FR2947641A1

FR2947641A1 - Procede pour evaluer une erreur dans le positionnement d'un aeronef engendre par un systeme de positionnement embarque

Info

Publication number: FR2947641A1
Application number: FR0903265A
Authority: FR
Inventors: Guillaume Fouet; Xavier Grossin; Sebastien Robert
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2011-01-07
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: US20110004402A1; US8244416B2; FR2947641B1

Abstract

Selon l'invention, on relève le positionnement (13) de l'aéronef engendré par le système de positionnement, on détecte par des moyens radar la présence d'au moins un groupe de cibles disposées au sol, on mesure à l'aide desdits moyens radar la position (15) de ce groupe de cibles par rapport au positionnement (13) de l'aéronef, et on évalue l'erreur (16) du positionnement (13) de l'aéronef en comparant, à au moins une valeur seuil, la valeur d'au moins une grandeur de référence qui est caractéristique de la différence existant entre la position mesurée (15) et une position connue (14) du groupe de cibles par rapport au positionnement (13) de l'aéronef.

Description

La présente invention concerne un procédé pour évaluer une erreur dans le positionnement d'un aéronef engendré par un système de positionnement embarqué sur l'aéronef, et un dispositif susceptible de mettre un oeuvre un tel procédé. L'invention s'applique plus particulièrement, bien que non exclusivement, à un système de positionnement par satellites, tel que le système de positionnement GPS (en anglais 'Global Positioning System'). On sait que le système de positionnement GPS permet de fournir des informations relativement fiables et précises sur le positionnement de l'aéronef. Toutefois, des études ont montré que l'utilisation par le pilote du système de positionnement GPS comme unique source de positionnement de l'aéronef peut être à l'origine d'incidents et parfois même d'accidents de l'aéronef. 15 II s'avère en effet que la précision du calcul développé dans le système de positionnement GPS et engendrant le positionnement de l'aéronef peut être diminuée momentanément lors de la navigation en vol de l'aéronef et que ce défaut de précision peut conduire le pilote à prendre des mauvaises décisions du fait de l'indication erronée du positionnement. 20 Une mauvaise transmission des signaux envoyés par les satellites et/ou une mauvaise réception de ces signaux par l'aéronef interrompent ou perturbent la continuité du calcul développé dans le système de positionnement GPS pouvant entraîner un tel défaut de précision. On connaît un certain nombre de situations dans lesquelles la 25 transmission et/ou la réception des signaux entre les satellites et l'aéronef sont dégradées, en particulier - des conditions climatiques défavorables, par exemple une forte couverture nuageuse, un orage ou une forte humidité ; un brouillage radioélectrique ; un obstacle interposé entre l'aéronef et les satellites. Par ailleurs, d'autres évènements peuvent diminuer la précision dans le calcul du système de positionnement GPS, tels qu'un incident sur un satellite ou un alignement momentané de satellites qui entraîne une incertitude géométrique temporaire. Il serait donc avantageux de pouvoir évaluer l'erreur sur le posi- 10 tionnement engendré par le système de positionnement GPS, afin de per-mettre au pilote de savoir si le positionnement de l'aéronef indiqué par ce système de positionnement GPS présente un niveau de précision élevé, et ce de façon permanente. La présente invention vise à satisfaire ces exigences et présente 15 un procédé pour évaluer une erreur dans le positionnement d'un aéronef engendré par un système de positionnement embarqué. A cette fin, le procédé selon l'invention est remarquable en ce que, de façon automatique on relève le positionnement de l'aéronef engendré par le système de 20 positionnement ; on détecte par des moyens radar la présence d'au moins un groupe de cibles disposées au sol et on mesure à l'aide desdits moyens radar sa position par rapport au positionnement de l'aéronef et on évalue l'erreur du positionnement de l'aéronef en comparant, à au 25 moins une valeur seuil, la valeur d'au moins une grandeur de référence qui est caractéristique de la différence existant entre la position mesurée et une position connue du groupe de cibles par rapport au position- nement de l'aéronef. Ainsi, le procédé selon l'invention permet d'évaluer, de façon précise, une erreur du positionnement de l'aéronef engendré par le système de positionnement. Cette évaluation permet aux pilotes de prendre des décisions appropriées et adaptées au niveau de précision ainsi évalué.

Avantageusement, lorsque ladite grandeur de référence est inférieure ou égale a la valeur seuil, on utilise le positionnement de l'aéronef engendré par le système de positionnement au moins pour la navigation de l'aéronef ou pour la mise en oeuvre de toute autre fonction nécessitant une position précise. Lorsque ladite grandeur de référence dépasse ladite 1 o valeur seuil, on corrige le positionnement de l'aéronef engendré par le système de positionnement en tenant compte de ladite erreur du positionne-ment et on utilise le nouveau positionnement. Dans un mode de réalisation préféré - on affiche sur un écran de l'aéronef la position mesurée du groupe de 15 cibles par rapport au positionnement de l'aéronef ; - on affiche sur l'écran la position connue du groupe de cibles par rapport au positionnement de l'aéronef ; et û on évalue l'erreur du positionnement de l'aéronef engendré par le système de positionnement en comparant sur l'écran la position mesurée et 20 la position connue du groupe de cibles. Avantageusement, on détecte plusieurs groupes de cibles et on sélectionne un groupe de cibles parmi les groupes de cibles ainsi détectés. Cette sélection peut se faire automatiquement ou manuellement. Pour détecter la présence du groupe de cibles, on détermine des 25 vecteurs par rapport à l'aéronef à partir des maxima de l'intensité des si- gnaux retours, revus et mesurés par les moyens radar, et on contrôle si la forme géométrique réalisée par ces vecteurs correspond à la forme géo- métrique particulière dudit groupe de cibles.

De préférence, l'évaluation de l'erreur du positionnement est réalisée automatiquement lorsque l'aéronef se situe dans une zone de détection du groupe de cibles. Avantageusement encore, le groupe de cibles est agencé selon une forme géométrique particulière qui est adaptée à une détection par les moyens radar. La présente invention concerne également un dispositif pour évaluer une erreur dans le positionnement d'un aéronef engendré par un système de positionnement embarqué. 10 Le dispositif selon l'invention est remarquable en ce qu'il com- porte : - ledit système de positionnement; des moyens radar pour détecter la présence d'au moins un groupe de cibles disposées au sol et pour mesurer sa position par rapport au posi^ -15 tionnement de l'aéronef; et û des moyens de calcul pour évaluer l'erreur dans le positionnement de l'aéronef, ces moyens de calcul qui sont couplés au système de positionnement et aux moyens radar déterminant et comparant, à au moins une valeur seuil, la valeur d'au moins une grandeur de référence qui est 20 caractéristique de la différence existant entre la position mesurée et la position connue du groupe de cibles par rapport au positionnement de l'aéronef. Avantageusement, ledit dispositif comporte, de plus, des moyens pour corriger le positionnement de l'aéronef en tenant compte de 25 l'évaluation de l'erreur de positionnement et des moyens de signalisation au pilote de l'erreur dans le positionnement de l'aéronef. La présente invention concerne également un aéronef équipé d'un tel dispositif.

Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation 5 d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 2 montre schématiquement un écran permettant de visualiser le procédé mis en oeuvre par le dispositif de la figure 1. Les figures 3a, 3b et 3c représentent schématiquement trois images consécutives de l'écran de la figure 2. 10 La figure 4 représente une forme géométrique particulière d'un groupe de cibles disposées au sol et destinées à être détectées par des moyens radar du dispositif de la figure 1. La figure 5 montre schématiquement l'intensité des signaux reçus par les moyens radar et illustre la détection du groupe de cibles. 15 En référence à la figure 1, le dispositif selon l'invention 1 comporte une unité de contrôle électronique 1A (ECU) reliée en amont à des moyens radar 2 et un système de positionnement 3, et en aval à des moyens de signalisation 4. Les moyens radar 2 détectent la présence d'au moins un groupe 20 de cibles disposées au sol et mesurent sa position par rapport au positionnement de l'aéronef, engendré par le système de positionnement 3 qui est un système de positionnement par satellites tel que le système de positionnement GPS. Les moyens de signalisation 4 permettent d'avertir le pilote d'une erreur dans le positionnement et d'indiquer un nouveau posi- 25 tionnement corrigé. L'unité de contrôle électronique 1A comprend des moyens de cal-cul 5, des moyens de correction 6 et des moyens de stockage 7. Les moyens de calcul 5 ont pour fonction d'évaluer l'erreur dans le position- nement de l'aéronef et sont couplés au système de positionnement 3 et aux moyens radar 2. Le fonctionnement du dispositif 1 est décrit ci-dessous. Dans une première étape, l'unité de contrôle électronique 1A reçoit en entrée des signaux électriques envoyés par les moyens radar 2 et transmis par l'intermédiaire d'une liaison 8. Ces signaux indiquent la détection et la position d'un groupe de cibles. Elle reçoit également en entrée des signaux électriques envoyés par le système de positionnement 3 et transmis par l'intermédiaire d'une liaison 9. Ces derniers signaux indiquent le positionnement de l'aéronef engendré par le système de positionnement 3. Dans une seconde étape, elle traite ces signaux électriques reçus à l'aide des moyens de calcul 5, et évalue l'éventuelle erreur du positionne-ment engendré par le système de positionnement 3.

Dans une troisième étape, l'unité de contrôle électronique 1A en-voie en sortie aux moyens de signalisation 4 des signaux électriques transmis par une liaison 10. Ces signaux électriques indiquent l'éventuelle erreur de positionnement et le nouveau positionnement corrigé. Comme illustré sur la figure 2, dans un mode de réalisation pré- féré, le procédé selon l'invention comprend une série d'étapes au cours desquelles; ù on relève, par l'unité de contrôle électronique 1A, le positionnement 13 de l'aéronef engendré par le système de positionnement 3, et on affiche, sur un écran 12 qui fait par exemple partie des moyens de signali- cation 4, la position dite connue 14 au sol du groupe de cibles que l'on dispose par rapport au positionnement 13 de l'aéronef. Cette position connue 14 qui représente la position réelle dudit groupe au sol a été préalablement enregistrée dans les moyens de stockage 7; ù on détecte, par les moyens radar 2, la présence au sol du groupe de cibles, ensuite on mesure à l'aide de ces moyens radar 2, la position 15 du groupe de cibles par rapport au positionnement 13 de l'aéronef, et on affiche sur l'écran 12 cette position 15 et ù on évalue une erreur 16 dans le positionnement 13 de l'aéronef, en comparant sur l'écran 12 la position mesurée 15 et la position connue 14 du groupe de cibles. Pour évaluer avec précision cette erreur 16 concernant le positionnement 13, les moyens de calcul 5 déterminent dans un premier temps la 1 o valeur d'une grandeur de référence qui est caractéristique de la différence existant entre la position mesurée 15 et la position connue 14 du groupe de cibles par rapport au positionnement 13. Dans un second temps, les moyens de calcul 5 comparent la valeur de la grandeur de référence à une valeur seuil. 15 Dans une première variante de mise en oeuvre du procédé, la grandeur de référence est la distance entre le barycentre des positions mesurées des cibles (dudit groupe de cibles) et le barycentre des positions connues desdites cibles par rapport au positionnement 13. Dans une deuxième variante de mise en oeuvre du procédé, ladite 20 grandeur de référence correspond à la moyenne des distances individuelles entre les positions mesurées et les positions connues des cibles par rapport au positionnement 13. Lorsque ladite grandeur de référence dépasse ladite valeur seuil, les moyens de correction 6 corrigent le positionnement 13 de l'aéronef 25 engendré par le système de positionnement 3 en tenant compte de ladite erreur de positionnement 16, et la nouvelle position corrigée est affichée par les moyens de signalisation 4. La grandeur de référence peut être une autre variable que celles précitées, l'essentiel étant que sa valeur permette d'évaluer, par rapport à une valeur seuil prédéterminée, l'éventuelle erreur 16 dans le positionne-ment 13 engendré par le système de positionnement 3. Il est également possible de définir une première valeur seuil en-deçà de laquelle on considère qu'il n'y a pas d'erreur 16 sur le positionnement 13 et que l'indice EPU (EstimatedPosition Uncertainty) est bon, et une deuxième valeur seuil supérieure à la première valeur seuil au-delà de laquelle on considère qu'il y a une erreur 16 sur le positionnement 13 et que l'indice EPU est mauvais. Entre les deux valeurs seuil, on considère que la valeur du positionnement 13 de l'aéronef présente une incertitude et que l'indice EPU est moyen. Les moyens de signalisation 4 peuvent être également sonores. Les figures 3a à 3c illustrent une étape de sélection du groupe de cibles, conforme au procédé mis en oeuvre par le dispositif 1. Sur la figure 3a, les moyens radar 2 n'ont pas détecté de groupe de cibles et l'écran 12 est vierge.

Sur la figure 3b, l'écran 12 affiche deux groupes 17 et 18 de cibles détectées par les moyens radar 2. Sur la figure 3c, le pilote a sélectionné manuellement le groupe 17 de cibles. En variante, la sélection peut être réalisée automatiquement par le dispositif 1. Ainsi, l'unité de contrôle électronique 1A peut être activée automatiquement lorsque l'aéronef se situe dans une zone de détection d'un desdits groupes 17 et 18 de cibles. La zone de détection d'un groupe 17, 18 de cibles peut être un cercle centré sur le barycentre des cibles de ce groupe 17 et 18 de cibles et comprenant un rayon définissant une zone dans laquelle la probabilité de détecter le groupe de cibles est, par exemple, de 95% Avantageusement, les moyens radar 2 effectuent deux balayages, ce qui permet, lorsque le groupe 17 de cibles n'est pas détecté et qu'il devrait être détecté au vu du positionnement 13, de confirmer que le posi- tionnement 13 est erroné et que le groupe 17 de cibles n'est pas dans la zone de détection. Les groupes de cibles sont disposés au sol selon une forme géométrique particulière adaptée à une détection radar.

5 Dans une forme de réalisation préférée et illustrée sur la figure 4, les cibles 20, 21 et 22 sont disposées de façon à former un triangle. Le triangle permet une identification fiable par les moyens radar 2, c'est-à-dire que la probabilité de détection d'un autre triangle qui préexisterait au sol et qui aurait la même configuration que le triangle du groupe de cibles 10 est faible. De plus, de simples changements d'angles entre les cibles 20, 21 et 22 permettent de différentier plusieurs groupes de cibles. Les cibles disposées au sol doivent présenter une réflectivité importante. Par exemple, une cible comporte une surface équivalente radar (RCS) de 10000m2 pour être détectée par les moyens radar 2 à une dis- 15 tance de détection de 40 mille nautique (NM) avec une probabilité de détection de 95%. L'emplacement et la configuration géométrique des cibles leur permettent de les distinguer des autres éléments du sol. Dans un mode de réalisation, elles sont des réflecteurs radars se présentant sous la forme de boules métalliques ou d'assemblages de tétraèdres permettant 20 de renvoyer les signaux émis par les moyens radar 2 de façon homogène dans toutes les directions. En variante de réalisation, elles sont des éléments faisant saillie du sol tels que des immeubles, des usines, des lignes électriques qui permettent une réflexion satisfaisante des signaux émis par les moyens radar 2.

25 Avantageusement, les groupes de cibles sont disposés dans les endroits où le positionnement précis de l'aéronef doit être connu, par exemple à proximité des aéroports, au-dessous des couloirs aériens fréquentés ou aux endroits où les systèmes de positionnement sont les moins performants. Les groupes de cibles peuvent être également dispo- sés le long des côtes pour vérifier la navigation de l'aéronef après des traversées océaniques. Pour détecter la présence du groupe de cibles, les moyens de cal-cul 5 déterminent des vecteurs par rapport à l'aéronef à partir des maxima 5 d'intensité 23, 24 et 25 mesurés des signaux retours issus des signaux envoyés par les moyens radar 2 et réfléchis par les cibles, comme illustré sur la figure 5. Ensuite, les moyens de calcul 5 contrôlent si la forme géométrique réalisée par ces vecteurs correspond à la forme géométrique du groupe de cibles connu.

10 Ainsi, le dispositif selon l'invention 1 permet de réaliser, de façon permanente et précise, une évaluation de l'erreur 16 du positionnement 13 de l'aéronef engendré par le système de positionnement 3, et de la corriger, le cas échéant, en fonction de la position mesurée par les moyens radar 2. Ledit dispositif 1 ne nécessite pas l'ajout de nouveaux 15 équipements de détection, car il utilise les systèmes existants embarqués que sont les moyens radar et le système de positionnement en les couplant.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé pour évaluer une erreur (16) dans le positionnement (13) d'un aéronef engendré par un système de positionnement (3) embarqué, caractérisé en ce que, de façon automatique on relève le positionnement (13) de l'aéronef engendré par le système de positionnement (3) ; ù on détecte par des moyens radar (2) la présence d'au moins un groupe de cibles disposées au sol et on mesure à l'aide desdits moyens radar (2) sa position (15) par rapport au positionnement (13) de l'aéronef ; et ù on évalue l'erreur (16) du positionnement (13) de l'aéronef en compa- rant, a au moins une valeur seuil, la valeur d'au moins une grandeur de référence qui est caractéristique de la différence existant entre la posi- tion mesurée (15) et une position connue (14) du groupe de cibles par rapport au positionnement (13) de l'aéronef.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque ladite grandeur de référence est inférieure ou égale à la valeur seuil, on utilise le positionnement (13) de l'aéronef engendré par le système de positionnement (3) au moins pour la naviga- tion de l'aéronef.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque ladite grandeur de référence dépasse ladite valeur seuil, on corrige le positionnement (13) de l'aéronef engendré par le système de positionnement (3) en tenant compte de ladite erreur (16) du positionnement 13).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que on affiche sur un écran (12) de l'aéronef la position mesurée (15) du groupe de cibles par rapport au positionnement (13) de l'aéronef ,- on affiche sur l'écran (12) la position connue (14) du groupe de cibles par rapport au positionnement (13) de l'aéronef , et - on évalue l'erreur (16) du positionnement (13) de l'aéronef engendré par le système de positionnement (3) en comparant sur l'écran (12) la position mesurée (15) et la position connue (14) du groupe de cibles.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on détecte plusieurs groupes de cibles (17, 18) et on sélectionne un groupe de cibles (17) parmi les groupes de cibles ainsi détectés (17, 18).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'évaluation de l'erreur (16) du positionnement (13) est réalisée automatiquement lorsque l'aéronef se situe dans une zone de détection du groupe de cibles (17, 18).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le groupe de cibles (17, 18) est agencé selon une forme géométrique particulière qui est adaptée à une détection par les moyens radar (2).
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, pour détecter la présence du groupe de cibles (17, 18), on détermine des vecteurs par rapport à l'aéronef à partir des maxima (23, 24, 25) de l'intensité des signaux retours, reçus et mesurés par les moyens radar (2), et on contrôle si la forme géométrique réalisée par ces vecteurs correspond à la forme géométrique particulière dudit groupe de cibles.
9. Dispositif pour évaluer une erreur (16) dans le positionnement (13) d'un aéronef engendré par un système de positionnement (3) embarqué, caractérisé en ce qu'il comporte : ledit système de positionnement (3) ; - des moyens radar (2) pour détecter la présence d'au moins un groupe de cibles disposées au sol et pour mesurer sa position (15) par rapport au positionnement (13) de l'aéronef , et - des moyens de calcul (5) pour évaluer l'erreur (16) dans le positionne-ment (13) de l'aéronef, ces moyens de calcul (5) qui sont couplés au système de positionnement (3) et aux moyens radar (2) déterminant et comparant, à au moins une valeur seuil, la valeur d'au moins une grandeur de référence qui est caractéristique de la différence existant entre la position mesurée (15) et une position connue (14) du groupe de ci- 10 bles par rapport au positionnement (13) de l'aéronef.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte, de plus, des moyens pour corriger le positionnement (13) de l'aéronef en tenant compte de l'évaluation de l'erreur (16) de positionnement et des moyens (4) de signalisation au pilote de 15 l'erreur (16) dans le positionnement (13) de l'aéronef.