Brevet FR2917223A1 — publié le 20081212

SYSTEME D'AIDE AU GUIDAGE D'UN AERONEF SUR UN AEROPORT Le domaine de l'invention est celui des dispositifs électroniques ou optoélectroniques d'aide au guidage au sol pour aéronef. II est important que les phases de roulage au sol des aéronefs dans un aéroport puissent se faire d'une part en toute sécurité quelques soient la densité du trafic aérien ou les conditions de visibilité et d'autre part dans des délais prévisibles par le contrôle aérien de façon à garder la maîtrise de la durée des trajets aériens et de la gestion du trafic aérien. Ce problème est particulièrement sensible pour les avions civils de grande capacité. Cette invention s'applique ainsi avantageusement aux aéronefs civils de grande taille de type Boeing 747 ou Airbus A380. Sur les aéronefs modernes, pour assurer la fonction de navigation aéroportuaire, il existe un système d'aide à la navigation. II comprend notamment une visualisation de planche de bord dite Tête Basse présentant une carte électronique de l'aéroport, de la position de l'aéronef dans l'aéroport et de la trajectoire à suivre. Ce système comporte également une gestion des autorisations de roulage. Cependant, ce système seul n'est pas suffisamment précis pour assurer une réelle fonction de guidage de l'aéronef sur les pistes et voies de roulement de l'aéroport. Plus précisément, l'invention a pour objet un système d'aide au guidage d'un aéronef sur un aéroport comprenant au moins: • Des moyens de détermination d'au moins un élément de la topologie de l'aéroport en rapport avec la position de l'aéronef ; • Des moyens de sélection par le pilote de l'aéronef dudit élément ; • Des moyens de génération d'au moins une consigne de guidage à partir dudit élément topologique ; • Des moyens de présentation dudit élément ou de la consigne associée sur un interface homme-machine au pilote de l'aéronef. Avantageusement, les éléments de la topologie sont soit des informations topographiques, soit des informations sur la nature ou l'état de la piste suivie par l'aéronef, soit des informations sur la désignation de ladite piste. Avantageusement, les moyens de détermination comprennent soit une base de données de type aéroportuaire soit des capteurs de signes représentatifs de la piste suivie par l'aéronef ou encore des moyens d'extraction, de filtrage et de reconnaissance des signes représentatifs de la piste à partir des données issues des capteurs. Avantageusement, les moyens de sélection comprennent un désignateur de type souris ou scroll-pad ou un dispositif de sélection 10 qui peut comporter un affichage intégré de la sélection. Avantageusement, les éléments pouvant être sélectionnés sont issus d'éléments de la base de données et le sélecteur comporte des moyens permettant d'indiquer la position ou le mouvement à effectuer par l'aéronef vers le dit élément. De plus, les moyens de sélection peuvent 15 comporter des moyens permettant d'engager ou de désengager le mouvement à effectuer par l'aéronef. Avantageusement, les éléments de topographie sont classés selon un ordre à définir par l'utilisateur selon son usage. Cet ordre peut être l'ordre alphabétique ou l'ordre croissant de distance à l'avion des différents 20 éléments. Avantageusement, les moyens de présentation comprennent : • Ou un dispositif de visualisation collimaté de type viseur Tête Haute, les présentations des éléments de topologie ou de consignes associées étant réalisées dans au moins un champ 25 visuel spécifique ; • Ou un écran de visualisation appelé display , cet écran pouvant être soit l'écran dit Navigation Display appelé aussi tête moyenne , soit l'écran dit Multi Function Display appelé aussi tête basse , les présentations des éléments de topologie ou de 30 consignes associées étant réalisées soit dans au moins une fenêtre spécifique soit sur une page spécifique sur ledit écran ; • Ou un afficheur dédié à la dite présentation des éléments de topologie ou de consignes associées. Avantageusement, les éléments de topologie ou de consignes 35 sont présentées sous forme d'une symbologie de type directeur de vol , la présentation des éléments de topologie ou de consignes associées pouvant être effectuée simultanément sur au moins soit le viseur tête haute, soit sur l'écran de visualisation, soit sur l'afficheur dédié. Avantageusement, ledit système est couplé à des moyens de guidage automatiques de l'aéronef sur la piste. 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 le synoptique général du dispositif selon l'invention ; • La figure 2 représente une vue d'un cockpit où sont indiquées les principaux dispositifs concernés par l'invention ; • La figure 3 représente une vue détaillée d'un moyen de sélection d'un élément de la base de données aéroportuaire et d'une action associée à cet élément. Un des principaux avantages du système selon l'invention est qu'il ne comporte que des dispositifs existant sur les appareils modernes. Il ne nécessite que des modifications mineures soit des logiciels de mise en oeuvre de ces dispositifs soit des adaptations mineures du matériel. Le synoptique du système selon l'invention est représenté dans le rectangle en pointillés de la figure 1. De façon générale, il comporte : • Un extracteur 2 de données de type éléments de topologie de l'aéroport, lesdites données provenant d'un système de localisation 1 ; • Un sélecteur 4 des données extraites permettant de sélectionner les éléments de topologie situés dans l'environnement de l'aéronef ; • Les informations issues du sélecteur étant transmises : o d'une part à des moyens de génération 5 d'au moins une consigne de guidage à partir dudit élément topologique, ladite consigne étant transmise au système de guidage 6 ; o d'autre part à des moyens de présentation 3 associés à un interface homme-machine 7. Toutes ces fonctions peuvent être assurées soit par le système principal de navigation soit par un calculateur dédié à la fonction de navigation aéroportuaire. Les éléments de topologie nécessaires au guidage que l'on cherche à identifier sont essentiellement des marques au sol comportant des indications sur les taxiways, les pistes ou les parkings. Ces indications sont essentiellement des données topographiques telles que la géométrie générale des pistes, leurs embranchements, leurs longueurs, les rayons de courbure des virages, les noms associés à ces données,... Les éléments de sécurité que l'on cherche à identifier sont, par exemple, les indications d'arrêt ou les entrées dans des aires de sécurité, leurs positionnements, leurs distances à l'aéronef, .... II est possible de coupler ces informations avec des données sur l'état de la piste qui va dépendre des conditions météorologiques. Ces données peuvent conditionner les vitesses autorisées de l'aéronef, les distances d'arrêt, ... L'extraction de données peut être réalisée par différents dispositifs. A titre de premier exemple, les données peuvent provenir des informations contenues dans une base de données relative à la plate-forme aéroportuaire sur laquelle se trouve l'aéronef. Il existe trois catégories de base de données donnant la description des aéroports, appelées "Coarse", "Medium" et "Fine", définies dans le document RTCA DO272 / EUROCAE ED99, intitulé "Users Requirements for Aerodrome Mapping Information". Pour ce type d'application, les bases de données utilisées sont de la catégorie "Fine". On ne sélectionne alors que les données situées dans l'environnement immédiat de l'appareil. A titre de second exemple, les données peuvent provenir d'images vidéo prises par des caméras embarquées situées sur ou sous l'appareil associées à des dispositifs de reconnaissance automatique. Elles peuvent également être issues de capteurs actifs de type optique ou électromagnétique. Ces données sont alors filtrées puis identifiées. Ces techniques sont aujourd'hui bien maîtrisées. A partir des données identifiées, le sélecteur conserve uniquement les données utiles pour le guidage ou la sécurité de l'appareil. Les consignes de guidage peuvent être de différentes catégories. On citera : • Des consignes de roulage donnant la position et la vitesse de l'aéronef sur la piste. Ainsi, on peut indiquer : o les écarts de position de l'aéronef par rapport à sa position nominale ; o les écarts de vitesse par rapport à une vitesse de consigne donnée ; o la marge de vitesse par rapport à la vitesse maximale recommandée qui tient compte éventuellement : ^ des capacités de freinage, niveau dit d'anti- dérapage ou encore anti-skid ; ^ et si l'information est connue, de la contamination de la voie ou piste qui peut être sèche, mouillée, comportée de la neige mouillée, de la neige sèche, du verglas... o un indicateur de freinage par rapport au prochain stop ou virage; • Des consignes de guidage liées à la topologie de l'aéroport, sans nécessité à priori d'un cheminement établi. Par exemple, ces consignes présentent dans les différents afficheurs une information de type : à la prochaine intersection - à droite, runway 18 - à gauche, runway 36 ; • Des consignes de guidage liées à un cheminement existant. L'objectif est de préciser quelle direction doit prendre l'appareil en fonction de la destination souhaitée et connue. Par exemple, l'information est du type à la prochaine intersection, tourner à droite ... Sous-entendu, pour aller là où l'appareil doit aller ; • Des consignes de distance par rapport à la piste active variant selon la visibilité, les conditions de jour ou de nuit, la présence 25 30 de brouillard,..., afin de prévenir la pénétration de l'espace protégé réglementaire autour de la piste ; • Des consignes sur les opérations à réaliser pour respecter les contraintes potentielles sur un élément identifié de l'aéroport. Par exemple, l'appareil s'approche d'une zone ILS ou d'une indication d'arrêt appelée Stopbar désignée par le dispositif interactif. Alors le dispositif de guidage propose les consignes de freinage nécessaires pour s'arrêter au bon endroit, compte tenu de la vitesse de déplacement et des capacités de freinage. Comme illustré en figure 2, les cockpits des aéronefs modernes comportent des systèmes d'interfaces homme-machine comportant différents dispositifs de visualisation et de commande. Sur cette figure, les interfaces 15 concernés par le dispositif selon l'invention sont en gras. Ces systèmes comportent notamment : • un collimateur Tête Haute encore appelé HUD, acronyme anglo-saxon de Head-Up Display. Un collimateur Tête Haute comprend classiquement une source d'images générant de la symbologie, 20 une optique de collimation et un combineur optique placé dans le champ visuel du pilote. Le collimateur donne ainsi une image virtuelle à l'infini de la symbologie superposée au paysage extérieur ; • des visualisations dites Tête Basse comportant un certain nombre 25 d'écrans de visualisation à cristaux liquides. Généralement, on distingue : o l'écran dit PFD, acronyme de Primary Flight Display qui affiche les informations nécessaires au pilotage ; o l'écran dit ND, acronyme de Navigation Display qui 30 affiche les informations nécessaires à la navigation ; o l'écran dit MFD, acronyme de Multi Function Display qui affiche, entre autres, des informations internes à l'appareil ; • Des postes de commande de type FCP ou FCU, acronymes de Flight Control Panel ou de Flight Control Unit ; 10 • Des désignateurs de type souris informatiques encore appelés scroll-pad ou touch-pad . Pour le guidage de l'aéronef dans l'aéroport, les informations de guidage sont préférentiellement affichées dans le viseur Tête Haute. En effet, le viseur Tête haute possède une très bonne ergonomie de représentation des informations. Classiquement, on sépare les symboles affichés dans un collimateur Tête Haute en deux grandes catégories : • Les symboles dits 2D encore appelés non conformes qui 10 fournissent au pilote des informations de navigation qui sont, par exemple : • Un directeur de vol ; • les indications de changement de direction à effectuer au moyen de flèches. A titre d'exemple, le viseur de la figure 2 15 comprend deux flèches disposées en sens opposé représentant de telles indications ; • les informations concernant les pistes empruntées. A titre d'exemple, le viseur de la figure 2 comporte une barre horizontale comportant 5 indications de pistes identifiées, la 20 piste sélectionnée notée L45 étant encadrée. • les symboles dits 3D ou conformes qui donnent une meilleure perception de l'environnement de l'aéronef. Ces symboles sont particulièrement utiles en cas dé visibilité dégradée, par exemple pour la navigation de nuit ou par mauvaises conditions 25 météorologiques. Ce sont essentiellement des symboles représentant la voie de circulation. L'image virtuelle de cette symbologie fournie par le collimateur se superpose exactement à la position réelle de la voie de circulation, la position de l'aéronef par rapport à la voie de circulation étant parfaitement connue au 30 mètre près au moyen des systèmes de navigation. Il est également possible d'afficher les informations de guidage sur l'écran dit ND dans une zone dédiée comme indiquée sur la figure 2, une représentation de l'aéroport pouvant être affichée sur cet écran ou sur l'écran 35 dit MFD dans une page informatique dédiée à cette fonction. Cette page informatique peut être organisée de différentes façons. On citera les structures de type liste déroulante ou liste dite 2D . Dans ce cas, toutes les options possibles sont affichées sous forme d'une matrice. Si l'écran a une taille d'affichage inférieur à celui de la matrice, il est, bien entendu possible d'ajouter des indications permettant de faire apparaître les options non affichées. II est possible d'afficher les consignes de guidage dans plusieurs afficheurs simultanément de façon à sécuriser les informations. On peut encore les afficher et les sélectionner à partir d'un panneau de commande de type FCU comportant un afficheur et un bouton de commande 10 dédiés aux informations de guidage. A titre d'exemple, la figure 3 représente un afficheur de ce type. Ce dernier dispositif comprend un afficheur 11 et un bouton de sélection rotatif double. L'afficheur peut donner deux informations, la première concernant l'action à effectuer par l'aéronef et la seconde l'élément concerné. Le bouton peut comprendre deux boutons rotatifs 12 et 13 de diamètre différent et montés sur un axe commun. Le bouton rotatif inférieur 13 permet, par exemple, la sélection d'un élément de la topographie aéroportuaire en base de données. Le bouton rotatif supérieur 12 permet de sélectionner une action élémentaire telle que TURN L pour tourner à gauche comme indiqué sur la figure 3, ou HOLD POS AT ou STOP AT pour arrêter l'aéronef. En outre, le même bouton rotatif double peut être utilisé afin d'engager l'action, par exemple par appui sur le bouton supérieur ou arrêter/désengager l'action, par exemple, en tirant sur le bouton supérieur. Les moyens de sélection peuvent comprendre : • un désignateur de type souris ou scroll-pad . Dans ce cas, la sélection peut être effectuée soit en utilisant la molette de la souris ou un rotator permettant de pointer et de sélectionner les différentes options de guidage, soit en utilisant le pointeur de la souris ; • des boutons de sélection disposés sur les panneaux de commande ; • un écran tactile disposé sur les écrans ND ou MFD. Le temps de désignation et de sélection de la consigne de guidage retenue est un facteur important dans la mesure où l'utilisateur peut être dans la nécessité de réagir rapidement. Aussi, il est avantageux de privilégier les désignateurs permettant une désignation rapide comme les écrans tactiles. Il existe trois niveaux de guidage selon la complexité et la sophistication des calculs de guidage effectués par les calculateurs de bord. Le premier niveau de guidage consiste à afficher les écarts de position géométrique par rapport à la trajectoire ou à la position idéale ou les écarts de vitesse par rapport à une vitesse de consigne. Le pilote agit sur les commandes de façon à replacer l'aéronef sur sa trajectoire. Le second niveau de guidage consiste à indiquer au pilote ce qu'il doit faire pour revenir sur la bonne trajectoire. Le troisième niveau de guidage consiste à assurer la fonction de guidage de façon entièrement automatique par le pilote automatique qui contrôlera le train avant directeur, les systèmes de commande de poussée des moteurs encore appelés ATHR, acronyme de AutoTHRust et les systèmes de commande des freins encore appelés BSCU, acronyme de Brake Steering and Control Unit. REVENDICATIONS 1. Système d'aide au guidage d'un aéronef sur un aéroport comprenant au moins: • Des moyens de détermination (1, 2) d'au moins un élément de la topologie de l'aéroport en rapport avec la position de l'aéronef ; • Des moyens de sélection (4) par le pilote de l'aéronef dudit élément ; • Des moyens de génération (5) d'au moins une consigne de guidage ou de sécurité à partir dudit élément topologique ; • Des moyens de présentation (3) dudit élément ou de la consigne associée sur un interface homme-machine (7) au pilote de l'aéronef. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de la topologie sont soit des informations topographiques, soit des informations sur la nature ou l'état de la piste suivie par l'aéronef, soit des informations sur la désignation de ladite piste. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détermination (1, 2) comprennent une base de données de type aéroportuaires. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détermination (1, 2) comprennent des capteurs de signes représentatifs de la piste suivie par l'aéronef. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de détermination (1, 2) comprennent des moyens d'extraction, de filtrage et de reconnaissance des signes représentatifs de la piste en base de données à partir des données issues des capteurs. 30. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection (4) comprennent un désignateur de type souris ou scroll-pad ou un bouton de sélection du type sélecteur/rotateur. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de sélection (4) comprennent des moyens d'affichage de la sélection. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les éléments pouvant être sélectionnés sont issus d'éléments de la base de données et que le sélecteur (4) comporte des moyens permettant d'indiquer la position ou le mouvement à effectuer par l'aéronef vers le dit élément. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que les 15 moyens de sélection (4) comportent des moyens permettant d'engager ou de désengager le mouvement à effectuer par l'aéronef. 10. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments sont disposés en liste et classés dans un ordre de priorité 20 configurable par l'utilisateur, lequel ordre de priorité pouvant être un ordre alphabétique ou un classement des éléments en fonction de leur distance par rapport à l'avion. 11. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les 25 moyens de présentation (3) comprennent un dispositif de visualisation collimaté de type viseur Tête Haute (HUD), les présentations des éléments de topologie ou de consignes associées étant réalisées dans au moins un champ visuel spécifique. 30 12. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de présentation (3) comprennent un écran de visualisation appelé display , cet écran pouvant être soit l'écran dit Navigation Display (ND), soit l'écran dit Mufti Function Display (MFD), les présentations des éléments de topologie ou de consignes associées étant réalisées soit dans 35 au moins une fenêtre spécifique soit sur une page spécifique sur ledit écran. 513. Système selon les revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que les éléments de topologie ou de consignes sont présentées sous forme d'une symbologie de type directeur de vol 14. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de présentation (3) comprennent un afficheur (11) dédié à la dite présentation des éléments de topologie ou de consignes associées. 10 15. Système selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la présentation des éléments de topologie ou de consignes associées est effectuée simultanément sur au moins soit le viseur tête haute (HUD), soit sur l'écran de visualisation (ND, MFD), soit sur l'afficheur (11) dédié. 15 16. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit système est couplé à des moyens de guidage automatiques de l'aéronef sur la piste.