Brevet FR2708349A1 — publié le 19950203

Procédé de localisation d'un aéronef en vol à l'aide d'un système de localisation par satellite. La présente invention concerne un procédé de localisation d'un aéronef en vol à l'aide d'un système de localisation par satellite. Le système de localisation par satellite NAVSTAR-GPS (Global Positionning System) est un système fondé sur l'utilisation par des récepteurs d'utilisateurs, de codes émis en ondes hertziennes par un ensemble de satellites géré par des stations d'observation et de contrôle à terre. Les écarts de temps observés dans le récepteur entre les codes d'un ensemble de satellites en vue sont représentatifs des distances entre le récepteur et ces satellites. Ainsi, en connaissant quatre écarts de temps, il est possible, connaissant parfaitement la position des quatre satellites correspondants, d'en déduire les trois coordonnées de position du récepteur ainsi que la correction à apporter à son horloge locale. Un autre système de localisation par satellite existant actuellement est le système GLONASS. La présente invention s'applique aussi bien à ce dernier qu'au système NAVSTAR. Tous ces systèmes de localisation par satellite seront génériquement désignés ci-après par GPS. Les systèmes de ce type, s'ils sont remarquablement précis, présentent l'inconvénient d'être relativement peu sûrs. En effet, l'un des satellites utilisés pour le positionnement peut être en panne, ou temporairement perdu de vue du fait des reliefs lors d'un vol à basse altitude, le système d'ensemble peut être brouillé ou encore le récepteur embarqué être défectueux. De -2 - surcroît, la défaillance d'un satellite peut être très soudaine et n'être connue dans certain cas qu'au bout de plusieurs heures. Un récepteur GPS ne peut donc pas être utilisé en l'état pour déterminer en vol la position d'un aéronef et en déduire des instructions de pilotage, surtout dans des situations critiques telles qu'un vol à basse altitude. On pourrait songer à simplement vérifier la position donnée par le GPS à l'aide d'un autre moyen de positionnement et de ne tenir compte des indications du GPS lorsqurelles sont confirmées par cet autre moyen. Si une telle solution est bien envisageable lorsque l'aéronef peut faire appel à des moyens d'aide à la navigation basés au sol, il en va différemment lors d'un vol autonome o l'appareil ne peut compter sur aucune aide extérieure et/ou, parfois même, les impératifs de discrétion l'empêchent d'utiliser certains moyens embarqués. En effet, tous les moyens de localisation autonome que l'on peut raisonnablement envisager d'embarquer àa bord d'un aéronef, et surtout d'un aéronef naviguant à faible altitude, sont fondés sur des mesures de vitesse (anémométrie, radar Doppler) ou d'accélération (centrale inertielle). Ces moyens ne fournissent donc une position qu'après respectivement une ou deux intégrations. Il en résulte une inévitable dérive, telle que leur précision est très rapidement largement inférieure à celle du GPS, de sorte que l'on ne saurait utiliser les données brutes qu'ils fournissent pour contrôler le bon fonctionnement de ce dernier. La présente invention vise à palier ces inconvénients en fournissant un procédé de localisation par GPS qui soit -3- sûr et fiable sans pour autant faire appel à une assistance extérieure. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de localisation d'un aéronef en vol à l'aide d'un système de localisation par satellite, caractérisé par le fait que, dans le plan horizontal, on localise l'aéronef sensiblement en permanence à l'aide du GPS, simultanément on entretient deux navigations utilisant des moyens autonomes et indépendants du GPS, on recale périodiquement et alternativement lesdites navigations à l'aide du GPS, on compare la localisation GPS à la localisation fournie par cette navigation, et, si l'écart est supérieur à un seuil prédéterminé, on en déduit une anomalie dans le système de localisation de l'aéronef. Plus particulièrement, lesdites deux navigations utilisant des moyens autonomes et indépendants du GPS peuvent être des navigations Doppler, ou, en variante, des navigations inertielles. On verra ci-après que le procédé selon l'invention présente plusieurs avantages. En premier lieu, les recalages périodiques des navigations autonomes permettent de s'affranchir des problèmes liés à leur dérive. Par ailleurs, il ne s'agit pas évidemment de recaler les moyens autonomes à partir d'une indication qui serait fournie par un GPS défaillant. Ceci est évité en entrelaçant les recalages des deux navigations, de sorte qu'à l'instant o l'on effectue une comparaison en utilisant une des deux navigations, on sait que celle-ci a été recalée convenablement puisque la comparaison immédiatement précédente, effectuée avec l'autre navigation, n'a, par -4 - définition, pas permis de déceler d'anomalie. Enfin, en ne procédant à la comparaison qu'avant le recalage (en fait postérieurement au recalage immédiatement précédent de l'autre navigation, c'est-à-dire durant la deuxième moitié de l'intervalle de temps séparant deux recalages successifs de la navigation considérée), on s'assure que cette navigation a suffisamment évoluée pour ne pas être trop corrélée au GPS. Dans un mode de mise en oeuvre particulier du procédé de l'invention, en ce qui concerne le plan vertical, on compare l'altitude fournie par le GPS à une altitude barométrique et, si l'écart est supérieur à un seuil prédéterminé, on en déduit une anomalie dans le système de localisation de l'aéronef. Plus particulièrement, l'altitude barométrique peut être obtenue par correction de l'altitude-pression en atmosphère standard, de l'écart dû au QNH local, lui- même mis à jour périodiquement en cours de vol par mesure de hauteurs radio-sonde à la verticale de points prédéterminés. Aussi bien dans le plan horizontal que dans le plan vertical, en l'absence d'anomalie détectée dans le système de localisation de l'aéronef, on sélectionne de préférence la position fournie par le GPS en vue d'une utilisation ultérieure, notamment dans le but de fournir des indications de pilotage soit au pilote lui-même de l'aéronef, soit à un pilote automatique. Une sécurisation supplémentaire de la localisation peut être obtenue en utilisant un deuxième récepteur GPS placé au sol en une position géographique connue, en comparant cette position géographique à la position fournie par ce deuxième récepteur GPS et, en cas de discordance, en informant l'aéronef de l'indisponibilité de son système GPS. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, et - la figure 2 illustre le fonctionnement de ce dispositif. On voit sur la figure 1 deux unités 1 et 2 entretenant chacune, et indépendamment l'une de l'autre, une navigation à partir des indications fournies par un radar Doppler 3. Le radar 3 fournit aux unités 1 et 2 la vitesse de l'aéronef dans le plan horizontal, à partir de laquelle les unités 1 et 2 élaborent les coordonnées dans ce plan. Les unités 1 et 2 recoivent également les coordonnées de l'aéronef dans le plan horizontal fournies par un récepteur GPS 4 et utilisées pour recaler les navigations entretenues par ces unités. Ce recalage s'effectue pour chacune des unités 1 et 2 à des intervalles réguliers, comme cela sera exposé ci-après. La position calculée par les unités 1 et 2 est élaborée à chaque instant à partir des coordonnées fournies par le récepteur GPS 4 à l'instant du recalage. Par ailleurs, les positions fournies par les unités de navigation 1 et 2 sont chacunes comparées aux coordonnées fournies par le récepteur GPS 4 dans des -6 - unités de comparaison 5 et 6 respectivement. Dans le cas o, lors d'une comparaison dans une des unités 5 et 6 le résultat dépasse un certain seuil, une alarme est déclenchée pour indiquer au pilote un disfonctionnement de son système de navigation. Le récepteur GPS 4 fournit par ailleurs l'altitude Z de l'appareil. Cette altitude est comparée dans une unité de comparaison 7 à l'altitude fournie par une unité barométrique 8. Là également, dans le cas o l'écart entre l'altitude fournie par le récepteur GPS 4 et par l'unité 8- dépasse un certain seuil, une alarme est déclenchée. Par ailleurs, une radio sonde 9 fournit la hauteur de l'appareil au-dessus du sol. Cette hauteur est ajoutée dans une unité 10, à l'altitude du terrain survolé, extraite d'une base de données 11 o l'altitude est fournie en fonction des coordonnées X et Y. L'altitude de l'appareil telle qu'elle ressort de l'unité 10 est comparée dans un comparateur 12 à l'altitude barométrique fournie par l'unité 8. Le comparateur 12 fournit par conséquent l'écart d'altitude dû au QNH local. Cet écart d'altitude est utilisé pour recaler l'unité barométrique 8. La figure 2 montre sur l'axe des t les instants tl, t3... auxquels l'unité de navigation 1 est recalée à partir des données fournies par le récepteur GPS 4. De même, l'unité de navigation 2 est recalée aux instants t2, t4... On voit à la partie supérieure de la figure 2 les écarts transversaux maximum par rapport à la route souhaitée. On a pris comme tolérance du GPS la valeur de 40 mètres 7 - de part et d'autre du point fourni. Les unités de navigation 1 et 2 fournissent pour leur part un résultat dont la dérive est fonction de la distance parcourue et que l'on peut généralement considérer comme égale à 2 % de cette distance. Si, par conséquent, on effectue un recalage tous les 10 kilomètres (c'est-à-dire que l'appareil a parcouru 10 kilomètres entre tl et t3, entre t2 et t4...), l'écart est de 200 mètres. On prendra donc comme seuil d'alarme les 80 mètres de tolérance globale du GPS plus les 200 mètres de dérive de la navigation Doppler, soit 280 mètres. On constate ainsi que l'erreur maximum possible de l'indication du GPS est de 520 mètres. L'invention permet donc d'utiliser effectivement les données fournies par le GPS pour la navigation, y compris pour un vol à basse altitude, tout en conservant une très grande sécurité. -8- REVENDICATIONS 1.- Procédé de localisation d'un aéronef en vol à l'aide d'un système (4) de localisation par satellite (GPS), caractérisé par le fait que, dans le plan horizontal, on localise l'aéronef sensiblement en permanence à l'aide du GPS, simultanément on entretient deux navigations utilisant des moyens (1-3) autonomes et indépendants du GPS, on recale périodiquement et alternativement lesdites navigations à l'aide du GPS, on compare la localisation GPS à la localisation fournie par cette navigation, et, si l'écart est supérieur à un seuil déterminé, on en déduit une anomalie dans le système de localisation de l'aéronef. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites deux navigations utilisant des moyens autonomes et indépendants du GPS sont des navigations Doppler. 3.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel les deux navigations utilisant des moyens autonomes et indépendants du GPS sont des navigations inertielles. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, dans le plan vertical, on compare l'altitude fournie par le GPS à une altitude barométrique et, si l'écart est supérieur à un seuil prédéterminé, on en déduit une anomalie dans le système de localisation de l'aéronef. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'altitude barométrique est obtenue par correction de l'altitude pression en atmosphère standard, de l'écart dû au QNH local, lui-même mis à jour périodiquement en - 9 cours de vol par mesure de hauteurs radio-sonde à la verticale de points prédéterminés. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, en l'absence d'anomalie détectée dans le système de localisation de l'aéronef, on sélectionne la position fournie par le GPS. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on utilise un deuxième récepteur GPS placé au sol en une position géographique connue, on compare cdette position géographique à la position fournie par ce deuxième récepteur GPS, et, en cas de discordance, on informe l'aéronef de l'indisponibilité de son système GPS.