Brevet FR2913799A1 — publié le 20080919

PROCEDE DE ROUTAGE DES CLAIRANCES NUMERIQUES ATC OPTIMISANT LEUR PRISE EN COMPTE A BORD D'UN AERONEF La présente invention se rapporte à un procédé de routage des clairances numériques ATC (messages envoyés par des centres de contrôle aérien) optimisant leur prise en compte à bord d'un aéronef L'invention se situe dans le domaine des systèmes de conduite du vol (FMS pour Flight Management System et FGS pour Flight Guidance System ) et dans le domaine de la gestion du trafic aérien (stations au sol). La part croissante du trafic aérien depuis environ cinquante ans et les hypothèses de croissance pour les vingt ans à venir conduisent à envisager une saturation progressive de la bande de fréquences allouée par 1'ITU (organisation internationale de normalisation des télécommunications) pour les communications vocales aéronautiques. La solution trouvée par les acteurs du monde aéronautique est une migration progressive de la voix comme moyen de communication vers la liaison numérique ( données ). Plusieurs implémentations existent ou sont en cours de déploiement dans le monde. L'une d'entre elles concerne la transmission de messages de contrôle entre l'aéronef et le sol, et est connue sous le vocable CPDLC pour Controller ù Pilot Data Link Communication . La communauté aéronautique internationale a normalisé depuis vingt ans les messages ATC, au travers de divers documents, afin d'assurer l'interopérabilité entre compagnies, organismes de contrôle, pays, etc. Il a s'agit de traduire dans un jeu de messages donné les instructions et dialogues vocaux entre le sol et le bord. Il existe actuellement un couple de normes pour les communications en espace océanique (RTCA D0219 aux USA et ED110 en Europe). L'OACI (Organisation de l'Aviation Civile Internationale) a produit un document reprenant ces normes pour les insérer dans un cadre plus global (SARPS ATN pour Standards and Recommended Practices for the Aeronautical Communication Network ). Quoi qu'il en soit, les parties purement applicatives de ces normes décrivent des clairances très proches. Ces clairances correspondent au jeu de messages utilisé par les contrôleurs aériens pour organiser et réguler le trafic. Les messages montants (issus du sol et à destination du bord) sont au nombre de 183, les messages descendants sont de 81, dans la norme RTCA DO 219/ED110. On peut classer ces messages en plusieurs catégories : • Pour les messages montants : Messages d'identification et de gestion de la communication CONTACT BRELO 123.00, DUE TO TRAFFIC ... - Messages de contexte (statut de la réponse) du type UNABLE, STANDBY, ROGER, AFFIRM, NEGATIVE, REQUEST DEFERRED Instructions de contrôle : CLIMB TO FL320, CROSS LMG AT 14 :00, FLY HEADING 321 Messages de demande d'information (ex : CONFIRM SPEED, REPORT REACHING FL245 ...) • Pour les messages descendants : - Messages d'identification et de gestion de la communication : NOT CURRENT DATA AUTHORIT'Y ... Messages de contexte (statut de la réponse à une requête sol) du type WILCO, UNABLE, STANDBY, ROGER, AFFIRM, NEGATIVE Messages d'alerte (ex : PAN PAN PAN, MAYDAY MAYDAY MAYDAY) Messages informatifs (ex : REMAINING FUEL ON BOARD 23 ...) -Requêtes à destination du sol - Réponse à une requête/Demande d'informations issue du sol (ex : REQUEST HEADING 300, CLIMBING TO FL250 .) La mise en place d'une gestion électronique de ces clairances dans les calculateurs de bord est devenue une réalité dans les années 1990 avec l'introduction du concept FANS (Future Air Navigation System). Ainsi, une petite partie des messages DO-219 a été introduite dans les systèmes de gestion du vol (FMS) et dans les systèmes de communication sol/bord (CMU : Communication Management Unit). A l'aide de ces procédés, le contrôle aérien dispose d'outils électroniques pour envoyer à bord des clairances modifiant son plan de vol tactique, en particulier lors de l'assignation de caps, altitudes, vitesses en guidage Radar ( Radar Vectoring )... DTD: Les procédures de Radar Vectoring ne sont actuellement pas gérées par les systèmes de gestion du vol (FMS) car ces derniers nécessitent en tant qu'informations d'entrée un plan de vol connu, complet et déterministe pour fonctionner correctement. Ils sont incapables d'intégrer de façon intelligente des clairances de prise de cap, altitude, vitesse (c'est-à-dire d'interpréter les clairances et d'aiguiller automatiquement les consignes correspondantes vers les équipements destinataires), car leur terminaison est inconnue, et la façon de rejoindre leur route ensuite l'est aussi : elle ne dépend que du prochain contact du contrôleur. Le pilote effectue donc ces clairances en mode sélecté , c'est à dire à l'aide du FGS. D'autres clairances dites à terminaison (ou deferred clearances ) comportent une partie détection et une partie action et font potentiellement appel à la fois au FMS et au FGS. Par exemple, une clairance du type AT LMG CLIMB FL300 (monter au niveau 300 quand le point LMG sera atteint) fait appel au FMS (qui gère le plan de vol et donc le passage au point LMG) et au FGS (qui gère l'altitude de clairance). Actuellement, seule la partie détection est prise en charge, au niveau du FMS. Actuellement, très peu d'instructions et messages sont pris en compte à bord, car seul le FMS est connecté au serveur de messages ATC. De plus, pour le bord comme pour le sol, la charge de travail est très importante lors du guidage Radar, car l'aéronef évolue en boucle ouverte (de façon non déterministe) et doit être constamment repris par le contrôle, via de nouvelles consignes de cap, altitude, vitesse. Les erreurs d'interprétation/saisie peuvent être nombreuses, le pilote devant lire sur un petit écran l'instruction et la retaper/prendre en compte au niveau du calculateur approprié. Enfin pour des aéronefs de type drone , que l'on souhaite faire évoluer dans un espace aérien non ségrégué (c'est-à-dire sans séparation des domaines civil et militaire), se posent des problèmes de temps de réponse et de duplication du travail pour le pilote au sol (celui qui pilote le drone). En effet, une instruction ATC est envoyée au drone qui la retransmet au pilote au sol, ce dernier devant faire effectuer la manoeuvre au drone en envoyant la bonne commande. Dans un contexte Radar Vectoring qui comporte de nombreux changements tactiques et nécessite des temps de réponse courts, il est impossible d'utiliser les moyens de communication par Datalink actuels. Les inconvénients des procédures connues sont donc : • De possibles erreurs de saisie et d'interprétation de la part des équipages, conduisant à des comportements non prévus par le sol, • Un frein à l'évolution naturelle vers l'automatisation des fonctions bord, • Des oublis ou des non prises en compte d'instructions complexes quand seule une partie de l'instruction est prise en charge au niveau d'un équipement (par exemple AT [position] CLIMB TO [level] : le FMS gère le paramètre [position], mais actuellement rien de plus n'est fait pour déclencher la montée vers le niveau [level] û le pilote doit se souvenir ou chercher sur son équipement de communication quelle est la valeur du niveau et l'entrer manuellement), • Une quasi-impossibilité de gérer les drones de façon transparente pour le contrôle. La présente invention a pour objet un procédé de routage des clairances numériques ATC permettant l'intégration d'un plus grand nombre d'instructions venant du sol en aiguillant les clairances vers l'équipement de bord approprié (ou les équipements lorsque plusieurs équipements sont concernés) et permettant de réduire ou d'éliminer les inconvénients précités. Le procédé conforme à l'invention est un procédé de routage des clairances numériques ATC, et il est caractérisé en ce qu'un calculateur embarqué analyse les clairances reçues à bord et les aiguille vers les équipements destinataires, ce calculateur pouvant être un calculateur dédié ou bien intégré à la CMU ou au FMS, selon les architectures des aéronefs. Selon une caractéristique de l'invention, les clairances sont regroupées selon les catégories suivantes : clairances de cap, clairances de vitesse, clairances de maintien et de changement de niveau, clairances de route, clairances comportant des messages de contexte et de négociation destinés seulement à être affichés sur un écran, clairances contenant des messages de communication destinés à être affichés sur un écran et à être envoyés à un équipement de sélection de fréquence, clairances comportant des messages de demande d'identifications envoyés au transpondeur, et clairances comportant des demandes d'information de type REPORT et CONFIRM , ces clairances étant aiguillées vers l'un au moins des équipements destinataires appropriés suivants : FMS, FGS, RMP, XPDR, équipement de communication et équipement d'affichage. Ce procédé est d'autant plus simple à mettre en oeuvre qu'un certain nombre d'outils sont déjà à la disposition du contrôleur Radar et peuvent être utilisés et généralisés pour résoudre le problème. Les bénéfices apportés par ce procédé de rationalisation et d'intégration dans les systèmes de bord (FMS, FGS, RMP ...) sont évidents si l'on se réfère aux intentions de l'OACI de déployer largement l'utilisation des échanges numériques entre sol et bord pour régler les problèmes de contrôle aérien évoqués ci-dessus. 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 simplifié d'un dispositif embarqué de mise en oeuvre du procédé de l'invention. Sur le bloc-diagramme du dessin, on a représenté le calculateur de communication de bord 1 (dit CMU) qui est chargé de recevoir les messages ATC (2) envoyés par des contrôleurs de trafic aérien. Le calculateur 1 transmet ces messages à un calculateur 3 (ce dernier pouvant être un calculateur dédié ou bien une fonction de routage intégrée à un calculateur existant de type FMS ou CMU) qui les analyse pour en déterminer la nature et la destination. En fonction du résultat de cette analyse, le calculateur 3 transmet les messages à l'un au moins des équipements destinataires suivants : le FMS (4), le FGS (5), le système de gestion radio RMP (6), le transpondeur ( XPDR ) (7) et au moins un autre équipement (8) désigné par XXX et explicité ci-dessous. Pour ce qui est des messages montants, les instructions de contrôle qu'ils contiennent sont classées en différentes catégories. A chaque message on affecte un équipement destinataire : FGS ou FMS ou RMP ou XXX .... En tant qu'équipement XXX on envisage un équipement de visualisation, de communication ou de surveillance ou des calculateurs autres, comme par exemple des calculateurs de surveillance (ISS = Integrated Surveillance System , TAWS = Terrain Avoidance Warning System , ACAS= Airborne Collision Avoidance System , Weather Radar=radar météorologique) . Quelques messages sont à la fois FMS et FGS comme expliqué ci dessous. La liste des messages ci-dessous n'est pas exhaustive et ne comporte pas, en particulier, de messages destinés à des équipements XXX, du fait que les normes correspondantes ne sont pas encore figées. Les messages FGS sont les messages qui modifient le plan de vol à court terme (altitude, cap, vitesse), tandis que les messages FMS sont les instructions plus stratégiques 5 qui modifient le plan de vol à moyen et /ou long terme. • Les clairances de cap des messages ATC sont regroupées et aiguillées de la façon suivante : VERS LE FGS : TURN[direction] HEADING[degrees] 10 TURN[direction] GROUND TRACK[degrees] FLY PRESENT HEADING IMMEDIATELY TURN[direction] HEADING[degrees] FLY HEADING[degrees] TURN [direction][degrees] 15 STOP TURN HEADING [degrees] VERS LE FMS ET/OU LE FGS : AT[position] FLY HEADING[degrees] • Les clairances de vitesse des messages ATC sont regroupées et aiguillées de la 20 façon suivante : VERS LE FGS : MAINTAIN[speed] MAINTAIN PRESENT SPEED MAINTAIN[speed] OR GREATER 25 MAINTAIN[speed] OR LESS MAINTAIN[speed] TO[speed] INCREASE SPEED TO[speed] INCREASE SPEED TO[speed] OR GREATER REDUCE SPEED TO[speed] REDUCE SPEED TO[speed] OR LESS DO NOT EXCEED[speed] ADJUST SPEED TO [speed] CLIMB AT [verticalRate] MINIMUM CLIMB AT [verticalRate] MAXIMUM DESCEND AT [verticalRate] MINIMUM 10 DESCEND AT [verticalRate] MAXIMUM VERS LE FMS : RESUME NORMAL SPEED NO SPEED RESTRICTION REDUCE TO MINIMUM APPROACH SPEED 15 VERS LE FMS ET/OU LE FGS : AFTER PASSING [position] MAINTAIN [speed] • Les clairances de maintien et de changement de niveau des messages ATC sont regroupées et aiguillées de la façon suivante : 20 VERS LE FGS : MAINTAIN[level] CLIMB TO[level] DESCEND TO[level] MAINTAIN BLOCK[level] TO[level] 25 CLIMB TO AND MAINTAIN BLOCK[level] TO[level] DESCEND TO AND MAINTAIN BLOCK[level] TO[level] CRUISE CLIMB TO[level] CRUISE CLIMB ABOVE[level] STOP CLIMB AT [level] STOP DESCENT AT [level] EXPEDITE CLIMB TO[level] EXPEDITE DESCENT TO[level] IMMEDIATELY CLIMB TO[level] IMMEDIATELY DESCENT TO[level] VERS LE FMS ET/OU LE FGS : AT[time] CLIMB TO[level] AT[position] CLIMB TO[level] AT[time] DESCEND TO[level] AT[position] DESCEND TO[level] CLIMB TO REACH[level] BY [time] CLIMB TO REACH[level] BY [position] DESCEND TO REACH[level] BY [time] DESCEND TO REACH[level] BY [position] AFTER PASSING[position] CLIMB TO[level] AFTER PASSING[position] DESCEND TO[level] REACH [level] BY[position] REACH [level] BY [time] STATE TOP OF DESCENT • Les clairances de Route des messages ATC sont regroupées et aiguillées de la façon suivante : VERS LE FMS : CROSS [position] AT [level] CROSS [position] AT OR ABOVE [level] CROSS [position] AT OR BELOW [level] CROSS [position] AT AND MAINTAIN [level] CROSS [position] BETWEEN [level] AND [level] CROSS [position] AT [time] CROSS [position] AT OR BEFORE [time] CROSS [position] AT OR AFTER [time] CROSS [position] BETWEEN [time] AND [time] CROSS [position] AT [speed] CROSS [position] AT OR LESS THAN [speed] CROSS [position] AT OR GREATER THAN [speed] CROSS [position] AT [time] AT [level] CROSS [position] AT OR BEFORE [time] AT [level] CROSS [position] AT OR AFTER [time] AT [level] CROSS [position] AT AND MAINTAIN [level]; AT [speed] AT [time] CROSS [position] AT AND MAINTAIN [level] AT [time] CROSS [position] AT AND MAINTAIN [level] AT [speed] OFFSET [specifiedDistance] [direction] OF ROUTE AT [position] OFFSET [specifiedDistance] [direction] OF ROUTE AT [time] OFFSET [specifiedDistance] [direction] OF ROUTE PROCEED BACK ON ROUTE REJOIN ROUTE BY [position] REJOIN ROUTE BY [time] RESUME OWN NAVIGATION [DepartureClearance] PROCEED DIRECT TO [position] WHEN ABLE PROCEED DIRECT TO [position] AT [time] PROCEED DIRECT TO [position] AT [position] PROCEED DIRECT TO [position] AT [level] PROCEED DIRECT TO [position] CLEARED TO [position] VIA [routeClearance] CLEARED [routeClearance] CLEARED [procedureName] CLEARED TO DEVIATE UP TO [specifiedDistance] [direction] OF ROUTE AT [position] CLEARED [routeClearance] AT [position] CLEARED [procedureName] HOLD AT [position] MAINTAIN [level] INBOUND TRACK [degrees] [direction] TURNS [legtype] HOLD AT [position] AS PUBLISHED MAINTAIN [level] • Les messages de contexte et de négociation des messages ATC sont affichés sur l'écran du calculateur et /ou envoyés à la fonction de communication mais ne sont pas reroutés vers un autre équipement : UNABLE STANDBY REQUEST DEFERRED ROGER AFFIRM NEGATIVE ERROR [errorInformation] 5 END SERVICE SERVICE UNAVAILABLE WHEN READY THEN DUE TO [traffictype] TRAFFIC 10 DUE TO AIRSPACE RESTRICTION DISREGARD [freetext] AT PILOTS DISCRETION ALL ATS TERMINATED 15 IDENTIFICATION LOST Messages du type "CAN YOU ACCEPT ..." et "WHEN CAN YOU ACCEPT ..." REQUEST FORWARDED RVR RUNWAY [runway] [rvr] REQUEST FLIGHT PLAN 20 REQUEST ALREADY RECEIVED NO DELAY EXPECTED DELAY NOT DETERMINED EXPECTED APPROACH TIME [time] LOGICAL ACKNOWLEDGMENT 25 IMMEDIATELY 2 STATE PREFERRED LEVEL USE OF LOGICAL ACKNOWLEDGMENT PROHIBITED FLIGHT PLAN NOT HELD ROGER 7500 LEAVE CONTROLLED AIRSPACE REQUEST AGA1N WITH NEXT UNIT ALTIMETER [altimeter] RADAR SERVICE TERMINATED RADAR CONTACT [position] RADAR CONTACT LOST CHECK STUCK MICROPHONE [frequency] ATIS [atiscode] NEXT DATA AUTHORITY [facility] [facilitydesignation] SQUAWK IDENT CONFIRM ATIS CODE IDENTIFIED [position] [facilitydesignation] ATIS [atiscode] CURRENT [facilitydesignation] ALTIMETER [altimeter] • Les messages de communication des messages ATC sont affichés sur l'écran du calculateur et/ou envoyés à la fonction de communication et vers l'équipement de sélection de fréquence (par exemple à l'équipement de gestion radio RMP pour Radio Management Panel ) : VERS LE RMP : CONTACT [unitname] [frequency] MONITOR [unitname] [frequency] VERS LE FMS ET/OU LE RMP : AT [position] CONTACT [unitname] [frequency] AT [time] CONTACT [unitname] [frequency] AT [position] MONITOR [unitname] [frequency] AT [time] MONITOR [unitname] [frequency] • Les messages de demande d'identification sont envoyés au transpondeur (XPDR) : SQUAWK [code] STOP SQUAWK SQUAWK MODE CHARLIE STOP SQUAWK MODE CHARLIE • Les messages de demande d'information de type REPORT et CONFIRM sont envoyés au FMS, car cet équipement est connecté à la plupart des bus de l'aéronef et connaît les données à renvoyer. On notera que dans le cas de messages couplés (c'est-à-dire destinés au FMS et au FGS, comme par exemple le message AT[position] DESCEND TO[level] ), une partie AT [position] est envoyée au FMS, et l'autre partie à un autre équipement, le FGS en l'occurrence. Quand la condition est remplie, le FMS alerte le routeur qui propose une réaffectation de niveau de clairance au paramètre [level]. Pour cette raison, on a représenté sur la figure du dessin une flèche dirigée du FMS 4 vers le calculateur 3. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé est mis en oeuvre de façon automatique (par exemple pour un drone). Dans ce cas, les clairances FGS modifient directement les paramètres concernés du FGS pour activer la clairance. Par exemple pour la clairance CLIMB TO [level] , on réaffecte dans le système de guidage l'altitude de clairance au paramètre [level] et on demande l'engagement du mode de montée. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé est mis en oeuvre de façon semi-automatique, avec intervention de l'équipage pour engager une action. La plupart des aéronefs disposent en effet d'un écran d'affichage et de boutons de confirmation. Dans le cas de l'exemple CLIMB TO [level ] , on peut par exemple afficher sur le bandeau de contrôle du vol (FCU : Flight Control Unit ) la valeur de l'altitude [level] et laisser le soin à l'équipage d'engager le mode de montée en appuyant sur le bouton approprié. 1. 5 2. 10 20 3. 25 4. 5. REVENDICATIONS 1. Procédé de routage des clairances numériques ATC reçues par un aéronef, caractérisé en ce qu'un calculateur embarqué (3) analyse les clairances reçues à bord et les aiguille vers les équipements destinataires. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les clairances sont regroupées selon les catégories suivantes : clairances de cap, clairances de vitesse, clairances de maintien et de changement de niveau, clairances de route, clairances comportant des messages de contexte et de négociation destinés seulement à être affichés sur un écran, clairances contenant des messages de communication destinés à être affichés sur un écran et à être envoyés à un équipement de sélection de fréquence, clairances comportant des messages de demande d'identifications envoyés au transpondeur, et clairances comportant des demandes d'information de type REPORT et CONFIRM , ces clairances étant aiguillées vers l'un au moins des équipements destinataires appropriés suivants : le système de conduite de vol FMS ou FGS, le système de gestion radio RMP, le transpondeur XPDR, un équipement de communication, un équipement d'affichage, ou un équipement de surveillance ISS, TAWS, ACAS ou radar météorologique. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le calculateur embarqué est l'un au moins des calculateurs suivants : un calculateur dédié, un calculateur intégré à l'unité de communication CMU ou un calculateur intégré au système de conduite de vol FMS ou FGS. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre de façon automatique. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre de façon semi-automatique, avec intervention de l'équipage pour engager une action. 30