WO2007048931A2

WO2007048931A2 - Procede d'aide au calage de l'altitude barometrique d'un aeronef

Info

Publication number: WO2007048931A2
Application number: PCT/FR2006/002404
Authority: WO
Inventors: Jérôme Sacle; François Coulmeau
Original assignee: Thales
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-10-24
Publication date: 2007-05-03
Also published as: WO2007048931A3; FR2892503A1; US20080243316A1; FR2892503B1

Abstract

L'invention concerne un procédé d'aide au calage de l'altitude barométrique d'un aéronef équipé d'un moyen (11 , 12) de détermination de l'altitude n'utilisant pas la pression barométrique. Le procédé consiste à : déterminer à l'aide du moyen (11, 12) de détermination de l'altitude une altitude (Zv, Zi, Zr, Zh) et sa précision relative (Pzv, Pzr) ; comparer l'altitude déterminée (Zv, Zi, Zr, Zh) à une altitude barométrique mesurée à bord de l'aéronef ; générer une alerte lorsque l'écart entre l'altitude déterminée (Zv, Zi, Zr, Zh) et l'altitude barométrique mesurée dépasse une valeur prédéfinie ; proposer une valeur de calage de l'altitude barométrique.

Description

Procédé d'aide au calage de l'altitude barométrique d'un aéronef

L'invention concerne un procédé d'aide au calage de l'altitude barométrique d'un aéronef.

Le déroulement d'un vol nécessite l'utilisation de différents calages de l'altitude barométrique. Le départ et l'arrivée s'opèrent dans les basses couches atmosphériques utilisant une référence d'altitude ou de hauteur locale pour situer l'avion dans le plan vertical. Le reste du vol de la montée à l'arrivée utilisent une référence altimétrique standard facilitant l'espacement entre les aéronefs. Le changement de référence altimétrique s'effectue par une opération de calage barométrique pour l'altimètre lors de la montée et de la descente. Ces opérations s'effectuent manuellement par le pilote nécessitant la connaissance de la pression altimétrique de référence locale dans les basses couches. Cette pression de référence est généralement donnée par rapport au niveau moyen des mers et sera par la suite appelée QNH. D'autres références peuvent également être utilisées comme par exemple la pression au niveau du terrain appelée QFE.

Les causes d'erreurs de calage altimétrique peuvent provenir d'une acquisition erronée de la pression de référence, de l'affichage erroné de celle-ci sur les altimètres ou de l'oubli d'effectuer le changement de calage altimétrique selon la phase du vol.

Les conséquences d'un calage altimétrique erroné sont notamment :

• survol d'obstacles à une hauteur plus faible que ce qu'impose la procédure, réduisant la marge de franchissement ;

• survol des obstacles à une hauteur plus importante que ce qu'impose une procédure d'approche, ce qui entraîne un plan d'approche erroné pouvant impliquer des difficultés pour réduire la vitesse en approche finale ;

• survol des zones urbanisées à une hauteur plus faible que ce qu'impose la procédure, augmentant les nuisances sonores.

• transmission d'une information erronée d'altitude de l'aéronef à un organisme de contrôle en charge de l'information de trafic en espace aérien non couvert par un radar.

COPiE DE COMFIRiATîON • transmission d'une information erronée d'altitude de l'aéronef, à un autre aéronef lors d'une opération de séparation entre aéronefs en secteur d'auto information.

• pénétration dans une zone restreinte ou interdite due à une lecture faussée de l'altitude.

Par ailleurs, des aéronefs convenablement équipés en instruments de bord peuvent être amenés à opérer dans des régions géographiques où l'assistance au sol est très limitée. Pour de nombreux aérodromes isolés en Afrique, Amérique du Sud, Asie, grand Nord l'information de pression atmosphérique locale n'est pas disponible depuis une station sol appropriée.

Les aspects de calage altimétrique ont donc un impact direct sur la sécurité des vols. Une pratique courante consiste pour le pilote de l'aéronef en phase d'approche, à interroger le contrôle aérien de son point d'arrivé sur la valeur du QNH. A réception de l'information, le pilote modifie manuellement le calage de l'altimètre de bord. Cette opération manuelle est source d'erreur tant au niveau de la compréhension de l'information reçue que de la saisie sur l'altimètre.

L'invention vise à améliorer la fiabilité du calage de l'altitude barométrique d'un aéronef. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'aide au calage de l'altitude barométrique d'un aéronef équipé d'un moyen de détermination de l'altitude n'utilisant pas la pression barométrique, caractérisé en ce qu'il consiste à :

• déterminer à l'aide du moyen de détermination de l'altitude une altitude et sa précision relative,

• comparer l'altitude déterminée à une altitude barométrique mesurée à bord de l'aéronef,

• générer une alerte lorsque l'écart entre l'altitude déterminée et l'altitude barométrique mesurée dépasse une valeur prédéfinie.

Le procédé conforme à l'invention est utilisable pour tous les types d'aéronefs, militaires et civils se rapportant notamment à l'aviation d'affaire, régionale et long courrier.

Le procédé est une aide pour opérer vers des terrains d'aviation isolés dont l'organisme de la circulation aérienne n'est pas en fonction, permettant ainsi d'abaisser les minima d'approche. L'altitude de décision de certaines approches peut varier selon la connaissance ou non de la pression atmosphérique locale. Pour les zones géographiques où le QNH est disponible, le procédé est alors un moyen de vérification du calage altimétrique en phase d'approche.

Le procédé assure une alerte lorsque l'altitude déterminée apparaît sans ambiguïté différente de l'altitude mesurée par des moyens barométriques qui est fonction du QNH affiché par le pilote. Le procédé permet le calage semi-automatique du QNH lors de l'approche après confirmation du pilote. Le procédé peut assurer un calage automatique sans intervention extérieure par exemple dans le cas d'aéronefs sans pilotes appelés drones.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :

La figure 1 représente différentes phases de vol en approche ; la figure 2 représente un plan de vol comprenant des points de passage ; la figure 3 représente un dispositif permettant de mettre en oeuvre l'invention ; la figure 4 représente sous forme de bloc diagramme un exemple d'enchaînement des opérations du procédé de l'invention.

Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

La figure 1 représente en trait interrompu la trajectoire 1 d'un avion 2 en approche vers une piste 3 située à une altitude Zp par rapport au niveau de la mer 4. l'avion est équipé de deux moyens de détermination de l'altitude n'utilisant pas la pression barométrique, tels que des moyens de navigation par satellite comme par exemple un système GPS ainsi que des moyens de radio altimétrie Ces derniers moyens ont une portée limitée. Ils ne peuvent effectuer de mesure au-delà de 2500 pieds voire 4000 pieds pour des moyens de radio altimétrie récents. On rappelle qu'un pied vaut 0,33 m. Dans la suite de la description les altitudes seront exprimées en pieds selon l'habitude du secteur aéronautique. Dans une première phase Φ de vol, au- delà de la portée des moyens de radio altimétrie, seul le système GPS permet de déterminer l'altitude en complément de moyen de mesure de la pression barométrique, moyen également présent à bord de l'avion. Le système GPS détermine l'altitude de l'avion ainsi que la précision avec 95% de certitude en fonction des signaux reçus des satellites de la constellation GPS. La précision est par exemple de 45 pieds lorsque le signal reçu est de type mono fréquence sans brouillage. La précision est de 20 pieds lorsque le signal reçu est de type bi-fréquences sans brouillage. Le mode de transmission bi-fréquences est en cours de déploiement au jour du dépôt de la présente demande de brevet. Le récepteur GPS embarqué sur l'avion peut déterminer un niveau de précision vertical bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom de « vertical figure of merit (VFOM) ».

Le procédé conforme à l'invention convertit l'altitude déterminée par le système GPS en une altitude barométrique déterminée. L'altitude est déterminée par le système GPS dans un repère appelé WGS84 qui lui est propre. Il est avantageux de changer de repère et de déterminer l'altitude par rapport au niveau moyen des mers. On peut par exemple utiliser le repère « Geoïde ». le changement de repère peut se faire au moyen d'une matrice disponible dans la littérature aéronautique. Avantageusement, on corrige l'altitude déterminée par le système GPS en fonction de la température afin d'obtenir une altitude barométrique corrigée. Un exemple de correction est donné par la formule suivante :

Zv / Zi =Tr / Tstd où Zv représente l'altitude déterminée par le système GPS, Zi représente l'altitude barométrique déterminée corrigée, Tr représente la température statique mesurée par l'avion, et Tstd représente la température standard à l'altitude considérée. La température standard au niveau de la mer est de 288 K à laquelle on soustrait 2 K par 1000 pieds d'altitude. La formule de correction de température présentée plus haut est une formule simplifiée. D'autre formules existent et permettent de mieux affiner la correction.

L'avion est équipé de moyens de mesure de l'altitude barométrique. Selon l'invention, on compare l'altitude Zi déterminée par le système GPS à une altitude barométrique mesurée, et on génère une alerte lorsque l'écart entre l'altitude Zi et l'altitude barométrique mesurée dépasse une valeur prédéfinie, avantageusement fonction de la précision de la mesure réalisée par le système GPS.

Ensuite, le procédé détermine la correction à apporter au calage de l'altitude barométrique, par exemple exprimé en QNH. Plus précisément, le procédé converti la différence entre l'altitude Zi et l'altitude barométrique mesurée en pression exprimée en hPa. Lorsque l'avion est dans les basses couches de l'atmosphère, environ jusqu'à une altitude de 1000 pieds, on peut effectuer la conversion en fonction de l'équivalence d'un hPa pour 28 pieds. En altitude plus élevée, on peut utiliser un abaque plus précis disponible dans la littérature aéronautique.

La figure 2 permet d'illustrer une deuxième phase Φ de vol, à une altitude inférieure à celle de la première phase ®. L'avion peut utiliser ces moyens de radio altimétrie pour déterminer une autre valeur Zr de son altitude. Plus précisément, les moyens de radio altimétrie mesurent une hauteur Hm par rapport au sol et y ajoute l'altitude du terrain Zt au point considéré pour obtenir l'altitude Zr. L'altitude du terrain Zt est déterminée à partir d'une base de donnée terrain et de la position latérale de l'avion déterminée par exemple par le système GPS ou par tout autre moyen tel que par exemple une centrale inertielle et un calculateur de vol équipant l'avion. On peut utiliser une base de donnée embarquée à bord de l'avion. Cette base est précise, fiable et peu volumineuse. Elle concerne notamment des points de passage prévus dans le plan de vol. Sur la figure 2, trois points de passage Wp1 , Wp2 et Wp3 sont représentés, appelés de façon générique Wpi par la suite. Le plan de vol de l'avion 2 et représenté en traits pleins. La trajectoire 1 réelle de l'avion 2 est représentée en traits pointillés. Généralement, l'avion 2 ne passe pas exactement au-dessus des points de passage et habituellement, l'avion anticipe ses virages. La base de donnée embarquée permet de connaître l'altitude Zt au point de passage Wpi considéré ainsi qu'une zone circulaire Ci centrée sur le point de passage Wpi et à l'intérieure de laquelle l'altitude terrain ne diffère pas de plus de 5% de l'altitude Zt du point de passage Wpi. La base de donnée embarquée peut exprimer les altitude dans le repère WGS84 utilisé par le système GPS. Avantageusement, on calcule une moyenne sur plusieurs mesure de l'altitude Hm tant que l'avion survole la zone circulaire Ci ce qui permet de minimiser une éventuelle erreur d'altitude due à une imprécision dans la connaissance de la position latérale de l'avion 2.

Comme pour le système GPS, on convertit l'altitude Zr déterminée par les moyens de radio altimétrie en une altitude barométrique déterminée avec un éventuel changement de repère et une correction de température pour obtenir une altitude barométrique déterminée corrigée.

Ensuite, on compare l'altitude déterminée par les moyens de radio altimétrie à une altitude barométrique mesurée, et on génère une alerte lorsque l'écart entre l'altitude radio altimétrique et l'altitude barométrique mesurée dépasse une valeur prédéfinie, avantageusement fonction de la précision de la mesure réalisée par les moyens de radio altimétrie

Par ailleurs, on peut déterminer une précision dans la mesure d'altitude radio altimétrique La précision de la sonde effectuant la mesure de hauteur Hm dépend de la valeur de la mesure. Cette précision peut être connue par étalonnage des moyens de radio altimétrie. A titre d'exemple, on obtient couramment, une précision de l'ordre de 2% pour une hauteur Hm inférieure à 1000 pieds.

Avantageusement, on détermine une altitude pondérée Zh fonction des altitudes Zv et Zr données par chaque moyen de détermination de l'altitude et de leur précision relative notées respectivement Pzv et Pzr. Par exemple, lorsque les précisions des deux moyens détermination de l'altitude sont du même ordre de grandeur, l'altitude pondérée est égale à la moyenne des altitudes déterminées par chacun des moyens de détermination de l'altitude.

Avantageusement, la pondération tient compte de la précision retenue pour chaque moyen de détermination de l'altitude. On peut par exemple, définir pour chaque moyen de détermination de l'altitude un niveau de précision Pzv ou Pzr pouvant varier de 1 à 9 ; 1 représentant une grande précision et 9 une faible précision. L'altitude pondérée Zh sera alors égale à : Zh = (Zr/Pzr + Zv/Pzv) x (1/Pzr + 1/Pzv)

On peut ne pas tenir compte d'une mesure réalisée par un des moyens de détermination de l'altitude si la précision de la mesure réalisée par l'autre moyen de détermination de l'altitude est nettement supérieure. Par exemple, en dessous de 1000 pieds, dans le cas où les signaux reçus par le système GPS ne proviennent que de deux satellites, on ne tient compte que de l'altitude déterminée par les moyens de radio altimétrie. Il est bien entendu que dans le cas d'un système GPS différentiel, sa précision demeure très bonne pour de faibles altitudes, de l'ordre de 10 pieds. On conservera alors le calcul d'altitude pondérée en approche jusqu'à l'atterrissage.

Comme précédemment, on convertit l'altitude Zh en une altitude barométrique pondérée avec un éventuel changement de repère et une correction de température pour obtenir une altitude barométrique pondérée corrigée. Puis on compare l'altitude barométrique pondérée corrigée à une altitude barométrique mesurée, et on génère une alerte lorsque l'écart entre l'altitude barométrique pondérée corrigée et l'altitude barométrique mesurée dépasse une valeur prédéfinie.

Avantageusement, la valeur prédéfinie est fonction la précision du ou des moyens de détermination de l'altitude retenus pour calculer l'altitude pondérée Zh.

Avantageusement, après génération de l'alerte, on propose une valeur de calage de l'altitude barométrique au pilote de l'aéronef permettant de faire coïncider l'altitude barométrique mesurée avec l'altitude barométrique déterminée. Le pilote a ensuite la possibilité de valider ou non cette valeur de calage. Le pilote peut éventuellement vérifier cette valeur avec un contrôleur aérien.

Avantageusement, lorsque l'avion est en descente, au-dessous d'une altitude prédéfinie, par exemple de 500 pieds, la valeur de calage de l'altitude barométrique aura été suffisamment affiné à une altitude plus élevée et le pilote est suffisamment impliqué dans les actions d'approche finale pour ne plus s'occuper du calage et le procédé gèle ses calculs et ne génère pas d'alerte.

Avantageusement, en approche, l'avion peut recevoir des données concernant l'aéroport de destination comme notamment le calage barométrique local tel que le QNH. Cette information peut transiter par une liaison numérique bien connue dans la littérature anglo-saxonne sous le nom « Digital Automatic Terminal Information Services (DATIS) ». On peut comparer le calage barométrique local transmis de façon numérique avec le calage effectif à bord de l'avion et générer une alerte lorsqu'une différence entre le calage barométrique local transmis et le calage effectif dépasse une valeur prédéfinie, par exemple 1 hPa. On propose ensuite au pilote de remplacer la valeur de calage effectif par la valeur de calage barométrique local transmis. Le pilote peut ensuite valider ou non ce remplacement.

La figure 3 représente un dispositif permettant de mettre en œuvre l'invention. Le procédé est mis en œuvre dans un calculateur 10 contrôlant les données de vol appelé ADS et bien connu dans la littérature anglo saxonne sous le nom de « Air Data System ». Le calculateur ADS 10 reçoit des altitudes déterminées de deux moyens de détermination de l'altitude n'utilisant pas la pression barométrique tels qu'un système GPS 11 et un radio altimètre 12, des informations relatives à l'altitude Zt du terrain en provenance d'une base de donnée terrain 13, une altitude barométrique mesurée par un altimètre 14 dont l'afficheur 15 est représenté, des informations relatives à la position latérale de l'avion en provenance du système GPS 11 et/ou d'un calculateur 16 de contrôle du vol appelé FMS et bien connu dans la littérature anglo saxonne sous le nom de « Flight Management System ». Le calculateur ADS 10 est de plus relié à un afficheur 17 permettant d'afficher l'alerte lorsque l'écart entre l'altitude déterminée et une altitude barométrique mesurée à bord de l'avion dépasse une valeur prédéfinie, à l'altimètre 14 pour connaître le calage effectif de l'altimètre, et à des moyens d'entrée de donnée 18 permettant au pilote de valider la valeur de calage permettant de faire coïncider l'altitude barométrique mesurée avec l'altitude déterminée.

La figure 4 représente sous forme de bloc diagramme un exemple d'enchaînement des opérations du procédé de l'invention.

La détermination de l'altitude à l'aide d'un moyen de détermination de l'altitude n'utilisant pas la pression barométrique est représenté aux cadres 20 à 22. le cadre 20 représente la détermination de l'altitude Zv par le système GPS lorsque l'aéronef est hors de portée de ses moyens de radioaltimétrie. Le cadre 21 représente la détermination de l'altitude pondérée Zh à la fois par le système GPS et par les moyens de radioaltimétrie. Le cadre 22 représente la détermination de l'altitude Zt uniquement par les moyens de radioaltimétrie. L'altitude Zt seule, sans pondération avec l'altitude Zv, n'est prise en compte qu'à basse altitude, par exemple en dessous de 1000 pieds, seuil au-dessous duquel on considère que Zt a une précision nettement supérieure à l'altitude Zv. Le cadre 23 représente le fait de choisir l'une des trois altitudes Zv, Zh ou Zt en fonction de leur valeur et de leur précision relative. Le cadre 24 représente la correction d'une des trois altitude Zv, Zh ou Zt en fonction de la température pour obtenir l'altitude déterminée corrigée Zi. L'altitude Zi est ensuite comparée au cadre 25 avec une altitude mesurée par une chaîne barométrique 26 comportant une prise de pression statique de l'air entourant l'aéronef. La comparaison effectuée au cadre 25 permet de déterminer un écart DZ entre l'altitude Zi et l'altitude mesurée par la chaîne barométrique 26. L'écart DZ est ensuite converti, au cadre 27, en pression DP exprimée en hPa. La pression DP est ensuite comparée au cadre 28 à la valeur de calage barométrique 29 saisie dans la chaîne de mesure barométrique. Cette valeur est par exemple de 1024 hPa comme représentée sur la figure 3. De la comparaison entre la pression DP et la valeur de calage, on calcule une différence de calage DC au cadre 30. Si cette différence DC est supérieure à une différence prédéterminé, on génère une alerte au cadre 31. En parallèle à la génération de cette alarme, on propose une nouvelle valeur de calage au cadre 32 qui est transmise au calculateur ADS 10 après validation au cadre 33 par le pilote de l'aéronef. Le calculateur 10 transmet la valeur de calage validée par le pilote à la chaîne barométrique 26 pour remplacement de la valeur de calage 29 précédemment saisie.

Avantageusement, la comparaison, réalisée au cadre 28, de la valeur de calage barométrique 29 saisie peut se faire soit avec la pression DP, comme décrit plus haut, soit avec le calage barométrique local transitant par la liaison numérique DATIS 35 lorsque le calage est disponible. Le choix entre la pression DP le calage local est représenté au cadre 36. Habituellement, on privilégie le calage local lorsque celui-ci est disponible.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé d'aide au calage de l'altitude barométrique d'un aéronef équipé d'un moyen (11 , 12) de détermination de l'altitude n'utilisant pas la pression barométrique, caractérisé en ce qu'il consiste à :

• déterminer à l'aide du moyen (11 , 12) de détermination de l'altitude une altitude (Zv, Zi, Zr, Zh) et sa précision relative (Pzv, Pzr),

• comparer l'altitude déterminée (Zv, Zi, Zr, Zh) à une altitude barométrique mesurée à bord de l'aéronef,

• générer une alerte lorsque l'écart entre l'altitude déterminée (Zv, Zi, Zr, Zh) et l'altitude barométrique mesurée dépasse une valeur prédéfinie,

• proposer une valeur de calage de l'altitude barométrique.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la comparaison de l'altitude déterminée (Zv, Zi, Zr, Zh) à une altitude barométrique mesurée à bord de l'aéronef donne un écart (DZ), en ce qu'on compare l'écart (DZ) à une valeur de calage barométrique (29) pour déterminer une différence de calage (DC) et en ce que l'alerte est générée et une nouvelle valeur de calage proposée si la différence de calage (DC) est supérieure à une différence prédéterminée.

3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'écart (DZ) est converti en pression (DP) avant d'être comparée à la valeur de calage barométrique (29).

4. procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la comparaison (28) de la valeur de calage barométrique 29 saisie peut se faire soit avec l'écart (DZ, DP) soit avec un calage barométrique local reçu d'un aéroport de destination.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes,, caractérisé en ce que l'aéronef est équipé de deux moyens (11 , 12) de détermination de l'altitude n'utilisant pas la pression barométrique et en ce que l'altitude déterminée est une altitude pondérée (Zh) fonction des altitudes données par chaque moyen (11, 12) de détermination de l'altitude et de leur précision relative (Pzv, Pzr).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après génération de l'alerte, on propose une valeur de calage au pilote de l'aéronef permettant de faire coïncider l'altitude barométrique mesurée avec l'altitude déterminée (Zv, Zi, Zr, Zh), et en ce qu'un pilote de l'aéronef a la possibilité de valider ou non la valeur de calage.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on transmet la valeur de calage validée par le pilote à la chaîne barométrique (26) pour remplacement de la valeur de calage (29) précédemment saisie.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calage de l'altitude barométrique est automatiquement modifié lorsque l'écart entre l'altitude déterminée (Zv, Zi, Zr, Zh) et l'altitude barométrique mesurée dépasse une valeur prédéfinie.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un premier moyen de détermination de l'altitude comporte des moyens (11) de navigation par satellite.

10. Procédé selon l'une des revendications 5 à 9 en tant que revendication dépendante de la revendication 5, caractérisé en ce que un deuxième moyen de détermination de l'altitude comporte des moyens (12) de radio altimétrie.

11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'altitude déterminée (Zv, Zi, Zr, Zh) est corrigée en fonction de la température (Tr).

12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur prédéfinie est fonction la précision (Pzv, Pzr) des moyens (11 , 12) de détermination de l'altitude.

13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au-dessous d'une altitude prédéfinie le procédé gèle ses calculs et ne génère pas d'alerte.