Brevet FR2847700A1 — publié le 20040528

PROCEDE DE SYNTHESE D'UNE IMAGE D'INTERVISIBILITE TRIDIMENSIONNELLE. Le domaine de l'invention est celui des procédés de synthèse d'une image cartographique constituée de pixels et représentant la répartition, sur un terrain survolé par un aéronef, des zones d'intervisibilité. On entend par zone d'intervisibilité Z la zone de portée couverte par une menace potentielle connue. Si la menace M a un rayon de portée R, celle-ci est une portion de sphère S limitée dans sa partie inférieure par le relief du terrain T dans lequel se trouve la menace, comme il est indiqué sur la figure 1. La figure 2 montre, qu'en fonction des accidents de terrain, il existe des zones qui, bien que se situant à une distance D inférieure au rayon de portée R, ne se trouvent pas dans la zone d'intervisibilité de la menace M. Par conséquent, un aéronef sera ou ne sera pas dans la zone d'intervisibilité d'une menace, non seulement en fonction de sa position géographique mais également en fonction de son altitude. Par exemple, sur la figure 2, l'aéronef A se trouve en dehors de la zone d'intervisibilité à l'altitude H et se trouve dans la zone d'intervisibilité à l'altitude H'. Compte-tenu de l'importance de cette information pour la sécurité d'un aéronef, la représentation des informations d'intervisibilité sur les écrans de visualisation de la planche de bord dudit aéronef doit être la plus claire et la plus ergonomique possible. La représentation des zones d'intervisibilité par des procédés de synthèse d'images cartographiques est donc un problème important et délicat. Historiquement, les premières représentations des zones d'intervisibilité ont été réalisées par la technique dite de " lancer de rayons ". Le brevet américain US 5086396 est représentatif de cette technique. Des rayons sont lancés à partir de la position de la menace considérée jusqu'à, soit un obstacle limitant la portée effective de la menace, soit la limite de la portée théorique en cas d'absence d'obstacle. Le résultat est visible sur la figure 6 dudit brevet américain. La zone d'intervisibilité correspond à la zone couverte par les rayons. La portée théorique de la menace est indiquée par une ligne généralement circulaire 23A. Dans une option préférentielle, au 2 2847700 niveau de la revendication 7, ledit brevet américain propose d'affecter une couleur différente à chaque famille de rayons représentant un type de menace différente, afin sans doute de permettre au pilote de distinguer entre les différents types de menace. Ce grillage de rayons lancés à partir de la menace est surajouté à la coloration de la carte affichée. Cet art antérieur présente plusieurs inconvénients. Ainsi, cet art antérieur entraîne la perte de certaines informations, comme l'information d'ombrage représentant le relief du terrain par exemple, dans les parties de la carte recouvertes par des rayons. Pour les parties de la carte qui sont dans les zones d'intervisibilité de 1 o plusieurs menaces, éventuellement de type différent, la lecture des informations véhiculées par la carte sous l'entrelacement des rayons devient malaisé voire impossible pour le pilote de l'aéronef. Par ailleurs, la zone de portée n'est indiquée que par sa limite ce qui ne permet pas toujours au pilote de bien la visualiser dans sa totalité. 1 5 Le demandeur de la présente demande a proposé des améliorations significatives à la technique du " lancer de rayons " (demande de brevet N : 01 08669). Ce procédé s'applique tout particulièrement aux représentations cartographiques dites en 2D5. Une représentation cartographique en 2D5 est une représentation cartographique bidimensionnelle classique dans laquelle l'information de relief a été représentée sous forme d'ombrage. Le principe proposé est de diminuer, tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur, en utilisant des couleurs unies, couvrant uniformément les différentes parties de la zone d'intervisiblité considérée, par opposition aux couleurs texturées du type grillage de l'art antérieur, recouvrant partiellement la zone considérée, permettant ainsi de ne pas perdre au moins certaines des informations véhiculées par la carte affichée, et notamment l'information d'ombrage représentative du relief du terrain. On associe alors à chaque type de zone une couleur différente. Ainsi, par exemple, une première zone située en dehors de la limite de portée de la menace a une première couleur, une seconde zone située dans la limite de portée de la menace mais en dehors de la zone d'intervisibilité a une seconde couleur, enfin une troisième zone située dans la zone d'intervisibilité a une troisième couleur. L'étendue des zones dépend de l'altitude de l'aéronef. Par exemple, plus l'altitude dudit aéronef est élevée, plus l'étendue de la seconde zone se réduit. Dans le cas de représentations tridimensionnelles du terrain, il est également possible de représenter la zone d'intervisibilité sous la forme d'une surface sphérique semi-transparente représentant les limites de la zone d'intervisibilité. Cependant, ces procédés présentent encore certains inconvénients. Par exemple, lorsque l'aéronef se situe dans la seconde zone située dans la limite de portée de la menace mais en dehors de la zone d'intervisibilité, le pilote ne connaît pas clairement la marge d'altitude restant avant que l'aéronef ne pénètre dans la zone d'intervisibilité. De la même façon, il lui est assez difficile de définir la trajectoire à accomplir pour rester constamment à l'abri, en-dehors ou en dessous de la zone d'intervisibilité. L'objet de l'invention est de pallier ces différents inconvénients et de présenter au pilote les zones d'intervisibilité de façon plus ergonomique, permettant au pilote de savoir de façon sre, d'une part si l'aéronef se trouve dans une zone d'intervisibilité et d'autre part, lorsque l'aéronef est hors d'une zone d'intervisibilité, de connaître la marge d'altitude restant avant que l'aéronef ne pénètre dans la zone d'intervisibilité. On améliore ainsi sensiblement la sécurité du vol de l'aéronef. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé de synthèse d'une image pour applications aéronautiques, ladite image comprenant au moins Une représentation cartographique tridimensionnelle d'un 25 terrain survolé par un aéronef, ledit terrain comportant au moins une menace potentielle; Une représentation tridimensionnelle d'une zone d'intervisibilité (Z) définie comme une portion de la sphère de portée de ladite menace; caractérisé en ce que la représentation tridimensionnelle de ladite zone d'intervisibilité est réalisée par une nappe surfacique correspondant à la surface inférieure de la zone d'intervisibilité, ladite surface inférieure étant constituée de points appartenant à la zone d'intervisibilité, tels que la distance de chaque point de la dite surface inférieure au point du terrain ayant les mêmes coordonnées géographiques soit la plus faible possible. Avantageusement, la nappe surfacique apparaît en semiz transparence de telle sorte que les zones du terrain situées sous la nappe restent en partie visibles. Avantageusement, la nappe surfacique ayant un endroit et un envers, l'endroit ayant une première couleur, l'envers ayant une seconde couleur, la seconde couleur est différente de la première couleur. Il est également possible que l'endroit ou l'envers de la nappe surfacique aient une texture. Cette texture est, par exemple, un quadrillage régulier. Avantageusement, les lignes du quadrillage sont transparentes. Avantageusement, pour préciser les limites du périmètre de portée, ledit périmètre de portée maximale de la menace est représenté sous la forme de la surface convexe d'une texture verticale à pas constant reposant sur le terrain. Cette texture est, par exemple, une grille verticale fermée reposant sur le terrain. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles: * La figure 1 représente une vue tridimensionnelle d'un terrain comportant une zone d'intervisibilité générée par une menace. La figure 2 représente une vue en coupe dudit terrain au niveau de ladite zone d'intervisibilité. * La figure 3 représente une vue tridimensionnelle dudit terrain comportant ladite zone d'intervisibilité générée par une menace, ladite zone étant représentée selon l'invention. ò Les figures 4a et 4b représentent une vue tridimensionnelle d'un terrain avec et sans la représentation d'une partie d'une zone d'intervisibilité générée par une menace, ladite zone étant représentée selon un premier mode de représentation selon l'invention. * Les figures 5, 6 et 7 représentent trois vues tridimensionnelles du terrain de la figure 4b comportant une partie de la zone d'intervisibilité présentée selon un second, un troisième et un quatrième mode de représentation selon l'invention. La figure 8 représente une vue tridimensionnelle d'un terrain comportant la représentation d'une partie d'une zone d'intervisibilité générée par une menace ainsi que la représentation du périmètre de portée maximale de ladite menace. La figure 3 représente une vue générale tridimensionnelle d'un terrain T comportant une menace M. La représentation de la zone d'intervisibilité Z selon l'invention ne comporte plus que la nappe surfacique constituée des points appartenant à la surface inférieure de la zone d'intervisibilité, tels que la distance de chaque point de la nappe surfacique au point du terrain ayant les mêmes coordonnées géographiques soit la plus faible possible. Lorsque l'aéronef se trouve à l'intérieur de la sphère de portée mais dans la zone située entre le terrain et la nappe surfacique, il est 1 5 à l'abri de la menace. Par conséquent, l'interprétation de la zone d'intervisibilité est considérablement simplifiée. Ou l'aéronef se situe audessus de la nappe surfacique, alors ledit aéronef est perçu de la menace et se trouve dans la zone d'intervisibilité. Ou l'aéronef se situe en dessous de la nappe surfacique, alors ledit aéronef n'est pas perçu de la menace et se trouve hors de la zone d'intervisibilité. On fournit ainsi au pilote un critère très simple de sécurité. En outre, cette simplification présente un intérêt technique majeur. Il suffit, en effet, de générer une seule surface alors que dans un grand nombre de représentations des zones d'intervisibilité, il est nécessaire de 25 générer soit plusieurs surfaces tridimensionnelles soit un volume complet. On économise ainsi en temps de calcul. Ce point est important dans la mesure o, bien entendu, les images doivent être générées en temps réel à une cadence correspondant aux standards vidéo, soit de l'ordre de 25 images par seconde. Les figures 4a et 4b représentent une vue tridimensionnelle d'un terrain T avec et sans la représentation d'une partie d'une zone d'intervisibilité Z générée par une menace non représentée sur ces figures, ladite zone étant représentée par une couleur uniforme selon un premier mode de présentation. Comme on peut le voir sur la figure 4b, l'interprétation de la zone d'intervisibilité Z peut être ambiguÙ. Des modes de présentation complémentaires représentées sur les figures 5, 6 et 7 permettent d'affiner la présentation et la perception de la zone d'intervisibilité. Deux points sont essentiels pour la lisibilité de la zone d'intervisibilité: * Perception du relief de la nappe surfacique. Perception de la situation de l'aéronef par rapport à cette nappe. En figure 5, un second mode de représentation de la zone d'intervisibilité est figuré. La nappe surfacique est représentée en semitransparent de façon que le relief du terrain T' situé sous la nappe surfacique Z puisse apparaître. On facilite ainsi la sensation de position de la nappe par rapport au relief. En figure 6, un troisième mode de représentation de la zone d'intervisibilité est figuré. La nappe surfacique a un endroit et un envers. Pour améliorer la perception de la surface et pour éviter les inversions de représentation, deux couleurs différentes sont employées pour ledit endroit et le dit envers. L'intérêt de différentier ainsi l'endroit et l'envers de la nappe surfacique permet d'améliorer de façon sensible la perception de la nappe. Par exemple, l'endroit tourné vers le ciel est représenté en vert. L'envers, dans ce cas, tourné vers le terrain est représenté, par exemple, en rose. Par conséquent, si le pilote perçoit la nappe surfacique essentiellement de couleur rose, cela signifie qu'il se trouve sous la nappe surfacique et par conséquent sous la zone d'intervisibilité. Réciproquement, si le pilote perçoit la nappe surfacique essentiellement de couleur verte, cela signifie qu'il se trouve au-dessus de la nappe surfacique et par conséquent dans la zone d'intervisibilité. En figure 7, un quatrième mode de représentation de la zone d'intervisibilité est figuré. Une texture Q à pas constant est disposée sur l'endroit et/ou sur l'envers de la nappe surfacique. La texture permet de mettre en évidence le relief de la nappe. Lorsque le motif de la texture apparaît de grande dimension, cela signifie qu'il est proche de l'aéronef, lorsque le motif de la texture apparaît de petite dimension, cela signifie qu'il est plus éloigné de l'aéronef. La plus ou moins grande inclinaison du motif permet également d'améliorer la sensation du relief de la nappe surfacique. La texture la plus simple à mettre en oeuvre et qui " charge " le moins l'image est le quadrillage régulier comme représenté en figure 7. Il est à noter que le " placage " d'une texture n'entraîne pas de calculs spécifiques. En effet, la base du motif est une image stockée dans un format standard et recopiée selon le pas du motif sur toute la surface de l'image. Il est possible d'améliorer encore le mode de représentation de la figure 7 en représentant les lignes du quadrillage en transparent. On laisse ainsi apparaître le terrain situé sous la zone d'intervisibilité. Bien entendu, il est possible de générer une image d'intervisibilité mélangeant ces différents modes de représentation. Lorsque plusieurs menaces sont présentes avec des zones d'intervisibilité en partie communes, il est possible de représenter la zone d'intervisibilité résultante également sous la forme d'une nappe surfacique telle que ladite nappe soit constituée de points appartenant aux surfaces 1 5 inférieures des zones d'intervisibilité des différentes menaces, tels que la distance de chaque point de la nappe surfacique au point du terrain ayant les mêmes coordonnées géographiques soit la plus faible possible. La figure 8 représente une vue tridimensionnelle d'un terrain T comportant la représentation d'une partie d'une zone d'intervisibilité générée par une menace ainsi que la représentation du périmètre P de portée maximale de ladite menace. Le représentation du périmètre P de portée permet de signaler au pilote de l'aéronef qu'il pénètre dans une zone potentiellement couverte par une menace, même s'il se trouve en dehors de la zone d'intervisibilité. Le périmètre est représenté par la surface convexe d'une texture verticale à pas constant, cette texture étant, à titre d'exemple, une grille verticale fermée reposant sur le terrain. La sensation de pénétrer dans une zone dangereuse est ainsi renforcée. Le procédé de synthèse selon l'invention nécessite des moyens qui sont habituellement disponibles sur les systèmes d'avionique et d'hélivionique des aéronefs modernes. Le système complet permettant l'affichage de l'image tridimensionnelle selon l'invention comprend: ò Un ou plusieurs interfaces Homme-Machine de type postes de commande permettant au pilote de sélectionner les informations qui lui sont nécessaires. Par exemple, le pilote peut souhaiter une représentation cartographique du terrain et de la zone d'intervisibilité différente de celle liée à la position réelle de l'aéronef. Des moyens de localisation géographique de l'aéronef dans l'espace comprenant: Des senseurs (centrale inertielle, système de i0 localisation par satellite de type GPS (Global Positioning system),...); Des capteurs ( sondes anémo-barométriques, capteurs gyroscopiques, accéléromètres,...) * Une unité de navigation assurant le traitement des i 5 données issues des chaînes de senseurs et de capteurs et permettant de déterminer la position géographique, l'altitude et l'attitude de l'aéronef. Une unité de génération d'une image cartographique de synthèse comportant l'image tridimensionnelle du terrain et, au moins, l'image de la zone d'intervisibilité selon l'un des modes de présentation selon l'invention. Ladite unité comprend: Une base de données cartographiques comprenant au moins les informations de relief du terrain ainsi que la nature et le positionnement des différentes menaces potentielles. Une unité de traitement permettant, en fonction des données issues de l'unité de traitement ainsi que des informations fournies par le pilote de générer l'image tridimensionnelle du terrain et de la zone d'intervisibilité. Au moins, un dispositif de visualisation disposé sur la planche de bord de type MFD (Multi Function Display) permettant la représentation en temps réel de l'image tridimensionnelle du terrain et de la zone d'intervisibilité. * Des liaisons électroniques relient les différentes unités du système complet. La transmission des différentes informations se fait par bus de données selon des standards propres à l'aéronautique. REVENDICATIONS 1. Procédé de synthèse d'une image pour applications aéronautiques, ladite image comprenant au moins: Une représentation cartographique tridimensionnelle d'un terrain (T) survolé par un aéronef, ledit terrain comportant au moins une menace potentielle (M); 10. Une représentation tridimensionnelle d'une zone d'intervisibilité (Z) définie comme une portion de la sphère de portée de ladite menace; caractérisé en ce que la représentation tridimensionnelle de ladite zone d'intervisibilité est réalisée par une nappe surfacique correspondant à la i 5 surface inférieure de la zone d'intervisibilité, ladite surface inférieure étant constituée de points appartenant à la zone d'intervisibilité, tels que la distance de chaque point de la dite surface inférieure au point du terrain ayant les mêmes coordonnées géographiques soit la plus faible possible. 2. Procédé de synthèse d'une image selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit procédé comprend des moyens pour faire apparaître la nappe surfacique en semi-transparence de telle sorte que les zones du terrain (T') situées sous la nappe surfacique restent en partie visibles. 3. Procédé de synthèse d'une image selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la nappe ayant un endroit (ED) et un envers (EV), ledit procédé comprend des moyens pour faire apparaître l'endroit d'une première couleur et l'envers d'une seconde couleur, la seconde couleur étant différente de la première couleur. 4. Procédé de synthèse d'une image selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit procédé comprend des moyens pour faire apparaître une texture (Q) sur l'endroit ou l'envers de là nappe surfacique. 5. Procédé de synthèse d'une image selon la revendication 4, caractérisé en ce que la texture est un quadrillage régulier (Q). 6. Procédé de synthèse d'une image selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les lignes du quadrillage sont transparentes. 7. Procédé de synthèse d'une image selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit procédé comprend des moyens pour faire apparaître le périmètre (P) de portée maximale de la menace sous la forme de la surface convexe d'une texture verticale à pas 1 5 constant reposant sur le terrain. 8. Procédé de synthèse d'une image selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite texture est une grille verticale fermée reposant sur le terrain. 9. Unité de génération d'une image cartographique de synthèse comportant une représentation de l'image tridimensionnelle d'un terrain (T) survolé par un aéronef, ledit terrain (T) comportant au moins une menace (M), ladite image cartographique comportant également une représentation 25 de l'image de la zone d'intervisibilité (Z) de ladite menace (M), caractérisée en ce que le procédé de synthèse de l'image cartographique est réalisé selon l'une des revendications précédentes. 10. Système d'avionique monté sur aéronef comportant au moins un ou plusieurs interfaces Homme-Machine de type postes de commande, des moyens de localisation géographique de l'aéronef dans l'espace comprenant des senseurs et des capteurs, une unité de navigation assurant le traitement des données issues des chaînes de senseurs et de capteurs, une base de données cartographiques comprenant au moins les informations de relief du terrain ainsi que la nature et le positionnement des différentes menaces potentielles (M), une unité de génération d'images cartographiques permettant, en fonction des données issues de l'unité de navigation ainsi que des informations fournies par le pilote de générer l'image tridimensionnelle du terrain (T) et de la zone d'intervisibilité (Z), un dispositif de visualisation disposé sur la planche de bord de type MFD (Multi Function Display) permettant la représentation en temps réel de l'image tridimensionnelle du terrain (T) et de la zone d'intervisibilité (Z) et des liaisons électroniques reliant les différentes unités du système, caractérisé en ce que l'unité de génération d'images cartographiques est selon la revendication 9.