FR2960650A1

FR2960650A1 - Dispositif de commande d'affichage d'une image d'un radar meteorologique dans un aeronef

Info

Publication number: FR2960650A1
Application number: FR1054030A
Authority: FR
Inventors: Xavier Cros
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-12-02
Anticipated expiration: 2030-05-25
Also published as: FR2960650B1; US8907837B1; US20150002333A1

Abstract

Le dispositif (16, 34) de commande d'affichage d'une image d'un radar (14), notamment météorologique, d'aéronef (2), est apte à effectuer sur un écho (28, 32) du radar au moins un test prédéterminé visant à décider sur le choix d'une représentation (40) correspondant à lécho lors d'un affichage d'une image du radar.

Description

-1- L'invention concerne les radars d'aéronefs, en particulier les radars météorologiques. Les pilotes d'avions civils et militaires disposent à bord, dans le poste de pilotage, d'un écran relié à un radar embarqué permettant d'afficher une représentation de la situation météorologique devant l'avion. Le radar fonctionne en émettant un signal par ondes radio devant l'avion. Lorsque ce signal rencontre un obstacle comme des gouttelettes d'eau en suspension dans l'atmosphère, il est réfléchi vers l'avion et reçu par le radar. En mesurant le temps déparant l'émission du signal et la réception de l'écho, on peut déterminer le temps mis par l'écho pour parvenir à l'antenne de l'avion et donc la distance à laquelle se situe l'obstacle formant la source de récho. De plus, en mesurant l'intensité du signal réfléchi, le radar détermine la densité et la taille des gouttelettes. Une difficulté surgit lorsqu'un autre aéronef se trouve dans le champ de couverture du radar. En effet, cet aéronef que l'on désigne ici comme un intrus (sans y associer aucune connotation d'hostilité) constitue lui aussi un obstacle réfléchissant le signal du radar vers l'avion qui l'a émis. Un tel écho radar est alors détecté par le radar météorologique embarqué et affiché sur l'écran comme s'il s'agissait d'un nuage. Le phénomène se produit même lorsque l'intrus se trouve à plusieurs dizaines de miles nautiques du radar. De plus, ce phénomène est particulièrement mis en évidence sur l'écran lors de la navigation par beau temps. En effet, il en résulte alors sur l'écran une tâche ressemblant à un petit nuage à l'endroit de l'intrus alors qu'il n'y a aucun nuage dans le ciel. Ce défaut conduit l'équipage de l'avion ou bien à devoir interpréter cette anomalie comme telle et à effectuer des vérifications, ou bien à croire que la représentation sur l'écran du radar correspond effectivement à un nuage et donc à se méprendre sur la nature de l'obstacle et le danger qu'il peut représenter. Un but de l'invention est donc d'améliorer la fiabilité des images fournies par un radar d'aéronef. A cet effet, on prévoit selon l'invention un dispositif de commande d'affichage d'une image d'un radar, notamment météorologique, d'aéronef, apte à effectuer sur un écho du radar au moins un test prédéterminé visant à décider sur le choix d'une représentation correspondant à l'écho lors d'un affichage d'une image du radar. Ainsi, ce test réalisé en amont par référence à l'affichage de l'image du radar sur l'écran, permet de commander cet affichage en fonction du résultat du test et donc de fournir des informations plus fiables sur la présence, et le cas échéant, la nature d'un obstacle situé devant l'avion. De préférence, le dispositif est apte à déterminer si une vitesse d'une 2960650 -2- source de l'écho franchit un seuil prédéterminé. Ce type de test permet de décider, avec un bon degré de fiabilité, si la source de l'écho radar est ou pas un aéronef. De préférence, le dispositif est apte à déterminer si une distance entre une 5 localisation d'une source de l'écho et une localisation d'un autre aéronef franchit un seuil prédéterminé. Ainsi, si la distance est inférieure au seuil, on considère que l'écho est produit au moins en partie par l'aéronef. Ce type de test est permis par exemple par le fait que l'aéronef reçoit des données à partir d'un transpondeur d'un autre 10 aéronef. De préférence, le dispositif est apte à déterminer si une dimension correspondant en propre à une source de l'écho franchit un seuil prédéterminé. Ainsi, cet autre type de test permet lui aussi de décider, avec un bon degré de fiabilité, si l'obstacle constituant la source de l'écho radar correspond ou pas à 15 un aéronef. De préférence, le dispositif est apte à commander l'affichage sans représentation correspondant à l'écho. Ce pourra être le cas lorsque le test conduit à considérer que l'écho vient d'un aéronef. 20 Avantageusement, le dispositif est apte à commander l'affichage en associant un symbole prédéterminé à l'écho. Ainsi, on indique au pilote par ce symbole la nature supposée de la source de l'écho en fonction du résultat du test. Avantageusement, le dispositif est apte à déterminer si au moins une zone 25 contigüe à une zone de provenance de l'écho est associée à un autre écho. De préférence, le dispositif est apte à commander l'affichage de l'image avec une représentation, dans une première zone de provenance de l'écho, résultant d'une provenance d'un écho d'au moins une deuxième zone contiguë à la première zone. 30 En effet, il est possible que l'écho radar reçu soit causé à la fois par un autre aéronef et par la masse nuageuse dans laquelle il se trouve. Il ne faudrait donc pas que la suppression de la représentation correspondant à l'aéronef sur l'image conduise à supprimer aussi sur cette dernière toute représentation relative à la masse nuageuse sachant qu'il est important que les membres de l'équipage 35 soient informés de sa présence. C'est la raison pour laquelle on détecte si une masse nuageuse est également présente dans une zone contigüe à celle où se trouve l'aéronef localisé. On peut alors décider de représenter cette masse nuageuse également à l'endroit où l'aéronef a été détecté. On évite ainsi dans 2960650 -3- certains cas de faire figurer un trou noir dans la représentation de l'amas nuageux sur l'écran du radar. On prévoit également selon l'invention un aéronef qui comprend un dispositif selon l'invention. 5 On prévoit en outre selon l'invention un procédé pour commander un affichage d'une image d'un radar, notamment météorologique, dans un aéronef, dans lequel des moyens automatisés effectuent sur un écho d'un radar au moins un test prédéterminé visant à décider sur le choix d'une représentation correspondant à l'écho lors d'un affichage d'une image. 10 On prévoit également selon l'invention un programme d'ordinateur comprenant des instructions de code aptes à commander l'exécution d'un procédé selon l'invention lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur. On prévoit également selon l'invention un support d'enregistrement de données comprenant un tel programme sous forme enregistrée. 15 On prévoit enfin selon l'invention la mise à disposition d'un tel programme sur un réseau de télécommunication en vue de son téléchargement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description suivante de modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels : 20 - la figure 1 est une vue en perspective d'un aéronef selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique du radar de l'aéronef de la figure 1 et d'autres éléments de son environnement ; et - la figure 3 est une vue à plus grande échelle de l'image radar fournie par le radar de la figure 2. 25 On a illustré à la figure 1 un aéronef 2 selon l'invention qui forme ici un aérodyne et en l'espèce un avion. L'avion comprend un fuselage 4 à l'avant duquel s'étend un poste de pilotage 6 occupé par un ou plusieurs membres d'équipage. L'avion comprend une voilure comportant deux ailes 8 fixées au fuselage. Il comprend deux moteurs 10 assurant la propulsion en vol de l'avion et 30 fixés aux ailes 8 respectives. Le nombre et la localisation des moteurs 10 ne sont pas limitatifs. L'avion comprend un empennage arrière 12. Il s'agit, en l'espèce, d'un avion commercial assurant le transport de passagers et/ou de fret et apte à emmener au moins une personne telle qu'un membre d'équipage. L'avion 2 comprend de nombreux systèmes et équipements embarqués 35 parmi lesquels un radar 14, qui est en l'espèce un radar météorologique apte à repérer les précipitations (pluie, neige, grêle, etc.), calculer leur déplacement et déterminer leur type. Le radar 14 comprend un calculateur 16 et un organe de mémoire 18 2960650 -4- assurant le stockage de données telles que des données météorologiques comme on le verra plus loin. Le poste de pilotage 6 comprend au moins un moniteur comportant un écran 20 permettant l'affichage d'une image radar comme illustré en détail à la 5 figure 3. Le radar 14 comprend des moyens 22 tels qu'une antenne permettant l'émission d'ondes électromagnétiques et leur réception pour leur traitement par le calculateur 16. Cette antenne 22 se trouve par exemple dans le nez 24 de l'avion situé à l'extrémité avant du fuselage. Il peut se situer à un autre endroit, par 10 exemple à proximité d'une aile 8. Le calculateur 16 est agencé pour commander l'émission d'un signal à l'avant de l'avion, cette émission étant représentée sur la figure 2 par la flèche 26. Si ce signal rencontre un obstacle tel qu'un nuage de pluie 29, les gouttelettes de ce dernier entraînent la réflexion d'une partie du signal émis 26 de sorte qu'un 15 écho 28 parvient à l'antenne 22 et est détecté par le calculateur 16. Un phénomène similaire se produit si l'onde émise 26 rencontre un aéronef formant un intrus 30. Il s'ensuit un écho 32 revenant au radar 14. L'avion 2 comprend un calculateur 34 assistant le radar pour l'affichage des images sur l'écran 20 ou commandant cet affichage pour le radar. 20 Nous allons maintenant présenter différents modes de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Les éléments qui viennent d'être décrits sont aptes à exécuter tout ou partie des étapes qui vont être exposées ou bien à commander leur exécution.

25 Premier mode de mise en oeuvre

On suppose dans la suite que le radar émet un signal radar 26 puis reçoit un écho 28, 32 résultant de la réflexion du signal sur un obstacle dont le radar 14 ne connait pas a priori la nature. 30 A la réception de l'écho 28 32, le calculateur 34 analyse des données contenues dans l'écho pour déterminer s'il s'agit d'un écho radar provoqué par un autre aéronef 30. Pour cela, il effectue sur l'écho un test prédéterminé visant à décider si ce même calculateur va commander un affichage d'une image sur l'écran 20 sans représentation correspondant à cet écho. 35 En l'espèce, le calculateur 34 détermine une vitesse de déplacement d'une source de l'écho. Pour cela, il consulte des données météorologiques obtenues à différents instants dans le passé par le radar 14 et stockés dans sa mémoire 18. Il s'agit en particulier de données sur la localisation dans l'espace situé devant 2960650 -5- l'avion de différentes sources ayant généré des échos précédemment. Grâce à ces données de localisation et à la connaissance du moment auquel elles correspondent, le calculateur 34 calcule une valeur estimée d'une vitesse de la source qui a réfléchit l'écho 28, 32. 5 Un seuil de vitesse a été prédéterminé qui permet de différentier avec un bon degré de fiabilité les échos associés à un aéronef 30 et les échos associés à un phénomène météorologique 29. Ce seuil de vitesse est par exemple choisi pour représenter une vitesse du vent, notamment à une altitude et/ou dans une zone prédéterminée. On peut par exemple fixer ce seuil à 150 km/h ou 175 km/h. 10 A l'étape 44, si la vitesse estimée par le calculateur 34 est inférieure ou égale à ce seuil, le calculateur décide qu'il va commander l'affichage de l'image en incluant dans cette dernière une représentation 40 correspondant à l'écho. On considère alors en effet que la source de l'écho est un nuage 29. Le radar le représente alors comme tel, au moyen par exemple d'une tache de couleur 40. 15 Si au contraire, la vitesse estimée dépasse le seuil prédéterminé, le calculateur 34 décide de commander l'affichage de l'image radar sur l'écran 20 sans y inclure une représentation correspondant à l'écho. On considère alors en effet que la source de l'écho est un aéronef 30. Ainsi, si on conclut que certaines informations correspondent à un écho radar d'un autre avion, on ne les affiche 20 pas sur l'écran du radar.

Deuxième mode de mise en oeuvre

Nous allons maintenant décrire un autre mode de mise en oeuvre du 25 procédé de l'invention. L'avion comprend cette fois en outre un système de transpondeur 42. Il s'agit par exemple d'un système du type ADS-B (pour Automatic dependent surveillance-broadcast), qui est un système de surveillance coopératif. Un avion équipé de l'ADS-B détermine sa position par un système de positionnement par 30 satellite et envoie périodiquement cette position et d'autres informations aux stations au sol et aux appareils voisins équipés de l'ADS-B. L'avion équipé reçoit donc aussi des transmissions par radio résultant de l'émission de signaux radio par d'autres aéronefs se trouvant dans l'environnement de l'avion. Ces signaux comprennent des données sur la position instantanée de ces aéronefs. Cette 35 position est typiquement représentée par trois coordonnées X, Y et Z associées aux trois directions de l'espace dans un repère orthogonal. Sur la figure 2, l'aéronef 30 a ainsi transmis au transpondeur 42 de l'avion 2 les coordonnées Xb, Yb, Zb de sa position instantanée. 2960650 -6- Lors de la mise en oeuvre du procédé, au cours du test 44, le calculateur 34 détermine tout d'abord si une dimension correspondant en propre à une source de l'écho 28, 32 franchit un seuil prédéterminé. On peut par exemple fixer ce seuil à un kilomètre, les aéronefs en service à ce jour ayant une plus grande dimension 5 inférieure à ce seuil. Le calcul d'une valeur estimée de la plus grande dimension de la source est effectué à partir des données de l'écho en lui-même. A l'étape 44, si la valeur estimée de la plus grande dimension de la source est supérieure à ce seuil, le calculateur 34 assimile la source de l'écho à un obstacle 29 autre qu'un aéronef. Il commande alors l'affichage de l'image radar 10 avec une représentation 40 de cet obstacle, par exemple sous la forme d'une tache. Dans le cas contraire, la valeur estimée de la plus grande dimension étant inférieure au seuil, le calculateur 34 effectue un deuxième test. Ce test vise à évaluer si la localisation de la source de l'écho correspond sensiblement à celle 15 d'un autre aéronef. Pour cela, le calculateur 34 recherche dans les données en mémoire provenant du transpondeur 42 celles qui concernent des aéronefs situés à proximité de la zone de provenance de l'écho. Il compare leurs coordonnées respectives, par exemple )Ç, Yb, Zb, et Xc, Yc, Zc pour deux de ces aéronefs, avec celles X,, Y,, Z, de la zone de provenance de l'écho pour identifier 20 l'aéronef le plus proche de la zone où se situe la source de l'écho 28, 32. Il calcule une distance entre la localisation de cet aéronef et celle de la source de l'écho. Il compare ensuite cette distance avec un seuil prédéterminé. On peut choisir ce seuil par exemple à deux kilomètres si l'on a pris la valeur précitée de un kilomètre comme seuil de dimension. 25 Si la distance est supérieure au seuil, le calculateur considère que la source de l'écho n'est pas un des aéronefs répertoriés. Il considère donc qu'il s'agit d'un phénomène météorologique et commande l'affichage de l'image radar en y incluant une représentation de cet écho, par exemple sous la forme d'une tache. Si au contraire la distance est inférieure au seuil, le calculateur considère 30 que c'est l'aéronef 30 le plus proche qui constitue la source de récho radar. Le calculateur commande alors l'affichage de l'image sans représentation 40 associée à cet écho.

Première variante Dans chacun de ces modes de mise en oeuvre, on peut prévoir en variante que, lorsqu'un écho est identifié comme provenant d'un aéronef, plutôt que de se dispenser de faire figurer une représentation 40 de cet écho sur l'image radar 20, 35 2960650 -7- on représente cet écho au moyen d'un symbole 46 indiquant qu'il s'agit d'un obstacle de nature non météorologique. On pourra ainsi le représenter au moyen d'une icône ou d'un symbole formant un aéronef.

5 Deuxième variante

Une difficulté peut surgir si le calculateur 34 détermine par ce moyen la présence d'un intrus formé par un aéronef au sein d'une masse nuageuse. Dans un tel cas, les modes de mise en oeuvre présentés plus haut pourraient conduire 10 à faire figurer sur l'image cette masse avec un trou noir à l'endroit supposé de l'aéronef puisque celui-ci n'est pas associé à une représentation sur l'image. Or, une telle image reflète de façon erronée la situation météorologique. C'est pourquoi, on prévoit la variante suivante. On suppose que le calculateur 34 a identifié une source d'écho comme 15 assimilable à un aéronef. Le calculateur 34 détermine ensuite si au moins une deuxième zone contigüe à la zone de provenance de cet écho est associée elle-même à un deuxième écho différent du premier écho. La délimitation préalable des zones en question peut être faite de façon arbitraire sous la forme de volumes subdivisant 20 une portion de l'espace située devant l'avion et associée à une image radar. Si au moins une deuxième zone contigüe à la zone du premier écho est effectivement associée à un deuxième écho, le calculateur 34 commande l'affichage de l'image sur l'écran 20 de telle sorte que soit représentée à l'endroit de la première zone une représentation ne correspondant pas au premier écho 25 mais résultant de la détection d'un deuxième écho dans la zone contigüe. Il peut s'agit par exemple d'une représentation associée à un nuage si un nuage a également été détecté dans la deuxième zone. Le pilote voit donc sur l'écran une masse nuageuse couvrant ces deux zones. On peut aussi prévoir que la zone associée au premier écho n'est ainsi 30 complétée par une représentation que si au moins deux voire trois zones contigües à cette dernière sont elles-mêmes associées à d'autres échos. En d'autres termes, si l'intrus se trouve dans une masse nuageuse étendue dont les signaux de retour sont de même intensité ou d'intensité proche, on veille à ne pas altérer le rendu de l'image météorologique dans laquelle il se trouve, en 35 particulier pour ne pas faire figurer un «trou noir » dans la représentation de l'amas nuageux sur l'écran 20. On analyse donc les zones adjacentes à celles de l'intrus afin de déterminer s'il est inclus ou pas dans un nuage. Cette analyse se fait avantageusement en consultant les données figurant dans les mémoires 18. 2960650 -8- Dans chacun de ces modes de mise en oeuvre et chacune de ces variantes, le radar 16 et le calculateur 34 seront dotés d'un ou plusieurs microprocesseurs, d'horloges, de mémoires et de moyens adaptés pour l'émission et la réception de signaux, notamment de signaux de commande en vue de la mise en oeuvre des 5 étapes précitées. Tout ou partie des étapes précitées pourront être exécutées ou commandées par le radar 16 et les calculateurs 34, 36 au moyen d'au moins un programme enregistré sur un support d'enregistrement de données et comprenant des instructions de code aptes à commander l'exécution de ces étapes lorsqu'il 10 est exécuté sur un ordinateur. On peut prévoir la mise à disposition d'un tel programme sur un réseau télécommunication, notamment en vue de son téléchargement. Bien entendu, on pourra apporter à l'invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.

15 L'invention est applicable à d'autres types de radar que les radars météorologiques. On peut combiner les modes de réalisation et les variantes précités.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (16, 34) de commande d'affichage d'une image d'un radar (14), notamment météorologique, d'aéronef (2), caractérisé en ce qu'il est apte à effectuer sur un écho (28, 32) du radar au moins un test prédéterminé visant à décider sur le choix d'une représentation (40, 46) correspondant à l'écho lors d'un affichage d'une image du radar.
2. Dispositif selon la revendication précédente, apte à déterminer si une vitesse d'une source (29, 30) de l'écho franchit un seuil prédéterminé.
3. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, apte à déterminer si une distance entre une localisation d'une source (29, 30) de l'écho et une localisation d'un autre aéronef (30) franchit un seuil prédéterminé.
4. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, apte à déterminer si une dimension correspondant en propre à une source (29, 30) de l'écho franchit un seuil prédéterminé.
5. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, apte à commander l'affichage sans représentation correspondant à l'écho (28).
6. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, apte à commander l'affichage en associant un symbole prédéterminé (46) à l'écho (32).
7. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes, apte à déterminer si au moins une zone contigüe à une zone de provenance de l'écho est associée à un autre écho.
8. Dispositif selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes apte à commander l'affichage de l'image avec une représentation, dans une première zone de provenance de !écho, résultant d'une provenance d'un écho d'au moins une deuxième zone contigüe à la première zone.
9. Aéronef (2) caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (16, 34) selon au moins l'une quelconque des revendications précédentes.
10. Procédé pour commander un affichage d'une image d'un radar (14), notamment météorologique, dans un aéronef (2), caractérisé en ce que des moyens automatisés (34) effectuent sur un écho (28, 32) d'un radar (14) au moins un test prédéterminé visant à décider sur le choix d'une représentation (40, 46) correspondant à l'écho lors d'un affichage d'une image.