FR2921181A1 - Procede de presentation d'informations d'anti-collision dans un viseur tete haute pour aeronef - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de gestion d'un système d'anti-collision pour aéronef, ledit système comprenant des moyens de détection de collision avec une menace et au moins un dispositif de visualisation Tête Haute. La symbologie comporte deux modes d'affichage dédiés à la détection de collision qui sont : d'une part un mode « Action » : une collision potentielle est détectée par le système, la symbologie comporte au moins un symbole représentatif des limites du chemin de dégagement de l'aéronef pour éviter la collision et permettant au pilote d'engager sa manoeuvre d'évitement, et d'autre part un mode « Contrôle » : ce mode est affiché lorsque la manoeuvre d'évitement est engagée et la collision évitée, la symbologie comporte au moins le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement de l'aéronef et une vue de dessus représentant l'espace aérien autour de l'aéronef et comportant au moins une représentation de la menace.

Description

Procédé de présentation d'informations d'anti-collision dans un viseur tête haute pour aéronef.

Le domaine de l'invention est celui des systèmes de gestion de vol pour aéronef comprenant un système d'anti-collisions et un dispositif de visualisation collimaté pouvant présenter des symbologies dédiées à l'évitement d'obstacles.

En vol, il existe deux types de collision possibles. L'aéronef peut soit percuter le sol soit un autre appareil faisant partie du trafic aérien. L'industrie aéronautique concentre ses efforts sur les moyens de réduire et au final d'éliminer tous les accidents futurs liés à ces collisions.

Concernant les collisions avec le terrain, les avancées technologiques obtenues notamment dans le développement de fichiers de terrain numérisés, dans la précision de positionnement grâce à la localisation GPS (Global Positioning System) et dans l'augmentation de puissance de traitement ont permis le développement de nouveaux concepts permettant de se prémunir de ces risques de collision avec le sol en vol contrôlé, plus connus sous l'acronyme CFIT signifiant Controled Flight Into Terrain . Ces concepts s'appuient essentiellement sur une extrapolation de la trajectoire courante de l'avion et sur une base de données du terrain correspondant au relief survolé permettant de prédire ces risques. En général, on distingue deux types de terrain présentant un risque de collision avec l'aéronef. Le premier type représente les zones de terrain représentant un danger imminent pour l'appareil. On les appelle TAA signifiant Terrain Alert Area . Le second type représente les zones de terrain représentant un danger plus lointain pour l'appareil. On les appelle THD signifiant Terrain Hazard Display . Ces concepts se concrétisent sous la forme d'une nouvelle génération d'équipements destinée aux avions de transport ou d'affaires appelés TAWS pour Terrain Awareness and Warning System ou GCAS signifiant Ground Collision Avoidance System . Le système GCAS comprend essentiellement un calculateur électronique central relié d'une part au réseau de capteurs et de senseurs de l'aéronef et d'autre part aux différentes visualisations de la planche de bord ainsi qu'aux alarmes sonores disposées en cockpit, au moyen d'un bus de transmission de données. Les capteurs sont essentiellement des senseurs permettant de déterminer la position de l'appareil par rapport au sol, son attitude et sa vitesse. Les visualisations concernées sont le viseur Tête Haute ainsi que les écrans Tête Basse de pilotage et de navigation comme les Navigation Display et les Primary Flight Displays , écrans notés HUD , ND et PFD .

De la même façon, les aéronefs civils actuels sont dotés de systèmes d'alerte de trafic et d'évitement de collision, plus connus sous leur appellation anglo-saxonne de T-CAS , acronyme signifiant Traffic alert and Collision Avoidance System . Ce système est destiné à réduire de façon importante le nombre de collisions entre aéronefs. II est obligatoire sur tous les appareils dépassant une certaine masse ou transportant un certain nombre de passagers. Les systèmes T-CAS comportent au moins un transpondeur, des moyens de traitement des données reçues et au moins un moyen de visualisation. Un transpondeur d'aéronef est un système de bord qui transmet un message concernant l'aéronef lorsqu'il reçoit un message d'interrogation. Le message comporte généralement un code d'identification de l'appareil ainsi que des informations plus ou moins détaillées sur la position de l'appareil. Dans les avions munis d'écrans de visualisation, la fonction TCAS est intégrée dans l'écran dédié à la navigation encore appelé Navigation Display ou ND. Généralement, le système TCAS distingue deux régions : une première région à l'intérieur de laquelle un autre aéronef peut représenter un risque de collision. Si un avion apparaît dans cette région et représente un danger potentiel de collision, une notification de trafic est émise par le dispositif appelé Traffic Advisory ou encore TA . Ce dernier informe le pilote qu'un autre avion se trouve à proximité mais ne suggère pas de manoeuvre d'évitement. La seconde région est située dans l'environnement immédiat de l'aéronef. Dans ce cas, si un avion apparaît dans cette région, la situation s'est aggravée et la collision semble imminente, un message audio et une alerte visuelle sont produits par le dispositif appelé Resolution Advisory ou encore RA , indiquant l'avion concerné et signalant l'action à effectuer par le pilote, à savoir soit de maintenir la trajectoire actuelle, soit de monter, soit de descendre ou encore de surveiller la vitesse verticale. Le système est conçu de manière que le TCAS de l'autre avion conseille une autre manoeuvre. Bien souvent, le TCAS indique au premier avion de monter et au second avion de descendre, ce qui augmente considérablement la séparation entre les deux appareils. Quand l'alerte est terminée, le système annonce la fin du conflit.

Dans les avions civils actuels, une alerte GCAS ou TCAS déclenche les éléments suivants : • un message vocal de consigne de manoeuvre qui peut être par exemple PULL-UP qui signifie MONTE en cas d'alarme 15 GCAS ou encore CLIMB-CLIMB qui signifie GRIMPE-GRIMPE en cas d'alarme TCAS ; • Un affichage de la consigne sur l'écran du PFD par exemple un message PULL-UP en cas d'alarme GCAS ou une à deux zones rouges à éviter et une zone verte où placer l'aiguille 20 correspondant à la vitesse verticale de l'appareil en cas d'alarme TCAS ; • Un affichage de données de type situation awareness vient se superposer à la situation présente en permanence sur l'écran du ND . 25 o Il s'agit en cas d'alarme GCAS de la zone de terrain TAA calculée par le TAWS qui vient se superposer à la zone THD déjà présente et éventuellement à un fond cartographique sur les avions les plus récents. Ce fond cartographique dit 2,5D représente le terrain survolé, le 30 relief étant représenté sous forme d'ombrage. o Il s'agit en cas d'alarme TCAS de l'affichage de l'avion menaçant en ambre ou en rouge selon que le niveau d'alerte est du type TA ou RA .

Lorsque l'aéronef dispose d'un viseur Tête Haute, celui-ci affiche classiquement des informations concernant le pilotage ou la navigation. Dans un viseur Tête Haute, ces informations sont collirnatées à l'infini et projetées en superposition sur le paysage extérieur. Un exemple de ce type de figurations est représentée en figure 1. Le pilote voit donc simultanément une symbologie projetée et le monde réel situé à l'extérieur de l'appareil. Sur cette figure et sur les suivantes, le rectangle externe représente les limites du champ de visualisation du viseur. On retrouve classiquement à droite de la figure 2 une échelle 1 d'altitude en pieds, à gauche une échelle 2 de vitesse en noeuds, au centre, l'horizon 3, le directeur de vol 4 et en bas de la figure 2 la rose des caps 5 avec l'indication du chemin à suivre, plus connu sous le terme anglais HSI , signifiant Horizontal Situation Indicator . Comme on le voit, cette figure comprend un grand nombre de symboles qui varient constamment en fonction de la position de l'appareil. En mode nominal, cette symbologie est parfaitement adaptée au pilotage et à la navigation. Cependant, si un risque de collision se présente, En cas d'alerte TCAS uniquement, actuellement, lorsqu'un HUD est présent, une consigne de guidage est simplement présentée en Tête Haute pour ne pas surcharger la symbologie.

L'inconvénient du système existant est qu'un pilote utilisant la symbologie de guidage en tête haute pour modifier la trajectoire de l'avion ne peut pas en même temps contrôler l'évolution de la situation vis-à-vis de la menace qui est à l'origine de l'alarme TCAS ou GCAS .

Le but du procédé de gestion d'un système d'anti-collision pour aéronef selon l'invention est de permettre au pilote de contrôler en cas d'alarme GCAS ou TCAS la position du porteur par rapport à la menace en même temps qu'il suit une symbologie de guidage en tête haute. Pour cela, on enrichit la présentation des informations de guidage en tête haute des alarmes GCAS ou TCAS par de l'information de danger, plus connue sous le nom de situation awareness .

Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de gestion d'un système d'anti-collision pour aéronef, ledit système comprenant des moyens de détection de collision avec une menace et au moins un dispositif de visualisation Tête Haute, ledit dispositif comprenant des moyens de générer, de collimater et de superposer des symboles sur le paysage extérieur destinés à aider au pilotage dudit premier aéronef dans les plans horizontal et vertical, caractérisé en ce que la symbologie comporte deux modes d'affichage dédiés à la détection de collision qui sont : • Mode Action ; une collision potentielle est détectée par le système, la symbologie comporte au moins un symbole représentatif des limites du chemin de dégagement de l'aéronef pour éviter la collision et permettant au pilote d'engager sa manoeuvre d'évitement ; • Mode Contrôle: ce mode est affiché lorsque la manoeuvre d'évitement est engagée et la collision évitée, la symbologie comporte au moins le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement de l'aéronef et une vue de dessus représentant l'espace aérien autour de l'aéronef et comportant au moins une représentation de la menace. Avantageusement, le système est du type système d'anti-collision avec le terrain, la menace étant le terrain situé autour de l'aéronef, que le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement comporte une barre horizontale représentative de la pente minimale nécessaire à l'aéronef pour réussir sa manoeuvre d'évitement. Dans ce cas, le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement comporte deux barres parallèles verticales identiques de dimension angulaire sensiblement égale au champ angulaire vertical du dispositif de visualisation Tête Haute, les positions desdites barres dans le plan horizontal étant représentatives des limites du chemin de dégagement de l'aéronef, la barre horizontale étant limitée par ces deux barres verticales de façon à former un grand H dans le champ du dispositif de visualisation Tête Haute. De plus, en mode contrôle, la vue de dessus représente la portion de terrain représentant une menace , la portion de terrain est alors représentée par deux zones, une première zone de danger imminent représentée par un premier niveau de luminance, une seconde zone de danger à moyen terme représentée par un second niveau de luminance sensiblement inférieur au premier niveau de luminance. Ces deux zones correspondent aux zones rouges vives et jaunes vives du TAA affichées sur le ND. Avantageusement, le système est du type système d'anti-collision avec le trafic aérien, la menace étant un second aéronef, que le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement comporte un rectangle représentatif de la zone dans laquelle l'aéronef doit s'engager pour réussir sa manoeuvre d'évitement. De plus, le rectangle est prolongé par deux barres obliques rattachées soit aux deux points hauts du rectangle, soit aux deux points bas du rectangle. La vue de dessus comporte alors un cercle gradué à une échelle connue, centré sur le premier aéronef et une représentation à l'intérieur dudit cercle de la position relative du second aéronef, ladite représentation du second aéronef pouvant être une figure géométrique sensiblement de forme carrée et comporte une indication de l'altitude relative du second aéronef par rapport au premier aéronef et une flèche de tendance indiquant si le second aéronef monte ou descend. Avantageusement, durant les modes action ou mode contrôle , la symbologie ne comporte pas de rose des caps, encore appelé HSI .

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : • La figure 1 représente une symbologie selon l'art antérieur représentée dans un dispositif de visualisation collimaté ; • Les figures 2 et 3 représentent l'évolution de la symbologie selon l'invention en fonction de l'imminence du danger dans le cas d'un système GCAS ; • Les figures 4 et 5 représentent l'évolution de la symbologie selon l'invention en fonction de l'imminence du danger dans le cas d'un 30 système TCAS .

Le procédé de gestion d'un système d'anti-collision pour aéronef selon l'invention ajoute dans la symbologie existante d'un afficheur tête haute HUD des données de type situation awareness représentées par une 35 vue de dessus d'une zone de terrain en cas d'alarme GCAS ou d'un trafic menaçant en cas d'alarme TCAS . La présentation de ces données correspond au schéma dit action-contrôle qu'un pilote met en oeuvre lors d'une alerte nécessitant une modification de trajectoire. Un schéma action-contrôle comprend deux phases. Une première phase dite action dans laquelle le pilote doit faire rapidement une manoeuvre. Une seconde phase dite contrôle dans laquelle le pilote vérifie que la manoeuvre effectuée a bien mis son appareil hors de danger. Lorsqu'une alerte de type GCAS ou TCAS survient, on présente dans un premier temps dit temps action une symbologie de guidage permettant au pilote d'engager sans délai la manoeuvre recommandée par le système. Puis, dans un deuxième temps dit contrôle , la manoeuvre étant engagée, on présente une symbologie de type situation awareness . L'intérêt de cette séquence temporelle est que l'on n'affiche les données de type situation awareness qu'une fois la manoeuvre engagée et l'avion hors de danger pour lui permettre de contrôler l'éloignement de la menace en laissant le pilote se focaliser sur la symbologie de guidage quand l'alarme se déclenche.

A titre d'exemples non limitatifs, les figures 2 et 3 représentent l'évolution de la symbologie selon l'invention en fonction de l'imminence du danger dans le cas d'un système GCAS . Durant les phases action et contrôle , la rose des caps dite HSI est supprimée pour alléger la symbologie et permettre au pilote de se concentrer sur sa manoeuvre. La figure 2 représente la symbologie en mode action en cas d'alerte GCAS. La symbologie présente au pilote une zone dans laquelle il doit placer le vecteur vitesse de l'avion pour engager la manoeuvre d'évitement. On appelle cette zone fly-to-zone . Dans le cas présent, le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement comporte une barre horizontale 11 représentative de la pente minimale nécessaire à l'aéronef pour réussir sa manoeuvre d'évitement et deux barres 12 parallèles verticales identiques de dimension angulaire sensiblement égale au champ angulaire vertical du dispositif de visualisation Tête Haute, les positions desdites barres dans le plan horizontal étant représentatives des limites du chemin de dégagement de l'aéronef, la barre horizontale étant limitée par ces deux barres verticales de façon à former un grand H dans le champ du dispositif de visualisation Tête Haute ou encore une forme en poteaux de rugby . La figure 3 représente la symbologie en mode contrôle en cas d'alerte GCAS . On présente dans le viseur tête haute, en plus de la symbologie précédente, la zone de terrain 13 responsable du déclenchement de l'alarme représentée en vue de dessus, à savoir les données TAA issues du TAWS . Pour simplifier l'affichage, on n'affiche pas les données dites THD . Cette symbologie est enclenchée une fois le vecteur vitesse passé dans la fly-to-zone . Cette symbologie présentée est monochrome, la couleur de la symbologie étant le vert. Les viseurs tête Haute sont monochromes pour plusieurs raisons. D'une part, on simplifie la symbologie superposée sur le paysage extérieur. On évite ainsi de trop perturber la vision du paysage extérieur. Ensuite, la couleur verte correspond au maximum de sensibilité rétinienne. Enfin, il est difficile de faire un viseur polychrome sans atténuer de façon excessive la transmission du paysage extérieur. Pour les données TAA du TAWS , une bonne solution consiste à représenter en vert clair, c'est-à-dire avec une luminosité maximale la zone représentée traditionnellement en rouge vif sur l'écran du ND et en vert sombre, c'est-à-dire avec une luminosité égale à 50% de la luminosité maximale la zone habituellement représentée en jaune vif sur l'écran du ND . Cette zone est représentée en gris sur la figure 3. Bien entendu, une fois le danger de collision terminé, on supprime la représentation des données TAA et des poteaux de rugby et on revient à la présentation habituelle du HSI telle que représentée en figure 1.

A titre de seconds exemples non limitatifs, les figures 4 et 5 représentent l'évolution de la symbologie selon l'invention en fonction de l'imminence du danger dans le cas d'un système TCAS . Durant les phases action et contrôle , la rose des caps dite HSI est également supprimée. La figure 4 représente la symbologie en mode action en cas d'alerte TCAS . La symbologie présente au pilote une zone dans laquelle il doit placer le vecteur vitesse de l'avion pour engager la manoeuvre d'évitement. On appelle cette zone fly-to-zone . Dans le cas présent, les limites du chemin de dégagement comporte un rectangle 14 représentatif de la zone dans laquelle l'aéronef doit s'engager pour réussir sa manoeuvre d'évitement. Ce rectangle est prolongé par deux barres 15 obliques rattachées soit aux deux points bas du rectangle indiquant les limites basses du chemin de dégagement. II est également possible de représenter les limites hautes du chemin de dégagement par deux barres obliques rattachées soit aux deux points hauts du rectangle. La figure 5 représente la symbologie en mode contrôle en cas d'alerte TCAS . Cette symbologie est enclenchée une fois le vecteur vitesse passé dans la fly-to-zone . On présente, dans le viseur tête haute, en plus de la symbologie précédente, une vue de dessus 16 qui comporte un cercle gradué à une échelle connue, centré sur le premier aéronef et une représentation à l'intérieur du cercle de la position relative du second aéronef responsable du déclenchement de l'alarme, à savoir les données dites RA ou TA sans afficher le reste du trafic environnant. Pour un avion notifié RA par le système TCAS , on conserve la forme carrée du symbole ainsi que sa flèche de tendance et son altitude relative exprimée en milliers de pieds mais en l'affichant en vert au lieu du rouge habituel sur les écrans de type ND . Pour des raisons de simplicité et d'ergonomie, il est préférable que l'échelle de la situation présentée dans le HUD soit fixe. Si la menace est également fournie par un système dit ADSB , acronyme de Automatic Dependent Surveillance û Broadcast , le carré est remplacé par un chevron donnant en plus le cap de la menace. Bien entendu, une fois le danger de collision terminé, on supprime la représentation des données RA ou TA et du rectangle représentatif de la fly-to-zone . on revient à la présentation habituelle du HSI telle que représentée en figure 1.30

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision pour aéronef, ledit système comprenant des moyens de détection de collision avec une menace et au moins un dispositif de visualisation Tête Haute, ledit dispositif comprenant des moyens de générer, de collimater et de superposer des symboles sur le paysage extérieur destinés à aider au pilotage dudit premier aéronef dans les plans horizontal et vertical, caractérisé en ce que la symbologie comporte deux modes d'affichage dédiés à la détection de collision qui sont : • Mode Action : une collision potentielle est détectée par le système, la symbologie comporte au moins un symbole (11, 12, 14, 15) représentatif des limites du chemin de dégagement de l'aéronef pour éviter la collision et permettant au pilote d'engager sa manoeuvre d'évitement ; • Mode Contrôle : ce mode est affiché lorsque la manoeuvre d'évitement est engagée et la collision évitée, la symbologie comporte au moins le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement de l'aéronef et une vue de dessus (13, 16) représentant l'espace aérien autour de l'aéronef et comportant au moins une représentation de la menace.

2. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système est du type système d'anti- collision avec le terrain, la menace étant le terrain situé sous l'aéronef, que le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement comporte une barre horizontale (11) représentative de la pente minimale nécessaire à 30 l'aéronef pour réussir sa manoeuvre d'évitement.

3. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision selon la revendication 2, caractérisé en ce que le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement comporte deux barres (12) parallèles verticales 35 identiques de dimension angulaire sensiblement égale au champ angulairevertical du dispositif de visualisation Tête Haute, les positions desdites barres dans le plan horizontal étant représentatives des limites du chemin de dégagement de l'aéronef, la barre horizontale (11) étant limitée par ces deux barres verticales de façon à former un grand H dans le champ du dispositif de visualisation Tête Haute.

4. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'en mode contrôle, la vue de dessus (13) représente la portion de terrain représentant un obstacle.

5. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision selon la revendication 4, caractérisé en ce que la portion de terrain est représentée par deux zones, une première zone de danger imminent représentée par un premier niveau de luminance, une seconde zone de danger à moyen terme représentée par un second niveau de luminance sensiblement inférieur au premier niveau de luminance.

6. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système est du type système d'anti- collision avec le trafic aérien, la menace étant un second aéronef, que le symbole représentatif des limites du chemin de dégagement comporte un rectangle (14) représentatif de la zone dans laquelle l'aéronef doit s'engager pour réussir sa manoeuvre d'évitement.

7. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rectangle (14) est prolongé par deux barres obliques (15) rattachées soit aux deux points hauts du rectangle, soit aux deux points bas du rectangle.

8. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision selon la revendication 6, caractérisé en ce que la vue de dessus (16) comporte un cercle gradué à une échelle connue, centré sur le premier aéronef et une représentation à l'intérieur dudit cercle de la position relative du second aéronef.35

9. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision selon la revendication 8, caractérisé en ce que la représentation du second aéronef est une figure géométrique sensiblement de forme carrée et comporte une indication de l'altitude relative du second aéronef par rapport au premier aéronef et une flèche de tendance indiquant si le second aéronef monte ou descend.

10. Procédé de gestion d'un système d'anti-collision selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que durant les modes action ou mode contrôle , la symbologie ne comporte pas de rose des caps, encore appelé HSI .