Brevet FR2717935A1 — publié le 19950929

-- 1 -- PROCÉDÉ ET DISPOSITIF POUR LA PRÉVENTION DES COLLISIONS DES AERODYNES AVEC LES OBSTACLES DU RELIEF. La présente invention concerne un procédé pour détecter et déterminer les risques de collision des aérodynes avec les obstacles du relief, en particulier, durant les phases de vol o les aérodynes se trouvent à faible altitude, c'est- à-dire, avant l'atterrissage et après le décollage. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, au transport aérien moyen et long courrier et aux pistes d'atterrissage entourées d'un relief accidenté. A l'heure actuelle, de nombreux accidents aériens se sont produits du fait de la présence de montagnes ou de collines à proximité des pistes d'atterrissage, ou lors de vol à basse altitude. Par ailleurs, la plupart des aérodynes de transport moyen et long courrier sont considéré comme équipés d'un système ADS (Automatic Dependent Surveillance) dont le rôle est de regrouper les informations de position, de vitesse et de -2- route fournies par les instruments de navigation, de les associer avec des informations d'identification de l'aéro- dyne, et d'émettre périodiquement ces informations par voie hertzienne sous forme de messages vers une station de contrôle aérien située au sol à portée radioélectrique. La présente invention se propose d'exploiter un tel système pour déterminer la présence d'obstacles sur la trajectoire de l'aérodyne, et s'il y a lieu, pour déterminer les manoeuvres d'évitement à effectuer par le pilote. Elle propose un procédé pour la prévention des collisions d'un aérodyne avec des obstacles formés par le relief survolé. Ce procédé est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - périodiquement, à bord dudit aérodyne, la lecture d'informations de navigation propres à cet aérodyne, l'élaboration d'un message de localisation comprenant un code d'identification de l'aérodyne et lesdites informa- tions de navigation, et l'émission de ce message de localisation par voie hertzienne, vers une station de surveillance aérienne d'une zone géographique dont elle a la charge, - l'écoute en permanence par ladite station et la réception de messages de localisation émis par des aérodynes avoisinants se trouvant dans ladite zone, - l'identification par ladite station des aérodynes avoisi- nants et la détermination de leurs trajectoires futures respectives, à l'aide des informations de navigation contenues dans les messages de localisation reçus, - pour chaque aérodyne identifié, la localisation par ladite station de la trajectoire future dudit aérodyne dans ladite zone géographique, l'évaluation par ladite station des risques de collision dudit aérodyne avec un -3- obstacle du relief à l'aide de ladite trajectoire future localisée, et si un risque de collision est détecté, l'élaboration par ladite station des commandes d'évite- ment à effectuer par le pilote de l'aérodyne et la trans- mission de ces commandes au pilote sous forme d'un message d'évitement. Ce procédé offre une plus grande sécurité que celle confé- rée par un système autonome de type GPWS (Ground Proximity Warning System) qui ne permet absolument pas de déterminer précisément la configuration du relief environnant néces- saire à l'élaboration d'une stratégie d'évitement d'obs- tacle efficace et d'une sécurité suffisante. De plus, ce résultat est obtenu sans alourdir l'équipement électronique des aérodynes de transport moyen et long courrier. Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend l'insertion dans le message de localisation d'un indicateur de début de phase de descente lorsque l'aérodyne est en phase d'approche de la piste d'atterrissage prévue. Cet indicateur permet à la station de surveillance aérienne de déterminer quelle stratégie d'évitement appliquer. En effet, si l'aérodyne est dans une telle phase de vol, il est normal que sa trajectoire intercepte le sol. La station ne lui fournira alors pas d'ordres d'évitement, mais lui signalera simplement les obstacles se trouvant sur sa trajectoire. Pour mettre en oeuvre ce procédé, on utilisera le canal de transmission "DATA LINK" disponible pour qu'il puisse recevoir et traiter des messages d'évitement, de permettre au pilote de lui indiquer le début de la phase de descente et de prévoir la possibilité d'insérer cet indicateur dans les messages de localisation. Du côté de la station au sol, le procédé est mis en oeuvre par un calculateur ayant accès à une base de données carto- graphique décrivant la zone géographique à surveiller. Ce calculateur est conçu pour traiter tous les messages de -4- localisation reçus par la station et suivre en corrélation avec les données cartographiques auxquelles il a accès, les trajectoires respectives des aérodynes qui ont émis des messages de localisation. A partir de ce traitement, il détermine les obstacles se trouvant sur ces trajectoires et élabore des ordres d'évitement d'obstacle qui sont ensuite transmis aux aérodynes concernés. Pour cela, il complète le dernier message de localisation reçu de l'aérodyne avec les ordres d'évitement ainsi déterminés. Un mode de réalisation du procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 représente schématiquement un système anti-collision avec le sol installé à bord d'un aérodyne; la figure 2 représente schématiquement le traite- ment des données provenant d'un aérodyne et réalisé au niveau de la station au sol. Dans l'exemple représenté figure 1, le système anti-colli- sion comprend un système ADS (Automatic Dependent Surveil- lance) 1, des instruments de navigation I1,I2,I3 connectés au système ADS, un émetteur 2 et un récepteur 3 VHF ayant la capacité de transmettre des données, et un équipement d'extension 6 du système ADS 1. De plus, ce système comprend un boîtier d'identification et de transcodage 4 des messages "DATA LINK" reçus par l'aéro- dyne en provenance du sol, raccordé à un moyen de visuali- sation tel qu'un écran 7, et un moyen d'alerte sonore 8. L'équipement d'extension ADS 6 permet de transmettre le vecteur vitesse et un indicateur de mise en descente. Le système ADS 1 et son équipement d'extension 6 sont conçus pour effectuer les opérations suivantes: -5- - la lecture périodique des informations de navigation en provenance des instruments de navigation I1,I2,I3, et du bloc d'identification ID, - à chaque lecture, la constitution d'un message de locali- sation de l'aérodyne à l'aide d'un code d'identification de l'aérodyne et desdites informations de navigation, et le transfert de ce message à destination de l'émetteur 2 pour être émis vers une station de contrôle aérien, - lorsque le début de la phase d'approche précédant l'atterrissage est détecté, l'insertion d'un "top de mise en descente" dans le message de localisation à émettre. L'émission d'un message vers la station au sol s'effectue automatiquement et périodiquement, et implique une séquence d'actions définie ci-après. Le récepteur 3 est en permanence à l'écoute des canaux de transmission et détecte les intervalles de temps pendant lesquels ces canaux sont libres. Dès qu'il détecte qu'un canal est libre, il informe l'émetteur 2 qu'il peut émettre. Pendant que l'émetteur 2 émet, le récepteur 3 reste à l'écoute pour surveiller la transmission et s'assu- rer que celle-ci n'est pas perturbée par un autre utilisa- teur du canal. Si tel n'est pas le cas, le récepteur avertit l'émetteur que son message n'a pas été émis correc- tement et qu'il doit l'émettre à nouveau. Le récepteur 3 reste en permanence à l'écoute et transmet tous les messages de données qu'il reçoit de la station sol au boîtier d'identification et de transcodage 4, ce dernier sélectionnant les messages le concernant à l'aide du code d'identification de l'aérodyne. Si ces messages contiennent des indications de risque de collision avec le sol ou des ordres d'évitement, il en -6- informe le pilote en transmettant ces informations aux moyens d'alerte visuelle 7 ou sonore 8. Sur la figure 2, tous les messages de localisation 10a, lob,... O10n, provenant de différents aéronefs reçus par la station située au sol sont stockés dans l'ordre de leur arrivée et sont traités les uns après les autres par un calculateur couplé à des moyens émetteurs et récepteurs d'ondes hertziennes et ayant accès à une base de données cartographique 12 de la zone géographique que surveille la station. Cette base de données comprend notamment les altitudes d'une multiplicité de points régulièrement répartis sur toute la zone géographique considérée. Les messages de localisation O10a, lob,... 1On contiennent notamment: - un code d'identification de l'aérodyne émetteur - les vitesses de l'aérodyne par rapport à l'air et le sol et la vitesse verticale, - sa position en longitude et latitude et son altitude, - son vecteur vitesse, - la date tO à laquelle ont été relevées les données de navigation contenues dans le message, et éventuellement, - un indicateur de mise en descente indiquant si l'aérodyne a amorcé la phase d'approche de la piste d'atterrissage. Pour traiter chaque message de localisation loa reçu, le calculateur de la station lit la position de l'aérodyne fournie dans ce message. Cette position correspond à la position réelle 11 à la date tO. Elle est utilisée pour positionner l'aérodyne et sa trajectoire dans la zone géographique surveillée par rapport aux différents objets cartographiques lus dans la base de données 12. Cette position réelle à la date tO et le vecteur vitesse, fournis par le message de localisation, sont ensuite -7- exploités par le calculateur pour déterminer la trajectoire future de l'aérodyne et estimer la position 16 de l'aéro- dyne un intervalle de temps prédéterminé plus tard, c'est- à-dire à la date tl égale, par exemple, à tO + 20 secondes. La portion de trajectoire entre la position 11 à tO et la position estimée 16 à tl est ensuite localisée dans l'espace dans la zone géographique surveillée à l'aide des données cartographiques de la base de données 12. Si cette portion de trajectoire intercepte un obstacle du relief, le calculateur effectue un calcul d'évitement à partir des informations suivantes: - la position réelle à tO et celle estimée à tl, - les vitesses air et sol à tO, - la configuration du relief entre les positions 11 à tO et 16 à tl, - la hauteur dite de "décision" Dh correspondant à la hauteur minimum pour remettre les gaz et reporter l'atterrissage, fournie par la base de données 12, - les trajectoires estimées 19 respectives des autres aérodynes. Ce calcul détermine la trajectoire que doit suivre l'aéro- dyne pour éviter l'obstacle compte tenu des capacités de l'aérodyne. Le calculateur de la station détermine ensuite les commandes 18 de pilotage à effectuer pour éviter la collision. Ces commandes 18 sont émises par la station. Ainsi, l'aéro- dyne identifié par le code d'identification inclus dans le message peut capter celui-ci et reconnaître qu'il en est le destinataire. Dans le cas o l'aérodyne a amorcé la phase de descente (indicateur de mise en descente présent), seuls la présence de l'obstacle et sa distance sont indiqués dans le message renvoyé en direction de l'aérodyne. -8 - De cette manière, le système peut recevoir tous les messages contenant des ordres d'évitement ou les indica- tions d'obstacles. Les informations ainsi reçues sont transférées vers les moyens de visualisation 7 et d'alerte5 sonore 8, tandis qu'un message d'accusé de réception est envoyé en direction de la station. Tant que la station n'a pas reçu ce message d'accusé de réception, elle répète l'émission du message d'évitement. -9 - REVENDICATIONS 1. Procédé pour la prévention des collisions d'un aérodyne avec des obstacles formés par le relief survolé, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - périodiquement, à bord dudit aérodyne, la lecture d'informations de navigation propres à cet aérodyne, l'élaboration d'un message de localisation comprenant un code d'identification de l'aérodyne et lesdites informa- tions de navigation, et l'émission omnidirectionnelle de ce message de localisation par voie hertzienne, vers une station de surveillance aérienne d'une zone géographique située à portée radioélectrique, l'écoute en permanence par ladite station et la réception de messages de localisation (10a,lOb,...lOn) émis par des aérodynes avoisinants se trouvant à portée radioélec- trique, - l'identification par ladite station des aérodynes avoisi- nants et la détermination de leurs trajectoires futures respectives, pour chaque aérodyne identifié, la localisation (13,15) par ladite station de la trajectoire future dudit aérodyne dans ladite zone géographique, la détection par ladite station des risques de collision dudit aérodyne avec un obstacle du relief, et l'élaboration (14) par ladite station des commandes d'évitement (18) à effectuer par le pilote de l'aérodyne et la transmission de ces commandes au pilote sous forme d'un message d'évitement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un message de localisation d'un aérodyne comprend: - son code d'identification, - ses vitesses air et sol et sa vitesse verticale, - sa position réelle en longitude et latitude et son altitude, - son vecteur vitesse. - 10 - 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit message d'évitement comprend le dernier message de localisation de l'aérodyne reçu, et les commandes d'évitement (18) à effectuer par le pilote dudit aérodyne. 4. Procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend: - l'émission omnidirectionnelle (17) par la station dudit message d'évitement, - à bord de chaque aérodyne avoisinant, l'écoute en perma- nence, la réception de messages d'évitement émis par la station, la sélection des messages d'évitement reçus qui concernent ledit aérodyne grâce au code d'identification, la transmission des commandes d'évitement (18) au pilote dudit aérodyne, et l'envoi d'un message d'accusé de réception. 5. Procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la station localise ladite trajec- toire à l'aide d'une base de données géographique (12) comprenant notamment les altitudes d'une multiplicité de points régulièrement répartis sur toute ladite zone géogra- phique. 6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la station estime la trajectoire de chaque aérodyne à l'aide de la position réelle (11) et du vecteur vitesse fournis dans le dernier message de locali- sation reçu dudit aérodyne, et estime la position (16) qu'occupera l'aérodyne, un intervalle de temps prédéterminé plus tard. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, si la trajectoire estimée pendant ledit intervalle de temps intercepte un obstacle, la - il - station détermine (14) lesdites commandes d'évitement à partir des informations suivantes: - la position réelle (11) fournie dans le dernier message de localisation et la position estimée (16), - les vitesses air et sol fournies dans ledit message, - la configuration du relief entre la position réelle et la position estimée, fournie par la base de données carto- graphique (12), - la hauteur dite de "décision" Dh correspondant à la hauteur minimum pour remettre les gaz et reporter l'atterrissage, fournie par ladite base de données (12), - les trajectoires estimées (19) respectives des autres aérodynes à portée radioélectrique de la station. 8. Procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que les messages de localisation compren- nent également un indicateur de mise en descente indiquant si l'aérodyne a amorcé la phase d'approche de la piste d'atterrissage, la présence de cet indicateur dans le message de localisation étant exploité par la station pour déterminer quelle stratégie d'évitement appliquer en cas de risque de collision. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les messages de localisation compren- nent également un indicateur de mise en descente indiquant si l'aérodyne a amorcé la phase d'approche de la piste d'atterrissage, la présence cet indicateur dans le message de localisation indiquant à la station qu'elle doit simple- ment indiquer la présence d'un obstacle et sa distance dans le message d'évitement retourné. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend dans la station de surveillance aérienne, un calculateur couplé à des moyens d'émission et de réception d'ondes hertziennes et ayant - 12 - accès à une base de données géographique décrivant ladite zone géographique, et à bord de chaque aérodyne, un système ADS (Automatic Surveillance System) connecté aux équipe- ments électroniques de l'aérodyne comportant notamment des instruments de navigation et des moyens d'émission et de réception d'ondes hertziennes, et un boîtier d'identifica- tion et de transcodage des messages reçus.