ et d'arrivée, points de passage ( waypoünts ), autoroutes du ciel ( airways ), 5 • Base de données de navigation NAV DB, référencée 130, pour construire des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses dans les bases (points, balises, legs d'interception ou d'altitude...) , • Base de données de performance PRF DB, référencée 150, contenant les paramètres aérodynamiques et ceux des moteurs de l'appareil, 10 • Fonction de construction de trajectoire latérale TRAJ, référencée 120, pour construire une trajectoire continue à partir des points du plan de vol, respectant les performances de l'aéronef et les contraintes de confinement (RNP) ; • Fonction de prédiction PRED, référencée 140, pour construire un profil vertical optimisé sur la trajectoire latérale, 15 • Guidage, ( GUIDANCE ), référencé 200, pour guider dans les plans latéraux et verticaux l'aéronef sur sa trajectoire 3D, tout en optimisant la vitesse, en liaison avec le pilote automatique 220, • Liaison de données numériques DATALINK , référencée 180, pour communiquer avec les centres de contrôle et les autres aéronefs, référencés 20 230. Le procédé de l'invention ne met en oeuvre que des éléments du FMS. Dans le dispositif FMS décrit ci-dessus, les clairances proviennent de l'extérieur, à savoir des centres AOC, ATC référencés 230. Le composant Datalink 180 analyse le format des clairances et les rejette ou les accepte en se fondant sur des critères 25 purement syntaxiques, de protocole ou de taille. Les clairances acceptées sont transmises par le composant Datalink 180 au composant FPLN 110. Le composant FPLN est en charge du plan de vol de référence et du plan de vol ATC. Le composant FPLN analyse les clairances en faisant appel à la base de données NavDB 130 pour tester les validités des éléments de plan de vol de la clairance, et aux 30 composants TRAJ 120 et PRED 140 pour les clairances qui font appel à des paramètres de type (Altitude, vitesse, cap, temps). Le composant IHM 100 gère 2910124 10 l'affichage de la liste des clairances (voir l'exemple de la figure 4), et les appuis sur les touches actionnables par le pilote. 5 10 15 20 25 30

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de mise à jour d'un plan de vol ATC d'un aéronef en temps réel pour la prise en compte des consignes de vol, caractérisé en ce qu'il consiste : - à désigner un plan de vol ATC de référence, - au fur et à mesure de la réception des messages de consignes de vol en provenance du sol (9, 10, 11), à vérifier leur validité, et dans l'affirmative, à les appliquer successivement au plan de vol de référence et à les mémoriser, à gérer en temps réel la liste complète de ces consignes de vol et le plan de vol ATC.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'état initial (8), avant la réception de la première consigne de vol, le système de gestion de vol de l'aéronef utilise le plan de vol actif existant qui est le plan de vol ATC de référence (version v0) et mémorise un plan de vol secondaire ( SEC ATC ) qui est vide de toute consigne de vol.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lorsqu'une consigne reçue est estimée valide, le plan de vol actif mis à jour par cette consigne est chargé dans le plan de vol ATC qui est envoyé cycliquement au soli.

4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que lors de l'annulation par le pilote ou à la réception d'une clairance d'annulation d'au moins une clairance précédemment reçue et reconnue valide, le système de gestion de vol retourne à l'état initial, le plan de vol ATC de référence est successivement mis à jour avec toutes les consignes de vol estimées valides, et la liste des consignes de vol reçues est mise à jour.

5. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre des éléments d'un dispositif de gestion de vol (FMS) d'un aéronef, ce 2910124 12 FMS étant relié par datali:nk (180) à des centres de contrôle et à d'autres aéronefs pour analyser et lui faire parvenir les clairances, ces éléments comportant au moins : le plan de vol (FPLN 110) comprenant le plan de vol de référence et le plan de vol ATC et relié à une base de données de navigation (NAV DB 130), à une fonction de construction de trajectoire latérale (TRAJ 120) et à une fonction de prédiction (PRED 140) pour analyser les clairances et tester la validité des éléments du plan de vol des clairances relatifs à ces fonctions, et une interface homme-machine (IHM 100) pour l'affichage des clairances et l'entrée des actions du pilote de l'aéronef.