FR3053818A1

FR3053818A1 - Procede d'adaptation automatique de la portee de visibilite dans une representation synthetique tridimensionnelle du paysage exterieur dans un systeme de visualisation de bord pour aeronef

Info

Publication number: FR3053818A1
Application number: FR1601059A
Authority: FR
Inventors: Emmanuel MONVOISIN; Xavier Servantie; Pierre Mariani
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2018-01-12
Anticipated expiration: 2036-07-07
Also published as: CN107591031A; US20180010922A1; US10006781B2; CN107591031B; FR3053818B1

Abstract

Le domaine général de l'invention est celui des procédés de représentation graphique tridimensionnelle du paysage extérieur dans un système de visualisation de bord pour aéronef comportant un calculateur graphique et un écran de visualisation. La représentation graphique est calculée jusqu'à une distance de visibilité. Dans le procédé selon l'invention, la ligne d'assiette nulle (ZPRL) de l'aéronef faisant avec la ligne d'horizon réelle (LH) un premier angle (α), la ligne (LC) représentant la limite de la distance de visibilité faisant avec la ligne d'horizon réelle un second angle (β), - dans une première étape, le calculateur graphique détermine la distance de visibilité maximale de façon que la différence entre le premier angle et le second angle reste inférieure à une valeur déterminée ; - dans une seconde étape, le calculateur graphique détermine la distance de visibilité en fonction de la distance de visibilité maximale, de l'altitude maximale du relief de l'environnement local et de la phase de vol.

Description

Le domaine de l’invention est celui des interfaces homme-système pour des applications aéronautiques, et plus particulièrement celui des systèmes de visualisation synthétiques comportant des moyens d’afficher une image synthétique tridimensionnelle du paysage extérieur.

Les aéronefs modernes possèdent généralement un système de vision synthétique dit « SVS », acronyme de « Synthetic Vision System ». Ce système permet de présenter à l’équipage une image synthétique du paysage extérieur comportant généralement des informations sur le pilotage ou la navigation.

Un système SVS comporte une base de données cartographique représentative du terrain survolé, un système de géolocalisation, des moyens de calcul électroniques et plusieurs dispositifs de visualisation implantés dans le cockpit de l’aéronef. Le système de géolocalisation est du type « GPS », acronyme de « Global Positioning System ». Il peut être couplé avec le système inertiel de l’appareil. L’ensemble du système de géolocalisation fournit au moins les paramètres suivants: position de l’aéronef en latitude, longitude et altitude et orientation de l’aéronef en tangage, roulis et cap.

Généralement, l’image est affichée sur les écrans de visualisation qui se trouvent en face avant de la planche de bord de l’aéronef. L’image est une vue tridimensionnelle de l’extérieur représentée de la façon la plus réaliste possible. Le point de vue affiché est dans l’axe de l’appareil. L’image synthétique est calculée jusqu’à une certaine distance de l’aéronef de façon à limiter les calculs nécessaires à l’affichage. On appelle cette distance « range SVS ». En effet, au-delà d’une certaine distance, l’image du paysage est de faibles dimensions. Par ailleurs, elle n’a plus qu’un faible intérêt pour le pilotage de l’appareil.

Cette image synthétique comporte généralement une symbologie d’aide au pilotage et à la navigation. Elle comporte classiquement un horizon artificiel donnant l’attitude de l’appareil et des indicateurs donnant l’altitude et la vitesse de l’aéronef. Cette symbologie affiche également une ligne représentant l’indicateur d’assiette longitudinal nulle, encore appelé « ZPRL », acronyme anglo-saxon signifiant « Zéro Pitch Référencé Line ». Par abus de langage, la « ZPRL » est souvent appelé « Ligne d’horizon ».

Comme on le voit sur la figure 1 qui représente une vue en coupe verticale d’un aéronef A survolant un terrain T, la ZPRL fait avec la ligne d’horizon vraie LH un premier angle a. Cette ligne fait avec la limite de la représentation cartographique RC un second angle β nécessairement supérieur au premier angle. Ces angles font généralement plusieurs degrés à haute altitude.

La figure 2 représente l’affichage, sur un dispositif de visualisation d’aéronef, d’une représentation cartographique du terrain survolé comportant une symbologie de pilotage. Cette symbologie comporte une ZPRL. Sur cette figure, la différence entre cette ZPRL et la fin de la représentation cartographique est notable. Il a été démontré qu’un écart angulaire significatif entre le range SVS et la ZPRL est très perturbant pour les pilotes car il ne correspond pas aux ordres de grandeurs visuels habituels. Cela se produit surtout en haute altitude, l’écart augmentant avec l’altitude de l’aéronef.

Par ailleurs, certaines normes aéronautiques comme la norme AC 20-167 intitulée « Airworthiness Approval of Enhanced Vision System, Synthetic Vision System, Combined Vision System, and Enhanced Flight Vision System Equipment » imposent que les informations apportées par le SVS soient corrélées à la ZPRL. Par exemple, le terrain qui se trouve audessus de l’altitude du porteur à un instant donné doit toujours apparaître audessus de la ZPRL, s’il est suffisamment proche pour être dangereux.

Un premier moyen pour résoudre ces différents problèmes est d’afficher une représentation cartographique sur de plus longues distances. Le défaut de cette solution est un besoin supplémentaire important en performances de la plateforme électronique tant au niveau du processeur central que des moyens de calculs graphiques pour permettre l’affichage de l’image à la fréquence et à la qualité d’image attendues.

Un second moyen consiste à simplifier la représentation du terrain en fonction de la distance du terrain à l’aéronef. Le brevet US 6 862 501 intitulé « Method for producing 3D perspective view avionics terrain displays » et le brevet US 7 262 713 intitulé « System and method for a safe depiction of terrain, airport and other dimensional data on a perspective flight display with limited bandwith of data présentation » proposent des solutions de ce type.

Le procédé de représentation cartographique selon l’invention ne présente pas ces inconvénients dans la mesure où il utilise un critère simple pour déterminer le range SVS. Plus précisément, l’invention a pour objet un procédé de représentation graphique d’une vue synthétique tridimensionnelle du paysage extérieur dans un système de visualisation de bord pour aéronef comportant un calculateur graphique et un écran de visualisation, ladite représentation graphique étant affichée sur ledit écran de visualisation et comportant les informations de pilotage et/ou de navigation dudit aéronef superposées à ladite représentation synthétique tridimensionnelle du paysage extérieur, ladite représentation synthétique étant calculée jusqu’à une première distance déterminée dite distance de visibilité,

Caractérisé en ce qu’une ligne d’assiette nulle de l’aéronef faisant avec une ligne d’horizon réelle un premier angle, une ligne représentant la limite de la distance de visibilité faisant avec la ligne d’horizon réelle un second angle,

- dans une première étape du procédé, le calculateur graphique détermine une distance de visibilité maximale de façon que la différence entre le premier angle et le second angle reste inférieure à une valeur déterminée ;

- dans une seconde étape du procédé, le calculateur graphique détermine la distance de visibilité en fonction de la distance de visibilité maximale, de l’altitude maximale du relief de l’environnement local dudit aéronef et de la phase de vol dudit aéronef, ledit environnement local étant limité au plus au paysage extérieur apparaissant dans la représentation synthétique tridimensionnelle affichée.

Avantageusement, la valeur déterminée de la différence entre le premier angle et le second angle dépend de l’altitude de l’aéronef.

Avantageusement, la valeur déterminée de la différence entre le premier angle et le second angle ne dépasse pas 0.5 degrés.

Avantageusement, l’environnement local dudit aéronef est limité par une seconde distance déterminée fonction de la distance de visibilité maximale.

Avantageusement, la valeur déterminée de la différence entre le premier angle et le second angle est modifiée manuellement au moyen d’une interface homme-machine.

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 vue en coupe verticale d’un aéronef survolant un terrain ;

La figure 2 représente l’affichage, sur un dispositif de visualisation d’aéronef, d’une représentation cartographique du terrain survolé comportant une symbologie de pilotage ;

La figure 3 représente les variations de la différence angulaire entre la ZPRL et la limite de la représentation cartographique en fonction de l’altitude ;

La figure 4 représente les variations de la limite de visibilité en fonction de l’altitude.

Le procédé selon l’invention est mis en œuvre dans un système de type SVS. Celui-ci comporte au moins une base de données cartographique représentative du terrain survolé, un système de géolocalisation, des moyens de calcul électroniques comprenant un calculateur graphique et plusieurs dispositifs de visualisation implantés dans le cockpit de l’aéronef. La mise en œuvre du procédé est réalisée par les moyens de calcul électroniques.

Comme on l’a vu, un écart angulaire significatif entre le range SVS et la ZPRL est perturbant pour les pilotes. Le procédé de représentation graphique d’une vue synthétique part de ce constat. La représentation synthétique du paysage étant calculée jusqu’à une première distance déterminée dite distance de visibilité, dans une première étape du procédé, le calculateur graphique détermine la distance de visibilité maximale de façon que la différence angulaire entre le premier angle et le second angle reste inférieure à une valeur déterminée. Cette différence angulaire varie avec l’altitude.

Les courbes des figures 3 et 4 illustrent cette première étape du procédé. Sur la figure 3, une première courbe C1 en pointillés représente, en fonction de l’altitude en mètres de l’aéronef, l’angle existant entre la ligne d’assiette nulle de l’aéronef et la ligne d’horizon réelle. Une seconde courbe C2 en trait continu représente, en fonction de l’altitude en mètres, l’angle existant entre la ligne d’assiette nulle de l’aéronef et la limite de distance de visibilité maximale. Cet angle est choisi pour que, quelque soit l’altitude, la différence entre les deux courbes ne dépasse pas une valeur déterminée, fonction de l’altitude. Cette valeur est choisie suffisamment faible pour être tolérée par les pilotes. Sur la figure 3, cette valeur vaut 0.5 degrés lorsque l’aéronef est proche du sol. Elle diminue avec l’altitude pour atteindre 0.1 degrés à haute altitude.

Cependant, cette légère différence permet de réduire de façon significative la distance de visibilité maximale. Ainsi, la première courbe C3 en pointillés de la figure 4 représente, en fonction de l’altitude de l’aéronef, la distance à la ligne d’horizon réelle. La seconde courbe C4 en trait continu représente, en fonction de l’altitude, la distance de visibilité prise en compte par le calculateur graphique. Par exemple, à 1000 mètres d’altitude, un écart angulaire de 0.5 degrés entre les deux courbes de la figure 3 permet de passer d’une ligne d’horizon réelle située à plus de 60 miles nautiques à une distance de visibilité d’un peu plus de 20 miles nautiques. A 10 000 mètres d’altitude, un écart angulaire de 0.1 degrés entre les deux courbes de la figure 3 permet de passer d’une ligne d’horizon réelle située à plus de 190 miles nautiques à une distance de visibilité d’un peu plus de 150 miles nautiques.

Ainsi, au prix d’un accroissement faible de l’angle existant entre la ligne d’assiette nulle de l’aéronef et la ligne d’horizon réelle, on réduit sensiblement la distance de visibilité et, par conséquent, le temps de calcul de la représentation graphique qui est proportionnel au carré de la distance de visibilité à résolution identique. Réciproquement, à temps de calcul équivalent, il est possible d’augmenter la résolution de l’image synthétique si l’on diminue la distance de visibilité.

Dans une seconde étape du procédé, le calculateur graphique détermine la distance de visibilité effectivement prise en compte par le calculateur graphique en fonction de la distance de visibilité maximale, de l’altitude maximale du relief de l’environnement local dudit aéronef et de la phase de vol dudit aéronef, ledit environnement local étant limité au plus au paysage extérieur apparaissant dans la représentation synthétique tridimensionnelle affichée.

En effet, si l’altitude du relief représente une fraction significative de l’altitude de l’appareil, la distance de visibilité peut être notablement diminuée. Cela revient à calculer la distance de visibilité non plus par rapport à l’altitude vraie de l’aéronef, mais par rapport à sa distance au sol.

Si l’aéronef se trouve à une altitude inférieure à la hauteur moyenne du relief local, alors le calculateur graphique prend en compte une distance de visibilité minimum. C’est le cas d’un aéronef atterrissant ou décollant d’un aéroport situé en zone montagneuse ou d’un hélicoptère navigant dans la montagne.

Dans certaines phases de vol, la distance de visibilité peut être imposée de façon à augmenter la résolution du terrain dans l’environnement de l’aéronef.

Enfin, la valeur déterminée de la différence entre le premier angle et le second angle peut être modifiée manuellement au moyen d’une interface homme-machine de type clavier ou surface tactile, moyens qui sont disponibles sur les planches de bord d’aéronef.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de représentation graphique d’une vue synthétique tridimensionnelle du paysage extérieur dans un système de visualisation de bord pour aéronef comportant un calculateur graphique et un écran de visualisation, ladite représentation graphique étant affichée sur ledit écran de visualisation et comportant les informations de pilotage et/ou de navigation dudit aéronef superposées à ladite représentation synthétique tridimensionnelle du paysage extérieur, ladite représentation synthétique étant calculée jusqu’à une première distance déterminée dite distance de visibilité,

Caractérisé en ce qu’une ligne d’assiette nulle (ZPRL) de l’aéronef faisant avec une ligne d’horizon réelle (LH) un premier angle (a), une ligne (LC) représentant la limite de la distance de visibilité faisant avec la ligne d’horizon réelle un second angle (β),

- dans une première étape du procédé, le calculateur graphique détermine une distance de visibilité maximale de façon que la différence entre le premier angle et le second angle reste inférieure à une valeur déterminée ;

- dans une seconde étape du procédé, le calculateur graphique détermine une distance de visibilité en fonction de la distance de visibilité maximale, de l’altitude maximale du relief de l’environnement local dudit aéronef et de la phase de vol dudit aéronef, ledit environnement local étant limité au plus au paysage extérieur apparaissant dans la représentation synthétique tridimensionnelle affichée.
2. Procédé de représentation graphique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur déterminée de la différence entre le premier angle et le second angle dépend de l’altitude de l’aéronef.
3. Procédé de représentation graphique selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur déterminée de la différence entre le premier angle et le second angle ne dépasse pas 0.5 degrés.
4. Procédé de représentation graphique selon l’une des 5 revendications précédentes, caractérisé en ce que l’environnement local dudit aéronef est limité par une seconde distance déterminée fonction de la distance de visibilité maximale.
5. Procédé de représentation graphique selon l’une des 10 revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur déterminée de la différence entre le premier angle et le second angle est modifiée manuellement au moyen d’une interface homme-machine.

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