Brevet FR2898675A1 — publié le 20070921

PROCEDE D'AMELIORATION DE LA SECURITE AERONAUTIQUE RELATIVE AUX COMMUNICATIONS AIR/SOL ET A L'ENVIRONNEMENT DES AERONEFS La présente invention se rapporte à un procédé d'amélioration de la sécurité aéronautique relative aux communications air/sol et à l'environnement des aéronefs. Selon plusieurs rapports d'accidents récents, une cause principale contributive ou directe est liée à des communications inadéquates entre les centres de contrôle aérien et l'équipage de l'aéronef impliqué. Il en résulte une différence d'interprétation entre le contrôleur et le pilote, différence qui peut rester indétectée jusqu'à un incident ou un accident. Actuellement, de tels risques sont pris en compte grâce à une syntaxe de communication air/sol normée (norme PAN/RAC) et grâce à la formation continue des pilotes et des contrôleurs aériens dans le domaine de la gestion du vol et de la prévention des CFITs . Cependant, de nombreuses analyses récentes d'incidents et d'accidents montrent que persistent des échanges air/sol ambigus du fait du non respect de ces méthodes et précautions. La présente invention a pour objet un procédé d'amélioration de la sécurité aéronautique relative aux communications air/sol et à l'environnement des aéronefs permettant, lorsqu'une instruction ou une information du contrôleur aérien est incompatible avec les paramètres de vol de l'aéronef en question, de lever immédiatement une alerte signalant ce conflit, afin de détecter toute ambiguïté dans les échanges air/sol afin d'informer l'équipage d'informations manquantes dans les instructions reçues ou des limitations implicites de celles-ci, permettant ainsi à l'équipage de clarifier ou de reprendre l'échange d'informations avec le contrôleur, afin que les intentions de ce dernier soient les mêmes que celles du pilote. Le procédé conforme à l'invention est caractérisé en ce que l'on surveille automatiquement à bord de l'aéronef dans lequel ce procédé est mis en oeuvre la qualité des échanges air/sol entre l'équipage et un centre de contrôle aérien, que l'on corrèle le contexte issu de ces échanges avec les données embarquées et celles produites par la surveillance de l'environnement de l'aéronef, et que l'on élabore des avertissements à destination de l'équipage de l'aéronef en attribuant à ces messages un niveau de sévérité en fonction du degré de dangerosité d'une menace détectée et/ou de manques ou d'incohérences entre les instructions et informations du centre de contrôle et les paramètres de vol de l'aéronef ou les intentions de son équipage et/ou des message à destination du contrôle aérien. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel la figure unique est un bloc-diagramme d'un exemple de dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Le procédé de l'invention consiste principalement à surveiller automatiquement les échanges air/sol à bord de l'aéronef dans lequel ce procédé est mis en oeuvre dans le but de détecter les incohérences citées ci-dessus en préambule et d'y remédier en les signalant à l'équipage pour lui permettre de clarifier ou de reprendre l'échange d'informations avec le contrôleur, afin que les intentions de ce dernier soient comprises et consistantes avec celles de l'équipage. Le procédé de l'invention utilise les capacités communicantes de l'aéronef (en particulier toutes communications numériques de type Data Link et/ou par analyse vocale des communications analogiques de type VHF, HF, Satcom), des capacités de surveillance environnementales embarquées (telles que TAWS, TCAS, radar météo, ISS, ...), du système de navigation de l'aéronef ainsi que des systèmes de contrôle et de gestion de l'aéronef. Il consiste essentiellement à analyser les messages en provenance du contrôle au sol reçus par l'équipage au moyen desdites capacités communicantes et à corréler les données produites par cette analyse avec l'analyse des paramètres de vol de l'aéronef et des grandes menaces (trafic, terrain et météorologie). Cette corrélation s'effectue selon un principe de comparaison des échanges entre les pilotes et le sol avec, dans un premier temps, les procédures standardisées d'échange radio (PAN/RAC, CPDLC) et les procédures compagnies grâce à une analyse contextuelle de manière à détecter un échange d'informations ambiguës or incorrectes (collation non effectuée, syntaxe ambiguë, imprécision ou absence d'information critique dans une autorisation du contrôle, etc). Dans un second temps, les données clés issues de l'échange entre l'équipage et le sol sont corrélées avec les informations du bord pour en évaluer l'applicabilité vis à vis des contraintes de l'aéronef (surveillance de l'environnement, performance de l'aéronef, intention des pilotes, etc). Cette corrélation permet d'élaborer diverses visualisations, alarmes et messages selon la nature de l'incohérence détectée. Selon un aspect avantageux de l'invention, on extrait lesdites données clés en mettant en oeuvre l'architecture de classification standardisée issue du CPDLC, car cette définition permet d'extraire des paramètres fondamentaux d'échanges air-sol normalisés. On a illustré sur le bloc-diagramme de la figure unique les diverses fonctions mises en oeuvre à bord de l'aéronef par le procédé de l'invention. Ces fonctions comportent essentiellement : des moyens de communication 1, un système 2 de gestion des communications (CMU ou ATSU), un système 3 de surveillance environnementale intégrée de type ISS, des moyens 4 de contrôle et de gestion de l'aéronef (contrôle d'attitude, de configuration, gestion de la navigation, ...), ainsi que des moyens 5 de visualisation, d'alarme (sonore et/ou visuelle par exemple) et d'enregistrement. Le système 2 de gestion des communications est relatif en particulier à l'analyse et à la numérisation des messages vocaux, à l'interprétation des messages air-sol numériques ou précédemment numérisés pour en extraire les paramètres fondamentaux permettant un contrôle syntaxique et procédural, incluant le pré-formatage et la proposition éventuelle de messages de clarification ou de refus des consignes du contrôleur à l'équipage. Le système 3 de surveillance environnementale intégrée élabore le contexte associé au message numérisé et effectue sa corrélation avec les paramètres avion associés (recherche de menaces environnementales autour de la trajectoire avion proposée si le message concerne une autorisation de navigation, recherche d'incohérences entre les données du contrôle au sol et celles des systèmes embarqués, performance insuffisante, sélections équipage erronées, etc.) et enfin à l'élaboration d'alertes plus ou moins importantes à destination de l'équipage et/ou des systèmes de maintenance ou d'enregistrement en vol (faisant partie des moyens 5) selon le degré de sévérité du problème détecté. Dans le détail, les moyens 1 à 5 cités ci-dessus sont les suivants. Les médias de communication 1 incluent tous les moyens de communication généralement disponibles à bord d'un aéronef : VHF, HF, Satcom, transpondeur, communications ModeS, etc. Le système 2 de gestion des communications comporte des services 6 embarqués de communications numériques supportés par des applications de type CPDLC, FIS, ADSB, Il fournit les moyens de calcul permettant I' élaboration d'un message numérisé 8, soit par la mise en oeuvre d'un dispositif 7 d'analyse et de reconnaissance vocale des échanges air/sol reçus par les médias 1 de communication de l'avion, soit par les services de communications numériques 6 gérant les échanges de données air/sol numériques. Il est à remarquer que le dispositif 7 peut être configuré de façon à supporter plusieurs langues et que le message numérique 8 n'est pas dépendant de la langue utilisée, mais uniquement des procédures normées. A partir des messages 8 ainsi obtenus, un module d'analyse procédurale 10 contrôle la qualité des échanges Air/Sol par rapport aux procédures en vigueur mémorisées dans le système 9 (procédures standard par défaut ou procédures compagnie par configuration du système 2) afin de rechercher des ambiguïtés ou des erreurs de procédures. Enfin, pour de tels cas, un module d'assistance et de résolution 11 informe l'équipage sur toute ambiguïté ou erreur et propose éventuellement une résolution possible en l'affichant à l'aide des moyens 5. L'équipage peut ainsi, soit accepter ou modifier le message numérique de clarification généré puis autoriser son émission à l'aide des services de communications numérique 6 embarqués, soit utiliser la proposition de résolution comme guide en contactant directement le contrôle au sol par ses moyens 1 de communication classiques. On voit donc que le service Data Link 6 peut éventuellement être utilisé pour réaliser un pré-formatage de messages numériques de clarification destinés au contrôleur aérien, mais qui ne sont envoyés au contrôleur que sur décision de l'équipage. Ce pré-formatage consiste essentiellement à produire une requête de clarification (par suite d'une ambiguïté des messages reçus à bord ou d'une mauvaise compréhension) et, le cas échéant, à rejeter une demande ou autorisation du contrôleur (message de type Unable due to weather or unable due to aircraft performance ). II convient de noter que ce module peut également être utilisé dans le cas où l'analyse contextuelle du message sol réalisée par le module 13 détecte une impossibilité par rapport aux possibilités de l'avion. Le système de surveillance intégré 3 (AESS, ISS, T3CAS, ...) comporte des moyens de surveillance classiques 12 tels que TAWS, TCAS, ACAS, ASAS, Radars météo, AESS, IS.... A partir du message numérisé 8, le module d'analyse contextuelle 13 extrait le contexte associé au message (impact sur les attitudes avions, sa trajectoire, ses performances, etc). Cette information contextuelle est d'une part corrélée avec les informations fournies par le système 4 de gestion et de contrôle de vol afin de détecter une incohérence entre l'information reçue et celles des systèmes embarqués de l'avion. Par exemple, une autorisation de descente à une altitude en dessous des rninimums admissibles dans la configuration courante de l'aéronef. D'autre part, le module 13 extrapole une trajectoire avion en fonction du contexte issu du message numérisé 8 et la corrèle avec les données issues du système de surveillance intégrée 12, afin de détecter une menace environnementale éventuelle autour de la future trajectoire. Par exemple, la corrélation établie entre la trajectoire extrapolée à partir d'une consigne de navigation du contrôleur reçue dans le message et les données de surveillance intégrée localisant une menace autour de cette trajectoire (par exemple la proximité d'obstacles, de turbulences, ou même un futur non respect d'une altitude de sécurité par rapport au relief) permet de déterminer la distance entre cette menace et l'aéronef et/ou le temps restant avant que cette menace se traduise en incident ou accident et permet donc d'aider I `équipage dans l'évaluation du degré d'acceptabilité de la consigne issue du contrôle au sol. Le cas échéant, un dispositif 14 d'élaboration d'informations ou d'alertes destinées à l'équipage de l'aéronef en cas d'incohérences détectées peut, selon le degré de sévérité de l'incohérence, simplement enregistrer l'incident au travers du calculateur de maintenance de bord (afin de contribuer à l'amélioration des préventions et/ou aux formations de la compagnie aérienne), signaler l'incohérence au pilote ou enfin, en cas d'anomalie grave, alerter le pilote pour pallier un danger immédiat. Ces avertissements/alertes (sonores et/ou visuelles par exemple) sont destinés à attirer l'attention de l'équipage en cas de danger imminent et sont classifiés en fonction de la gravité de la situation dans laquelle se trouve l'aéronef et en fonction d'autres paramètres de vol (phase de vol, état de l'aéronef,...). En d'autres termes, il est attribué un ordre de sévérité à ces avertissements conformément aux normes en vigueur concernant la priorité de tels avertissements selon la nature de la menace. Le dispositif 14 élabore ces ordres de sévérité à partir des informations que lui fournit le dispositif 13 et de la nature de la fonction système en cause, telle que spécifiée par les réglementations en vigueur. Les données élaborées par le circuit 14 sont envoyées aux moyens 5 et éventuellement, sur décision de l'équipage, permettent de générer un message de confirmation/clarification/rejet envoyé au contrôleur grâce aux moyens 11. Les moyens 4 comprennent différents dispositifs relatifs à l'interface homme-machine (IHM) des pilotes et aux calculateurs de bord. Ces différents dispositifs sont, de façon non limitative : les instruments de visualisation habituels du poste de pilotage, des alarmes sonores et des enregistreurs cie maintenance ou de vol enregistrant les différentes anomalies. Les informations affichées par les instruments de visualisation concernés à partir des données provenant du circuit 14 peuvent être affichées sous forme classique, ou bien sous une forme signalétique spéciale (forme, couleur ou dimensions nouvelles, choisies en fonction de l'importance du danger). Selon un autre exemple non limitatif, le procédé de l'invention produit les actions suivantes à la réception d'un message du contrôleur aérien de type DESCEND TO FL030 : détecter une possible collision en vol, détecter le non respect d'une altitude de sécurité ou d'une marge insuffisante vis--à-vis du terrain ou d'obstacles, détecter un risque lié aux conditions météorologiques, attirer l'attention des pilotes sur l'ambiguïté d'un message qui ne précise pas quand, ou à partir de quel point, l'autorisation de descente est accordée... REVENDICATIONS 1. Procédé d'amélioration de la sécurité aéronautique relative aux communications air/sol et à l'environnement des aéronefs, caractérisé en ce que l'on surveille automatiquement à bord de l'aéronef dans lequel ce procédé est mis en oeuvre la qualité des échanges air/sol (6) entre l'équipage et un centre de contrôle aérien, que l'on corrèle le contexte issu de ces échanges avec les données embarquées et celles produites par la surveillance de l'environnement de l'aéronef, et que l'on élabore des avertissements (14) à destination de l'équipage de l'aéronef (4) en attribuant à ces messages un niveau de sévérité en fonction du degré de dangerosité d'une menace détectée et/ou de manques ou d'incohérences entre les instructions et informations du centre de contrôle et les paramètres de vol de l'aéronef ou les intentions de son équipage et/ou des messages à destination du contrôle aérien. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la qualité des échanges air/sol est surveillée par rapport aux procédures en vigueur. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les procédures en vigueur sont des procédures standardisées par défaut. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les procédures en vigueur sont des procédures compagnie par configuration. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque consigne du sol est interprétée et donne lieu à une analyse permettant à l'équipage d'en évaluer l'acceptabilité. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surveillance des échanges air/sol numériques est réalisée à l'aide des services Data Link de l'aéronef (6). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surveillance des échanges air/sol vocaux est 30 réalisée à l'aide d'un système de reconnaissance vocale (10). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les avertissements élaborés à destination de l'équipage de l'aéronef sont des messages visuels 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les avertissements élaborés à destination de l'équipage de l'aéronef sont des messages sonores. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les avertissements élaborés à destination de l'équipage de l'aéronef sont également envoyés aux enregistreurs de maintenance et/ou de vol de l'aéronef. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les messages élaborés à destination du centre de contrôle sur décision de l'équipage sont automatiquement pré-formatés et comportent des requêtes de clarification et/ou des rejets de messages ambigus ou incorrects. 12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le système de reconnaissance vocale est configuré de 15 façon à supporter plusieurs langues.