FR2950150A1 - Procede et dispositif d'aide a la navigation d'un aeronef volant a basse altitude - Google Patents

Abstract

Ledit dispositif (1) comprend des moyens de positionnement (2) engendrant la position courante de l'aéronef, et des moyens de calcul (4) qui permettent de détecter le dépassement, par des rayons de protection, de budgets alloués à une erreur de position de l'aéronef.

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'aide à la navigation d'un aéronef volant à basse altitude. Plus spécifiquement, le procédé s'applique à un budget (ou intervalle de hauteur par rapport au sol) qui est alloué à une erreur de position de l'aéronef, engendrée par un système de positionnement. L'invention s'applique plus particulièrement, bien que non exclusivement, à un procédé utilisant pour la navigation de l'aéronef un système de positionnement par satellites, tel que le système de positionnement GPS (en anglais 'Global Positioning System').

On connaît un procédé d'aide à la navigation d'un aéronef volant à basse altitude, qui utilise un budget alloué à une erreur de position et un budget alloué à une erreur de guidage. Ces budgets sont estimés à un ris-que d'intégrité correspondant à la probabilité que la valeur de l'erreur réelle soit supérieure au budget alloué à cette erreur. Dans ce procédé usuel, le budget alloué à l'erreur de position et le budget alloué à l'erreur de guidage sont calculés pour un même risque d'intégrité donné qui est égal au risque d'intégrité souhaité pour un budget total, ce budget total étant égal à la somme du budget alloué à l'erreur de guidage et du budget alloué à l'erreur de position.

Dans un tel procédé, on compare, en temps réel, la valeur variable d'un rayon de protection (calculée au risque d'intégrité donné) au budget alloué à l'erreur de position (estimé à ce risque d'intégrité), et si la valeur calculée du rayon de protection dépasse le budget alloué à l'erreur de position, on émet une alarme qui indique au pilote que la valeur de la position réelle risque d'être supérieure au budget alloué avec une probabilité supé- rieure au risque d'intégrité considéré. Le rayon de protection calculé au risque d'intégrité donné est déterminé, en temps réel, de façon connue, par un calcul usuel qui est réalisé à partir de données du système de positionnement et qui tient compte, notamment, de la géométrie des satellites et de la situation inertielle de l'aéronef.

Cependant, ce procédé usuel ne permet pas d'optimiser la taille du budget total, ce qui pose problème quand il s'agit de minimiser la hauteur de survol du sol par l'aéronef, en particulier pour des opérations de pilotage délicates au cours desquelles les moyens de contrôle au sol ne sont pas disponibles (par exemple des vols à basse altitude sans visibilité, pour lesquels seuls les moyens de mesure et de calcul embarqués sont utilisa- bles). En effet, ledit procédé usuel déclenche une alarme dès que le rayon de protection dépasse le budget alloué à l'erreur de position, et plus le risque d'intégrité donné est faible, plus le rayon de protection calculé est grand. Or, pour éviter tout risque d'accident, le risque d'intégrité est choisi faible, et le budget alloué à l'erreur de position est dimensionné par rapport à ce risque d'intégrité. En effet, comme le rayon de protection est grand, le budget alloué à l'erreur de position est choisi grand pour éviter son dépassement fréquent par le rayon de protection (variable et calculé en temps réel au risque d'intégrité donné), qui entraînerait le déclenche- ment fréquent de l'alarme, ce qui augmente le budget total. De plus, le budget total n'est pas optimisé, car il est égal à la somme du budget alloué à l'erreur de position et du budget alloué à l'erreur de guidage, estimés au risque d'intégrité donné.

La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients précédents, et concerne un procédé d'aide à la navigation d'un aéronef volant à basse altitude, permettant de détecter le dépassement, par un rayon de protection, d'un budget alloué à une erreur de position de l'aéronef, le budget alloué à l'erreur de position étant égal à la différence entre un budget total et un budget alloué à une erreur de guidage de l'aéronef. A cette fin, ledit procédé est remarquable selon l'invention en ce que : a) on définit un premier risque d'intégrité donné et un deuxième risque d'intégrité qui est supérieur audit premier risque d'intégrité ; b) on calcule deux budgets alloués à l'erreur de position, définis respectivement à ces deux risques d'intégrité, en utilisant deux budgets alloués à l'erreur de guidage et un budget total ; c) de façon répétitive au cours du vol de l'aéronef, on calcule deux rayons de protection respectivement au premier risque d'intégrité et au deuxième risque d'intégrité, et on compare ces deux rayons de protection respectivement aux deux budgets alloués à l'erreur de position dé-finis respectivement à ces deux risques d'intégrité ; et d) on émet une alarme si le rayon de protection calculé à l'un des deux risques d'intégrité dépasse le budget alloué à l'erreur de position correspondant défini audit risque d'intégrité. Ainsi, grâce à l'invention, le procédé conforme à l'invention permet d'optimiser le budget total, en optimisant le budget alloué à l'erreur de position par rapport au budget alloué à l'erreur de guidage en tenant compte du rayon de protection calculé au deuxième risque d'intégrité, qui est plus petit que le rayon de protection calculé au premier risque d'intégrité. En d'autres termes, ledit procédé prend en compte deux risques d'intégrité pour dimensionner les budgets alloués à l'erreur de position et à l'erreur de guidage, ce qui permet de déclencher l'alarme uniquement lors-que cela s'avère nécessaire, tout en garantissant la sécurité de survol du sol par l'aéronef.

De façon avantageuse, le budget total est estimé au premier risque d'intégrité, et les deux budgets alloués à l'erreur de guidage sont estimés respectivement à un risque d'intégrité fixé (qui est égal au rapport entre le premier risque d'intégrité et le deuxième risque d'intégrité) et audit premier risque d'intégrité. De préférence, ledit deuxième risque d'intégrité est inférieur audit risque d'intégrité fixé. A l'étape b), pour calculer le budget alloué à l'erreur de position défini au deuxième risque d'intégrité, on fait la différence entre le budget total estimé au premier risque d'intégrité et le budget alloué à l'erreur de guidage estimé au premier risque d'intégrité. De plus, pour calculer le budget alloué à l'erreur de position défini au premier risque d'intégrité, on fait la différence entre le budget total estimé au premier risque d'intégrité et le budget alloué à l'erreur de guidage estimé au risque d'intégrité fixé. Par ailleurs, avantageusement, la valeur du premier risque d'intégrité est égale à 10-7 pour une heure de vol, la valeur du risque d'intégrité fixé est égale à 10-3 pour une heure de vol, et la valeur du deuxième risque d'intégrité est égale à 10-4 pour une heure de vol.

En outre, de préférence, à partir du sol, la valeur du budget total est 100 mètres, la valeur du budget alloué à l'erreur de guidage au risque d'intégrité fixé est 30 mètres, et la valeur du budget alloué à l'erreur de guidage au premier risque d'intégrité est 60 mètres. La présente invention concerne également un dispositif d'aide à la navigation d'un aéronef volant à basse altitude, qui permet de détecter le dépassement, par un rayon de protection, d'un budget alloué à une erreur de position de l'aéronef, ledit dispositif comprenant : û des moyens de positionnement engendrant la position courante dudit aéronef et un rayon de protection ; û des moyens de signalisation ; et des moyens de calcul qui sont reliés auxdits moyens de positionnement et auxdits moyens de signalisation, et qui calculent le budget alloué à une erreur de position en faisant la différence entre un budget total et un budget alloué à une erreur de guidage de l'aéronef. Le dispositif selon l'invention est remarquable en ce que : lesdits moyens de calcul comprennent un élément pour calculer deux budgets alloués à l'erreur de position, définis respectivement à un premier risque d'intégrité donné et à un deuxième risque d'intégrité qui est supérieur audit premier risque d'intégrité, en utilisant deux budgets al-loués à l'erreur de guidage et un budget total, et un élément pour comparer les deux budgets alloués à l'erreur de position à deux rayons de protection calculés au premier risque d'intégrité et au deuxième risque d'intégrité par les moyens de positionnement ; et û lesdits moyens de signalisation sont formés de manière à émettre une alarme si le rayon de protection calculé à l'un des deux risques d'intégrité dépasse le budget alloué à l'erreur de position correspondant (défini audit risque d'intégrité). La présente invention concerne également un aéronef qui est équipé d'un dispositif d'aide à la navigation tel que précité. Les figures des dessins annexés feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente schématiquement le dépassement d'un budget alloué à une erreur de position d'un aéronef volant à basse altitude par un rayon de protection selon un procédé de l'état de la technique. La figure 2 est le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention d'aide à la navigation d'un aéronef.

Les figures 3 à 6 représentent schématiquement l'ensemble des valeurs possibles de deux rayons de protection par rapport à deux budgets alloués à l'erreur de position d'un aéronef volant à basse altitude et définis selon la présente invention.

Dans toute la suite de la description, le mot 'budget' se réfère à un intervalle de hauteur par rapport au sol S, et le risque d'intégrité auquel est défini ou estimé tout budget correspond à la probabilité que la valeur de l'erreur mesurée sur le budget soit supérieur à la valeur de l'erreur estimée pour le budget considéré. Un grand, respectivement faible, risque d'intégrité correspond à une probabilité grande, respectivement petite, que la valeur de l'erreur mesurée sur le budget soit supérieur à la valeur de l'erreur estimée pour le budget considéré. En référence à la figure 1, dans le procédé de l'état de la technique, un budget total E est estimé à un risque d'intégrité donné P. Il est égal à la somme d'un budget alloué à une erreur de position Ep, estimé au risque d'intégrité donné P, et d'un budget alloué à une erreur de guidage Eg, également estimé à ce risque d'intégrité donné P. Dans l'exemple représenté, à titre illustratif, la valeur du risque d'intégrité donné P est égale à 10-7 pour une heure de vol de l'aéronef A, la valeur de Eg est égale à 60 mètres par rapport au sol S, la valeur de E est égale à 130 mètres par rapport au sol S, et la valeur de Ep est égale à la différence entre les valeurs de E et Eg, c'est-à-dire à 70 mètres. Un rayon de protection R est calculé de façon usuelle par une méthode connue de calcul, et s'il dépasse le budget Ep, une alarme est émise pour signaler au pilote ce dépassement. En référence à la figure 2, un dispositif 1 d'aide à la navigation de l'aéronef volant à basse altitude, conforme à l'invention, comporte : û des moyens de positionnement 2 comprenant un système de positionnement du type GPS ; û des moyens de signalisation 3 ; et û des moyens de calcul 4 qui sont reliés en amont, par des liaisons 5, aux moyens de positionnement 2, et en aval, par une liaison 6, aux moyens de signalisation 3.

Selon l'invention, les moyens de positionnement 2 calculent deux rayons de protection R1 et R2 respectivement à un premier risque d'intégrité donné P1 et à un deuxième risque d'intégrité P2 qui est supérieur audit premier risque d'intégrité P1, puis les transmettent par les liai-sons 5 aux moyens de calcul 4. o En l'occurrence, à titre illustratif, la valeur du premier risque d'intégrité P1 est égale à 10-7 pour une heure de vol, ce qui correspond au faible risque d'intégrité, et la valeur du deuxième risque d'intégrité P2 est égale à 10-4 pour une heure de vol, ce qui correspond au grand risque d'intégrité. 15 Les moyens de calcul 4 comparent les rayons de protection R1 et R2 respectivement à des budgets alloués à l'erreur de position Ep1 et Ep2, comme décrit sur les figures 3 à 6. Si le rayon de protection R1 dépasse Ep1 ou si le rayon de protection R2 dépasse Ep2 alors une alarme est déclenchée par les moyens de signalisation 3. Dans les autres cas, l'alarme 20 n'est pas déclenchée par les moyens de signalisation 3. Les budgets alloués à l'erreur de position Ep1 et Ep2 sont déterminés de la façon suivante, comme illustré sur la figure 3. On estime deux budgets alloués à l'erreur de guidage Eg1 et Eg2 respectivement à un risque d'intégrité fixé PO (égal au rapport entre le 25 premier risque d'intégrité P1 et le deuxième risque d'intégrité P2), et au premier risque d'intégrité P1. En l'occurrence, à titre illustratif, la valeur du risque d'intégrité fixé PO est égale à 10-3 pour une heure de vol, la valeur de Eg 1 est égale à 30 mètres par rapport au sol S, et la valeur de Eg2 est égale à 60 mètres par rapport au sol S. Par ailleurs, on estime un budget total Et constant au premier ris-que d'intégrité P1.

En l'occurrence, à titre illustratif, la valeur de Et est égale à 100 mètres par rapport au sol S. Si la valeur variable de l'erreur de guidage Ega déterminée par les moyens de calcul 4 est égale ou supérieure au budget alloué à l'erreur de guidage Eg1 estimé au risque d'intégrité fixé P0, le risque d'intégrité fixé PO est atteint. Pour que le premier risque d'intégrité P1 soit atteint pour utiliser le budget total Et (estimé au premier risque d'intégrité P1 égal au produit du risque d'intégrité fixé PO par le deuxième risque d'intégrité P2), le budget alloué à l'erreur de position Ep2 est défini au deuxième risque d'intégrité P2. Pour que le budget total Et soit respecté, le budget alloué à l'erreur de position Ep2 est égal à la différence entre le budget total Et et le budget alloué à l'erreur de guidage Eg2 estimé au premier risque d'intégrité P1. Si la valeur variable de l'erreur de guidage Egb déterminée par les moyens de calcul 4 est inférieure au budget alloué à l'erreur de guidage Eg1 estimé au risque d'intégrité fixé P0, le risque d'intégrité fixé PO n'est pas atteint. Pour que le premier risque d'intégrité P1 soit atteint pour utiliser le budget total Et (estimé au premier risque d'intégrité P1), le budget alloué à l'erreur de position Ep1 est défini au risque d'intégrité donné P1. Pour que le budget total Et soit respecté, le budget alloué à l'erreur de po- sition Ep1 est égal à la différence entre le budget total Et estimé au risque d'intégrité donné P1 et le budget alloué à l'erreur de guidage Eg1 estimé au risque d'intégrité fixé P0. Ainsi en d'autres termes, le budget total Et est une constante égale à Eg1 +Ep1 ou à Eg2+Ep2.

On en déduit, au vu des valeurs considérées à titre illustratif pour le budget alloué à l'erreur de guidage Eg1 (estimé au risque d'intégrité fixé PO), le budget alloué à l'erreur de guidage Eg2 estimé au premier risque d'intégrité P1 et le budget total Et, que la valeur de Ep1 est égale à 70 mètres et la valeur de Ep2 est égale à 40 mètres. Lorsque les deux budgets alloués à l'erreur de position Ep1 et Ep2 sont déterminés par l'élément 4a des moyens de calcul 4, l'élément 4b desdits moyens de calcul 4 évalue les positions des deux rayons de protection R1 et R2 par rapport à ces deux budgets Ep 1 et Ep2.

Quatre cas sont alors envisageables. Dans un premier cas illustré à la figure 3, le rayon de protection R1 calculé au premier risque d'intégrité P1 est inférieur au budget Ep2, c'est-à-dire est inférieur à 40 mètres. Aucune alarme n'est déclenchée dans ce cas par les moyens de signalisation 3, les budgets alloués à l'erreur de position Ep1 et à l'erreur de position Ep2 n'étant pas dépassés par le rayon de protection R1 et a fortiori par le rayon de protection R2 (qui est inférieur au rayon de protection R1). Dans un deuxième cas illustré à la figure 4, le rayon de protection R1 calculé au premier risque d'intégrité P1 dépasse la valeur du budget Ep2 mais ne dépasse pas le budget Ep1, c'est-à-dire est supérieur à 40 mètres et inférieur à 70 mètres, et le rayon de protection R2 calculé au deuxième risque d'intégrité P2 ne dépasse pas la valeur du budget Ep2, c'est-à-dire est inférieur à 40 mètres. Aucune alarme n'est déclenchée dans ce cas par les moyens de signalisation 3, les budgets alloués à l'erreur de position Ep1 et à l'erreur de position Ep2 n'étant pas dépassés par leurs rayons de protection respectifs R1 et R2. Dans un troisième cas illustré à la figure 5, le rayon de protection R1 calculé au premier risque d'intégrité P1 dépasse la valeur du budget Ep2 mais ne dépasse pas le budget Ep1, c'est-à-dire est supérieur à 40 mètres et inférieur à 70 mètres, et le rayon de protection R2 calculé au deuxième risque d'intégrité P2 dépasse la valeur du budget Ep2, c'est-à-dire est supérieur à 40 mètres. Une alarme est alors déclenchée par les moyens de signalisation 3, le budget alloué à l'erreur de position Ep2 étant dépassé par le rayon de protection R2. Dans un quatrième cas illustré à la figure 6, le rayon de protection R1 calculé au premier risque d'intégrité P1 dépasse le budget. Ep1 au premier risque d'intégrité P1, c'est-à-dire est supérieur à 70 mètres. Une alarme est alors déclenchée par les moyens de signalisation 3, le budget alloué à l'erreur de position Ep1 étant dépassé par le rayon de protection R1. Ainsi, le dispositif d'aide à la navigation 1 conforme à l'invention permet d'optimiser le budget total Et, en optimisant le budget alloué à l'erreur de position par rapport au budget alloué à l'erreur de guidage en tenant compte du rayon de protection R2 calculé à un deuxième risque d'intégrité P2 qui est supérieur au premier risque d'intégrité P1 et pour lequel le rayon de protection R2 est plus petit que le rayon de protection R1 calculé au premier risque d'intégrité P1. En d'autres termes, le dispositif d'aide à la navigation 1 tient compte de deux risques d'intégrité pour dimensionner les budgets alloués à l'erreur de position et à l'erreur de guidage. Ledit dispositif 1 permet de combiner, en temps réel, des évènements indépendants pour l'erreur de position et l'erreur de guidage déterminées à deux risques d'intégrité différents, un grand risque d'intégrité (10-4) et un faible risque d'intégrité (10-7), tout en respectant le budget total sur l'erreur estimé au faible risque d'intégrité (10-7). De plus, comme le budget total Et est estimé à un faible risque d'intégrité, le dispositif 1 conforme à l'invention garantit le survol du sol par l'aéronef A dans des conditions de sécurité importantes.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Procédé d'aide à la navigation d'un aéronef (A) volant à basse altitude, permettant de détecter le dépassement, par un rayon de protection, d'un budget alloué à une erreur de position de l'aéronef (A), le bud- get alloué à l'erreur de position étant égal à la différence entre un budget total et un budget alloué à une erreur de guidage de l'aéronef (A), caractérisé en ce que : a) on définit un premier risque d'intégrité donné (P1) et un deuxième ris-que d'intégrité (P2) qui est supérieur audit premier risque d'intégrité (P1) ; b) on calcule deux budgets alloués à l'erreur de position (Ep1, Ep2), définis respectivement à ces deux risques d'intégrité (P1, P2), en utilisant deux budgets alloués à l'erreur de guidage (Eg1, Eg2) et un budget total Et) , c) de façon répétitive au cours du vol de l'aéronef (A), on calcule deux rayons de protection (R1, R2) respectivement au premier risque d'intégrité (P1) et au deuxième risque d'intégrité (P2), et on compare ces deux rayons de protection (R1, R2) respectivement aux deux budgets alloués à l'erreur de position (Ep1, Ep2) définis respectivement à ces deux risques d'intégrité (P1, P2) ; et d) on émet une alarme si le rayon de protection (R1, R2) calculé à l'un des deux risques d'intégrité (P1, P2) dépasse le budget alloué à l'erreur de position (Ep1, Ep2) correspondant défini audit risque d'intégrité (P1, P2).
2. 2. Procédé d'aide à la navigation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le budget total (Et) est estimé au premier risque d'intégrité (P1), et les deux budgets alloués à l'erreur de guidage (Eg1, Eg2) sont estimés respectivement à un risque d'intégrité fixé (P0) qui est égal au rapport entre le premier risque d'intégrité (P1) et le deuxième ris-que d'intégrité (P2), et audit premier risque d'intégrité (P1).
3. 3. Procédé d'aide à la navigation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'à l'étape b), pour calculer le budget alloué à l'erreur de position (Ep2) défini au deuxième risque d'intégrité (P2), on fait la différence entre le budget total (Et) estimé au premier risque d'intégrité (P1) et le budget alloué à l'erreur de guidage (Eg2) estimé au premier risque d'intégrité (P1).
4. 4. Procédé d'aide à la navigation selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'à l'étape b), pour calculer le budget alloué à l'erreur de position (Ep1) défini au premier risque d'intégrité (P1), on fait la différence entre le budget total (Et) estimé au premier risque d'intégrité (P1) et le budget alloué à l'erreur de guidage (Eg 1) estimé au risque d'intégrité fixé (P0).
5. 5. Procédé d'aide à la navigation selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le deuxième risque d'intégrité (P2) est inférieur au risque d'intégrité fixé (P0).
6. 6. Procédé d'aide à la navigation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la valeur du premier risque d'intégrité (P1) est égale à 10-7 pour une heure de vol, la valeur du risque d'intégrité fixé (P0) est égale à 10-3 pour une heure de vol, et la valeur du deuxième risque d'intégrité (P2) est égale à 10-4 pour une heure de vol.
7. 7. Procédé d'aide à la navigation selon la revendication 6, caractérisé en ce que, à partir du sol (S), la valeur du budget total (Et) est égale à 100 mètres, la valeur du budget alloué à l'erreur de guidage (Eg2) au risque d'intégrité fixé (P0) est égale à 30 mètres, et la valeur du budget alloué à l'erreur de guidage (Eg1) au premier risque d'intégrité (P1) est égale à 60 mètres.
8. 8. Dispositif d'aide à la navigation d'un aéronef (A) volant à basse altitude, permettant de détecter le dépassement, par un rayon de protec- tion, d'un budget alloué à une erreur de position de l'aéronef (A), ledit dis- positif (1) comprenant : des moyens de positionnement (2) engendrant la position courante du-dit aéronef (A) et un rayon de protection ; ù des moyens de signalisation (3) ; et des moyens de calcul (4) qui sont reliés auxdits moyens de positionne-ment (2) et auxdits moyens de signalisation (3), et qui calculent le budget alloué à une erreur de position en faisant la différence entre un budget total et un budget alloué à une erreur de guidage de l'aéronef (A), caractérisé en ce que : ù lesdits moyens de calcul (4) comprennent un élément (4a) pour calculer deux budgets alloués à l'erreur de position (Ep1, Ep2), définis respectivement à un premier risque d'intégrité donné (P1) et à un deuxième ris-que d'intégrité (P2) qui est supérieur audit premier risque d'intégrité (P1), en utilisant deux budgets alloués à l'erreur de guidage (Eg 1, Eg2) et un budget total (Et), et un élément (4b) pour comparer les deux budgets alloués à l'erreur de position (Ep1, Ep2) à deux rayons de protection (R1, R2) calculés au premier risque d'intégrité (P1) et au deuxième risque d'intégrité (P2) par les moyens de positionnement (2) ; et ù lesdits moyens de signalisation (3) sont formés de manière à émettre une alarme si le rayon de protection (R1, R2) calculé à l'un des deux risques d'intégrité (P1, P2) dépasse le budget alloué à l'erreur de position correspondant (Ep1, Ep2) défini audit risque d'intégrité (P1, P2).
9. 9. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'aide à la navigation (1) tel que celui spécifié sous la revendication 8.