Brevet FR2727082A1 — publié le 19960524

La présente invention a pour objet une installation de guidage sur trajectoire d'un aéronef, par exemple un avion ou un hélicoptère, dans sa phase d'atterrissage sur la zone d'atterrissage ou, plus précisément, dans sa phase d'appontage lorsque la zone d'atterrissage est constituée par le pont d'un navire ou par une plate-forme en mer, par exemple une plate-forme pétrolière offshore. De façon plus précise, l'invention concerne une installation qui permet de fournir au pilote d'un aéronef se préparant à atterrir ou à apponter des informations sur le caractère correct de sa trajectoire d'approche et donc, éventuellement, des informations pour que celui-ci corrige sa trajectoire et, également de préférence mais non nécessairement, des informations sur la position correcte ou non de l'aéronef dans sa phase terminale d'atterrissage ou d'appontage. Les solutions antérieures connues pour assurer le guidage visuel d'un aéronef sur une trajectoire donnée ou vers un point particulier d'atterrissage ou d'appontage sont le plus souvent constituées par des projecteurs à secteurs colorés ou clignotants ou par une combinaison de ces deux types de projecteurs qui sont dirigés vers le pilote de l'aéronef. Les alignements des faisceaux en site sont alors obtenus par le calage vertical des sources lumineuses selon une pente prédéterminée. Pour l'aviation ces systèmes sont connus sous la désignation PAPI ou HAPI ou encore VASI. Dans le cas d'appontage d'aéronefs sur un porte-aéronefs ou sur une plate-forme offshore, ces projecteurs doivent être stabilisés par l'intermédiaire de systèmes incorporant des gyroscopes afin de garantir la permanence du calage des faisceaux lumineux par rapport à la verticale et à l'horizontale absolues. On comprend que ces systèmes de montage à base de gyroscopes soient, d'une part, onéreux et, d'autre part, d'un entretien délicat. Pour remédier à ces inconvénients, un objet de la présente invention consiste à fournir un système et l'installation associée de guidage sur trajectoire et de positionnement pour aéronefs en phase d'atterrissage, que l'atterrissage ait lieu sur une zone à terre, sur un navire ou sur une plate-forme en mer, système et installation qui ne nécessitent pas l'emploi d'une stabilisation des équipements associés par gyroscope ou système équivalent. Pour atteindre ce but, selon l'invention, l'installation de guidage d'un aéronef dans sa phase d'atterrissage sur une surface d'atterrissage, se caractérise en ce qu'elle comprend: une source d'émission de lumière montée sur ledit aéronef pour être perçue depuis la zone d'atterrissage, des moyens capteurs d'images pour former une image, lesdits moyens étant dirigés vers la zone d'approche desdits aéronefs et étant solidaires de ladite surface d'atterrissage, des moyens de traitement de ladite image formée par les moyens capteurs pour comparer sur l'image formée la position de l'image de ladite source lumineuse par rapport à un repère d'approche correcte dudit aéronef vers ladite surface d'atterrissage, et des moyens pour, en réponse à ladite comparaison, émettre vers le pilote dudit aéronef des informations représentatives d'une éventuelle erreur de trajectoire selon les directions horizontale et verticale absolues. Lorsque l'on dit que la source lumineuse est montée sur l'aéronef, cela signifie soit qu'elle fait partie intégrante de l'équipement de l'aéronef, soit qu'elle est spécialement montée pour permettre le contrôle de trajectoire. On comprend que, selon l'invention, le guidage sur trajectoire de l'aéronef consiste à prendre en permanence une image de la source lumineuse liée à l'aéronef par rapport à des repères d'atterrissage et à transmettre par tout moyen convenable vers le pilote de l'aéronef des informations de correction de trajectoire obtenues par le traitement de l'image formée par les moyens capteurs. De préférence, l'installation comprend en outre: - une source lumineuse secondaire montée sur ledit aéronef et dont la direction d'émission du faisceau fait sensiblement un angle droit avec le plan horizontal de l'aéronef, - des moyens capteurs d'image dirigés vers ladite surface d'atterrissage aptes à fournir une image de ladite surface d'atterrissage incluant le point d'impact du faisceau émis par ladite source secondaire, et - des moyens pour transmettre au pilote dudit aéronef une information d'écart entre ledit point d'impact du faisceau et le point d'atterrissage souhaité. Selon oe mode perfectionné de mise en oeuvre, le nouveau système permet en outre le guidage en position d'un aéronef, par exemple d'un hélicoptère, vers le point d'atterrissage ou d'appontage souhaité. Selon un autre mode de mise en oeuvre, l'installation de guidage pour l'appontage d'un aéronef sur une surface d'appontage disposée sur un équipement flottant, se caractérise en ce qu'elle comprend en outre des moyens pour élaborer des informations représentatives de la position effective de la surface d'atterrissage par rapport à une surface horizontale absolue fixe, et en ce que les moyens de traitement de l'image prise par les moyens capteurs comprennent des moyens pour corriger l'image effectivement prise par les moyens capteurs à l'aide desdites informations représentatives de la position effective par rapport à la position absolue. On comprend que, selon ce mode de mise en oeuvre, on peut réaliser le guidage de la trajectoire pour l'appontage d'un aéronef sur un porte-aéronefs ou sur une plate-forme flottante en s'affranchissant des mouvements de la surface d'atterrissage bien que les capteurs d'image, qui sont de préférence une ou deux caméras, soient fixes par rapport à la surface d'appontage, c'est-à-dire ne soient pas montés sur des systèmes stabilisés de façon gyroscopique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une vue schématique en élévation de l'ensemble du système de l'installation dans le cas d'un appontage sur une surface flottante; - la figure 2 est une vue d'ensemble de l'installation de guidage dans le cas d'appontage d'un aéronef; - la figure 3 illustre un mode de mise en oeuvre de l'invention utilisant deux caméras ; et - la figure 4 illustre la détection de l'erreur de trajectoire d'approche dans le cas d'une seule caméra. En se référant tout d'abord à la figure 1, on va décrire le principe du système et de l'installation de guidage. Sur cette figure, on a représenté très schématiquement une surface d'appontage 10 sur laquelle doivent apponter des aéronefs tels que 12. Le système ou installation de guidage comporte essentiellement des organes disposés sur la surface d'appontage 10 et un organe monté sur l'aéronef 12 lui-même. Sur l'aéronef 12 est prévue une source lumineuse 14 présentant deux secteurs d'émission, respectivement 16 et 18, le secteur 16 correspondant à un faisceau dirigé vers l'avant de l'aéronef et le secteur 18 correspondant à un faisceau dirigé vers le bas selon une direction sensiblement perpendiculaire ou plan horizontal de l'aéronef. Le faisceau 16 sert au guidage dans la phase d'approche alors que le faisceau 18 sert au guidage de l'aéronef dans la phase terminale d'atterrissage ou d'appontage. Les faisceaux lumineux peuvent être de toute nature convenable. Par exemple il peut s'agir de faisceaux lumineux visibles ou de faisceaux dans l'infrarouge, ces faisceaux pouvant de plus être codés en fréquence. Il va de soi qu'au lieu d'utiliser une seule source lumineuse 14 avec deux secteurs d'émission, on pourrait utiliser deux sources lumineuses indépendantes. La partie de l'installation 20 qui est montée sur la surface d'atterrissage ou d'appontage, c'est-à-dire par exemple sur le pont du porte-aéronefs, comprend essentiellement au moins une caméra 22 ou tout autre capteur optique permettant de former une image dans un champ donné. La caméra est bien sûr dirigée vers la direction d'approche des aéronefs devant apponter. La caméra 22 fournit une image de préférence numérisée faisant apparaître la portion d'horizon et de pont visible dans le champ numérisé ainsi que l'image de la source lumineuse 14 correspondant au secteur 16. Les images successives prises par la caméra sont transmises à un dispositif de traitement 24 qui reçoit les informations numériques correspondant aux images successives. Comme le montre la figure 1, la caméra 22 occupe une position fixe par rapport à la surface d'atterrissage 10.Par position fixe, on veut dire que ia direction de visée de la caméra peut bien sûr être modifiée mais que cette caméra n?est pas gyrostabilisée. Les circuits de traitement 24 reçoivent également des informations délivrées par des capteurs de repérage de la position de la surface d'appontage 10 par rapport à un plan horizontal et un plan vertical absolus. Ces différents capteurs portent la référence générale 26. Ces capteurs sont essentiellement des capteurs de repérage de la verticale, des capteurs de roulis et de tangage et des capteurs de pilonnement. Ces différents capteurs délivrent vers le dispositif de traitement 24 les différents paramètres de position relative de la surface d'appontage 10 par rapport aux plans horizontal et vertical absolus. Le dispositif de traitement 24 comporte des programmes de traitement des informations relatives aux images successives formées pour ramener l'image effective correspondant à l'instant considéré de l'appontage à une image par rapport à un repère fixe. Ces programmes de conversion de coordonnées sont en eux-mêmes bien connus et il n'est donc pas nécessaire de les décrire en détails.A l'image prise qui inclut en particulier l'image de la source lumineuse 14, faisceau 16, sont associés des réticules de repérage de trajectoire correcte. le dispositif de traitement 24 compare la succession à des instants consécutifs des positions de l'image de la source 14 à la trajectoire convenable et élabore des signaux d'erreur de trajectoire en site et en azimut par rapport à des directions horizontale et verticale absolues. les circuits de traitement commandent des moyens 28 pour informer le pilote de l'aéronef 12 d'une éventuelle erreur de trajectoire. Les moyens d'informations 28 peuvent consister par exemple en des panneaux lumineux permettant d'afficher le fait que l'aéronef est trop haut, trop bas, trop à droite ou trop à gauche ou que, au contraire, sa trajectoire et sa position sont correctes. Il va de soi que, lorsque la surface d'atterrissage est fixe, le traitement de correction des images n'est pas mis en oeuvre. Les informations d'erreur de trajectoire ou de positionnement pourraient également être transmises au pilote de l'aéronef sous forme de signaux radioélectriques, en plus des panneaux d'affichage ou à la place de ceux-ci. En se référant maintenant à la figure 2, on va décrire plus en détails un mode préféré de réalisation de l'installation de guidage sur trajectoire pour l'appontage d'un aéronef sur un porte-aéronefs. Sur cette figure 2, on a représenté de façon simplifiée, d'une part, l'image 30 prise par la caméra 20 et, d'autre part, l'ensemble des composants pour traiter les informations relatives aux images prises successivement par la caméra et pour informer le pilote des éventuelles erreurs de trajectoire d'approche et de positionnement. L'image formée par la caméra donne, d'une part, l'horizon 32 correspondant à la direction d'approche de l'aéronef 12 ainsi qu'une image de la partie du pont 34 comportant la zone souhaitée d'appontage 36. Sur cette image, il apparaît en particulier l'image 37 du secteur lumineux 16 et le point d'impact 38 du secteur lumineux 18 dirigé vers le pont du porte-aéronefs. A la caméra est associé de plus un système de réticule de repérage 40 permettant de comparer la trajectoire effective de l'aéronef avec la trajectoire optimale. Les signaux de préférence numériques d'image délivrés par la caméra 20 sont transmis vers un calculateur 42 constituant une partie du dispositif de traitement 24 représenté sur la figure 1 par l'intermédiaire d'une boîte de connexion 44. Au calculateur sont de préférence associés un pupitre de commande 46 et un moniteur de contrôle 48. le calculateur 42 reçoit également des informations sous forme numérique provenant de différents capteurs représentant la position effective de la surface d'appontage par rapport aux repères horizontal et vertical fixes. Ces capteurs consistent, par exemple, en un capteur d'informations de direction verticale 50 et des capteurs respectivement de roulis, de tangage et de pilonnement portant la référence globale 51. Le calculateur 42 comporte des programmes qui permettent de modifier l'image effectivement prise par la caméra 20 par rapport aux repères horizontal et vertical 34. Les informations ainsi modifiées permettent d'obtenir respectivement l'image de la source lumineuse associée à l'aéronef et l'image 38 du point d'impact du secteur lumineux 18 par rapport à un repère absolu. Le calculateur compare ces informations de trajectoire et de positionnement de l'aéronef aux informations de repérage et commande cycliquement en conséquence les circuits 52 de contrôle du panneau d'affichage 28 afin d'indiquer au pilote que, par rapport à la trajectoire idéale, il est trop haut (a), trop bas (b), trop à droite (c), trop à gauche (d) ou, au contraire, qu'il est sur la bonne trajectoire ou qu'il est bien positionné. Des moyens d'affichage lumineux servent également à informer le pilote d'une éventuelle erreur de position. 1l va de soi que lorsque la surface d'atterrissage est fixe, les capteurs de position relative sont mis hors circuit et que les informations de guidage transmises au pilote sont directement dérivées des images effectives successives prises par la caméra comparée aux réticules de référence. La figure 4 illustre l'utilisation du réticule 40 associé à la caméra 20 pour fournir au pilote les informations éventuelles d'erreurs de trajectoire d'approche. Aux axes 40 du réticule sont ajoutées des zones rectangulaires qui correspondent à une trajectoire correcte A, une trajectoire trop à gauche B, une trajectoire trop à droite C ou une trajectoire trop haute D ou trop basse E. Ces indications sont transmises au pilote par les panneaux d'affichage et/ou un message radio. La figure 3 montre un mode perfectionné de mise en oeuvre de l'installation de guidage. Elle comprend deux caméras 20a et 20b implantées en des localisations différentes sur la surface d'appontage ou d'atterrissage. Les champs C1 et C2 de ces deux caméras fournissent simultanément deux images différentes de la zone d'approche, ce qui permet de transmettre au calculateur des informations d'image stéréoscopique. Sur la figure 3, ces champs ont été représentés superposés. De plus, pour chaque champ C1, C2, on a figuré un premier réticule 401 correspondant à une approche selon l'axe de la zone d'atterrissage et deux autres réticules 402 et 403 correspondant à des approches désaxées. Pour chaque réticule, on a représenté les rectangles A, B, C, D, E de la figure 4. Cette solution permet d'améliorer la précision du guidage. Elle est particulièrement intéressante dans le cas du guidage pour un appontage sur un porte-aéronefs ou sur une plateforme offshore. Il va également de soi qu'on peut prévoir une caméra supplémentaire pour obtenir une image de la surface d'appontage ou d'atterrissage et du point d'impact du faisceau 18 de repérage de la phase terminale d'appontage ou d'atterrissage. Le calculateur traite alors cette image séparément de l'image correspondant au guidage sur trajectoire. REVENDICATIONS 1. Installation de guidage sur trajectoire d'un aéronef dans sa phase d'atterrissage sur une surface d'atterrissage, caractérisée en ce qu'elle comprend: une source (14) d'émission de lumière (16) montée sur ledit aéronef (12) pour être perçue depuis la zone d'atterrissage, des moyens capteurs (20, 22) d'images pour former une image, lesdits moyens étant dirigés vers la zone d'approche desdits aéronefs et étant solidaires de ladite surface d'atterrissage, des moyens de traitement (26, 30) de ladite image formée par les moyens capteurs pour comparer sur l'image formée la position de l'image de ladite source lumineuse par rapport à un repère d'approche correcte dudit aéronef sur ladite surface d'atterrissage, et des moyens (28) pour, en réponse à ladite comparaison, émettre vers le pilote dudit aéronef des informations représentatives d'une éventuelle erreur de trajectoire selon les directions horizontale et verticale absolues. 2. Installation de guidage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: une source lumineuse secondaire montée sur ledit aéronef (12) et dont la direction d'émission du faisceau (18) fait sensiblement un angle droit avec le plan horizontal de l'aéronef, des moyens capteurs d'image (20, 22) dirigés vers ladite surface d'atterrissage, lesdits moyens étant aptes à fournir une image de ladite surface d'atterrissage incluant le point d'impact du faisceau émis par ladite source secondaire, et des moyens (28) pour transmettre au pilote dudit aéronef une information d'écart entre ledit point d'impact du faisceau et le point d'atterrissage souhaité. 3. Installation de guidage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 pour l'appontage d'un aéronef sur une surface d'atterrissage disposée sur un équipement flottant, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (30, 50, 51) pour élaborer des informations représentatives de la position effective de ladite surface d'atterrissage par rapport à une surface horizontale absolue fixe, et en ce que lesdits moyens de traitement (26, 42, 44) de l'image prise par les moyens capteurs comprennent des moyens pour corriger l'image effectivement prise par les moyens capteurs à l'aide desdites informations représentatives de la position effective par rapport à la position absolue. 4. Installation de guidage selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens (26) pour élaborer des informations représentatives de position effective comprennent des moyens capteurs (50, 51) de repérage de la verticale, des moyens capteurs de route et de tangage et des moyens capteurs de pilonnement. 5. Installation de guidage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits moyens capteurs d'images comprennent deux caméras (20a, 20b) disposées en des emplacements différents et en ce que l'image stéréoscopique ainsi obtenue est traitée par lesdits moyens de traitement. 6. Installation de guidage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de repérage d'approche correcte de l'aéronef consistent en des moyens de réticules (40, A, B, C, D, E) de visée solidaires desdits capteurs d'images. 7. Installation de guidage selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens pour transmettre au pilote l'information d'écart de position comprennent des moyens d'affichage lumineux (28) solidaires de ladite surface. 8. Installation de guidage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que lesdits moyens d'émission d'informations vers le pilote de l'aéronef comprennent: des moyens d'affichage lumineux (28, a, b, c, d, e) solidaires de ladite surface d'atterrissage, et des moyens (52) pour commander les moyens d'affichage afin d'indiquer que la trajectoire est trop haute ou trop basse ou trop à droite ou trop à gauche ou bien que la trajectoire est correcte. 9. Installation de guidage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les moyens pour émettre une information d'erreur éventuelle de trajectoire comprennent des moyens de transmission radioélectriques destinés au pilote de l'aéronef. 10. Installation de guidage selon l'une quelconque des revendications 2 et 7, caractérisée en ce que les moyens pour transmettre vers ledit pilote des informations d'écart de position comprennent des moyens de transmission radioélectriques destinés au pilote de l'aéronef.