Brevet FR2923008A1 — publié le 20090501

PROCEDE ET DISPOSITIF D'AFFICHAGE DE PREVISIONS SUR UN PLAN DE NAVIGATION Le domaine de l'invention est celui des afficheurs de plan de vol d'aéronefs ou des afficheurs de station de contrôle aérien. II concerne plus généralement les dispositifs et procédés d'affichage de plan de navigation de tout type d'engins (aériens, marins, terrestres et spatiaux). On rappelle qu'un aéronef est équipé d'un système d'aide à la navigation appelé FMS, acronyme de l'expression anglo-saxonne Flight Management System. Celui-ci communique avec d'autres systèmes extérieurs et à bord de l'aéronef. L'équipage naviguant communique avec le FMS par l'intermédiaire d'interfaces homme machine (IHM) disposant d'écrans de visualisation et des moyens de commande et de pointage d'éléments affichés sur l'écran de visualisation. Le système d'aide à la navigation assiste l'équipage dans la programmation du plan de vol avant le décollage et dans le suivi du plan de vol, du décollage à l'atterrissage. Il affiche sur un des écrans de visualisation constituant le cockpit le plan de vol de l'avion. Cet écran est appelé � navigation display �. De plus en plus de systèmes permettent de faire de la prévision. C'est le cas par exemple du radar météo dans un poste de pilotage d'avion ou du calculateur de trajectoire des avions dans un poste de commandement ou une station de contrôle aérien. Les radars météo sont capables aujourd'hui de fournir des informations en temps réel au FMS concernant l'intensité ou la localisation d'intempéries faisant face à l'avion. Plus généralement, les différents calculateurs de prévisions ont la possibilité de donner des informations concernant l'environnement extérieur susceptible d'interférer avec le plan de navigation de l'appareil. En outre, il est possible avec ces différents calculateurs d'afficher par exemple des données futures à propos du trafic aérien environnant, de la météo et des zones de changements de fréquence de communication intervenant le long du plan de vol. Afin de faciliter la compréhension de la situation future, celle-ci doit être affichée sous le même format que la situation courante. Ce pré-requis implique donc un affichage co-localisé sur le � Navigation Display �. Malheureusement, cet affichage peut induire des erreurs humaines si l'utilisateur interprète la situation future comme étant la situation courante. Par exemple, dans le cas de l'affichage du trafic aérien futur, il peut comprendre qu'un autre avion est proche de la collision alors que celui- ci n'atteindra cette position que quelque temps plus tard. La problématique majeure est de trouver un procédé d'affichage évitant toute possibilité de mauvaise interprétation des prévisions et rendant la ~o présentation des informations la plus claire possible. On connaît des systèmes comme décrit dans le brevet WO-A1-2005101055 utilisant par exemple des calculateurs de prévisions météo couplés au calculateur de plan de vol d'un avion. Ce système réalise des calculs de corrélation de plan de vol avec les prévisions météos et émettent 15 des alarmes en cas de dangers sérieux. Ce système réalise uniquement des calculs et enclenchements d'alarmes. Or les nouveaux systèmes de prévision peuvent offrir plus de services de prévision aux pilotes pour l'affichage de l'évolution du plan de vol. Il est appréciable par exemple pour un pilote de pouvoir visualiser l'évolution de l'environnement extérieur aux 20 environs de son plan de vol et surtout qu'en plus, toutes les données sont accessibles par les bases de données et les différents calculateurs à bord de l'avion. Pour tirer avantage des calculateurs de prévision, il faut mettre en place un procédé d'affichage permettant d'exploiter ses données de prévisions. Il est obligatoire que ce procédé facilite l'interprétation des 25 données sans risque d'ambigüité avec les données d'une situation courante. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé d'affichage de plan de navigation pour un engin par un dispositif d'affichage comprenant un système d'affichage, au moins un écran de visualisation, un moyen de 30 calcul de plan de navigation de l'engin, au moins une source de données de navigation et un moyen de pointage enclenchant et désactivant une fonction de sélection caractérisé en que le système réalise les fonctions suivantes: • Quand la fonction de sélection est inactive, le système affiche sur un écran de visualisation le plan de navigation de l'engin, la position courante de l'engin sur le plan de navigation et des données de navigation à l'instant de la position courante de l'engin, sa position courante étant représentée par un premier symbole; • Quand un utilisateur sélectionne le symbole représentant l'engin sur le plan de navigation et maintient la fonction de sélection active, le système crée dans un premier temps un second symbole représentant l'engin, ce symbole glissant le long du plan de navigation au moyen d'un pointeur. Lorsque l'utilisateur modifie ensuite la position du second symbole sur le plan de navigation afin de le faire évoluer à une position future, le système affiche sur l'écran de visualisation le premier symbole et à la fois le second symbole représentant l'engin sur le plan de navigation dans une position future et affiche de plus les données de navigation à l'instant de la position future de l'engin. L'invention est remarquable du fait que le système utilise le plan de navigation comme échelle temporelle pour afficher les données de prévisions provenant des différents calculateurs. Ainsi, l'affichage des prévisions se réalise en déplaçant un symbole le long de la route planifiée de l'engin. Cette solution permet de visualiser facilement l'évolution de l'engin. Les postes de pilotage comportent dorénavant des moyens de pointage destinés à leurs écrans de visualisation du même type que ceux que l'on retrouve communément dans le domaine informatique. Avantageusement, la sélection est activée par une action sur le moyen de pointage et reste active tant que cette action est maintenue. En outre, il est nécessaire de faire prendre conscience à l'utilisateur que les données affichées sont des données prédites. Pour éviter toute méprise d'interprétation, l'invention utilise le concept � d'interface homme machine (IHM) contrainte �. C'est-à-dire que pour visualiser les données prédites, on oblige l'utilisateur à réaliser une action qui lui fait prendre conscience qu'il visualise une situation future. De plus, dès qu'il arrête cette action, le système retourne à l'affichage de la situation courante. Ainsi lorsque le pilote revient sur cet écran peu de temps après, il ne peut pas trouver une situation future du plan de vol restée affichée sur son écran de visualisation. On évite grâce à ce procédé des erreurs d'interprétation du fait que le pilote ait pu oublié qu'il demandait au système d'afficher une situation future. Avantageusement, le plan de navigation et le premier symbole sont affichés de façon permanente, ce premier symbole étant fixe sur l'écran de visualisation. De plus, la position du second symbole évolue selon le plan de navigation, ce second symbole étant affiché uniquement lorsqu'il est sélectionné. En effet, il est nécessaire d'afficher à l'écran les deux symboles, le premier fixe et le deuxième mobile sur le plan de vol tracé à l'écran. Le premier symbole donne ainsi un point de référence temporel et spatial et le second symbole mobile sur le plan de vol permet de visualiser l'évolution de la situation à partir de cette référence. Ce procédé affichant le point d'origine avec les éléments futurs permet de s'assurer que l'utilisateur analysera correctement la situation. Avantageusement, le second symbole se superpose au premier lorsqu'il est positionné sur la position courante et est différent du premier symbole. Lorsque l'utilisateur active la sélection, il faut qu'il puisse s'en rendre compte, aussi le second symbole est tel qu'il est visible lorsque les deux symboles se superposent. Dans un exemple de représentation, le second symbole est une forme d'avion encadrée, l'ensemble en trait pointillé alors que la situation courante est de trait plein sans cadre. Cette forme fait référence en quelque sorte à une cible temporaire permettant ainsi de faire comprendre qu'il s'agit d'une projection ou d'un objectif à atteindre et qu'il ne s'agit pas d'une situation certaine. II est en effet important d'utiliser les références que l'esprit humain interprète comme des prévisions. Avantageusement, le système d'affichage peut représenter le plan de navigation et les données de navigation selon deux perspectives : une vue de dessus et une vue latérale. Le pilote a ainsi une visibilité de la situation de l'avion dans les quatre dimensions : les trois axes spatiaux et la dimension temporelle. De cette manière, le procédé fournit une importante aide à la décision pour manoeuvrer l'aéronef. On peut imaginer aussi d'utiliser le procédé dans un plan en trois dimensions, perspective plus proche de la situation vue par le pilote. La présente invention concerne également un dispositif d'affichage de plan de navigation d'un engin comprenant un système d'affichage, au moins un écran de visualisation, un moyen de calcul de plan de navigation de l'engin et au moins une source de données de navigation d'une position courante. Avantageusement, il comporte également un premier moyen de pointage de l'affichage pour modifier la position de l'engin sur le plan de navigation et au moins un deuxième moyen pour calculer des données futures de navigation de sorte que : • Le dit système d'affichage présente sur l'écran de visualisation l'engin sur le plan de navigation par un premier symbole dans la position courante et par un deuxième symbole dans une position future, la position du symbole étant modifiée sur le plan de navigation avec le moyen de pointage ; • Le dit moyen de calcul de plan de navigation fournit des données concernant la position temporelle de l'engin sur le plan de navigation à au moins un moyen de calcul de données futures de navigation ; • Le dit système d'affichage présente sur l'écran de visualisation les données futures de navigation correspondant à l'instant de la position de l'engin sur le plan de navigation. L'invention peut éventuellement s'appliquer à tout engin comportant un système d'aide à la navigation comme les navires ou les automobiles. Plus particulièrement, l'invention s'appliquera à un aéronef comportant le dispositif selon l'invention mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Avantageusement, le moyen de calcul de plan de navigation est un système d'aide au plan de vol. Les aéronefs se déplaçant à des vitesses bien plus importantes que les autres types d'engin, les décisions de vol doivent être prises plus rapidement et les erreurs peuvent avoir des conséquences graves. L'invention permet de faciliter la prise de décision grâce à un procédé d'affichage présentant l'information de façon claire. De préférence, dans un premier mode de réalisation un des moyens de calcul de données futures de navigation est un calculateur de prévisions météorologiques. En effet, le pilote tire avantage de l'invention particulièrement avec ce type de calculateur prévisionnel couplé à son calculateur de plan de vol car seul l'environnement météorologique ne peut être contrôlé ou anticipé à long terme. II est possible aussi dans un second mode de réalisation, qu'un des moyens de calcul de données futures de navigation soit un calculateur de trajectoire d'aéronef. En plus des données météo, le pilote dispose de l'évolution des trajectoires des avions dans les alentours de son plan de vol. Dans le cas où il devrait procéder à un changement de plan de vol afin d'éviter une zone du fait de conditions météo difficiles, il visualise aisément la position et la trajectoire des autres avions aux alentours de la zone de changement de cap. Il a ainsi une visibilité claire d'une situation future avec l'évolution des différents paramètres environnant et peut prendre les bonnes décisions rapidement. De plus la manipulation est facile à réaliser, il suffit au pilote de sélectionner son avion et de le faire évoluer sur le plan de vol en glissant le symbole grâce à un curseur. Un aéronef dispose à bord de plusieurs dispositifs de calculs ou des bases de données concernant l'environnement extérieur. L'invention permet de tirer avantage de tous ses moyens. Par exemple, au cours de son plan de vol, l'avion traverse différentes zones de fréquence de communication. L'invention permet d'afficher sur le plan de vol l'évolution de ces zones de communication et de visualiser à quel moment il est nécessaire de changer de fréquence. L'invention permet aussi de prendre comme source de donnée le système de gestion de navigation de l'aéronef. Le pilote a donc la possibilité d'afficher le carburant restant à un moment donné du plan de vol par exemple. L'invention peut également s'appliquer à une station de contrôle aérien comportant le dispositif et mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. En effet, un opérateur de station de contrôle aérien peut avoir besoin de visualiser l'évolution de différentes positions d'avions. Le procédé d'affichage de données de prévision selon l'invention est avantageux car l'analyse des données de prévision est améliorée grâce à un affichage réalisé selon une présentation permettant une compréhension instinctive de la situation. De plus, le procédé est simple d'utilisation, et un utilisateur l'adopte dès la première utilisation. Concernant les questions de sécurité, � L'IHM contrainte � assure que l'utilisateur est conscient de visualiser une situation future sans méprise avec la situation courante. Enfin, les moyens pour mettre en oeuvre le procédé sont généralement déjà présents sur les avions de dernière génération. 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 � navigation display � d'un avion présentant l'environnement météorologique et du trafic aérien aux alentours du plan de vol. La figure 2 représente le schéma fonctionnel du dispositif selon l'invention. La figure 3 représente l'enclenchement du procédé d'affichage des données de prévisions. Les figures 4 et 5 représentent l'affichage des données de prévisions pour deux positions futures de l'avion sur le plan de vol. Les figures 6a, 6b et 6c représentent le � navigation display � selon une vue latérale. A titre d'exemple non limitatif, l'invention s'applique selon la figure 1 au � navigation display � 1 d'un avion. Sur cet afficheur est présenté le plan de vol 4 de l'avion 2. Aujourd'hui ces systèmes disposent d'un curseur 3 contrôlé par un moyen de pointage 96, fonction représentée sur la figure 2. Les systèmes d'affichage sont généralement associés à une fonction de génération graphique 97 permettant de présenter sur l'écran de visualisation 1 des données de prévisions issues de fonctions de calculateurs de prévision 91, 92, 93. L'invention peut utiliser tout calculateur de prévisions qui seraient utilisés pour afficher sur le plan de navigation, des prévisions météo, l'état du trafic, le terrain, le reste de fuel ou les zones de fréquence de communication. Dans notre exemple, il s'agit d'une représentation 5 des prévisions météorologiques issues du calculateur 91 réalisant une fonction F(t) prenant comme paramètre d'entrée une date t+ générée par le calculateur de plan de vol 98, t+ étant la date de la position future de l'avion 2 sur le plan de navigation 4. Le � navigation display � présente de plus à l'écran l'état du trafic aérien environnant, avec dans cet exemple un avion 7 et son plan de vol 6. Ces données sont issues du calculateur de prévision 92 sur la figure 2 réalisant une fonction G(t) ayant comme un des paramètres d'entrée une date t+ générée par le calculateur de plan de vol 98. L'ensemble des données de prévisions obtenues par les fonctions F(t), G(t) et les données du calculateur de plan de vol sont couplées entre elles par une unité de calcul principale 90, le FMS. L'ensemble de ces données est ensuite affiché sur l'écran de visualisation 1 par la fonction de génération graphique 97. Le symbole 3 représente l'avion dans la situation courante. Dans cet exemple, il est réalisé en trait plein et est fixe en bas de l'écran. Le plan de navigation 4 est représenté par un trait plein. La figure 3 représente le � navigation display � au moment où le curseur est déplacé sur le symbole représentant l'avion et quand l'utilisateur réalise une action sur le moyen de pointage 96 pour sélectionner le symbole 2. Une fois que la fonction de sélection est active, un second symbole 8 est créé. Il s'agit du même symbole que le symbole 2 mis à part qu'il est réalisé en trait pointillé et encadré par un rectangle en pointillé. Cette représentation est destinée à suggérer à l'utilisateur qu'il s'agit d'un objet de prévision et non réel. Cela permet à l'utilisateur de prendre conscience qu'il s'agit de l'avion dans une situation qui n'est pas celle de la situation courante. La forme du second symbole 8 différente du premier symbole 2 permet de distinguer les deux symboles lorsque ces deux symboles se superposent. Dans cette position, les données affichées 5, 6 et 7 sont celles de la situation courante. En effet le calculateur de plan de vol fournit aux différents calculateurs de prévision comme paramètre d'entrée la date de la situation courante, le second symbole étant positionné sur la situation courante de l'avion. Pour que le second symbole reste présent à l'écran il est nécessaire que l'utilisateur maintienne l'action de sélection sur le moyen de pointage 96. La figure 4 représente le second symbole 8 à une situation future. Le premier symbole 2 restant en bas de l'écran à la situation courante de l'avion sur le plan de navigation. La position du second symbole sur le plan de navigation 4 est modifiable en utilisant le moyen de pointage 96 visualisé à l'écran par le curseur 3. Le second symbole est déplaçable le long du plan de navigation. A chaque position du second symbole sur le plan de navigation correspond une date t+. Cette date est entrée comme paramètre dans les fonctions 91, 92, 93 de calcul de prévision. Ces calculateurs fournissent des données futures qui sont affichées sur l'écran de navigation 1 par la fonction de génération graphique 97. A une position t+, les éléments d'environnement 5, 6 et 7 ont changé de valeur par rapport à la position courante de l'avion sur le plan de navigation. L'élément 5 représente des intempéries et les éléments 7 et 6 représentent respectivement un avion proche et son plan de vol. Lorsque la sélection est maintenue par le curseur 3 sur le second symbole 8, on visualise sur l'écran de navigation une situation future de l'environnement par rapport à la situation de l'avion représentée par le second symbole 8 sur le plan de vol. Si l'utilisateur ne maintient pas son action sur le moyen de pointage, l'affichage revient alors à la configuration selon la figure 1. Cela fait parti du concept � d'IHM contrainte � empêchant ainsi de laisser l'écran de visualisation présenter une situation future sans action de l'utilisateur. La figure 5 représente l'affichage du � navigation display � à une seconde position future du second symbole. L'utilisateur a fait évoluer l'avion sur le plan de vol afin de visualiser l'évolution de l'intempérie 5 et de l'avion 7. En faisant évoluer le curseur sur le plan de vol, il visualise ainsi une simulation animée de l'environnement. Dans cet exemple, il cherchait à savoir si l'intempérie approchante viendrait lui gêner le vol, et en même temps, s'il y avait lieu à modification du plan de vol, vers quelle direction il aurait été préférable de reconfigurer son plan de vol sans risquer une collision avec l'avion 7. En faisant ainsi varier graduellement le symbole 8 le long du plan de vol, le pilote a conscience qu'il visualise une situation future et en plus il dispose d'une simulation claire de l'évolution de ~o la situation. II est en position d'analyser rapidement la situation et de prendre les décisions adéquates face à un danger potentiel. La manipulation est particulièrement facile à réaliser. Les figures 6a, 6b et 6c représentent l'évolution temporelle d'un plan latéral du plan de vol 22 d'un avion 21. L'évolution de ces différentes 15 figures indique au pilote que l'avion croisera des intempéries 24 sur la suite du vol. Sur la figure 6c le symbole 25 de l'avion se situe au milieu du danger 24. En avançant le symbole 25 représentant son avion sur le plan de vol, le pilote voit que l'avion se dirige directement au coeur de l'intempérie 24. Il visualise de même la trajectoire du danger par rapport à celle de son avion et 20 dispose donc des informations nécessaires pour décider quel changement de plan de vol il faut mettre en place. Dans le cas des figures 6, le pilote a la possibilité ainsi de visualiser la localisation et la trajectoire du danger 24 sur son plan de vol. Il reprogramme alors la trajectoire de son avion et définit un nouveau plan de vol 28 pour éviter le danger 24 selon un certain angle de 25 montée. REVENDICATIONS 1. Procédé d'affichage de plan de navigation (4) pour un engin par un dispositif d'affichage (94) comprenant un système d'affichage (97), au moins un écran de visualisation (1), un moyen de calcul de plan de navigation de l'engin (98), au moins une source de données de navigation (91-93) et un moyen de pointage (96) enclenchant et désactivant une fonction de sélection, caractérisé en que le système réalise les fonctions suivantes : • Quand la fonction de sélection est inactive : le système affiche sur un écran de visualisation (1) le plan de navigation de l'engin (4), la position courante de l'engin sur le plan de navigation et des données de navigation (5-7) à l'instant de la position courante de l'engin, sa position courante étant représentée par un premier symbole (2); • Quand un utilisateur sélectionne le symbole (2) représentant l'engin sur le plan de navigation (4) et maintient la fonction de sélection active : - Le système créé dans un premier temps un second symbole (8) représentant l'engin, ce symbole glissant le long du plan de navigation (4) au moyen d'un pointeur (3) ; - Lorsque l'utilisateur modifie la position du second symbole (8) sur le plan de navigation (4) afin de le faire évoluer à une position future : o Le système affiche sur l'écran de visualisation (1) le premier symbole (2) et à la fois le second symbole (8) représentant l'engin sur le plan de navigation (4) dans une position future ; 30 o Le système affiche sur l'écran de visualisation les données de navigation (5-7) à l'instant de la position future de l'engin. 25 5 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de navigation (4) et le premier symbole (2) sont affichés de façon permanente, ce premier symbole étant fixe sur l'écran de visualisation. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la position du second symbole (8) évolue selon le plan de navigation (4), ce second symbole étant affiché uniquement lorsqu'il est sélectionné. 10 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le second symbole (8) se superpose au premier symbole (2) lorsqu'il est positionné sur la position courante et est différent du premier symbole. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le 15 système d'affichage peut représenter le plan de navigation et les données de navigation selon deux perspectives : une vue de dessus et une vue latérale. 6. Dispositif d'affichage de plan de navigation d'un engin comprenant un système d'affichage (97), au moins un écran de visualisation 20 (1), un moyen de calcul de plan de navigation (98) de l'engin et au moins une source de données de navigation (91-93), caractérisé en ce qu'il comporte un premier moyen de pointage de l'affichage pour modifier la position de l'engin sur le plan de navigation et au moins un deuxième moyen (91) pour calculer des données futures de navigation de sorte que : 25 - le dit système d'affichage (97) présente sur l'écran de visualisation l'engin sur le plan de navigation (4) par un premier symbole (2) dans la position courante et par un deuxième symbole (8) dans une position future, la position du symbole étant modifiée sur le plan de navigation (4) avec le moyen de pointage (96) ;le dit moyen de calcul de plan de navigation (98) fournit des données (t+) concernant la position temporelle de l'engin sur le plan de navigation (4) à au moins un moyen de calcul de données futures de navigation (91) ; le dit système d'affichage (97) présente sur l'écran de visualisation les données futures de navigation correspondant à l'instant de la position de l'engin sur le plan de navigation (4). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un des moyens de calcul de données futures de navigation (91) est un calculateur 10 de prévisions météorologiques. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 7, caractérisé en ce qu'un des moyens de calcul de données futures de navigation (92) est un calculateur de trajectoire d'aéronef. 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 8, caractérisé en ce que le moyen de calcul de plan de navigation (98) est un système d'aide au plan de vol d'un aéronef. 20 10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'un des moyens de calcul de données futures de navigation (93) est un système de gestion de navigation de l'engin. 11. Aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon 25 l'une des revendications 6 à 10 mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 5. 12. Station de contrôle aérien, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif selon l'une des revendications 6 à 10 mettant en oeuvre le 30 procédé selon l'une des revendications 1 à 5. 15