Brevet FR2917823A1 — publié le 20081226

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de simulation d'instruments de radionavigation. Elle s'applique, en particulier, à simuler le comportement d'un système de radio navigation, notamment DME (acronyme de Distance Measuring Equipment pour équipement de mesure de distance), ADF (acronyme de Automatic Direction Finder pour indicateur automatique de direction) et MKR (abréviation de marker , que l'on peut traduire par marqueur ). L'invention concerne, plus généralement, le domaine de la radionavigation dans l'industrie aéronautique. Parmi les systèmes de radio navigation utilisés en aviation civile, on trouve les systèmes dits classiques de la radionavigation basés sur la communication radiofréquence entre une station au sol, émettant son identifiant ainsi que l'information à traiter, et un avion en déplacement. Le DME est un système qui, en mesurant le temps de réponse entre le signal émis par le récepteur installé sur avion et celui renvoyé par une station au sol, permet de connaître la distance directe entre cette même station au sol et l'avion en mouvement. La bande de fréquence utilisée pour transmettre l'information DME ainsi que l'identifiant (suite de 2 ou 3 lettres en code Morse) de la balise au sol va de 962 à 1213 MHz. La figure 1 donne une représentation schématique, en vue de côté, d'un système DME. Un avion 105 émet un signal qui est, dès réception, retourné par une station au sol 115. Le DME détermine, en fonction du décalage temporel entre l'émission et la réception du signal, la distance entre l'avion 105 et la station au sol 115. L'ADF est un système fournissant le gisement que fait l'avion par rapport à une station au sol. L'ADF fournit l'angle entre le cap suivi par l'avion et la radiale entre l'avion et la station au sol. C'est le plus ancien des systèmes de radionavigation (installé sur les avions civils depuis 1937). La bande de fréquences utilisées pour transmettre l'information ADF ainsi que l'identifiant (suite de 2 ou 3 lettres en code Morse) de la balise au sol va de 190 à 1750 kHz. La figure 2 donne une représentation schématique, en vue de dessus, d'un système ADF. La station au sol 205 émet un signal qui est capté par l'avion 215. L'ADF de l'avion 215 détermine l'angle entre la ligne de propagation du signal et le cap suivi par l'avion 215. Le marker est un système qui avertit le pilote lorsque l'avion 320 survole une des balises au sol, dite marker , au cours d'une approche ILS (acronyme de Instrument Landing System pour système d'atterrissage aux instruments). Comme illustré en figure 3, ces radiobalises sont : l'Inner Marker 305 (située au pied de la piste), le Middle Marker 310 (située de 0.5 à 0.8 mile nautique de la piste), et l'Outer marker 315 (située de 4 à 7 miles nautiques du seuil de piste). 75 MHz est la fréquence d'utilisation de la balise Marker. Lors de la conception d'un avion, l'optimisation du nombre de systèmes à bord permet de gagner de la masse et du volume. En effet, retirer un système permet de gagner de la masse (poids du calculateur, des antennes, et des câbles, pour les équipements de radio navigation), mais également du volume, puisque des espaces sont réservés pour chacun des systèmes, au moment de l'installation dans chaque baie avionique. Cela permet également de réduire les coûts non récurrents, coûts relatifs au développement d'un équipement (temps et personnes réservés pour le développement du système, rédaction de documents de spécifications, d'interfaces avec systèmes abonnés, de sécurités, d'installation sur avion, etc...). De plus, l'ADF, le DME et le Marker font partie des systèmes de navigation classiques, basés sur la communication entre une station au sol faisant référentiel et l'aéronef en déplacement. L'OACI (acronyme de Organisation de l'Aviation Civile Internationale ) préconisent pour les années futures d'utiliser des systèmes de navigation basés sur les constellations satellitaires, par exemple de type GPS (acronyme de Global Positioning System pour système de positionnement global) ou GALILEO, plutôt que sur des systèmes utilisant des stations au sol, ceci permettant de réduire les coûts de maintenance relatifs à ces dernières. Bien que des récepteurs GPS soient installés sur la plupart des avions de la flotte du déposant, les systèmes de radio navigation classiques (VOR, ADF, DME...) sont toujours utilisés pour certaines phases de vol. Les avions développés actuellement doivent prendre en compte les recommandations de l'OACI de baser leurs moyens de navigation sur des systèmes satellitaires, mais aussi les besoins opérationnels de voler selon certaines procédures basées sur des moyens de radio navigation dits classiques . La présente invention vise, en particulier, à maintenir disponibles ces informations de radio navigation, sans installer de récepteur sur un avion. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de simulation de comportement d'un système de radio navigation, sans que celui-ci soit installé sur un avion, caractérisé en ce qu'il comporte : - un moyen de détermination d'une position de l'avion, - un moyen de sélection d'une balise de radionavigation d'une station au sol, - un moyen de calcul d'au moins une valeur de grandeur physique liée à la position relative de l'avion par rapport à ladite balise et - un moyen de présentation de chaque valeur de grandeur physique calculée sur un moyen d'affichage du cockpit et de l'identifiant de la balise. Grâce à ces dispositions, bien que l'acquisition du signal de radionavigation ne soit plus effectuée, l'équipage dispose, dans le cockpit, d'une information simulant les résultats qui auraient été obtenus à partir de signaux de radionavigation. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de détermination de la position de l'avion met en oeuvre au moins un signal issu d'un satellite. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de sélection sélectionne au moins une balise de radionavigation en fonction de la position de l'avion. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de calcul récupère, dans une base de données, des informations de position de la balise sélectionnée par le moyen de sélection. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de présentation est adapté à fournir la valeur de grandeur physique à un afficheur d'un système DME (acronyme de Distance Measuring Equipment pour équipement de mesure de distance), ADF (acronyme de Automatic Direction Finder pour indicateur automatique de direction) ou MKR (abréviation de marker , que l'on peut traduire par marqueur ). Selon des caractéristiques particulières, le moyen de calcul d'information de radionavigation est adapté à calculer la distance directe entre la balise sélectionnée et l'avion. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de calcul d'information de radionavigation est adapté à calculer l'angle entre le cap de l'avion et la radiale que fait l'avion vis-à-vis de la balise sélectionnée. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de calcul d'information de radionavigation est adapté à déterminer si l'avion survole la balise sélectionnée. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de calcul est adapté à mettre en oeuvre des équations de Sodano. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de simulation de comportement d'un système de radio navigation, sans que celui- ci soit installé sur un avion, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de détermination d'une position de l'avion, - une étape de sélection d'une balise de radionavigation d'une station au sol, - une étape de calcul d'au moins une valeur de grandeur physique liée à la position relative de l'avion par rapport à ladite balise et - une étape de présentation de chaque valeur de grandeur physique calculée sur un moyen d'affichage du cockpit et de l'identifiant de la balise. Les avantages, buts et caractéristiques particulières de ce procédé étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, tel que succinctement exposé ci-dessus, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif en regard des dessins annexés, dans lesquels : - les figures 1 à 3 représentent, schématiquement, en vue de côté, 5 des systèmes de radio navigation connus de l'homme de l'art, - la figure 4 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention et - la figure 5 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes d'un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention. 10 Les figures 1 à 3 ont déjà été décrites en regard des problèmes de l'art antérieur. On observe, en figure 4, un dispositif 405 installé dans un avion comportant un cockpit muni de moyens d'affichage 430. Le dispositif 405 comporte : 15 - un moyen 410 de détermination de la position de l'avion, - un moyen 415 de sélection d'une balise de radionavigation d'une station au sol, - un moyen 420 de calcul d'au moins une valeur de grandeur physique liée à la position relative de l'avion par rapport à ladite 20 balise et - un moyen 425 de présentation de chaque valeur de grandeur physique calculée sur un moyen d'affichage 430 du cockpit et de l'identifiant de la balise. Dans des modes de réalisation, le moyen 410 de détermination de la 25 position de l'avion met en oeuvre au moins un signal issu d'un satellite. Le moyen 410 est, par exemple, constitué d'un récepteur de signaux GNSS, par exemple GPS ou Galiléo. A partir de ces signaux, le moyen 410 détermine, notamment par triangulation, la position de l'avion, en latitude, longitude et altitude et, par analyse de positions successives de l'avion ou d'effets Doppler, 30 et la direction de déplacement de l'avion. Le cap suivi par l'avion est fourni par une centrale inertielle, par exemple. Dans des modes de réalisation, le moyen 415 de sélection est une interface graphique affichée sur un afficheur matriciel qui permet à un membre de l'équipage de l'avion de sélectionner, dans une base de données de balises ou de stations au sol, une balise de radionavigation. Par exemple, dans la base de données, chaque station au sol ou chaque balise associée est identifiée par son identifiant universel, un nom explicite et ses coordonnées en latitude, longitude et altitude. Dans des modes de réalisation, le moyen 415 de sélection est automatique et, en fonction de la position de l'avion et de son type (avion de ligne, avion privé ou avion de tourisme), détermine la phase de vol de l'avion (décollage, vol entre deux balises, approche ou atterrissage) et, en fonction de la position de l'avion, de son type et de la phase de vol, la balise servant de référence au cours de cette phase de vol. Par exemple, au cours du vol entre deux balises, la balise qui se trouve la plus proche de l'axe de vol de l'avion est automatiquement sélectionnée. En revanche, au cours d'une phase d'approche, la balise la plus proche d'un aérodrome de catégorie suffisante pour accueillir l'avion est automatiquement sélectionnée. Dans des modes de réalisation, le membre d'équipage sélectionne aussi les données qu'il souhaite voir affichées sur les moyens d'affichage 430, par exemple distance directe, gisement et/ou passage au dessus d'une balise d'approche marker. Dans des modes de réalisation, le moyen 415 fournit, par exemple sur une demande d'un membre d'équipage saisie sur une interface graphique, une liste limitée des stations au sol dont les signaux auraient pu être captés par un récepteur de radionavigation, si l'avion en avait été équipé. Dans cette liste limitée, le membre d'équipage sélectionne la station qui servira de référence. Le moyen de calcul 420 récupère, dans une base de données, des informations de position de la balise sélectionnée par le moyen de sélection et détermine, par exemple en mettant en oeuvre les équations de Sodano, bien connues de l'homme du métier, les positions relatives de l'avion et de la balise, dans les différents repères nécessaires. En particulier, le moyen de calcul 420 détermine la distance directe entre l'avion et la balise sélectionnée, le gisement que fait l'avion par rapport à la balise au sol, c'est-à-dire l'angle entre le cap suivi par l'avion et la radiale entre l'avion et la station au sol. A partir d'une position avion type GNSS (a,b,c), avec a correspondant à la longitude, b la latitude et c l'altitude, et d'une position de balise au sol (x, y, z), avec x comme longitude, y comme latitude, et z comme altitude, le moyen de calcul 420 calcule le bearing VOR, la distance DME ou le gisement ADF, à l'aide d'algorithmes basés sur les principes fondamentaux de navigation (les équations de Sodano par exemple). En ce qui concerne la simulation des balises de marker, la base de données comportant la position (x,y,z), de chacune des balises d'approche et leur identification ( inner , middle ou outer ), en fonction de la position de l'avion (a,b,c), on compare les longitudes et latitudes (en se donnant une légère incertitude c), selon la condition suivante : l'avion est au-dessus de la balise si xûcax+c et yûcby+c. Le moyen de présentation 425 fournir à au moins un moyen d'affichage, ou afficheur, 430 du cockpit, l'identifiant de la balise, obtenu à partir de la base de données, et les données calculées, éventuellement sélectionnées par l'utilisateur comme indiqué plus haut, selon les normes d'affichage connues pour les systèmes de radio navigation. Ainsi, le moyen de présentation 425 est adapté à faire afficher, par au moins un moyen d'affichage 430, étant entendu qu'au moins deux de ces afficheurs peuvent être confondus : - la distance, par un afficheur simulant ou implémentant un système DME (acronyme de Distance Measuring Equipment pour équipement de mesure de distance), -le gisement, par un afficheur simulant ou implémentant un système ADF (acronyme de Automatic Direction Finder pour indicateur automatique de direction) et/ou - le passage au dessus d'une balise d'approche marker, par un afficheur simulant ou implémentant un système MKR (abréviation de marker , que l'on peut traduire par marqueur ), la balise marker concernée (inner, middle ou outer) étant identifiée. Dans des modes de réalisation, un signal sonore est émis en complément de l'affichage d'au moins une partie des données indiquées ci- dessus. En particulier, le passage au dessus d'une balise d'approche marker est préférentiellement, signalé par un signal sonore qui est différent pour chacune des balises considérées. On observe, en figure 5, que, dans un mode de réalisation particulier du procédé objet de la présente invention, on réalise une étape 505 de sélection d'une balise, une étape 510 de détermination de position, de direction de déplacement et de cap de l'avion, une étape 515 de calcul de position relative de l'avion et de la balise sélectionnée en fonction de la position avion et de la position de la balise, et une étape 520 de présentation de l'information calculée sur un moyen d'affichage du cockpit, ainsi que l'identifiant de la balise. On note que les signaux envoyés par le système de simulation peuvent présenter le même format que celui utilisé par les systèmes de radionavigation connus dans l'art antérieur, ce qui permet de l'insérer dans l'environnement des avions déjà équipés d'au moins une partie de système de radionavigation. Dans des modes de réalisation, les signaux sont envoyés par le système de navigation dans un autre format et/ou sur un autre type d'afficheur. A la suite de l'étape 520, on retourne à l'étape 510, étant entendu qu'à tout moment, l'étape de sélection 505 peut être réalisée. Grâce à la mise en oeuvre de la présente invention, on reproduit le comportement d'un système classique de radionavigation (DME, MKR, ADF,...etc) lorsqu'un récepteur d'un tel système de radionavigation n'est pas installé sur avion. REVENDICATIONS 1 - Dispositif (405) de simulation de comportement d'un système de radio navigation, sans que celui-ci soit installé sur un avion (105, 215, 320), caractérisé en ce qu'il comporte : - un moyen (410) de détermination d'une position de l'avion, - un moyen (415) de sélection d'une balise (115, 205, 305 à 315) de radionavigation d'une station au sol, - un moyen (420) de calcul d'au moins une valeur de grandeur physique liée à la position relative de l'avion par rapport à ladite balise et - un moyen (425) de présentation de chaque valeur de grandeur physique calculée sur un moyen d'affichage du cockpit et de l'identifiant de la balise. 2 û Dispositif (405) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (410) de détermination de la position de l'avion (105, 215, 320) met en oeuvre au moins un signal issu d'un satellite. 3 û Dispositif (405) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen (415) de sélection sélectionne au moins une balise (115, 205, 305 à 315) de radionavigation en fonction de la position de l'avion (105, 215, 320). 4 û Dispositif (405) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen (420) de calcul récupère, dans une base de données, des informations de position de la balise (115, 205, 305 à 315) sélectionnée par le moyen de sélection. 5 û Dispositif (405) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen (425) de présentation est adapté à fournir la valeur de grandeur physique à un afficheur d'un système DME (acronyme de Distance Measuring Equipment pour équipement de mesure de distance), ADF (acronyme de Automatic Direction Finder pour indicateur automatique de direction) ou MKR (abréviation de marker , que l'on peut traduire par marqueur ).6 ù Dispositif (405) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen (420) de calcul d'information de radionavigation est adapté à calculer la distance directe entre la balise (115) sélectionnée et l'avion (105). 7 ù Dispositif (405) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen (420) de calcul d'information de radionavigation est adapté à calculer l'angle entre le cap de l'avion (215) et la radiale que fait l'avion vis-à-vis de la balise (205) sélectionnée. 8 ù Dispositif (405) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen (420) de calcul d'information de radionavigation est adapté à déterminer si l'avion (320) survole la balise (305 à 315) sélectionnée. 9 ù Dispositif (405) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moyen (420) de calcul est adapté à mettre en oeuvre des équations de Sodano. 10 - Procédé de simulation de comportement d'un système de radio navigation, sans que celui-ci soit installé sur un avion, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape de détermination d'une position de l'avion (105, 215, 320), - une étape de sélection d'une balise de radionavigation d'une station au sol, - une étape de calcul d'au moins une valeur de grandeur physique liée à la position relative de l'avion par rapport à ladite balise et - une étape de présentation de chaque valeur de grandeur physique calculée sur un moyen d'affichage du cockpit et de l'identifiant de la balise.