Brevet FR2891079A1 — publié le 20070323

Procédé et système de filtrage de pistes issues de plusieurs sources et à destination de plusieurs clients auxquels elles sont fournies Domaine technique: La présente invention concerne un procédé et un système de filtrage de pistes issues de plusieurs sources et à destination de plusieurs clients auxquels elles sont fournies, une piste contenant des informations relatives à un aéronef et une source caractérisant un type d'émetteur. Elle s'applique par exemple dans le domaine de l'avionique. Art antérieur et problème technique: Outre la communication vocale entre les pilotes et les contrôleurs io de trafic qui se fait par radio, le développement grandissant du trafic aérien civil mondial nécessite de plus en plus d'échanges d'informations formatées entre les systèmes impliqués dans la régulation du trafic. Par exemple les systèmes échangent des données appelées des pistes qui contiennent en particulier des informations cinématiques sur les aéronefs en vol, comme la position, l'altitude, le cap et la vitesse. Dans le contexte civil, ces informations cinématiques sont pour l'essentiel déduites des réponses en mode S émises par les aéronefs eux-même et reçues par des radars au sol. Les réponses en mode S contiennent notamment l'altitude et l'identifiant de l'aéronef. D'une part les antennes primaires des radars permettent de déterminer des positions successives de l'aéronef qui, gérées dans un historique, permettent de déduire des pistes. D'autre part par les antennes secondaires permettent d'affecter à ces pistes l'altitude et l'identifiant reçus. Par la. suite on appellera situation aérienne la donnée de l'ensemble des pistes connues. De nouvelles fonctions implémentées sur les systèmes embarqués à bors des aéronefs, comme celles connues sous leur désignation anglo-saxonne de Airborne Separation Assurance System (qu'on appellera applica11rions ASAS par la suite), nécessitent de connaître la situation aérienne à bord. Les applications ASAS ont la charge de maintenir des distances de séparation suffisantes entre les aéronefs, c'est-à-dire entre les pistes, et éventuellement de proposer des procédures de maintien de séparation ou même d'évitement. Or la situation aérienne connue des centres au sol est limitée à la portée des radars dont l'implantation est fonction des besoins des centres. Et cette implantation ne répond pas nécessairement aux besoins des fonctions ASAS de n'importe quel aéronef. Ainsi transmettre la situation aérienne connue du sol vers les aéronefs n'est pas une solution opportune. Pour tenter de remédier à cela, une stratégie d'établissement des pistes totalement différente se met en place, visant à s'affranchir des radars au sol. Il s'agit tout d'abord d'équiper les aéronefs d'un système connu par sa désignation anglo-saxonne de Global Positioning System (qu'on appellera GPS par la suite) qui est un système de positionnement par triangulation satellitaire. Il permet aux aéronefs de connaître très précisément leur position et leur altitude. L'historique de ces positions leur permet de déduire aisément leur cap et leur vitesse, et donc de générer eux-même la piste qui leur correspond. Il s'agit ensuite d'émettre cette piste à destination des autres aéronefs par l'intermédiaire d'un nouveau système connu par sa dénomination anglo- saxonne de Automatic Dependent Surveillance Broadcast (qu'on appellera ADS-B par la suite). Les aéronefs sont équipés d'un système d'émission ADS-B pour émettre leur propre rapport de piste et d'un système de réception ADS-B pour recevoir les rapports de piste des autres aéronefs, au rythme approximatif d'un par seconde. Ces rapports de type piste sont appelés pistes ADS-B par extension. Les aéronefs équipés d'un système d'émission et d'un système de réception ADS-B ont une connaissance complète de la situation aérienne dans la zone de couverture de leurs systèmes ADS-B. Bien-sûr, cela n'est vrai qu'en faisant l'hypothèse que tous les aéronefs sont équipés de ces systèmes ADS-B. Mais cela ne peut pas être le cas immédiatement, le parc des aéronefs déjà en service n'étant pas encore équipé en ADS-B. Il faut donc envisager une période transitoire. Durant cette période les aéronefs non équipés en ADS-B seront connus grâce à la capacité des récepteurs ADS-B à recevoir également d'autres rapports de type piste diffusés par les centres au sol vers les aéronefs en vol via un système connu par sa dénomination anglo-saxonne de Traffic Information Service in Broadcast mode (qu'on appellera TIS-B par la suite). Ce système permet l'émission de rapports de natures diverses, dont des rapports de type piste que l'on appelle pistes TISB par extension. Les pistes TIS-B sont envoyées à un rythme de l'ordre d'une par seconde. La position d'une piste TIS-B est mesurée non plus par le système GPS, mais par des radars au sol. Tous les aéronefs équipés d'un système de réception ADS-B et à portée d'un système d'émission TIS-B au sol reçoivent des pistes TIS-B. Cependant il est à noter que pendant la période transitoire, les aéronefs équipés en ADS-B auront une connaissance incomplète de la situation aérienne. En effet un aéronef non-équipé en ADS-B qui n'est pas à portée d'un radar au sol ne sera pas connu. Mais cette connaissance de la situation aérienne à bord est quand même plus complète que quand aucun aéronef n'est équipé en ADS-B. Ainsi pendant la période transitoire certains aéronefs disposent de pistes issues de rapports TIS-B et de pistes issues de rapports ADS-B. Et c'est là que se pose le problème. En effet une piste ADS-B et une piste TISB peuvent découler du même aéronef, ce qui n'est pas évident du tout à déterminer. Elles sont d'origines différentes, donc elles comportent souvent des identifiants d'aéronef différents. Elles ont toujours des positions différentes puisqu'elles ont été mesurées par des systèmes très différents que sont l'antenne primaire d'un radar et le système GPS. Non seulement un unique aéronef peut être connu par deux pistes, mais on peut même envisager de recevoir des rapports TIS-B pour un même aéronef envoyés par des centres au sol distincts, selon la couverture des systèmes TIS-B de ces centres. Ainsi un unique aéronef peut être connu par trois pistes ou plus. C'est pourquoi dans ce qui suit on dira qu'une piste peut être connue de plusieurs sources, une source caractérisant soit l'une des origines TIS-B, soit l'unique origine ADS-B d'une piste. On dira également par la suite que cette piste est multiple. S'il est possible d'envisager que le pilote soupçonne ces pistes multiples pour un même aéronef sur une console de visualisation de par leur trop grande proximité géographique, les applications utilisatrices des pistes, quant à elles, ne peuvent faire ce rapprochement. C'est typiquement le cas des applications ASAS. Schématiquement, elles lèvent une alerte lorsque deux pistes sont trop proches. Par conséquent elles ne peuvent travailler à partir de pistes multiples pour un même aéronef, car ces pistes multiples sont justement toujours très proches et vont donc être systématiquement interprétées comme des aéronefs distincts qui risquent la collision. Les applications ASAS vont lever des alertes et proposer des procédures d'évitement de manière intempestive. Mais même sans considérer le cas particulier des applications ASAS, avoir plusieurs pistes pour un même aéronef est une situation qui n'est pas acceptable, même pour une application de visualisation. Ainsi la période transitoire pose un réel problème du point de vue de l'intégrité de la situation aérienne connue à bord des aéronefs équipés en ADS-B. Certaines applications d'ores et déjà utilisées, et notamment des applications ayant trait à la sécurité de vol, ne peuvent assurer leur fonction dans des conditions de fiabilité suffisantes. Une solution pourrait être de fournir une application donnée avec des pistes venant toujours de la même source, TIS-B ou ADS-B. En effet si l'on considère uniquement les pistes issues d'une même source, il n'y a pas de piste multiple pour un même aéronef. Et au pire la situation aérienne fournie à une application est issue d'une unique source TIS-B. Cette solution est acceptable mais il est dommage de ne pas profiter des données ADS-B qui sont plus complètes et plus précises car issues du système GPS. Reprise des revendications: L'invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités en fournissant aux applications la situation aérienne la plus complète possible avec les pistes les plus pertinentes, et ce indépendament de la source dont elles sont issues. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de filtrage de pistes issues de plusieurs sources et à destination de plusieurs clients auxquels elles sont fournies. Il comporte au moins une phase d'établissement d'un lien entre des pistes découlant d'un même aéronef et une phase de choix de l'une des pistes liées pour représenter l'aéronef selon un critère dépendant du client. Avantageusement le lien entre les pistes découlant d'un même aéronef peut être établi si les pistes partagent un même identifiant d'aéronef ou si la distance entre les pistes est inférieure à un seuil de distance. Avantageusement également, pour un client la piste choisie parmi les pistes liées pour représenter l'aéronef peut être la piste de meilleure qualité, pour laquelle la probabilité d'être la plus proche de la position réelle de l'aéronef est la plus grande. Par exemple, parmi les sources de piste peuvent se trouver une source ADSB ou une source TIS-B. Pour un client la piste choisie parmi les pistes liées pour représenter l'aéronef peut être choisie selon un ordre de préférence des 5 sources. Avantages: L'invention a encore pour principaux avantages qu'elle permet d'adapter la situation aérienne aux besoins des applications. On peut ainsi fournir simultanément àr deux applications distinctes des pistes différentes pour un même aéronef. Par exemple, une application est fournie exclusivement par une source et une autre application ne reçoit que les pistes de meilleure qualité quelles que soient leurs sources. Description des figures: D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent: la figure 1, par un diagramme un exemple d'étapes successives réalisant la première phase du procédé selon l'invention, à savoir l'établissement d'un lien entre les pistes découlant d'un même aéronef issues d'une source ADS-B et de plusieurs sources TIS-B, la figure 2, par un diagramme un exemple d'étapes successives réalisant la deuxième phase du procédé selon l'invention pour un client donné, à savoir le choix sur critère de qualité de l'une des pistes liées pour représenter l'aéronef. Description de l'invention à partir des figures: La figure 1 illustre par un diagramme un exemple d'étapes successives réalisant la première phase du procédé selon l'invention, à savoir l'établissement d'un lien entre les pistes découlant d'un même aéronef issues par exemple d'une source ADS-B et de plusieurs sources TIS-B. L'étape 1 représente la réception d'un rapport de type piste d'une source ADS-B ou TIS-B, cette source étant reconnue à la réception du rapport. Tout d'abord un test est réalisé à l'étape 2 pour savoir si la piste contenue dans le rapport a déjà été reçue de la même source. Si la piste contient un identifiant d'aéronef qui est déjà utilisé dans une piste issue de la même source, alors il est probable que cette piste soit déjà connue. Cet identifiant d'aéronef peut être par exemple un code attribué par l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale (qu'on appellera OACI par la suite), un indicatif radio ou encore un code de réponse à une interrogation en mode A pour les pistes issues d'une source TIS-B. Avantageusement, si une piste déjà connue de la même source contient bien un identifiant d'aéronef identique, alors un test de confirmation est effectué à l'étape 3. En effet il arrive courament que des identifiants d'aéronef erronés soient: véhiculés dans les rapports TIS-B et ADS-B de type piste. Il s'agit par exemple de vérifier que les deux pistes de même source et de même identifiant ne sont pas trop éloignées en distance. C'est un test de proximité géographique. Les deux pistes sont tout d'abord extrapolées à l'heure courante à partir de la position, du cap, de la vitesse et de la date qu'elles contiennent pour estimer la position instantanée des aéronefs dont elles découlent. La distance entre les deux positions extrapolées obtenues est calculée et comparée à un seuil de distance. Si la piste reçue est éloignée au delà du seuil de distance de la piste déjà connue partageant le ou les mêmes identifiants d'aéronef, alors la piste reçue est écartée définitivement à l'étape 4 car inexploitable. C'est typiquement le cas d'une piste reçue contenant un identifiant d'aéronef erroné. Si la piste reçue n'est pas éloignée au delà du seuil de distance de la piste déjà connue partageant le ou les mêmes identifiants d'aéronef, alors les deux pistes sont considérées comme découlant du même aéronef. Ainsi la piste déjà connue est mise à jour à l'étape 5 avec les données contenues dans la piste reçue. La mise à jour des données cinématiques est faite par utilisation d'un filtre de Kalman qui permet de déduire une nouvelle position et une nouvelle vitesse à partir des données cinématiques des deux pistes. Cette piste mise à jour est stockée dans un dispositif adéquate 6, de type base de donnée ou mémoire vive par exemple. S'il s'est avéré à l'issue de l'étape 2 que aucune piste connue issue de la même source ADS-B ou TIS-B ne partage un même identifiant d'aéronef avec la piste reçue, alors une piste est créée à l'étape 7 pour la source en question. Par conséquent il peut y avoir plusieurs pistes pour un même aéronef, par exemple une piste par source. Et c'est l'objet de l'étape 8 de corréler les pistes découlant du même aéronef mais issues de sources différentes. Il s'agit dans un premier temps de rechercher parmi les autres sources une piste contenant un même identifiant d'aéronef, comme un code OACI, un indicatif radio ou encore un code de réponse à une interrogation en mode A. Tous les couples de pistes avec la piste reçue et une piste issue d'une autre source sont examinés deux à deux. Si aucune piste issue d'une autre source n'est trouvée par cette méthode, alors dans un deuxième temps la recherche se fait par un test de proximité géographique, là encore sur tous les couples de pistes avec la piste reçue et une piste issue d'une autre source. Il s'agit de voir si les deux pistes en question ne sont pas très proches en distance. Les deux pistes sont tout d'abord extrapolées à l'heure courante à partir de la position, du cap, de la vitesse et de la date qu'elles contiennent pour estimer la position instantanée des aéronefs dont elles découlent. La distance entre les deux positions extrapolées obtenues est calculée et comparée à un seuil de distance. Le seuil choisi dépend de la précision des radars et du système GPS, il est de l'ordre d'1/2 mile nautique. Si la distance calculée entre les deux pistes est inférieure au seuil, alors les deux pistes sont considérées comme découlant du même aéronef et un lien est établi entre ces deux pistes. Par exemple, ce lien peut être l'attribution d'un même identifiant de piste dans le système. Les autres pistes connues issues de la même source ne sont pas examinées pour corrélation avec la piste reçue. Ce sont les pistes connues issues des autres sources qui sont examinées ensuite. La corrélation sur critère d'identifiant d'aéronef et de proximité est un exemple de réalisation parmi d'autres. Si la distance entre les deux pistes est supérieure au seuil, alors les deux pistes sont considérées comme découlant d'aéronefs différents et ne peuvent être liées. C'est la piste connue suivante dans la même source qui est ensuite examinée de la même manière, jusqu'à ce qu'une corrélation soit trouvée. Il est possible que la piste reçue et créée à l'étape 7 ne soit liée à aucune piste connue d'une autre source à la fin de l'étape 8. Et en tous cas, dans un lot de pistes liées par l'étape 8 il ne peut y avoir deux pistes issues de la même source. 1 o La piste reçue et créée à l'étape 7, éventuellement liée à l'étape 8, est ensuite stockée dans le même dispositif 6 que précédemment, de type base de donnée ou mémoire vive par exemple. Avantageusement, un tel dispositif de stockage pourra être dédié à chaque source, ainsi le parcours des pistes pour une source donnée sera plus rapide. Cycliquement à l'étape 9, les pistes stockées dans le dispositif 6 qui n'ont pas été mises à jour à l'étape 5 depuis un certain délai sont supprimées. La figure 2 illustre par un diagramme un exemple d'étapes successives réalisant la deuxième phase du procédé selon l'invention pour un client donné, à savoir le choix sur critère de qualité de l'une des pistes liées pour représenter l'aéronef. La qualité d'une piste est notamment caractérisée par sa précision et son intégrité. La précision d'une piste est définie par le rayon du cercle centré autour de la position vraie de l'avion et contenant 95% des mesures de position réalisées par le capteur. Ainsi plus ce rayon est petit, plus la précision est bonne. Dans le cas des pistes ADS-B, c'est le système GPS embarqué dans l'avion dont découle la piste qui calcule ce rayon. Dans le cas des pistes TIS-B, c'est le système d'exploitation du radar qui calcule ce rayon pour toutes les pistes qu'il génère. La précision est transmise avec les rapports ADS-B et TIS-B. L'intégrité d'une piste est définie par un couple constitué par le rayon d'un cercle centré autour de la position vraie de l'avion et par la probabilité que la mesure de position soit en dehors du cercle sans que le capteur qui génère la mesure ne détecte l'erreur. Ainsi à rayon fixé, plus la probabilité est faible, plus l'intégrité est bonne. De même à probabilité fixée, plus le rayon est grand plus l'intégrité est bonne. Là encore, dans le cas des pistes ADS-B c'est le système GPS embarqué dans l'avion dont découle la piste qui calcule l'intégrité. Dans le cas des pistes TIS-B c'est le système d'exploitation du radar qui calcule l'intégrité de toutes les pistes qu'il génère. L'intégrité est également transmise avec les rapports ADS-B et TIS-B. L'exemple considéré est le même que celui de la figure 1 où le client est une application ASAS en particulier, auquel les pistes sont distribuées cycliquement. A chaque cycle, il s'agit de déterminer pour un lot donné de pistes liées représentant le même aéronef et stockées dans le dispositif de stockage 6 précédemment utilisé, celle qui satisfait au mieux les besoins de l'application ASAS. L'étape 10 permet tout d'abord de sélectionner la piste qui sera envoyée à l'application ASAS en comparant deux à deux entre elles les pistes du lot découlant du même aéronef en regard du ou des critères de l'application. Par exemple, le critère de l'application peut être la qualité de la piste. Il peut donc avantageusement s'agir de comparer la précision des pistes et de retenir pour fourniture à l'application la piste dont le rayon définissant la précision est le plus petit. Il est à noter que d'un cycle à l'autre, la piste sélectionnée pour fourniture à une même application peut changer. De plus, une autre application pourrait favoriser une source plutôt que les autres, ou encore par exemple favoriser les sources selon un ordre de préférence. La qualité de la piste n'est qu'un exemple de critère de filtrage parmi d'autres. Par ailleurs les étapes suivantes sont intimement liées à ce critère de qualité, elles n'ont pas lieu d'être dans la plupart des autres modes de réalisation. Ainsi l'étape 11 permet de vérifier si l'intégrité de la piste retenue précédemment est satisfaisante pour l'application. Ceci est fait par comparaison de l'intégrité de la piste à un seuil d'intégrité fixé par l'application ASAS. Ce seuil d'intégrité est défini par un rayon d'intégrité maximal et une probabilité d'intégrité minimale. Si le rayon d'intégrité de la piste est plus petit que le rayon d'intégrité maximal et si la probabilité d'intégrité de la piste est supérieure à la probabilité d'intégrité minimale, alors la piste est suffisament intègre pour être fournie à l'application ASAS telle quelle. Sinon, la piste fait l'objet d'une étape 12 avant d'être éventuellement distribuée à l'application. Cette étape vise à améliorer la l'intégrité de la piste par consolidation de ses données cinématiques avec celles d'une autre piste connue par ailleurs. Par exemple avec les données cinématiques d'une piste fournie par un système connu par sa désignation anglo-saxonne de Traffic Collision Avoidance System (que l'on appellera TCAS par la suite) qui permet de connaître la situation aérienne à très courte portée de l'aéronef et d'assurer l'anti-collision. Tout d'abord il faut trouver une piste issue du système TCAS partageant le même code OACI d'aéronef. Si une piste TCAS avec le même code OACI est trouvée, alors les données cinématiques de cette piste TCAS sont utilisées pour mettre à jour les données cinématiques de la piste retenue pour fourniture à l'application par utilisation d'un filtre de Kalman comme déjà décrit à l'étape 5. Si aucune piste TCAS avec le même code OACI d'aéronef n'est trouvée, alors aucune piste ne sera distribuée à l'application ASAS par manque d'intégrité et les traitements s'arrêtent là pour ce lot. Puis à l'étape 13, si la piste retenue pour être distribuée à l'application était d'intégrité suffisante ou si elle a fait l'objet d'une consolidation grâce à une piste TCAS, alors son extrapolation à l'heure courante est calculée à partir de sa position, de sa vitesse et de sa date pour estimer la position instantanée de l'aéronef qu'elle représente. Enfin à l'étape 14, c'est cette extrapolation à l'heure courante de la piste qui est envoyée à l'application ASAS. Cette piste satisfait bien au critère d'intégrité de l'application, notament grâce à la consolidation avec la piste TCAS et à l'extrapolation. Les figures 1 et 2 illustrent un exemple d'implémentation du 35 procédé selon l'invention utilisant des critères de corrélation comme les identifiants d'aéronef ou la proximité, utilisant des critères de filtrage comme la qualité des pistes et s'adressant à des clients qui sont des applications ASAS. Mais d'autres modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés, mettant en oeuvre d'autres critères de corrélation, de filtrage et s'adressant à d'autres types de clients. REVENDICATIONS 1. Procédé de filtrage de pistes issues de plusieurs sources et à destination de plusieurs clients auxquels elles sont fournies, caractérisé en ce qu'il comporte au moins: une phase d'établissement d'un lien entre des pistes découlant d'un même aéronef (8), une phase de choix de l'une des pistes liées pour représenter l'aéronef selon un critère dépendant du client (10). 2. Procédé de filtrage cle pistes issues de plusieurs sources et à destination de plusieurs clients auxquels elles sont fournies selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lien entre les pistes découlant d'un même aéronef est établi si les pistes partagent un même identifiant d'aéronef ou si la distance entre les pistes est inférieure à un seuil de distance. 3. Procédé de filtrage cle pistes issues de plusieurs sources et à destination de plusieurs clients auxquels elles sont fournies selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour l'un au moins des clients la piste choisie parmi les pistes liées pour représenter l'aéronef est la piste pour laquelle la probabilité d'être la plus proche de la position réelle de l'aéronef est la plus grande. 4. Procédé de filtrage de pistes issues de plusieurs sources et à destination de plusieurs clients auxquels elles sont fournies selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sources incluent une source ADS-B ou une source TIS-B. 5. Procédé de filtrage die pistes issues de plusieurs sources et à destination de plusieurs clients auxquels elles sont fournies selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour l'un au moins des clients la piste choisie parmi les pistes liées pour représenter l'aéronef est choisie selon un ordre de préférence des sources. 6. Système de filtrage de pistes issues de plusieurs sources et à destination de plusieurs clients auxquels elles sont fournies selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de stockage de pistes par source (6), les pistes de sources différentes découlant d'un même aéronef étant liées par partage d'un même identifiant de piste et une seule d'entre elles représentant l'aéronef pour un client donné.