FR2981779A1

FR2981779A1 - Systeme embarque d'aide a la circulation d'un aeronef sur les voies d'aeroport

Info

Publication number: FR2981779A1
Application number: FR1103230A
Authority: FR
Inventors: Francois Michel; Stephanie Lafon; Bernard Dubourg; Michel Soler
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2013-04-26
Anticipated expiration: 2031-10-21
Also published as: US20130166189A1; FR2981779B1

Abstract

L'invention a pour objet un système optoélectronique embarqué d'aide à la circulation d'un aéronef sur les voies de circulation d'un aéroport, qui comprend : - une base de données (2) de cartes de l'aéroport, - un dispositif (1) de positionnement de l'aéronef, et - un dispositif (3) de génération de premières données graphiques représentant une « moving map », - un dispositif d'affichage (4) des données graphiques, - une base de données (5) de description des caractéristiques du cockpit de l'aéronef, - un dispositif (7) de génération de secondes données graphiques en fonction desdites caractéristiques, représentant à l'aide d'un masque (30) une zone de visibilité à partir du cockpit, et - des moyens de superposition (8) des secondes données graphiques sur les premières, reliés au dispositif d'affichage (4).

Description

SYSTEME EMBARQUE D'AIDE A LA CIRCULATION D'UN AERONEF SUR LES VOIES D'AEROPORT Le domaine de l'invention est celui de l'aide à la circulation d'un aéronef sur les voies de circulation (« taxiway » en anglais) d'un aéroport. Les aéroports représentent actuellement un goulet d'étranglement 5 pour un trafic aérien de plus en plus dense. L'accroissement de leur capacité entraîne une complexité du réseau des pistes, des voies de circulation et des zones d'embarquements. On assiste donc de plus en plus souvent à des incidents où l'aéronef emprunte des chemins non conformes à l'itinéraire envoyé par le contrôle au sol via la radio. Bien entendu, les possibilités 10 d'incidents augmentent par mauvais temps ou par mauvaises conditions de visibilité. Il est donc fondamental que le pilote de l'aéronef sache très précisément où son aéronef se situe dans la zone aéroportuaire et qu'il connaisse parfaitement la route qu'il aura à emprunter et les manoeuvres qu'il aura à effectuer. 15 Du point de vue du pilote, la position de l'aéronef dans une zone aéroportuaire est actuellement obtenue par une consultation des indications extérieures sur ou aux abords des zones de roulage. Afin d'accroître la sécurité et l'efficacité des phases de roulage, cette perception du positionnement est corrélée avec les indications issues d'un système 20 embarqué d'aide à la circulation de type « moving-map » qui permet d'afficher un plan horizontal de la zone aéroportuaire (vue de dessus ou « bird's eye ») montrant la position courante de l'aéronef : cela permet au pilote d'augmenter sa perception générale de la situation. Ce système d'aide à la circulation utilise une localisation de 25 l'aéronef par les données de position relevées par des systèmes de type « GPS » (Global Positioning System) et/ou la centrale inertielle de l'appareil. Un exemple de système d'aide à la circulation est décrit en relation avec la figure 1. A partir des informations de positionnement de l'aéronef fournies par un dispositif de positionnement 1 de type GPS, éventuellement de 30 paramètres d'affichage sélectionnés par le pilote (échelle ou facteur de zoom, taille de la fenêtre d'affichage, position de l'aéronef sur l'écran d'affichage (fixe au centre, en bas ou en haut, ou ..., avec le plan défilant, ou plan fixe et aéronef se déplaçant), ...) à partir d'une interface 9, et d'un plan horizontal de la zone aéroportuaire fourni par une base de données 2, un dispositif 3 génère des données graphiques de « moving map », transmises à un dispositif d'affichage 4 comportant un écran de visualisation (ou « Navigation Display » en anglais). Un exemple de représentation symbolique de « moving map » 20 affichée sur un écran de visualisation avec la position de l'aéronef 10 est montrée figure 2. Parmi ces systèmes d'aide à la circulation de type « movingmap », on peut citer les systèmes EFB acronyme de l'expression anglo- saxonne « Electronic Flight Bag » qui sont des applications utilisées par les pilotes sur des ordinateurs portables pour préparer leurs vols et qui ne font pas partie de l'avionique de bord, ou des produits spécifiques comme l'OANS, acronyme de l'expression anglo-saxonne « On-Board Airport Navigation ». La saisie et la visualisation de cheminement est également étudiée dans des systèmes du type ATNS acronyme de l'expression anglo-saxonne « Airport Taxiway Navigation System » dont un exemple est décrit dans la demande de brevet US 2005/0283305. La corrélation entre les éléments extérieurs affichés (intersections de « taxiways », autres avions) et la vision externe qu'a le pilote, est parfois difficile. Dans le cas d'intersections complexes, de conditions de trafic dense, de mauvaise visibilité, le pilote peut avoir des difficultés à recouper les informations affichées sur l'écran d'affichage avec celles du monde extérieur. Dans des configurations complexes d'aéroport par exemple, il n'est pas évident pour le pilote de savoir s'il est au niveau d'une intersection donnée ou s'il l'a dépassée, en se basant uniquement sur la représentation affichée ; il peut en effet la confondre avec la suivante. En effet, sur des aéronefs de grande taille, le premier point visible se situe bien en avant du nez de l'avion : à environ 20 mètres pour un A380 par exemple, comme montré figure 4a.

Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients. L'invention permet de matérialiser le champ de vision du pilote sur la « moving map » par un masque semi-opaque couvrant la partie non visible de l'aéroport.

Plus précisément l'invention a pour objet un système optoélectronique embarqué d'aide à la circulation d'un aéronef sur les voies de circulation d'un aéroport, qui comprend : une base de données de cartes géographiques de l'aéroport vu de dessus, un dispositif de positionnement de l'aéronef, et un dispositif de génération de premières données graphiques représentant une carte de l'aéroport vu de dessus et la position courante de l'aéronef sur ladite carte, dites données graphiques de « moving map », un dispositif d'affichage des données graphiques. Il est principalement caractérisé en ce que l'aéronef comportant un cockpit, il comprend en outre : une base de données de description des caractéristiques du cockpit de l'aéronef, un dispositif de génération de secondes données graphiques en fonction desdites caractéristiques, représentant à l'aide d'un masque une zone de visibilité à partir du cockpit, et des moyens de superposition des secondes données graphiques, sur les premières données graphiques, relié au dispositif d'affichage. Cette zone de visibilité représente ce que voit le pilote ; elle prend en compte les angles morts qui dépendent de la disposition du cockpit. De plus la zone de visibilité peut prendre en compte les conditions de visibilité extérieure (brouillard) généralement donnée par le système de contrôle de la circulation aérienne ou « ATC » acronyme de l'expression anglo-saxonne Air Traffic Control. La représentation du champ de vision du pilote sur la « moving 30 map » permet de limiter la recherche d'un objet extérieur à la zone représentée sur les écrans d'affichage. Elle permet aussi de simplifier les contrôles croisés entre les deux pilotes. En effet, si par exemple, le champ de vision du pilote qui manoeuvre l'avion est représenté sur la carte du pilote qui surveille la navigation, alors ce dernier peut signaler au bon moment les éléments important du paysage (avions dangereux, intersection à prendre, etc...). Selon une caractéristique de l'invention, les caractéristiques du 5 cockpit concernent la forme et/ou la hauteur du cockpit et/ou la forme des hublots. Il comprend avantageusement un module pour déterminer la position des yeux du pilote relié au dispositif de génération des secondes données graphiques, la zone de visibilité étant déterminée en fonction de la 10 position des yeux du pilote. Le dispositif de génération des secondes données graphiques est éventuellement relié à : un système d'alerte, les secondes données graphiques comportant des informations sur le trafic environnant issues de ce 15 système d'alerte, et/ou à un viseur tête haute, les secondes données graphiques comportant des informations sur le trafic environnant issues du viseur tête haute, et/ou à un système de contrôle de la circulation aérienne, les 20 secondes données graphiques comportant des informations sur des conditions de visibilité, notamment de mauvaise visibilité telles que le brouillard. Selon une caractéristique de l'invention, le masque comporte des délimitations délimitant des sous-zones de la zone de visibilité. 25 Par la représentation des limites de cette zone, elle offre au pilote des repères immédiats permettant de trouver facilement l'objet. Par exemple, cette avion est complètement à ma droite donc il doit être représenté dans la limite droite de la zone de visibilité. Inversement, si un avion est signalé par le contrôle aérien mais hors du champ de vision, cela évite au pilote une 30 recherche inutile jusqu'à ce que l'avion signalé entre dans le champ de vision. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, faite à titre d'exemple non 35 limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 déjà décrite représente schématiquement les principaux éléments d'un système d'aide à la circulation d'un aéronef selon l'état de la technique, la figure 2 montre un exemple de représentation symbolique de « moving map » affichée sur un écran de visualisation, selon l'état de la technique, les figures 3 montrent un exemple de « moving map » et de masque affichés sur un écran de visualisation (fig 3a) et sa représentation symbolique (fig 3b), selon l'invention, les figures 4 illustrent les angles de visibilité à partir d'un cockpit d'aéronef selon des vues de côté (fig 4a), de dessus (fig 4b) en fonction de la position du pilote ou copilote, et de face (fig 4c), la figure 5 montre un exemple de « moving map » avec un masque comportant en outre des délimitations correspondant aux hublots, la figure 6 montre un exemple de « moving map » avec un masque correspondant à la zone de visibilité par le hublot face au pilote, la figure 7 représente schématiquement un exemple de système d'aide à la circulation selon l'invention, les figures 8 montrent une représentation symbolique d'une 20 « moving map » avec un masque dont les segments le délimitant sont modifiés en fonction de menaces. D'une figure à l'autre, les mêmes éléments sont repérés par les mêmes références. 25 La figure 3a montre un exemple de masque 30 matérialisant sur la « moving map » 20 le champ de vision du pilote (aussi désignée zone de visibilité) à travers l'ensemble des hublots, ce masque de préférence semiopaque couvrant donc la partie non visible de l'aéroport. Une représentation schématique correspondante est montrée figure 3b. Ce masque comporte au 30 moins deux parties : l'une 31 déterminée à partir des premiers points visibles en avant du nez de l'aéronef 10, l'autre 32 qui se présente en gisement sous la forme d'une portion angulaire qui s'étend à partir de la première partie.

Cette zone de visibilité matérialisée par ce masque est déterminée de différentes manières par le système selon l'invention montré figure 7. Celui-ci comprend en plus des éléments du système de la figure 1 : une base de données 5 dans laquelle sont stockées des caractéristiques du cockpit (hauteur, forme du cockpit, forme des hublots,...), qui sont illustrées figure 4, de préférence des moyens 6 pour déterminer la position des yeux du pilote ; un dispositif 7 de génération de secondes données graphiques représentant la zone de visibilité à l'aide du masque, des moyens 8 de superposition des secondes données graphiques sur les premières, reliés au dispositif d'affichage 4. Selon une variante de réalisation, le dispositif 3 de génération de premières données graphiques, le dispositif 7 de génération de secondes données graphiques et les moyens 8 de superposition peuvent être intégrés en un dispositif global de génération de données graphiques représentant la « moving map » et le masque. Lors de l'utilisation d'un viseur tête haute ou « HUD » acronyme de l'expression anglo-saxonne « Head Up Display », la zone de visibilité destinée à être affichée peut avoir une dimension angulaire prédéterminée (l'angle de vue en gisement du HUD installé a typiquement une valeur comprise entre 35° à 40°). Lorsqu'elle est destinée à être affichée sur un écran de planche de bord, elle est avantageusement déterminée par le système selon l'invention, en fonction : - des caractéristiques du cockpit (hauteur, forme du cockpit, forme des hublots,...) illustrées figure 4, - et de préférence aussi en fonction de la position des yeux du pilote de l'aéronef ; celle-ci peut être une position moyenne prédéterminée, ou réglée par le pilote au moyen d'une interface 6 en fonction notamment de sa taille et de sa position dans le cockpit selon qu'il occupe le siège de copilote (à droite) ou celui de commandant de bord (« à gauche), ou encore détectée par un dispositif 6 de détection de position.

Elle peut aussi être affichée sur un viseur monté sur casque ou HMD acronyme de l'expression anglo-saxonne Helmet Mounted Sight, ou sur des jumelles de nuit ou NVG acronyme de l'expression anglo-saxonne Night Vision Goggle. Dans ce cas, la zone de visibilité est asservie sur le 5 mouvement de la tête détecté par un dispositif de détection de position. Une fois les données graphiques de la zone de visibilité déterminée, elles sont superposées aux données graphiques de la « moving map » par les moyens de superposition 8, l'ensemble de ces données graphiques étant alors transmis au dispositif d'affichage 4.

10 Il est également possible de matérialiser par des délimitations 43, les parties visibles depuis les différents hublots ainsi que les angles morts, ces délimitations étant déterminées par le dispositif 7 de génération des secondes données graphiques à partir des caractéristiques du cockpit. Ceci 15 est illustré figure 5. Le pilote peut décider de restreindre la zone de visibilité, à la vision depuis un seul hublot par exemple celui qui lui fait face comme illustré figure 6. On peut avantageusement enrichir la zone de visibilité en ajoutant 20 par exemple la zone de visibilité HUD éventuellement enrichie de symboles graphiques représentant par exemple : - la distance de visibilité horizontale (ou « RVR » acronyme de l'expression anglo-saxonne Runway Visual Range) sous la forme d'un arc de cercle 41 comme illustré figure 8a, cette distance étant fournie par l'aéroport (sous 25 forme phonique VHF, ... ou par liaison de données de type « CPDLC » acronyme de l'expression anglo-saxonne Controller Pilot Data Link Communications,...), et/ou ajustée manuellement par l'équipage via par exemple un rotacteur ou équivalent. Le secteur angulaire pouvant être opacifié pour des valeurs spécifiques lors par exemple de la mise en place 30 des procédures LVP sur l'aéroport (« LVP » acronyme de l'expression anglo-saxonne « Low Visibility Procedure »), le guidage au roulage est alors perçu uniquement dans le HUD (au travers de la symbologie), l'environnement extérieur proche n'étant plus visible. - le trafic environnant au sens de menaces, représentées par exemple en 35 changeant la couleur du segment délimitant la zone du côté de la menace, voire la couleur du symbole de l'aéronef lorsque la menace vient de l'arrière, (logique de couleurs cohérentes avec celles utilisées dans les TCAS actuelles ou celles en cours de développement dans les systèmes ATSAW Surf). Ceci est illustré figure 8b où une première menace venant de la droite 5 induit une modification du segment 42, et une deuxième menace venant de face plus proche que la première induit une modification de l'arc 41. Ces menaces sont communiquées par un système d'alerte de type ATSAW-Surf acronyme de l'expression anglo-saxonne « Air Traffic Situational Awareness on the Airport Surface », relié au dispositif 7 de génération des secondes 10 données graphiques. Ceci est particulièrement intéressant lors d'opération en mauvaise visibilité ou LVP. Cela permet de fournir des références HUD afin de permettre des contrôles croisés entre le pilote chargé de la navigation et le pilote chargé du roulage, regardant dehors au travers du HUD. Grâce à ces 15 symboles, le pilote chargé du roulage peut avoir des renseignements sur ce que voit l'autre pilote dans le HUD.

Claims

REVENDICATIONS1. Système optoélectronique embarqué d'aide à la circulation d'un aéronef sur les voies de circulation d'un aéroport, qui comprend : - une base de données (2) de cartes géographiques de l'aéroport vu de dessus, un dispositif (1) de positionnement de l'aéronef, et un dispositif (3) de génération de premières données graphiques représentant une carte de l'aéroport vu de dessus et la position courante de l'aéronef sur ladite carte, dites données graphiques de « moving map », - un dispositif d'affichage (4) des données graphiques, caractérisé en ce que l'aéronef comportant un cockpit, il comprend en outre : - une base de données (5) de description des caractéristiques du cockpit, un dispositif (7) de génération de secondes données graphiques en fonction desdites caractéristiques, représentant à l'aide d'un masque (30) une zone de visibilité à partir du cockpit, et des moyens de superposition (8) des secondes données graphiques, sur les premières données graphiques, relié au dispositif d'affichage (4).
2. Système d'aide à la circulation d'un aéronef selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les caractéristiques du cockpit concernent la forme et/ou la hauteur du cockpit et/ou la forme des hublots.
3. Système d'aide à la circulation d'un aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un module (6) pour déterminer la position des yeux du pilote de l'aéronef relié au dispositif (7) de génération des secondes données graphiques, la zone de visibilité étant déterminée en fonction de la position des yeux du pilote.
4. Système d'aide à la circulation d'un aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (7) de génération des secondes données graphiques est relié à un système d'alerte et en ce que les secondes données graphiques comportent des informations sur le trafic environnant issues du système d'alerte.
5. Système d'aide à la circulation d'un aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (7) de génération des secondes données graphiques est relié à un viseur tête haute et en ce que les secondes données graphiques comportent des informations sur le trafic environnant issues du viseur tête haute.
6. Système d'aide à la circulation d'un aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif (7) de génération des secondes données graphiques est relié à un système de contrôle de la circulation aérienne et en ce que les secondes données graphiques comportent des informations sur des conditions de visibilité telles que le brouillard.
7. Système d'aide à la circulation d'un aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le masque (30) comporte des délimitations (43) délimitant des sous-zones de la zone de visibilité.25