FR3113166A1 - Procédé et système de décollage automatique d’un aéronef - Google Patents
Procédé et système de décollage automatique d’un aéronef Download PDFInfo
- Publication number
- FR3113166A1 FR3113166A1 FR2008114A FR2008114A FR3113166A1 FR 3113166 A1 FR3113166 A1 FR 3113166A1 FR 2008114 A FR2008114 A FR 2008114A FR 2008114 A FR2008114 A FR 2008114A FR 3113166 A1 FR3113166 A1 FR 3113166A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- aircraft
- take
- runway
- preliminary
- confidence index
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 52
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 41
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 12
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 4
- 230000004438 eyesight Effects 0.000 description 19
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 9
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 3
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 235000004522 Pentaglottis sempervirens Nutrition 0.000 description 1
- 230000003416 augmentation Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000007499 fusion processing Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/04—Control of altitude or depth
- G05D1/042—Control of altitude or depth specially adapted for aircraft
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
- G08G5/0065—Navigation or guidance aids for a single aircraft for taking-off
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D47/00—Equipment not otherwise provided for
- B64D47/08—Arrangements of cameras
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U20/00—Constructional aspects of UAVs
- B64U20/80—Arrangement of on-board electronics, e.g. avionics systems or wiring
- B64U20/87—Mounting of imaging devices, e.g. mounting of gimbals
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/04—Control of altitude or depth
- G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
- G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
- G05D1/0653—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing
- G05D1/0661—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft during a phase of take-off or landing specially adapted for take-off
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T7/00—Image analysis
- G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
- G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
- G08G5/06—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC] for control when on the ground
- G08G5/065—Navigation or guidance aids, e.g. for taxiing or rolling
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
- G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
- G06T2207/30248—Vehicle exterior or interior
- G06T2207/30252—Vehicle exterior; Vicinity of vehicle
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Abstract
L’invention propose un procédé et un système de décollage automatique complétement autonome n’utilisant essentiellement que des images captées par des caméras embarquées à bord de l’aéronef et des données avioniques déjà disponibles. Ce système comporte - un dispositif de prise d’images (3) embarqué à bord dudit aéronef (11) et destiné à prendre un flux d’images de la piste (12) de décollage, - modules de traitement d’images (5) configurés pour estimer à partir desdits flux d’images une position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage et pour attribuer un indice de confiance préliminaire à ladite estimation ,- module de fusion de données (7) configuré pour déterminer une position courante pertinente de l'aéronef sur la piste de décollage en fusionnant des données issues des modules de traitement d’images avec des données inertielles pour corriger l’estimation de la position courante préliminaire et pour déterminer un indice de confiance pertinent en prenant en compte une vitesse courante des roues (18a, 18b) de l’aéronef pour affiner l’indice de confiance préliminaire, et - un calculateur de commande de vol (9) configuré pour contrôler et guider le décollage de l’aéronef en fonction de ladite position courante pertinente et dudit indice de confiance pertinent reçus dudit module de fusion. Figure pour l’agrégé : Figure 1.
Description
La présente invention concerne de manière générale le domaine de l’aéronautique et plus particulièrement celui des systèmes d’aide au décollage.
Etat de la technique
Lors d’une phase de décollage, différents systèmes et sources d’information sont utilisés pour faciliter la tâche des pilotes. Ces systèmes nécessitent des infrastructures spécifiques au sol et utilisent des signaux radio pour guider l’aéronef par rapport à l’axe de la piste. Ils présentent toutefois l’inconvénient de ne pas être disponibles dans tous les aéroports en raison notamment de leurs coûts élevés et des contraintes d’utilisation.
En outre, les systèmes de positionnement satellitaires actuels ne permettant pas d’obtenir la précision requise pour effectuer un décollage, ceux-ci doivent être augmentés par des stations de référence au sol telles que celles du réseau WAAS (Wide Area Augmentation System) ou EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service). Ces systèmes sont encore peu répandus et présentent un taux de disponibilité relativement faibles.
L’objet de la présente invention est de proposer un système de décollage automatique qui soit particulièrement autonome, robuste, et puisse fonctionner en absence totale ou partielle d’informations sur la piste de décollage tout en s’affranchissant des infrastructures spécifiques au sol et des systèmes de positionnement satellitaires augmentés.
Présentation de l’invention
La présente invention concerne un système de décollage automatique d’un aéronef d’une piste de décollage, comportant :
- un dispositif de prise d’images embarqué à bord dudit aéronef et destiné à prendre un flux d’images de la piste de décollage,
- des modules de traitement d’images configurés pour estimer à partir desdits flux d’images une position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage et pour attribuer un indice de confiance préliminaire à ladite estimation,
- un dispositif de prise d’images embarqué à bord dudit aéronef et destiné à prendre un flux d’images de la piste de décollage,
- des modules de traitement d’images configurés pour estimer à partir desdits flux d’images une position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage et pour attribuer un indice de confiance préliminaire à ladite estimation,
- un module de fusion de données configuré pour déterminer une position courante pertinente de l'aéronef sur la piste de décollage en fusionnant des données issues des modules de traitement d’images avec des données inertielles pour corriger l’estimation de la position courante préliminaire et pour déterminer un indice de confiance pertinent en prenant en compte une vitesse courante des roues de l’aéronef pour affiner l’indice de confiance préliminaire, et
- un calculateur de commande de vol configuré pour contrôler et guider le décollage de l’aéronef en fonction de ladite position courante pertinente et dudit indice de confiance pertinent reçus dudit module de fusion.
- un calculateur de commande de vol configuré pour contrôler et guider le décollage de l’aéronef en fonction de ladite position courante pertinente et dudit indice de confiance pertinent reçus dudit module de fusion.
Ce système de décollage automatique se base de manière autonome sur un dispositif de vision embarqué à bord de l’aéronef tout en attribuant un indice de confiance précis et en temps réel aux images prises par le dispositif de vision. En effet, l’indice de confiance accordé à la vision varie en fonction de la confiance intrinsèque de traitement d’images ainsi que de la mesure de la vitesse des roues. Ainsi, ce système permet de s’affranchir en toute sécurité de toutes autres sources d’informations extérieures qui peuvent être indisponibles dans certains aéroports. Ce système ne nécessite pas des infrastructures spécifiques au sol ni des systèmes de positionnement satellitaires augmentés. La phase de décollage peut ainsi être réalisée sans intervention du pilote et sans utilisation de données non autonomes comme le GPS ou les signaux aéroportuaires.
Avantageusement, le module de fusion est configuré pour déterminer l’indice de confiance pertinent en multipliant l’indice de confiance préliminaire par un coefficient multiplicateur associé à une sous-phase courante de décollage parmi un ensemble prédéterminé de sous-phases de décollage, un coefficient multiplicateur spécifique étant associé à chaque sous-phase de décollage.
Ainsi, la confiance dans les images est mise à jour avec précision à chaque étape du décollage.
Avantageusement, ledit ensemble prédéterminé de sous-phases de décollage comporte :
-une première sous-phase de dernier virage associée à un état d'alignement de l’aéronef sur la piste de décollage, ladite première sous-phase déclenchant un démarrage de la fusion de données, la sortie de la première sous-phase étant réalisée lorsque la valeur absolue d’une vitesse de lacet de l’aéronef devient inférieure à un premier seuil prédéterminé de vitesse de rotation pendant au moins une durée prédéterminée,
-une deuxième sous-phase d’arrêt associée à un éventuel arrêt avant une mise des gaz, ladite deuxième sous-phase étant détectée par un passage de la vitesse des roues à une valeur inférieure à un deuxième seuil prédéterminé,
-une troisième sous-phase d’accélération associée à une accélération jusqu’à la rotation, ladite troisième sous-phase étant détectée par un passage de la vitesse des roues à une valeur supérieure à un troisième seuil prédéterminé,
- une quatrième sous-phase de début d’envol associée à une période débutant par le décollage de la roulette de nez de l’aéronef jusqu'à la fin du décollage de l’aéronef, ladite quatrième sous-phase étant détectée par un passage d’une assiette longitudinale de l’aéronef à une valeur supérieure à un quatrième seuil prédéterminé.
-une première sous-phase de dernier virage associée à un état d'alignement de l’aéronef sur la piste de décollage, ladite première sous-phase déclenchant un démarrage de la fusion de données, la sortie de la première sous-phase étant réalisée lorsque la valeur absolue d’une vitesse de lacet de l’aéronef devient inférieure à un premier seuil prédéterminé de vitesse de rotation pendant au moins une durée prédéterminée,
-une deuxième sous-phase d’arrêt associée à un éventuel arrêt avant une mise des gaz, ladite deuxième sous-phase étant détectée par un passage de la vitesse des roues à une valeur inférieure à un deuxième seuil prédéterminé,
-une troisième sous-phase d’accélération associée à une accélération jusqu’à la rotation, ladite troisième sous-phase étant détectée par un passage de la vitesse des roues à une valeur supérieure à un troisième seuil prédéterminé,
- une quatrième sous-phase de début d’envol associée à une période débutant par le décollage de la roulette de nez de l’aéronef jusqu'à la fin du décollage de l’aéronef, ladite quatrième sous-phase étant détectée par un passage d’une assiette longitudinale de l’aéronef à une valeur supérieure à un quatrième seuil prédéterminé.
Ainsi, ce système permet de varier avec précision la confiance accordée à la vision en fonction de la sous-phase de décollage de sorte que plus l’aéronef va vite plus la confiance dans la vision est dégradée à cause des vibrations.
Selon un mode de réalisation, le premier seuil prédéterminé correspond à une vitesse de rotation dont la valeur est sélectionnée dans un intervalle de 0.001 rad/s à 0.004 rad/s, et de préférence de l’ordre de 0.002 rad/s ;
le deuxième seuil prédéterminé correspond à une vitesse des roues dont la valeur est sélectionnée dans un intervalle de 1kt à 3 kt, et de préférence de l’ordre de 1kt ;
le troisième seuil prédéterminé correspond à une vitesse supérieure à une valeur sélectionnée dans un intervalle entre 30kt et 40kt ; et
le quatrième seuil prédéterminé correspond à une assiette longitudinale supérieure à une valeur sélectionnée dans un intervalle entre 1degA et 2degA.
Ainsi, la vitesse des roues donne une indication très pertinente et très précise de la confiance de détection tout en permettant de savoir le moment où l’aéronef quitte le sol.
Avantageusement, dans le cas où l’indice de confiance préliminaire est strictement compris entre 0% et 100%, le module de fusion de données est configuré pour diminuer l’indice de confiance préliminaire en élargissant une valeur de covariance relative à la fusion des données, et en ce que dans le cas où l’indice de confiance préliminaire est égal à 0, le module de fusion de données est configuré pour déterminer la position courante de l'aéronef sur la piste de décollage en ne tenant compte que des données inertielles de l’aéronef et des vitesses des roues.
Ainsi, le système d’aide au décollage est extrêmement fiable et ne tient compte du dispositif de vision que lorsque la confiance dans la vision est garantie.
Avantageusement, les modules de traitement d’images sont configurés pour :
- former une vue de dessus de la piste de décollage en réalisant une homographie de chaque image d’entrée à partir des paramètres extrinsèques et intrinsèques des caméras du dispositif de prise d’images,
- rechercher sur ladite vue de dessus un triplé de lignes constitué d’un axe central et de deux lignes latérales, et
- déterminer la position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage en calculant une déviation entre l’axe de l’aéronef et ledit axe central de la piste de décollage.
- former une vue de dessus de la piste de décollage en réalisant une homographie de chaque image d’entrée à partir des paramètres extrinsèques et intrinsèques des caméras du dispositif de prise d’images,
- rechercher sur ladite vue de dessus un triplé de lignes constitué d’un axe central et de deux lignes latérales, et
- déterminer la position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage en calculant une déviation entre l’axe de l’aéronef et ledit axe central de la piste de décollage.
Ceci permet une détection facile et très précise de l’axe central de la piste de décollage.
Avantageusement, dans le cas où une détection directe de l’axe central n’est pas assurée, les modules de traitement d’images sont configurés pour estimer de manière indirecte la position de l’axe central en se basant sur les lignes latérales de la piste de décollage qui sont espacées par une largeur de piste préenregistrée dans un serveur de données de l’aéronef, l’axe central étant reconstitué en calculant la médiane entre les deux lignes latérales.
Ainsi, ce système permet d’extrapoler la détection même si la ligne centrale ou les lignes latérales sont invisibles en raison par exemple d’une saleté ou d’un mauvais éclairage.
Avantageusement, le dispositif de prise d’images comporte un ensemble de caméras positionnées à différents endroits de l’aéronef, les modules de traitement d’images sont configurés pour estimer la position courante préliminaire de l'aéronef et l’indice de confiance préliminaire selon les flux d’images de chaque caméra et en ce que le module de fusion récupère la position courante préliminaire de l'aéronef ayant l’indice de confiance préliminaire le plus élevé ou une combinaison statistique desdites positions courantes préliminaires dans le cas où les indices de confiances sont égaux.
Ceci permet de se baser sur les images courantes présentant l’indice de confiance visuel le plus élevé.
Avantageusement, le dispositif de prise d’images comporte une caméra avant destinée à prendre des images de la piste devant l’aéronef et une caméra arrière destinée à prendre des images de la piste derrière l’aéronef de sorte que dans le cas où l’une des deux caméras avant et arrière est éblouie par le soleil, les images prises par l’autre caméra restent pertinentes.
Ainsi, la détection de l’axe central peut être réalisée à tout instant indépendamment de la direction du soleil.
L’invention vise également un procédé de décollage automatique d’un aéronef d’une piste de décollage, comportant les étapes suivantes :
- prendre depuis l’aéronef un flux d’images de la piste de décollage,
- estimer à partir desdits flux d’images une position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage et attribuer un indice de confiance préliminaire à ladite estimation,
- déterminer une position courante pertinente de l'aéronef sur la piste de décollage en corrigeant l’estimation de la position courante préliminaire et déterminer un indice de confiance pertinent en prenant en compte une vitesse courante des roues de l’aéronef pour affiner l’indice de confiance préliminaire, et
- contrôler le décollage de l’aéronef en fonction de ladite position courante pertinente et dudit indice de confiance pertinent.
- prendre depuis l’aéronef un flux d’images de la piste de décollage,
- estimer à partir desdits flux d’images une position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage et attribuer un indice de confiance préliminaire à ladite estimation,
- déterminer une position courante pertinente de l'aéronef sur la piste de décollage en corrigeant l’estimation de la position courante préliminaire et déterminer un indice de confiance pertinent en prenant en compte une vitesse courante des roues de l’aéronef pour affiner l’indice de confiance préliminaire, et
- contrôler le décollage de l’aéronef en fonction de ladite position courante pertinente et dudit indice de confiance pertinent.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préférentiel de l’invention en relation avec les figures suivantes :
Le concept à la base de l’invention est de proposer un système de décollage automatique complétement autonome n’utilisant essentiellement que des images captées par des caméras embarquées à bord de l’aéronef et des données avioniques déjà disponibles.
Par système de décollage automatique, nous entendons dans la suite aussi bien un système permettant à l’aéronef de décoller d’une piste de décollage sans intervention du pilote qu’un système aidant ou guidant le pilote lors du décollage. En particulier, le pilote pourra à tout moment corriger les commandes générées par le système de décollage automatique.
La Fig. 1 illustre schématiquement un système de décollage automatique d’un aéronef, selon un mode de réalisation de l’invention.
Le système de décollage 1 automatique comporte un ensemble de vision et de fusion comprenant un dispositif de prise d’images 3, des modules de traitement d’images 5, et un module de fusion de données 7. Le système de décollage 1 comporte en outre un calculateur de commande de vol 9.
Le dispositif de prise d’images 3 est embarqué à bord de l’aéronef 11 et comprend un ensemble de caméras 13 monté dans le plan vertical de symétrie de l’aéronef 11 et est adapté à prendre un flux d’images du terrain et en particulier, de la piste 12 de décollage. Avantageusement, une partie de l’ensemble de caméras 13 est adaptée pour regarder vers l’avant de l’aéronef et une autre partie de l’ensemble de caméras 13 est adaptée pour regarder vers l’arrière de l’aéronef. L’ensemble de caméras 13 peut avantageusement comporter un système EVS (Enhanced Vision System) équipant la plupart des aéronefs de construction récente. Ce système est généralement constitué d’une pluralité de capteurs (caméras IR/visible, radar millimétrique, etc.) capables de fournir des images dans toutes les conditions y compris des conditions de visibilité réduite.
On notera que les paramètres intrinsèques et extrinsèques des caméras 13 sont stockés dans un serveur de données 15 de l’aéronef et sont disponibles pour les modules de traitement 5 et de fusion 7. Ces paramètres sont utilisés dans un modèle de caméra pour décrire la relation mathématique entre les coordonnées 3D d'un point de la scène d'où provient la lumière et les coordonnées 2D de sa projection sur un plan image. Plus particulièrement, les paramètres intrinsèques sont des paramètres propres à la caméra 13 elle-même, tels que la distance focale et la distorsion de l'objectif. Les paramètres extrinsèques sont les paramètres utilisés pour décrire la transformation entre la caméra 13 et son monde extérieur.
En outre, des données fonctionnelles comprenant les positions des différents points (caméras, antennes, etc) dans l'aéronef 11 sont également stockées dans le serveur de données 15 de l’aéronef 11 et sont disponibles pour les modules de traitement 5 et de fusion 7.
Par ailleurs, des données de navigation comportant des informations relatives à la piste 12 de décollage (position, largeur de piste, longueur de piste, etc.) sont également encodées dans le serveur de données 15 de l’aéronef.
Les modules de traitement d’images 5 reçoivent des données avioniques ainsi que les images successives prises par le dispositif de prise d’images 3 et les traitent pour estimer une position courante (dite position courante préliminaire) de l'aéronef 11 sur la piste 12 de décollage. En particulier, les modules de traitement d’images 5 sont configurés pour rechercher l’axe central sur les images et pour calculer la déviation entre l’axe de l’aéronef et l’axe central de la piste 12 de décollage.
Les modules de traitement d’images 5 sont en outre configurés pour attribuer un indice de confiance visuel intrinsèque (dit indice de confiance préliminaire) à l’estimation de la position courante préliminaire de l'aéronef 11 sur la piste 12 de décollage.
Le module de fusion de données 7 peut utiliser un filtre de Kalman étendu EKF pour intégrer au fil du temps des accélérations ainsi que le taux de lacet détecté par une centrale inertielle de l’aéronef ou une unité de mesure inertielle IMU (Inertial Measurement unit en anglais). En utilisant un modèle cinématique 2D, cette intégration donne une prédiction de la vitesse au sol et la déviation latérale par rapport à la piste 12.
Plus particulièrement, le module de fusion de données 7 est relié en entrée aux modules de traitement d’image 5 ainsi que via le réseau de l’aéronef à des systèmes avioniques 17, un système de gestion de vol, un système de contrôle des roues WSCS 19 (Wheel Steering Control System) et des capteurs de l’aéronef tels qu’une centrale inertielle et un odomètre.
Le module de fusion de données 7 est configuré pour déterminer une nouvelle estimation de la position courante (dite position courante pertinente) de l'aéronef 11 sur la piste de décollage en corrigeant l’estimation de la position courante préliminaire. En effet, des données issues des modules de traitement d’image 5 (par exemple, les coordonnées géométriques de lignes droites détectées sur les images) sont fusionnées avec des données inertielles pour calculer à l’aide du filtre de Kalman la position courante pertinente de l'aéronef.
En outre, le module de fusion de données 7 est adapté pour récupérer la vitesse courante des roues 18 de l’aéronef depuis le WSCS 19 ainsi qu’éventuellement des données inertielles courantes issues de la centrale inertielle de l’aéronef. La vitesse courante des roues 18a, 18b de l’aéronef permet au module de fusion 7 de corriger ou d’affiner l’indice de confiance visuel préliminaire pour former un nouvel indice de confiance visuel plus précis (dit indice de confiance pertinent).
Ainsi, l’indice de confiance pertinent accordé à la vision est très précis et est réalisé en temps réel en fonction de la confiance intrinsèque de traitement d’images ainsi que de la mesure de la vitesse des roues de l’aéronef.
Par ailleurs, le module de fusion de données 7 est relié en sortie à un contrôleur ou calculateur de commande de vol 9 de l’aéronef. Ce dernier est configuré pour activer ou désactiver les différents algorithmes mis en œuvre par les modules de traitement 5 et de fusion 7 en fonction des différentes conditions. En outre, le calculateur de commande de vol 9 est configuré pour contrôler et guider le décollage de l’aéronef 11 en fonction de la position courante pertinente de l’aéronef 11 sur la piste 12 et de l’indice de confiance pertinent reçus du module de fusion 7 s’affranchissant ainsi en toute sécurité de toutes autres sources d’informations qui peuvent être indisponibles dans certains aéroports.
La Fig. 2 illustre schématiquement un procédé de décollage automatique d’un aéronef, selon un mode de réalisation de l’invention.
A l’étape E1, l’ensemble de caméras 13 du dispositif de prise d’images 3 est configuré pour prendre des images successives de la piste de décollage. Le flux d’images en sortie de chaque caméra 3 est injecté dans un module de traitement d’images 5 correspondant.
A l’étape E2, chaque module de traitement d’images 5 est configuré pour estimer la position courante Pi de l'aéronef 11 et l’indice de confiance visuel Ci selon les images de la caméra 13 correspondante.
En effet, la Fig. 3 est un algorithme de traitement d’images illustrant schématiquement les différentes étapes réalisées par un module de traitement d’images associé à une caméra, selon un mode de réalisation de l’invention.
Cet algorithme de traitement est illustré pour une image prise par une caméra 13 sachant que le traitement est similaire pour chacune des caméras du dispositif de prise d’images 3.
La première image I1 de la Fig. 3 est une image d’entrée représentant la piste de décollage telle que prise par la caméra 13. Les autres images I2-I5 illustrent les différentes opérations de traitement réalisées sur l’image d’entrée I1 par le module de traitement d’images 5.
En effet, le module de traitement d’images 5 est configuré pour former à partir de l’image d’entrée I1 une vue de dessus dite « vue d’oiseau » de la piste de décollage telle que représentée sur la deuxième image I2. Cette vue de dessus est construite en réalisant une homographie de l’image d’entrée I1 à partir du calibrage et plus particulièrement, des paramètres extrinsèques et intrinsèques de la caméra 13 qui a pris cette image. Plus particulièrement, une application linéaire injective est réalisée de l’image d’entrée I1 vers un espace projectif formant le plan de la deuxième image I2. Cette projection déforme l’image d’entrée I1 en transformant des droites convergentes en des droites parallèles tout en préservant la structure projective de l’image initiale I1.
Ensuite, le module de traitement d’images 5 est configuré pour rechercher sur la vue de dessus (représentée sur l’image I2) un triplet de lignes ou segments constitué d’un axe central et de deux lignes latérales. Une zone d’intérêt 21 est d’abord sélectionnée sur la deuxième image I2 permettant à un algorithme de détection mis en œuvre par le module de traitement d’images 5 de détecter des segments de droites. Les segments de droites de la zone d’intérêt 21 sont simulés sur une troisième image I3.
Ensuite, le module de traitement d’images 5 est configuré pour trouver des triplets sur la troisième image I3 et classer ces derniers par exemple, par nuances de gris. Ce classement est illustré sur la quatrième image I4. On notera qu’en vision de nuit, les segments de droites sont construits à partir des lumières sur la piste de décollage avant de chercher et classer les triplets.
Plus particulièrement, la classification des groupes de segments détectés sur la quatrième image I4 est réalisée selon des critères de sélection prédéterminés. Un premier critère concerne la largeur de piste. En effet, les lignes latérales gauche et droite de la piste sont espacées par une largeur de piste connue et préenregistrée dans le serveur de données 15 de l’aéronef. Un deuxième critère concerne le fait que les lignes latérales sont blanches sur une zone sombre. Un troisième critère est le fait que la ligne centrale est confondue avec l'axe de symétrie des lignes latérales détectées. On notera que tout ou partie des critères de sélection des groupes de segments sont différemment utilisés par le module de traitement 5 selon le mode opératoire parmi un mode d'initialisation, un mode nominal, et un mode de réinitialisation.
Dans le mode d'initialisation, le meilleur triplet de lignes est recherché. Une fois que le meilleur triplet de ligne est confirmé pour par exemple trois trames successives, l’ensemble de vision et de fusion bascule en mode nominal. On notera que dans ce mode d'initialisation, les sorties envoyées par le module de fusion 7 au calculateur de commande de vol 9 sont déclarées non valides.
Dans le mode nominal, l'algorithme de traitement est verrouillé sur le triplet de lignes représenté sur l’image I5 défini lors de l'initialisation et suit sa variation. Les résultats sont déclarés valides avec le plus haut degré de confiance (100%). Toutefois, dans le cas où une ligne est temporairement perdue, l'algorithme de traitement est configuré pour extrapoler la détection afin de reconstruire la ligne manquante et toujours envoyer une sortie valide avec une valeur de confiance qui peut diminuer vers 0 selon la qualité de la détection.
Plus particulièrement, dans le cas où une détection directe de l’axe central n’est pas assurée, en raison par exemple, d’une saleté, d’un mauvais éclairage, ou d’un effacement des marquages sur la piste, les modules de traitement d’images 5 sont avantageusement configurés pour estimer de manière indirecte la position de l’axe central en se basant sur les lignes latérales de la piste de décollage. En effet, l’axe central est reconstitué en calculant la médiane entre les deux lignes latérales sachant que ces dernières sont espacées par une largeur de piste préenregistrée dans le serveur de données 15 de l’aéronef. A titre d’exemple, l’axe central peut être reconstruit en cas de perte momentanée d’un ou de deux segments de l’axe central ne dépassant pas une durée prédéterminée de l’ordre de quelques secondes (par exemple, cinq secondes).
Finalement, le mode de réinitialisation se produit si l'algorithme de traitement est incapable de reconstruire l’axe central en mode normal ou si la reconstruction est effectuée en continu pendant une durée plus grande que la durée prédéterminée (par exemple de 5 secondes). Lors de la réinitialisation, l'algorithme de traitement fonctionne comme dans le mode d'initialisation mais en utilisant une sélection plus précise sur la largeur de la piste.
Ainsi, à l’étape E2 (de la Fig. 2), chaque module de traitement d’images 5 détermine la position courante préliminaire Pi de l'aéronef sur la piste de décollage en calculant une déviation entre l’axe de l’aéronef et l’axe central de la piste de décollage.
Plus particulièrement, le module de traitement d’images 5 est configuré pour calculer d’abord une distance entre l’aéronef 11 et l’axe central détectée de la piste de décollage. Ensuite, il est configuré pour calculer l’angle ou la déviation entre l’axe de l’aéronef et l’axe central. Ce genre de calcul peut être réalisé au moyen d’une technique de traitement d’image et d’analyse de données décrite dans les demandes de brevets français FR3024127 et FR3044807 déposées par la présente demanderesse.
En outre, le module de traitement d’images 5 est configuré pour fournir l’indice de confiance visuel préliminaire Ci selon les caractéristiques des images de chaque caméra. Par exemple, l’indice de confiance préliminaire Ci est maximal (c’est-à-dire 100%) si le triplet de lignes est directement visible et la largeur de piste est connue avec précision. En revanche, si en suivant les lignes, on perd la trace d’une ligne et on a recours à une estimation par une construction indirecte de la ligne manquante, l’indice de confiance préliminaire Ci est diminué. Cette diminution dépend de la ligne perdue sachant que la visibilité de la ligne centrale a plus de poids dans le calcul de l’indice de confiance que les lignes latérales. Par exemple, si une ligne latérale est perdue, l’indice de confiance préliminaire Ci passe à 80%. En contraste, si c’est la ligne centrale qui est perdue, l’indice de confiance préliminaire Ci passe à 60%.
On notera que pour le décollage de nuit, on utilise les traces lumineuses pour reconstruire les lignes latérales par la technique connue de transformée de Hough sachant que pour la vision nocturne, la visibilité de la ligne centrale n’est pas aussi fondamentale que pour la vision de jour.
Ainsi, à l’issue de l’étape E2 du procédé de la Fig. 2, chaque module de traitement d’images 5 fournit une position courante préliminaire Pi de l'aéronef et un indice de confiance préliminaire Ci propre à la caméra correspondante.
A l’étape E3 de la Fig. 2, le module de fusion 7 est adapté pour récupérer des données de sortie du module de traitement d’images 5 et en particulier, les données concernant la position courante préliminaire Pi de l'aéronef ayant l’indice de confiance Ci le plus élevé ainsi que la valeur de cet indice préliminaire. Au cas où plusieurs indices de confiances préliminaires sont égaux, le module de fusion 7 récupère une position préliminaire résultante calculée selon une combinaison statistique (par exemple, une moyenne) de ces positions courantes préliminaires.
En outre, le module de fusion 7 reçoit depuis le système WSCS 19 la vitesse courante des roues 18a, 18b de l’aéronef et des données avioniques inertielles depuis les systèmes avioniques 17 de l’aéronef. Le module de fusion 7 est configuré pour mixer les données reçues des modules de traitement d’images 5 aux données reçues des systèmes avioniques 17 de l’aéronef pour traiter ces données afin d’identifier, de la manière la plus précise possible, l’écart du point de guidage de l’appareil par rapport à l’axe central de la piste de décollage en utilisant par exemple les lignes latérales et l’axe longitudinal central de la piste de décollage.
En outre, le module de fusion 7 est configuré pour calculer en chaque instant une estimation de la déviation entre l’axe longitudinal central de la piste et l’axe longitudinal de l’aéronef. Le calcul de la déviation s’appuie sur le processus de fusion de données entre des coordonnées géométriques de lignes droites détectées et les données inertielles. Ce genre de calcul est expliqué en détail dans les demandes de brevets françaises FR3024127 et FR3044807 déposées par la présente demanderesse.
Ainsi, le module de fusion de données 7 corrige l’estimation de la position courante préliminaire Pi et détermine une position courante pertinente Pf de l'aéronef sur la piste de décollage.
Le module de fusion 7 est configuré également pour déterminer un indice de confiance visuel pertinent Cf en prenant en compte la vitesse courante des roues de l’aéronef. On notera que les sorties des modules de traitement d’image 5 étant fusionnées avec des données inertielles pour estimer (par exemple, à l’aide d’un filtre de Kalman) la position de l’aéronef, présente un certain niveau d’imprécision représentative d’une covariance de l’erreur d’estimation de la position. La vitesse courante des roues 18 de l’aéronef est alors directement utilisée pour corroborer ou affiner l’imprécision de l’estimation permettant ainsi de déterminer un indice de confiance visuel pertinent Cf représentant la confiance dans la détermination visuelle du positionnement de l’aéronef. De manière générale, la confiance accordée à la vision est dégradée lorsque la vitesse de l’aéronef augmente sachant qu’un accroissement de la vitesse peut entraîner une augmentation des vibrations.
Plus particulièrement, le module de fusion 7 est configuré pour déterminer l’indice de confiance pertinent Cf en multipliant l’indice de confiance préliminaire Cf par un coefficient multiplicateur. Ce coefficient multiplicateur est associé à une sous-phase courante de décollage parmi un ensemble prédéterminé de sous-phases de décollage sachant qu’un coefficient multiplicateur spécifique est associé à chaque sous-phase de décollage.
L’ensemble prédéterminé de sous-phases de décollage comporte quatre sous-phases classées selon la vitesse des roues donnant ainsi une indication très pertinente et très précise de la confiance de détection.
La première sous-phase, dite sous-phase de « dernier virage », est associée à l’état d'alignement de l’aéronef sur la piste de décollage. Par défaut, la fusion de données démarre dans cette première sous-phase lorsque la fonction « décollage » est déclenchée. Le déclenchement de la fonction « décollage » se fait lors de la détection de la piste et de la ligne centrale par l’algorithme de vision implémenté par les moyens de traitement d’images en association avec le dispositif de prise d’images.
Cette première sous-phase déclenche ainsi le démarrage de la fusion de données. Par ailleurs, la sortie de la première sous-phase est réalisée lorsque la valeur absolue d’une vitesse de lacet de l’aéronef devient inférieure à un premier seuil prédéterminé de vitesse de rotation pendant au moins une durée prédéterminée par exemple de l’ordre de 2s. Ce premier seuil prédéterminé correspond à une vitesse de rotation dont la valeur est sélectionnée dans un intervalle allant d’environ 0.001 rad/s à 0.004 rad/s. De préférence, le premier seuil est de l’ordre de 0.002 rad/s. En pratique, la fonction sort de la première sous-phase « dernier virage » pour entrer en une « accélération initiale ».
On notera qu’au départ en cas de non utilisation de GPS, le module de fusion 7 n’a pas d’information sur la localisation de l'aéronef et suppose donc que l’aéronef est centré et a une vitesse nulle. Cette incohérence est rapidement gommée par le fait que le module de fusion 7 tient compte de la vision lors du dernier virage.
La deuxième sous-phase, dite sous-phase d’arrêt est associée à un éventuel arrêt avant la mise des gaz. Cette deuxième sous-phase est détectée par un passage de la vitesse des roues 18 à une valeur inférieure à un deuxième seuil prédéterminé. Ce deuxième seuil prédéterminé correspond à une vitesse des roues dont la valeur est sélectionnée dans un intervalle allant d’environ un nœud (1kt) à trois nœuds (3 kt), et de préférence de l’ordre d’un nœud (1kt).
La troisième sous-phase, dite sous-phase d’accélération est associée à une accélération de la rotation. Cette troisième sous-phase est détectée par un passage de la vitesse des roues à une valeur supérieure à un troisième seuil prédéterminé. Ce troisième seuil prédéterminé correspond à une vitesse supérieure à une valeur spécifique sélectionnée dans un intervalle entre 30 nœuds (30kt) et quarante nœuds (40kt), et de préférence au-dessus de 40kt.
La quatrième sous-phase, dite sous-phase de début d’envol est associée à une période débutant par le décollage de la roulette de nez de l’aéronef jusqu'à la fin du décollage de l’aéronef permettant ainsi de savoir le moment où l’aéronef quitte la piste. La quatrième sous-phase est détectée par un passage d’une assiette longitudinale de l’aéronef à une valeur supérieure à un quatrième seuil prédéterminé. Ce quatrième seuil prédéterminé correspond à une assiette longitudinale supérieure à une valeur sélectionnée dans un intervalle entre 1degA et 2degA, et de préférence au-dessus d’un 1degA. L'estimation de la grandeur d’assiette longitudinale provient de l'intégration des accélérations et vitesses de rotation par le filtre de Kalman.
Le quatrième seuil permet également d’indiquer une variation relative par rapport à l’assiette en sortie du dernier virage pour traiter une piste inclinée.
On notera que dans le cas où l’indice de confiance préliminaire Ci est strictement compris entre 0% et 100% (i.e. n'est pas égale à 1 mais strictement supérieure à 0), le module de fusion de données 7 est configuré pour diminuer cet indice de confiance en élargissant une valeur de covariance relative à la fusion des données. En outre, dans le cas où l’indice de confiance préliminaire est égal à 0%, le module de fusion de données 7 est configuré pour déterminer la position courante de l'aéronef sur la piste de décollage en ne tenant compte que des données inertielles et vitesses des roues. Ainsi, le module de fusion 7 ne tient compte du dispositif de vision que lorsque la confiance dans la vision est garantie.
Avantageusement, le module de fusion 7 classe les niveaux de précisions des images selon des intervalles de confiance sur la base des différentes sous-phases de décollage. Ces intervalles de confiance peuvent être affichés sur une interface homme-machine dans le cockpit pour aider et guider le pilote pendant la phase de décollage.
A l’étape E4, le calculateur de commande de vol 9 est adapté pour récupérer la position courante pertinente Pf de l'aéronef et l’indice de confiance pertinent Cf depuis le module de fusion. Ceci permet au calculateur de commande de vol 9 de contrôler le décollage de l’aéronef en fonction de la position courante pertinente Cf de l’aéronef 11 sur la piste 12 et de l’indice de confiance pertinent Cf.
Avantageusement, le calculateur de commande de vol 9 est configuré pour piloter les actionneurs de l’aéronef en mode automatique afin de faire décoller l’aéronef. Plus particulièrement, le calculateur de commande de vol 9 est configuré pour contrôler les manœuvres latéral et longitudinal de l’aéronef.
En effet, la Fig. 4 illustre de manière schématique un système de contrôle latéral de l’aéronef implémenté par le calculateur de commande de vol, selon un mode de réalisation de l’invention.
Le système de contrôle latéral 31 maintient l’aéronef aligné sur l'axe de la piste et son principe est similaire à celui du guidage de roulage automatique dit ‘Roll-Out’. Ce système de contrôle latéral 31 comporte un module estimateur de mode piste RWY (runway) 33, un module de boucle de guidage de piste 34, et un module de boucle interne de lacet 35, un module de boucle de guidage de roll-out 36, un module de boucle interne de roll-out 37, et un module cinématique 38.
Le module estimateur de mode piste 33 est relié d’une part à une première branche comportant les modules de boucle de guidage 34 et de boucle interne de lacet 35, et d’autre part, à une deuxième branche comportant les modules de boucle de guidage de roll-out 36, de boucle interne de roll-out 37, et de cinématique 38.
Des données d’entrée E sont injectées dans le module estimateur de mode piste 33. Ces données d’entrée E comportent un ‘code Q’ concernant le cap magnétique de piste QFU (Q code for runway magnetic heading), les vitesses inertielles du vent nord/sud et est/ouest ainsi que la déviation latérale entre la position de l’antenne LOC (deviation localizer) de l’avion et l’axe de piste. Un estimateur d’écart LOC intégré au module estimateur de mode piste 33, permet de réduire l'impact d'un emballement du signal de « déviation latérale » LOCDEV dans les premières secondes. Le module estimateur de mode piste 33 détermine en fonction des données d’entrée E la déviation latérale DL et la vitesse latérale VL.
Les données DL et VL (i.e. déviation et vitesse latérales) en sortie du module estimateur de mode piste 33 sont injectées dans le module de boucle de guidage de piste 34 de la première branche ainsi que dans le module de boucle de guidage de roll-out 36 de la deuxième branche.
Le module de boucle de guidage de piste 34 reçoit également la vitesse de lacet Y et détermine le dérapage commandé DC en fonction des données reçues DL, VL et Y. Le module de boucle interne de lacet 34 détermine ensuite des signaux de commande S1 en fonction du dérapage commandé DC et de la vitesse de lacet Y. Ces signaux de commande S1 sont transmis à un système de visualisation 39 par exemple à une visualisation tête haute HUD (Head-up display).
Dans la deuxième branche, le module de boucle de guidage de roll-out 36 détermine la vitesse de lacet commandée VLC en fonction de la déviation latérale DL et des vitesses latérale VL et de lacet Y. A son tour, le module de boucle interne de roll-out 37 détermine l’accélération de lacet commandée ALC en fonction de la vitesse de lacet Y (facteur de charge latéral et angle de roulis) et de la vitesse de lacet commandée VLC. Finalement, le module de cinématique détermine des signaux de commande S2 en fonction de l’accélération de lacet commandée ALC. Les signaux de commande S2 sont ensuite transmis au gouvernail de direction 41 et aux roues avant 18a pour contrôler la déviation latérale de l’aéronef.
Les gains des modules de la boucle interne de roll-out 37 et de la cinématique 38 sont ajustés pour prendre en compte les spécificités de décollage (besoin de contrôle dynamique des roues avant 18a à bas régime, moment de poussée moteur, coefficients aérodynamiques, etc.).
Le système de contrôle latéral 31 permet de garder un guidage latéral commun et une boucle interne latérale commune pour les phases de décollage et de Roll-Out. Toutefois, par rapport à la phase de vol en Roll-Out, la phase de décollage fait face à plusieurs contraintes spécifiques.
Une première contrainte concerne le fait que la commande de décollage est déclenchée à très basse vitesse et dans ce cas, le gouvernail de direction 41 ne peut pas être principalement utilisé pour corriger l'erreur initiale comme pour la phase de Roll-Out.
Une deuxième contrainte est le fait que la vitesse de l'air et le nombre de mach calculés et donc, l'efficacité du gouvernail 41 ne sont pas très précisément connus à basse vitesse.
Une troisième contrainte concerne le fait que l'utilisation de niveaux de poussée élevés à plus ou moins pleine puissance (TOGA ou FLEX) a un impact sur la répartition de la charge sur les roues de l’aéronef et donc sur l'efficacité des roues avant 18a.
Une quatrième contrainte concerne le fait qu’une panne d’un moteur dans la phase de décollage a un impact plus important sur la trajectoire de l’aéronef.
Compte tenu de ces spécificités, le système de contrôle latéral 31 selon la présente invention met en œuvre les fonctions suivantes :
- A basse vitesse, le contrôle latéral est principalement assuré par les roues avant 18a, l’ordre de commande des roues avant 18a étant directement proportionnelle à l’ordre de la boucle interne. Cela permet d'avoir une correction rapide de l'erreur de guidage initiale.
- A vitesse intermédiaire, une transition sur les moyens de contrôle est effectuée entre l'utilisation des roues avant 18a et l'utilisation du gouvernail 41.
- A grande vitesse, le contrôle latéral est principalement assuré par le gouvernail 41, l’ordre de commande du gouvernail 41 étant directement proportionnel à l'ordre de la boucle interne. Cela permet d'avoir une bonne stabilité du suivi des axes de la piste.
- A faible vitesse, le rôle de l'intégrateur de boucle interne est limité. Comme la fonction de transfert du gouvernail de direction 41 et des roues avant 18a est très différente, cela évite d'avoir une instabilité pendant et après la transition des roues avant 18a au gouvernail de direction 41.
- Le moment de poussée du moteur est inclus dans le calcul de la charge des roues avant 18a afin de mieux évaluer leur efficacité au décollage et par conséquent, d’obtenir un contrôle réactif et stable.
- Les informations de dissymétrie de poussée du moteur sont utilisées pour détecter un cas de panne d'un moteur. Dès que cette panne est détectée :
- A basse vitesse, le contrôle latéral est principalement assuré par les roues avant 18a, l’ordre de commande des roues avant 18a étant directement proportionnelle à l’ordre de la boucle interne. Cela permet d'avoir une correction rapide de l'erreur de guidage initiale.
- A vitesse intermédiaire, une transition sur les moyens de contrôle est effectuée entre l'utilisation des roues avant 18a et l'utilisation du gouvernail 41.
- A grande vitesse, le contrôle latéral est principalement assuré par le gouvernail 41, l’ordre de commande du gouvernail 41 étant directement proportionnel à l'ordre de la boucle interne. Cela permet d'avoir une bonne stabilité du suivi des axes de la piste.
- A faible vitesse, le rôle de l'intégrateur de boucle interne est limité. Comme la fonction de transfert du gouvernail de direction 41 et des roues avant 18a est très différente, cela évite d'avoir une instabilité pendant et après la transition des roues avant 18a au gouvernail de direction 41.
- Le moment de poussée du moteur est inclus dans le calcul de la charge des roues avant 18a afin de mieux évaluer leur efficacité au décollage et par conséquent, d’obtenir un contrôle réactif et stable.
- Les informations de dissymétrie de poussée du moteur sont utilisées pour détecter un cas de panne d'un moteur. Dès que cette panne est détectée :
. un ordre de contrôle minimum de vitesse au sol VMCG (déjà calculé en mode manuel) est fusionné avec l'ordre de la boucle interne latérale pour accélérer la réponse de l’aéronef après un événement de panne moteur ;
. un ordre de tangage est commandé pour augmenter la charge sur les roues avant 18a et donc leur efficacité.
. un ordre de tangage est commandé pour augmenter la charge sur les roues avant 18a et donc leur efficacité.
Cela permet de maintenir automatiquement l’aéronef sur la piste jusqu'au décollage ou jusqu’à un éventuel décollage refusé RTO (rejected take-off). Lors d'une information de manœuvre RTO, le contrôle latéral reste actif mais avec les paramètres cinématiques de roll-out. En effet, une transition est effectuée entre les paramètres de loi de décollage et les paramètres de loi de roll-out. Cela permet d'effectuer un RTO en mode pilote automatique et d'avoir un contrôle latéral stable tout en réutilisant les paramètres de loi activés après un atterrissage.
La Fig. 5 illustre de manière schématique un système de contrôle longitudinal de l’aéronef implémenté par le calculateur de commande de vol, selon un mode de réalisation de l’invention.
Le système de contrôle longitudinal 51 comporte un module de manette automatique 53, un module de cinématique longitudinal 54, et un module 55 de loi de rotation par objectif en vitesse de tangage, dite loi Q*. Le module de manette automatique 53 transmet via le module de cinématique longitudinal 54 un ordre au module 55 de la loi Q* qui à son tour transmet des commandes de vol aux gouvernes 56 de l’aéronef.
Le système de contrôle longitudinal met en œuvre une procédure dérivée de la procédure d'opération standard définie de la manière suivante :
- 12 ° jusqu'à 80 nœuds
- Transition de 12 ° à 5 ° entre 80kts et 100kts
-10 ° en vitesse de rotation VR
- Transition de -10 ° à 0 ° lorsque l’angle de tangage thêta> 11,5 ° (8 ° en cas de panne moteur).
- 12 ° jusqu'à 80 nœuds
- Transition de 12 ° à 5 ° entre 80kts et 100kts
-10 ° en vitesse de rotation VR
- Transition de -10 ° à 0 ° lorsque l’angle de tangage thêta> 11,5 ° (8 ° en cas de panne moteur).
En outre, la phase de décollage automatique ‘ROTAUTOCL’ est active si:
- dès que la loi de décollage à pleine puissance TOGA (take-off full power) est active et que le mode décollage PITTO (pitch take-off) est engagé, et
- Jusqu'à ce que l'une de ces conditions soit atteinte: décollage du train principal + 5 s ; fin de la phase de rotation ; thêta supérieur à 11,5 ° confirmé 1,5 s ; et thêta supérieur à 8 ° confirmé 1,5 s en cas de panne moteur.
- Jusqu'à ce que l'une de ces conditions soit atteinte: décollage du train principal + 5 s ; fin de la phase de rotation ; thêta supérieur à 11,5 ° confirmé 1,5 s ; et thêta supérieur à 8 ° confirmé 1,5 s en cas de panne moteur.
Lorsque ROTAUTOCL n'est plus active, il y a une transition de boucle interne de l'ordre de la loi ROTATION à l'ordre de la loi normale par objectif en facteur de charge vertical NZ pendant environ 4 secondes. L'ordre de la boucle externe est alors donné par le mode actif au décollage engagé SRS (Speed Reference System).
La Fig. 6 illustre de manière schématique l’installation d’un dispositif de vision dans un aéronef, selon un mode de réalisation de l’invention.
Le dispositif de prise d’images comporte un ensemble de caméras 13, 131, 132 positionnées à différents endroits de l’aéronef 11. Les caméras peuvent être installées à l'intérieur ou à l'extérieur de l’aéronef et dirigées vers l'extérieur. On notera que les caméras installées à l’extérieur de l’aéronef sont pressurisées et bien protégées.
Avantageusement, le dispositif de prise d’images 3 comporte une caméra avant 131 destinée à prendre des images de la piste devant l’aéronef et une caméra arrière 132 destinée à prendre des images de la piste derrière l’aéronef. Ainsi, dans le cas où l’une des deux caméras avant 131 et arrière 132 est éblouie par le soleil, les images prises par l’autre caméra restent pertinentes permettant la détection de l’axe central à tout instant indépendamment de la direction du soleil.
Claims (10)
- Système de décollage automatique d’un aéronef d’une piste de décollage, caractérisé en ce qu’il comprend :
- un dispositif de prise d’images (3) embarqué à bord dudit aéronef (11) et destiné à prendre un flux d’images de la piste (12) de décollage,
- des modules de traitement d’images (5) configurés pour estimer à partir desdits flux d’images une position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage et pour attribuer un indice de confiance préliminaire à ladite estimation,
- un module de fusion de données (7) configuré pour déterminer une position courante pertinente de l'aéronef sur la piste de décollage en fusionnant des données issues des modules de traitement d’images avec des données inertielles pour corriger l’estimation de la position courante préliminaire et pour déterminer un indice de confiance pertinent en prenant en compte une vitesse courante des roues (18a, 18b) de l’aéronef pour affiner l’indice de confiance préliminaire, et
- un calculateur de commande de vol (9) configuré pour contrôler et guider le décollage de l’aéronef en fonction de ladite position courante pertinente et dudit indice de confiance pertinent reçus dudit module de fusion. - Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module de fusion (7) est configuré pour déterminer l’indice de confiance pertinent en multipliant l’indice de confiance préliminaire par un coefficient multiplicateur associé à une sous-phase courante de décollage parmi un ensemble prédéterminé de sous-phases de décollage, un coefficient multiplicateur spécifique étant associé à chaque sous-phase de décollage.
- Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit ensemble prédéterminé de sous-phases de décollage comporte :
-une première sous-phase de dernier virage associée à un état d'alignement de l’aéronef sur la piste de décollage, ladite première sous-phase déclenchant un démarrage de la fusion de données, la sortie de la première sous-phase étant réalisée lorsque la valeur absolue d’une vitesse de lacet de l’aéronef devient inférieure à un premier seuil prédéterminé de vitesse de rotation pendant au moins une durée prédéterminée,
-une deuxième sous-phase d’arrêt associée à un éventuel arrêt avant une mise des gaz, ladite deuxième sous-phase étant détectée par un passage de la vitesse des roues à une valeur inférieure à un deuxième seuil prédéterminé,
-une troisième sous-phase d’accélération associée à une accélération jusqu’à la rotation, ladite troisième sous-phase étant détectée par un passage de la vitesse des roues à une valeur supérieure à un troisième seuil prédéterminé,
- une quatrième sous-phase de début d’envol associée à une période débutant par le décollage de la roulette de nez de l’aéronef jusqu'à la fin du décollage de l’aéronef, ladite quatrième sous-phase étant détectée par un passage d’une assiette longitudinale de l’aéronef à une valeur supérieure à un quatrième seuil prédéterminé. - Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que :
-le premier seuil prédéterminé correspond à une vitesse de rotation dont la valeur est sélectionnée dans un intervalle de 0.001 rad/s à 0.004 rad/s, et de préférence de l’ordre de 0.002 rad/s
-le deuxième seuil prédéterminé correspond à une vitesse des roues dont la valeur est sélectionnée dans un intervalle de 1kt à 3 kt, et de préférence de l’ordre de 1kt,
-le troisième seuil prédéterminé correspond à une vitesse supérieure à une valeur sélectionnée dans un intervalle entre 30kt et 40kt, et
-le quatrième seuil prédéterminé correspond à une assiette longitudinale supérieure à une valeur sélectionnée dans un intervalle entre 1degA et 2degA. - Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le cas où l’indice de confiance préliminaire est strictement compris entre 0% et 100%, le module de fusion de données est configuré pour diminuer l’indice de confiance préliminaire en élargissant une valeur de covariance relative à la fusion des données, et en ce que dans le cas où l’indice de confiance préliminaire est égal à 0, le module de fusion de données est configuré pour déterminer la position courante de l'aéronef sur la piste de décollage en ne tenant compte que des données inertielles de l’aéronef et des vitesses des roues.
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les modules de traitement d’images sont configurés pour :
- former une vue de dessus de la piste de décollage en réalisant une homographie de chaque image d’entrée à partir des paramètres extrinsèques et intrinsèques des caméras du dispositif de prise d’images,
- rechercher sur ladite vue de dessus un triplé de lignes constitué d’un axe central et de deux lignes latérales, et
- déterminer la position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage en calculant une déviation entre l’axe de l’aéronef et ledit axe central de la piste de décollage. - Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que dans le cas où une détection directe de l’axe central n’est pas assurée, les modules de traitement d’images sont configurés pour estimer de manière indirecte la position de l’axe central en se basant sur les lignes latérales de la piste de décollage qui sont espacées par une largeur de piste préenregistrée dans un serveur de données de l’aéronef, l’axe central étant reconstitué en calculant la médiane entre les deux lignes latérales.
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de prise d’images comporte un ensemble de caméras positionnées à différents endroits de l’aéronef, les modules de traitement d’images sont configurés pour estimer la position courante préliminaire de l'aéronef et l’indice de confiance préliminaire selon les flux d’images de chaque caméra et en ce que le module de fusion récupère la position courante préliminaire de l'aéronef ayant l’indice de confiance préliminaire le plus élevé ou une combinaison statistique desdites positions courantes préliminaires dans le cas où les indices de confiances sont égaux.
- Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de prise d’images (3) comporte une caméra avant (131) destinée à prendre des images de la piste devant l’aéronef et une caméra arrière (132) destinée à prendre des images de la piste derrière l’aéronef de sorte que dans le cas où l’une des deux caméras avant et arrière est éblouie par le soleil, les images prises par l’autre caméra restent pertinentes.
- Procédé de décollage automatique d’un aéronef d’une piste de décollage, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- prendre depuis l’aéronef un flux d’images de la piste de décollage,
- estimer à partir desdits flux d’images une position courante préliminaire de l'aéronef sur la piste de décollage et attribuer un indice de confiance préliminaire à ladite estimation,
- déterminer une position courante pertinente de l'aéronef sur la piste de décollage en prenant en compte des données inertielles pour corriger l’estimation de la position courante préliminaire,
- déterminer un indice de confiance pertinent en prenant en compte une vitesse courante des roues de l’aéronef pour affiner l’indice de confiance préliminaire, et
- contrôler le décollage de l’aéronef en fonction de ladite position courante pertinente et dudit indice de confiance pertinent.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2008114A FR3113166B1 (fr) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | Procédé et système de décollage automatique d’un aéronef |
| US17/387,099 US11687097B2 (en) | 2020-07-30 | 2021-07-28 | Method and system allowing automatic take-off of an aircraft |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2008114A FR3113166B1 (fr) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | Procédé et système de décollage automatique d’un aéronef |
| FR2008114 | 2020-07-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3113166A1 true FR3113166A1 (fr) | 2022-02-04 |
| FR3113166B1 FR3113166B1 (fr) | 2022-09-09 |
Family
ID=73698968
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2008114A Active FR3113166B1 (fr) | 2020-07-30 | 2020-07-30 | Procédé et système de décollage automatique d’un aéronef |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11687097B2 (fr) |
| FR (1) | FR3113166B1 (fr) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116203849B (zh) * | 2023-05-06 | 2023-07-25 | 北京理工大学 | 一种应用于远程复合制导飞行器的落角约束控制系统 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040059497A1 (en) * | 2002-09-20 | 2004-03-25 | Sankrithi Mithra M.K.V. | Autotiller control system for aircraft |
| US20090201197A1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Thales | Methods of optimizing the location of an aircraft on the ground and in the take-off and landing phases |
| US20100200704A1 (en) * | 2007-09-24 | 2010-08-12 | Airbus Operations Gmbh | Automatic Control of a High Lift System of an Aircraft |
| RU2550887C2 (ru) * | 2013-06-13 | 2015-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | Бортовая интегрированная система информационной поддержки экипажа и когнитивный формат представления полетной информации на этапе "взлет" многодвигательного воздушного судна |
| FR3024127A1 (fr) | 2014-07-25 | 2016-01-29 | Airbus Operations Sas | Procede et systeme d'atterrissage automatique autonome |
| FR3044807A1 (fr) | 2015-12-03 | 2017-06-09 | Airbus Operations Sas | Procede et systeme d'aide a l'atterrissage d'un aeronef |
| CN109240330A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-18 | 陶文英 | 一种无人机系统站机分离的飞行控制方法 |
| US20190122572A1 (en) * | 2017-10-24 | 2019-04-25 | Dassault Aviation | System for controlling a lateral path of an aircraft including a rudder bar |
| US20200216190A1 (en) * | 2019-01-07 | 2020-07-09 | Ge Aviation Systems Limited | Aircraft airspeed system and method of cross checking airspeed |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9074891B2 (en) * | 2012-10-18 | 2015-07-07 | Honeywell International Inc. | High integrity, surface guidance system for aircraft electric taxi |
| US11335009B2 (en) * | 2020-04-27 | 2022-05-17 | University Of Malta | Method and system for aerodrome taxiway surface marking detection |
-
2020
- 2020-07-30 FR FR2008114A patent/FR3113166B1/fr active Active
-
2021
- 2021-07-28 US US17/387,099 patent/US11687097B2/en active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040059497A1 (en) * | 2002-09-20 | 2004-03-25 | Sankrithi Mithra M.K.V. | Autotiller control system for aircraft |
| US20100200704A1 (en) * | 2007-09-24 | 2010-08-12 | Airbus Operations Gmbh | Automatic Control of a High Lift System of an Aircraft |
| US20090201197A1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Thales | Methods of optimizing the location of an aircraft on the ground and in the take-off and landing phases |
| RU2550887C2 (ru) * | 2013-06-13 | 2015-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный комплекс "ЭЛАРА" имени Г.А. Ильенко" (ОАО "ЭЛАРА") | Бортовая интегрированная система информационной поддержки экипажа и когнитивный формат представления полетной информации на этапе "взлет" многодвигательного воздушного судна |
| FR3024127A1 (fr) | 2014-07-25 | 2016-01-29 | Airbus Operations Sas | Procede et systeme d'atterrissage automatique autonome |
| FR3044807A1 (fr) | 2015-12-03 | 2017-06-09 | Airbus Operations Sas | Procede et systeme d'aide a l'atterrissage d'un aeronef |
| US20190122572A1 (en) * | 2017-10-24 | 2019-04-25 | Dassault Aviation | System for controlling a lateral path of an aircraft including a rudder bar |
| CN109240330A (zh) * | 2018-09-18 | 2019-01-18 | 陶文英 | 一种无人机系统站机分离的飞行控制方法 |
| US20200216190A1 (en) * | 2019-01-07 | 2020-07-09 | Ge Aviation Systems Limited | Aircraft airspeed system and method of cross checking airspeed |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3113166B1 (fr) | 2022-09-09 |
| US20220100206A1 (en) | 2022-03-31 |
| US11687097B2 (en) | 2023-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2418243C (fr) | Procede de guidage d'un aeronef en phase finale d'atterrissage et dispositif correspondant | |
| EP3388914A1 (fr) | Procédé de suivi de cible par un drone, programme d'ordinateur, système électronique et drone associés | |
| EP2375299B1 (fr) | Système de gestion de vol d'un aéronef sans pilote à bord de l'aéronef | |
| EP3657213B1 (fr) | Procede d'apprentissage d'un reseau de neurones embarque dans un aeronef pour l'aide a l'atterrissage dudit aeronef et serveur pour la mise en oeuvre d'un tel procede | |
| WO2007010141A2 (fr) | Procede et dispositif de securisation d’un vol automatique a basse altitude d’un aeronef | |
| FR2935521A1 (fr) | Procede de verification de la coherence des parametres de decollage d'un aeronef avec une longueur de piste disponible | |
| EP3451314A1 (fr) | Procede et dispositif d'evitement d'un objet par detection de son rapprochement d'un aeronef | |
| FR2897448A1 (fr) | Procede et systeme d'aide au pilotage d'un aeronef. | |
| CA2591961C (fr) | Procede et dispositif pour determiner la largeur d'un corridor de securite pour un aeronef, ainsi que methode et systeme de securisation d'un vol automatique a basse altitude d'unaeronef | |
| FR3077393A1 (fr) | Véhicules aériens à vision artificielle | |
| FR3110999A1 (fr) | Procédé et système de détection et d’évitement d’obstacles à plusieurs espaces de détection pour aéronef | |
| FR3113166A1 (fr) | Procédé et système de décollage automatique d’un aéronef | |
| EP1520152A1 (fr) | Procede d aide a la navigation d un aeronef et dispositif correspondant | |
| EP1205732A2 (fr) | Centrale inertielle de navigation comportant un récepteur GPS intégré | |
| FR3016224B1 (fr) | Procede et dispositif de guidage d'un aeronef lors d'un vol a basse hauteur. | |
| EP2330474B1 (fr) | Procédé et dispositif pour déterminer une trajectoire de décollage permettant de maximiser la masse au décollage d'un aéronef. | |
| WO2014146884A1 (fr) | Procede d'observation d'une zone au moyen d'un drone | |
| EP1645888B1 (fr) | Dispositif d'assistance au pilotage d'un véhicule en tout terrain | |
| WO2021239696A1 (fr) | Procédé et système d'aide à l'approche d'un aéronef en vue de l'atterrissage | |
| FR3093573A1 (fr) | Procédé et système de mise à jour automatique d’au moins une base de données aéroportuaires | |
| FR2925710A1 (fr) | Procede et dispositif de modification d'une trajectoire de vol pour realiser une manoeuvre d'espacement. | |
| EP4086819A1 (fr) | Procédé d'apprentissage d'une intelligence artificielle supervisée destinée à identifier un objet prédeterminé dans l'environnement d'un aéronef | |
| EP3882735B1 (fr) | Procédé et système électronique de génération d'au moins une consigne de guidage pour un aéronef, programme d'ordinateur et aéronef associés | |
| WO2023052448A1 (fr) | Procédé de détection d'obstacles | |
| EP4390439A1 (fr) | Procede et systeme de detection d'obstacles avec un capteur d'obstacles pour un aeronef a voilure tournante |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20220204 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |