WO2023094761A1 - Procédé de détection de défaillance d'un baro-altimètre dans une boucle baro-inertielle et système associé - Google Patents

Procédé de détection de défaillance d'un baro-altimètre dans une boucle baro-inertielle et système associé Download PDF

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inertial
failure
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Yves Becheret
Loïc Davain
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Safran Electronics & Defense
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    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
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    • G01C5/005—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels altimeters for aircraft

Definitions

  • TITLE Baro-altimeter failure detection method in a baro-inertial loop and associated system
  • the technical field of the invention is that of metrology for aiding the vertical positioning of airborne systems.
  • the present invention relates to a baro-altimeter failure detection method and in particular a baro-altimeter failure detection within a baro-inertial loop by comparing a correction value d vertical acceleration at a threshold.
  • vertical positioning we mean any type of vertical information, for example altitude, vertical speed or vertical acceleration.
  • the plurality of sensors is integrated in an inertial unit or in an AHRS (from the English “Attitude and Heading Reference System” for “Attitude and Heading Reference System”).
  • An inertial unit includes at least acceleration and rotation sensors to determine the movement relative to the Earth of the system in which it is embedded, after an initialization phase.
  • An AHRS also uses measurements of the magnetic field and air speed with computing means, in order to develop information on its attitude relative to the Earth and to maintain its location.
  • an inertial unit as in an AHRS, as the position and the speed are obtained by continuous integration of the acceleration measured by the accelerometer, the slightest acceleration error is accumulated and amplified by the integration to obtain the speed and by the double integration to obtain the position.
  • airborne systems embed additional sensors to correct these errors.
  • aircraft typically carry a baro- altimeter to obtain a pressure difference between a reference altitude and the altitude of the baro-altimeter.
  • the information obtained from the baro-altimeter is used by a processor to permanently correct the vertical error of the accelerometer.
  • This processor implements a digital loop called a baro-inertial loop.
  • Such a known baro-inertial loop is represented schematically in FIG.
  • a specific vertical force F_speZ is supplied as input to a navigating inertial unit CIN or to an AHRS, by an accelerometer.
  • Adders are represented by circles including a cross.
  • Integrators are represented by triangles.
  • the CIN or AHRS provides an estimated vertical acceleration yZ, based on the specific vertical force F_speZ, on the estimated local gravity g_est and on the estimated Coriolis acceleration via the estimated horizontal velocity Vxyest and the local curvature of the ellipsoid by the computer C.
  • the vertical acceleration information is integrated a first time by the integrator 11 to obtain a vertical speed Vzbi then a second time by the integrator I2 to obtain a vertical position (altitude) Zbi.
  • the computer C performs a calculation of gravity from the altitude Zbi and the Coriolis acceleration, which is added to the specific vertical force F_speZ coming from the accelerometer.
  • This loop (upper on the schematic representation of Figure 1) will be called "inertial loop". As indicated previously, since this inertial loop is based solely on accelerometer measurements, the measurement errors accumulate and the values obtained are unstable.
  • Known baro-inertial loops then include an integrated altitude servo-control from inertial measurements on an altitude measured by a baro-altimeter with an order corrector 3.
  • the baro-inertial loop of Figure 1 comprises therefore as input an additional measurement of pressure difference coming from a baro-altimeter.
  • This “pressure altitude” Zbaro is supplied as input to the “BA” block. It is compared to the altitude Zbi coming from the inertial loop and this difference is sent back to different points of the inertial loop.
  • a permanent speed correction implies an acceleration error.
  • the K3 loop corrects the acceleration, which makes it possible to avoid permanently correcting the speed, not having a permanent speed bias due to an acceleration error.
  • This acceleration correction makes it possible to compensate for errors due to:
  • the correction loop is an order corrector 3 comprising three gains K1 to K3. These gains are predetermined as a function of the anemometric chain of the airborne system which embeds the baro-inertial loop. These gains can be a function, for example, of maximum errors, error overshoot and desired convergence speeds. Particular constraints apply for example for airborne systems which maneuver very strongly in the vertical axis, involving gains K1 to K3 different from gains K1 to K3 used for civil commercial aircraft. These gains are multiplied by the difference between the barometric altitude BA and the baro-inertial vertical position Zbi or by this difference integrated by the integrator I3.
  • corrections resulting from the multiplication of each gain with the difference between the barometric altitude BA and the baro-inertial vertical position Zbi or with this difference integrated by the integrator 13 are added at different locations of the “upper” inertial loop.
  • the correction resulting from the multiplication of the gain K1 with the difference between the barometric altitude BA and the baro-inertial vertical position Zbi is added to the baro-inertial speed Vzbi, before the integrator I2.
  • the correction resulting from the multiplication of the gain K2 with the difference between the barometric altitude BA and the baro-inertial vertical position Zbi is added to the acceleration Acc, before the integrator 11 and the correction CorrGz resulting from the multiplication of the gain K3 with the difference between the barometric altitude BA and the baro-inertial vertical position Zbi integrated by I3 is also added to the acceleration Acc, before the integrator 11 .
  • the invention offers a solution to the problems mentioned above, by making it possible to quickly and simply detect the failure of a baro-altimeter used in a baro-inertial loop. This fault indication being triggered, a correction procedure can then be carried out, for example a command can then be sent by the system to change the source of the baro-altitude information of the equipment.
  • One aspect of the invention relates to a method for detecting a failure of a baro-altimeter, the baro-altimeter being included in an airborne system, the airborne system comprising at least one accelerometer and at least one processor implementing a baro-inertial loop, the baro-inertial loop taking as input at least one vertical acceleration coming from at least one measurement of the accelerometer and at least one barometric altitude coming from at least one measurement of the baro-altimeter, the baro-inertial loop being configured to: provide, from from the vertical acceleration, at least one vertical position and at least one vertical speed correct, from and from the barometric altitude and at least one position correction gain, at least one vertical speed correction gain and at least one vertical acceleration correction gain, the vertical position and the vertical speed, the method being implemented by the processor implementing the baro-inertial loop and being characterized in that it comprises at least one step detecting a failure of the baro-altimeter when a correction value resulting from the vertical acceleration correction gain is greater than a predetermined threshold.
  • the invention it is possible to detect a failure of the baroaltimeter within a baro-inertial loop, simply and quickly.
  • the invention uses a correction coefficient of the baro-altimetric looping of a baro-inertial loop in order to detect a frozen measurement when the vertical dynamics of the aircraft is non-zero.
  • the monitoring of this corrective term with thresholds chosen judiciously in order to avoid false alarms due to the dispersion of manufacture/aging of the sensors and to the variability of the characteristics of the atmosphere, therefore makes it possible to detect abnormal behavior of the baro- altimeter, and thus to trigger a failure alert.
  • the method for detecting a failure of a baro-altimeter may have one or more additional characteristics from among the following, considered individually or according to all technically possible combinations: the accelerometer is included in an inertial unit, the rule is verified when the correction value resulting from the vertical acceleration correction gain is greater than or equal to the predetermined threshold, and the threshold predetermined is of the order of magnitude of 0.03 m/s 2 . the method further comprises a step of issuing an alert when a failure of the baro-altimeter has been detected in the detection step.
  • Another aspect of the invention relates to an airborne system comprising at least: a baro-altimeter, an accelerometer and a processor implementing a baro-inertial loop, the baro-inertial loop taking as input at least one vertical acceleration coming from at least one measurement from the accelerometer and at least one barometric altitude coming from at least one measurement from the baro-altimeter, the baro-inertial loop being configured to: provide, from the vertical acceleration, at least one position vertical speed and at least one corrected vertical speed, based on and from the barometric altitude and at least one position correction gain, at least one vertical speed correction gain and at least one position correction gain vertical acceleration, the vertical position and the vertical speed, the system being characterized in that the processor is configured to implement the method for detecting a failure of the baro-altimeter according to the invention.
  • Another aspect of the invention relates to a computer-readable recording medium comprising instructions which, when executed by a computer, lead the latter to implement the method according to the invention.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a known baro-inertial loop
  • Figure 3 shows a schematic representation of a system implementing the method according to the invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the process according to the invention
  • Figure 5 shows a schematic representation of a baro-inertial loop modified according to the invention
  • Figure 6 shows a schematic representation of the values of the test parameter calculated according to the invention with its failure detection threshold.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a system implementing the method for detecting a failure of a baro-altimeter according to the invention.
  • a system for implementing the invention comprises at least one accelerometer A, a baro-altimeter BA and a processor P.
  • the system S of Figure 3 also comprises a navigation system Nav.
  • the accelerometer A is configured to supply at least one vertical specific force datum F_specZ to the processor P.
  • the accelerometer A can for example be included in an inertial unit CIN or in an AHRS.
  • the baro-altimeter BA is configured to supply at least one barometric altitude datum Zbaro to the processor P.
  • the processor P implements a baro-inertial loop BBI and is configured to implement the method for detecting a failure of a baro- altimeter according to the invention.
  • the processor P is further configured to transmit to the navigation system Nav at least one baro-inertial vertical speed datum Vzbi from the baro-inertial loop BBI and/ or at least one baro-inertial vertical position data Zbi coming from the baro-inertial loop BBI.
  • the processor P is configured to implement the method for detecting a failure of a baro-altimeter according to the invention.
  • Figure 4 shows a schematic representation of method 1 for detecting a failure of a baro-altimeter according to the invention.
  • the method 1 for detecting a failure of a baro-altimeter thus comprises at least one step 11 of detecting a failure of the baro-altimeter BA when the vertical acceleration correction gain verifies a rule based on a predetermined threshold SP.
  • the rule is verified when the correction value resulting from the vertical acceleration correction gain K3 is greater than or equal to the predetermined threshold SP, again preferably in absolute value.

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Abstract

Un aspect de l'invention concerne un procédé de détection d'une défaillance d'un baro- altimètre compris dans un système aéroporté comprenant au moins un accéléromètre et au moins un processeur implémentant une boucle baro-inertielle prenant en entrée au moins une accélération verticale provenant d'au moins une mesure de l'accéléromètre et au moins une altitude barométrique provenant d'au moins une mesure du baro-altimètre, la boucle baro-inertielle étant configurée pour : - fournir, à partir de l'accélération verticale, une position verticale et une vitesse verticale, - corriger, à partir et de l'altitude barométrique et d'un gain de correction de position, d'un gain de correction de vitesse verticale et d'un gain de correction d'accélération verticale, la position verticale et la vitesse verticale, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détection d'une défaillance du baro-altimètre lorsqu'une valeur de correction issue du gain de correction d'accélération verticale est supérieure à un seuil.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Procédé de détection de défaillance d’un baro-altimètre dans une boucle baro-inertielle et système associé
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
[0001] Le domaine technique de l’invention est celui de la métrologie pour l’aide au positionnement vertical de systèmes aéroportés.
[0002] La présente invention concerne un procédé de détection de défaillance d’un baro-altimètre et en particulier une détection de défaillance d’un baro-altimètre au sein d’une boucle baro-inertielle par comparaison d’une valeur de correction d’accélération verticale à un seuil.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
[0003] Les systèmes aéroportés ont un besoin de données de positionnement vertical fiables. Par « positionnement vertical » on entend tout type d’information verticale, par exemple l’altitude, la vitesse verticale ou encore l’accélération verticale.
[0004] Pour combler ce besoin de données de positionnement fiables, ces systèmes embarquent une pluralité de capteurs permettant, ensemble ou pris seuls, de positionner le système aéroporté. Chaque capteur de cette pluralité de capteurs est utilisé pour obtenir, corriger et/ou confirmer l’information de positionnement.
[0005] De manière connue, la pluralité de capteurs est intégrée dans une centrale inertielle ou dans une AHRS (de l’anglais « Attitude and Heading Reference System » pour « Système de référence d’attitude et de cap »). Une centrale inertielle comprend au moins des capteurs d’accélération et de rotation pour déterminer le mouvement par rapport à la Terre du système dans lequel elle est embarquée, après une phase d’initialisation. Une AHRS exploite également des mesures du champ magnétique et de vitesse air avec des moyens de calcul, afin d'élaborer les informations de son attitude par rapport à la Terre et d’entretenir sa localisation.
[0006] Dans une centrale inertielle comme dans une AHRS, comme la position et la vitesse sont obtenues par intégration en continu de l’accélération mesurée par l’accéléromètre, la moindre erreur d’accélération est accumulée et amplifiée par l’intégration pour obtenir la vitesse et par la double intégration pour obtenir la position. Pour pallier cela, les systèmes aéroportés embarquent des capteurs supplémentaires pour corriger ces erreurs. Par exemple, les aéronefs embarquent typiquement un baro- altimètre pour obtenir une différence de pression entre une altitude de référence et l’altitude du baro-altimètre. L’information obtenue du baro-altimètre est utilisée par un processeur pour corriger en permanence l’erreur verticale de l’accéléromètre. Ce processeur met en œuvre une boucle numérique appelée boucle baro-inertielle.
[0007] Une telle boucle baro-inertielle connue est représentée schématiquement à la Figure 1 . Une force spécifique verticale F_speZ est fournie en entrée à une centrale inertielle navigante CIN ou à une AHRS, par un accéléromètre. Les additionneurs sont représentés par des cercles comprenant une croix. Les intégrateurs sont représentés par des triangles. La CIN ou l’AHRS fournit une accélération verticale estimée yZ, basée sur la force spécifique verticale F_speZ, sur la pesanteur locale estimée g_est et sur l’accélération de Coriolis estimée via la vitesse horizontale estimée Vxyest et la courbure locale de l’ellipsoïde par le calculateur C. L’information d’accélération verticale est intégrée une première fois par l’intégrateur 11 pour obtenir une vitesse verticale Vzbi puis une seconde fois par l’intégrateur I2 pour obtenir une position verticale (altitude) Zbi. Pour améliorer la précision des valeurs obtenues, le calculateur C réalise un calcul de pesanteur à partir de l’altitude Zbi et de l’accélération de Coriolis, qui est additionnée à la force spécifique verticale F_speZ provenant de l’accéléromètre. Cette boucle (supérieure sur la représentation schématique de la Figure 1 ) sera appelée « boucle inertielle ». Comme indiqué précédemment, cette boucle inertielle se basant uniquement sur des mesures d’accéléromètre, les erreurs de mesure se cumulent et les valeurs obtenues sont instables.
[0008] Les boucles baro-inertielles connues comprennent alors un asservissement de l’altitude intégrée à partir de mesures inertielles sur une altitude mesurée par un baro-altimètre avec un correcteur d’ordre 3. La boucle baro-inertielle de la Figure 1 comprend donc en entrée une mesure supplémentaire de différence de pression provenant d’un baro-altimètre. Cette « altitude pression » Zbaro est fournie en entrée au bloc « BA ». Elle est comparée à l’altitude Zbi provenant de la boucle inertielle et cette différence est renvoyée à différents points de la boucle inertielle.
[0009] Dans la boucle inférieure (à la Figure 1 ), qui sera appelée boucle de correction, trois corrections sont estimées : Une correction de l’altitude à la boucle K1 , via le gain K1 , qui permet de corriger assez rapidement l’altitude Zbi obtenue par double intégration de l’accélération verticale à partir de l’altitude pression,
Une correction de la vitesse verticale à la boucle K2, via le gain K2,
Une correction CorrGz de l’accélération verticale estimée yZ à la boucle K3, via le gain K3 et l’intégrateur I3. Une correction de vitesse permanente implique en effet une erreur d’accélération. La boucle K3 corrige l’accélération, ce qui permet d’éviter de corriger la vitesse en permanence, de ne pas avoir un biais de vitesse en permanence à cause d’une erreur d’accélération. Cette correction de l’accélération permet de compenser les erreurs dues :
A l’accéléromètre mesurant l’accélération i nertiel le et fournissant à la CIN ou à l’AHRS une force spécifique verticale F_speZ, cette erreur étant principalement due au(x) biais de l’accéléromètre,
Aux erreurs de verticale de la CIN
Aux caractéristiques de la couche d’atmosphère réellement rencontrée pendant le vol, en écart par rapport à la caractéristique d’atmosphère standard utilisée pour élaborer la valeur d’altitude pression en entrée de la BBI
Et à l’écart entre la valeur de pesanteur estimée g_est calculée par le calculateur C et utilisée dans la boucle baro-inertielle et la pesanteur apparente locale réelle.
[0010] La boucle de correction est un correcteur d’ordre 3 comprenant trois gains K1 à K3. Ces gains sont prédéterminés en fonction de la chaîne anémométrique du système aéroporté qui embarque la boucle baro-inertielle. Ces gains peuvent être fonction par exemple d’erreurs maximales, de dépassement d’erreur et de vitesses de convergence souhaités. Des contraintes particulières s’appliquent par exemple pour des systèmes aéroportés qui manœuvrent très fortement en axe vertical, impliquant des gains K1 à K3 différents de gains K1 à K3 utilisés pour des avions commerciaux civils. Ces gains sont multipliés à la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi ou à cette différence intégrée par l’intégrateur I3. Ces corrections résultant de la multiplication de chaque gain avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi ou avec cette différence intégrée par l’intégrateur 13 sont ajoutées à différents endroits de la boucle inertielle « supérieure ». Par exemple, la correction issue de la multiplication du gain K1 avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro- inertielle Zbi est ajoutée à la vitesse baro-inertielle Vzbi, avant l’intégrateur I2. La correction issue de la multiplication du gain K2 avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi est ajoutée à l’accélération Acc, avant l’intégrateur 11 et la correction CorrGz issue de la multiplication du gain K3 avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi intégrée par I3 est aussi ajoutée à l’accélération Acc, avant l’intégrateur 11 .
[0011] Un problème survient lorsque le baro-altimètre est bouché ou endommagé. La correction de l’accélération « inertielle » n’est plus possible et les données ne sont plus fiables. Par exemple, comme montré à la Figure 2, l’altitude issue de la boucle baro-inertielle (« Z bbi ») est figée entre 300 et 1200ms, alors que le système aéroporté descend : son altitude vraie Z décroit.
[0012] Pour pallier cela, certains systèmes utilisent en parallèle une pluralité de baro-altimètres pour consolider les valeurs d’« altitude pression » utilisées. Cette solution est cependant coûteuse et rend le système plus complexe. De plus, il faut au moins 3 sources indépendantes pour isoler la panne.
[0013] Il existe donc un besoin de pouvoir détecter une défaillance d’un baroaltimètre utilisé dans une boucle baro-inertielle de manière simple et peu coûteuse.
RESUME DE L’INVENTION
[0014] L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de détecter rapidement et simplement la défaillance d’un baro-altimètre utilisé dans une boucle baro-inertielle. Cette indication de panne étant déclenchée, une procédure de correction peut alors être réalisée, par exemple une commande peut alors être envoyée par le système pour changer la source des informations de baro-altitude de l’équipement.
[0015] Un aspect de l’invention concerne un procédé de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre, le baro-altimètre étant compris dans un système aéroporté, le système aéroporté comprenant au moins un accéléromètre et au moins un processeur implémentant une boucle baro-inertielle, la boucle baro-inertielle prenant en entrée au moins une accélération verticale provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre et au moins une altitude barométrique provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre, la boucle baro-inertielle étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale, au moins une position verticale et au moins une vitesse verticale corriger, à partir et de l’altitude barométrique et d’au moins un gain de correction de position, d’au moins un gain de correction de vitesse verticale et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale, la position verticale et la vitesse verticale, le procédé étant mis en œuvre par le processeur implémentant la boucle baro-inertielle et étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de détection d’une défaillance du baro-altimètre lorsqu’une valeur de correction issue du gain de correction d’accélération verticale est supérieur à un seuil prédéterminé.
[0016] Grâce à l’invention, il est possible de détecter une défaillance du baroaltimètre au sein d’une boucle baro-inertielle, de manière simple et rapide. L’invention exploite un coefficient de correction du bouclage baro-altimétrique d’une boucle baro- inertielle afin de détecter une mesure figée alors que la dynamique verticale de l’aéronef est non nulle. La surveillance de ce terme correctif, avec des seuils choisis judicieusement afin d’éviter les fausses alarmes dues à la dispersion de fabrication/vieillissement des capteurs et à la variabilité des caractéristiques de l’atmosphère, permet donc de détecter un comportement anormal du baro-altimètre, et ainsi de déclencher une alerte de défaillance.
[0017] Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : l’accéléromètre est compris dans une centrale i nertiel le, la règle est vérifiée lorsque la valeur de correction issue du gain de correction d’accélération verticale est supérieure ou égale au seuil prédéterminé, et le seuil prédéterminé est de l’ordre de grandeur de 0.03 m/s2. le procédé comprend en outre une étape d’émission d’une alerte lorsqu’une défaillance du baro-altimètre a été détectée à l’étape de détection.
[0018] Un autre aspect de l’invention concerne un système aéroporté comprenant au moins : un baro-altimètre, un accéléromètre et un processeur implémentant une boucle baro-inertielle, la boucle baro- inertielle prenant en entrée au moins une accélération verticale provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre et au moins une altitude barométrique provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre, la boucle baro-inertielle étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale, au moins une position verticale et au moins une vitesse verticale corriger, à partir et de l’altitude barométrique et d’au moins un gain de correction de position, d’au moins un gain de correction de vitesse verticale et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale, la position verticale et la vitesse verticale, le système étant caractérisé en ce que le processeur est configuré pour mettre en œuvre le procédé de détection d’une défaillance du baro-altimètre selon l’invention.
[0019] Un autre aspect de l’invention concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’invention.
[0020] Un autre aspect de l’invention concerne un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’invention.
[0021] L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0022] Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 montre une représentation schématique d’une boucle baro- inertielle connue,
La figure 2 montre une représentation schématique d’altitudes et d’écart d’altitudes en cas de défaillance de baro-altimètre,
La Figure 3 montre une représentation schématique d’un système mettant en œuvre le procédé selon l’invention,
La Figure 4 montre une représentation schématique du procédé selon l’invention,
La Figure 5 montre une représentation schématique d’une boucle baro- inertielle modifiée selon l’invention,
La Figure 6 montre une représentation schématique des valeurs du paramètre de test calculé selon l’invention avec son seuil de détection de panne.
DESCRIPTION DETAILLEE
[0023] Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
[0024] La Figure 3 montre une représentation schématique d’un système mettant en œuvre le procédé de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre selon l’invention.
[0025] Un système pour mettre en œuvre l’invention comprend au moins un accéléromètre A, un baro-altimètre BA et un processeur P. Le système S de la Figure 3 comprend aussi un système de navigation Nav.
[0026] L’accéléromètre A est configuré pour fournir au moins une donnée de force spécifique verticale F_specZ au processeur P. L’accéléromètre A peut par exemple être compris dans une centrale inertielle CIN ou dans une AHRS. Le baro-altimètre BA est configuré pour fournir au moins une donnée d’altitude barométrique Zbaro au processeur P. Le processeur P implémente une boucle baro-inertielle BBI et est configuré pour mettre en œuvre le procédé de détection d’une défaillance d’un baro- altimètre selon l’invention. De manière optionnelle, lorsque le système S comprend le système de navigation Nav, le processeur P est en outre configuré pour transmettre au système de navigation Nav au moins une donnée de vitesse verticale baro-inertielle Vzbi issue de la boucle baro-inertielle BBI et/ou au moins une donnée de position verticale baro-inertielle Zbi issue de la boucle baro-inertielle BBI.
[0027] Le système S est un système aéroporté, c’est-à-dire qu’il est transporté par voie aérienne, en étant embarqué dans un dispositif ou un système ayant la capacité de naviguer par les airs, tel qu’un aéronef, par exemple un avion ou un hélicoptère. L’invention couvre les cas où les différents composants du système S ne sont pas embarqués dans le même dispositif et/ou système naviguant par les airs. Il est nécessaire qu’au moins l’accéléromètre A et le baro-altimètre BA soient compris dans le même dispositif et/ou système baignant dans l’atmosphère terrestre.
[0028] Le processeur P est configuré pour mettre en œuvre le procédé de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre selon l’invention. La Figure 4 montre une représentation schématique du procédé 1 de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre selon l’invention.
[0029] La défaillance du baro-altimètre BA est détectée directement dans la boucle baro-inertielle BBI, comme représenté à la Figure 5, qui montre une représentation schématique d’une boucle baro-inertielle BBI pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention. La boucle baro-inertielle BBI est une boucle numérique, implémentée par le processeur P. Pour implémenter la boucle baro-inertielle BBI, le système S comprend en outre une mémoire (non représentée) stockant des instructions qui, lorsqu’elles sont exécutées par le processeur P, conduisent le processeur P à mettre en œuvre la boucle baro-inertielle BBI.
[0030] La boucle baro-inertielle BBI de la Figure 5 est une boucle baro-inertielle classique, à laquelle est ajoutée un test. Ce test est effectué sur la valeur calculée de correction d’accélération CorrGz en sortie du gain K3. Celui-ci est utilisé avant l’intégration, avec l’intégrateur 11 , de l’accélération estimée yZ dans la boucle inertielle « supérieure ». Il permet de détecter rapidement une défaillance car des valeurs aberrantes d’accélération sont rapidement atteintes lors de mauvais fonctionnement du baro-altimètre. On entend par « défaillance du baro-altimètre » un fonctionnement en dehors de son fonctionnement normal, c’est-à-dire qu’il fournit des valeurs non réalistes, par exemple car il est bouché, abimé, en panne ou a un défaut. Ces valeurs aberrantes sont représentées à la Figure 6, qui montre une représentation schématique des valeurs issues des gains de correction K1 à K3 dans le cas d’une défaillance du baro-altimètre BA. La Figure 6 montre que la valeur de correction issue du gain de correction de l’accélération K3 prend des valeurs aberrantes bien plus tôt que les gains de correction de la vitesse K2 et de la position verticale K1 . Ainsi, choisir un seuil en valeur absolue de la valeur de correction issue du gain de correction d’accélération K3 permet une détection plus rapide et fiable. La défaillance est détectée à t~400s, soit très peu de temps après le changement d’altitude du système embarquant le système aéroporté S, le changement d’altitude étant représenté à la Figure 2.
[0031] Le procédé 1 de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre selon l’invention comprend ainsi au moins une étape 11 de détection d’une défaillance du baro-altimètre BA lorsque le gain de correction d’accélération verticale vérifie une règle basée sur un seuil prédéterminé SP. Préférentiellement, la règle est vérifiée lorsque la valeur de correction issue du gain de correction d’accélération verticale K3 est supérieure ou égale au seuil prédéterminé SP, préférentiellement encore en valeur absolue.
[0032] Le seuil est choisi de manière à détecter une défaillance du baro-altimètre BA tout en limitant le nombre de fausses alarmes. Il doit donc être pondéré en fonction d’un taux de fausses alarmes. Ce seuil est à déterminer en fonction des amplitudes d’erreurs fixes et variable des accéléromètres et de niveau de bruit des mesures de pression statique servant à élaborer l’altitude baro-inertielle Zbi et en tenant compte de l’erreur de pesanteur vulgaire calculée, variable en fonction de la position sur Terre et de l’altitude. Ce seuil peut être choisi avec une valeur d’un ordre de grandeur de 0.03 m/s2. Une valeur de seuil de 0.03 m/s2 n’est qu’une valeur typique adaptée à des matériels de navigation i nertiel le utilisés en aéronautique et l’invention n’est pas limitée à cette valeur.
[0033] Dans un autre mode de réalisation de l’invention, le procédé 1 de détection d’une défaillance du baro-altimètre BA comprend en outre une étape 12 d’émission d’une alerte lorsqu’une défaillance du baro-altimètre BA a été détectée à l’étape 11 de détection. Cela permet d’alerter par exemple le personnel naviguant à bord de l’aéronef embarquant le système aéroporté. Cette alerte peut être visuelle ou auditive, et est préférentiellement sous la forme d’au moins un signal électrique émis par le processeur mettant en œuvre le procédé 1 de détection d’une défaillance d’un baroaltimètre selon l’invention. Il est à noter que lorsque le système embarquant le système aéroporté S est dans une trajectoire « stabilisée », la correction reconverge et donc l’alarme est « transitoire ». Il est donc nécessaire de prévoir un mécanisme qui va déclencher l’alarme si le seuil est dépassé, mais qui ne la fera pas disparaitre ensuite. Il est donc à prévoir une autre surveillance pour lever l’alarme, qui est hors de la portée de cette invention.
[0034] L’invention est applicable à tout type d’équipement inertiel susceptible de fournir une information verticale comprenant un baro-altimètre, et permet une détection rapide et fiable de défaillance d’un baro-altimètre. Elle permet ainsi de fiabiliser le comportement d’un aéronef, éventuellement en basculant l’entrée d’altitude barométrique de la boucle baro-inertielle BBI sur un autre baro-altimètre que le baroaltimètre BA, lorsqu’au moins un baro-altimètre redondant est prévu. Le seuil permet de choisir la sensibilité de déclenchement de la détection et donc de limiter les fausses alertes.

Claims

REVENDICATIONS
[Revendication 1] Procédé (1) de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre (BA), le baro-altimètre(BA) étant compris dans un système aéroporté (S), le système aéroporté (S) comprenant au moins un accéléromètre (A) et au moins un processeur (P) implémentant une boucle baro-inertielle (BBI), la boucle baro-inertielle (BBI) prenant en entrée au moins une accélération verticale (yZ) provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre (A) et au moins une altitude barométrique (Zba) provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre (BA), la boucle baro-inertielle (BBI) étant configurée pour :
- fournir, à partir de l’accélération verticale (yZ), au moins une position verticale (Zbi) et au moins une vitesse verticale (Vzbi),
- corriger, à partir et de l’altitude barométrique (Zbaro) et d’au moins un gain de correction de position (K1), d’au moins un gain de correction de vitesse verticale (K2) et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale (K3), la position verticale (Zbi) et la vitesse verticale (Vzbi), le procédé (1) étant mis en œuvre par le processeur (P) implémentant la boucle baro- inertielle (BBI) et étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape (11) de détection d’une défaillance du baro-altimètre (BA) lorsqu’une valeur de correction (CorrGz) issue du gain de correction d’accélération verticale (K3) vérifie une règle basée sur un seuil prédéterminé (SP).
[Revendication 2] Procédé (1) selon la revendication précédente selon lequel l’accéléromètre (A) est compris dans une centrale inertielle (GIN), la règle est vérifiée lorsque la valeur de correction (CorrGz) issue du gain de correction d’accélération verticale
(K3) est supérieure ou égale au seuil prédéterminé (SP), et le seuil prédéterminé (SP) est de l’ordre de grandeur de 0.03 m/s2.
[Revendication s] Procédé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre une étape d’émission (12) d’une alerte lorsqu’une défaillance du baro-altimètre (BA) a été détectée à l’étape de détection (11).
[Revendication 4] Système aéroporté (S) comprenant au moins : un baro-altimètre (BA), un accéléromètre (A) et - un processeur (P) implémentant une boucle baro-inertielle (BBI), la boucle baro-inertielle (BBI) prenant en entrée au moins une accélération verticale (yZ) provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre (A) et au moins une altitude barométrique (Zbaro) provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre (BA), la boucle baro-inertielle (BBI) étant configurée pour : o fournir, à partir de l’accélération verticale (yZ), au moins une position verticale (Zbi) et au moins une vitesse verticale (Vzbi), o corriger, à partir et de l’altitude barométrique (Zbaro) et d’au moins un gain de correction de position (K1 ), d’au moins un gain de correction de vitesse verticale (K2) et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale (K3), la position verticale (Zbi) et la vitesse verticale (Vzbi), le système (S) étant caractérisé en ce que le processeur (P) est configuré pour mettre en œuvre le procédé (1 ) de détection d’une défaillance du baro-altimètre (BA) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
[Revendication 5] Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.
[Revendication 6] Support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé (1 ) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.
PCT/FR2022/052152 2021-11-26 2022-11-22 Procédé de détection de défaillance d'un baro-altimètre dans une boucle baro-inertielle et système associé WO2023094761A1 (fr)

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Citations (2)

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