Brevet FR2998065A1 — publié le 20140516

SYSTEME PERMETTANT D'ANTICIPER LES PRECISIONS DE NAVIGATION REQUISES L'invention se situe dans le domaine des systèmes de gestion de vol et plus particulièrement des moyens de calcul de trajectoire. Un système de gestion de vol ou FMS pour « Flight Management System », est un dispositif embarqué, à bord d'un aéronef. Il permet l'élaboration d'un plan de vol à bord et à sa modification en cas de déroutage, notamment. Un plan de vol est la description détaillée de la route à suivre par un aéronef dans le cadre d'un vol planifié. Il comporte notamment une séquence chronologique de points de passage décrits par leur position, leur altitude et leur heure de survol. Un ensemble de points de passage et les segments qui les relient constituent la trajectoire de référence à suivre par l'aéronef en vue de respecter au mieux son plan de vol. Cette trajectoire est une aide précieuse à la fois pour le personnel de contrôle au sol et pour le pilote, pour anticiper les mouvements de l'aéronef, par exemple un avion, et ainsi assurer un niveau de sécurité optimum, notamment dans le cadre du maintien des critères de séparation entre aéronefs. Il existe différents systèmes de gestion de vol selon le type d'engin et d'application pour lequel il est destiné. Toutefois, certains éléments sont communs à une majorité de système de gestion de vol. En effet, un système de gestion de vol comprend généralement une base de données de navigation, un moyen pour enregistrer son plan de vol, une base de données de performance pour calculer une trajectoire et ses prédictions, des moyens de guidage et des interfaces sur différents écrans de navigation. La figure 1 représente un système connu de gestion de vol 1 comprenant : des bases de données 100 pour construire des trajectoires et des procédures, notamment les exigences requises par la procédure « précisions de navigation requises » ou RNP, à partir de données incluses dans les bases telles que les points de passage, les balises, des portions de trajectoire appelées « legs » en langue anglaise définies par plusieurs paramètres ou caractéristiques de navigation tels que des consignes à suivre concernant une position, une altitude ou un cap, par exemple Base de données de navigation NAV DB » (marque déposée), - des moyens 101 pour saisir les éléments géographiques constituant la trajectoire de référence de la route à suivre, par exemple « Plan de vol FPLN» (marque déposée), des bases de données 102 contenant les performances aérodynamiques et moteurs de l'appareil, par exemple PERF DB, pour calculer les prédictions d'altitude, heure de passage, de consommation de carburant le long de la trajectoire, des moyens 103 pour construire une trajectoire continue à partir de points du plan de vol qui respecte les performances de l'aéronef et les contraintes de confinement (RNP), par exemple Trajectoire latérale TRAJ (marque déposée), - des moyens 104 pour construire un profil vertical optimisé sur la trajectoire latérale, par exemple Prédiction PRED (marque déposée), des moyens 105 pour calculer la position géographique de l'aéronef en fonction des moyens de géolocalisation de type GPS (marque déposée), Galileo (marque déposée), balises radios VHF ou centrales inertielles, par exemple « Navigation LOCNAV, » (marque déposée), des moyens 106 pour guider dans le plan latéral et le plan vertical l'aéronef sur sa trajectoire 3D, tout en optimisant la vitesse, par exemple GUID (marque déposée), - des moyens 108 pour communiquer avec les centres de contrôle et les autres aéronefs DATALINK, - une interface utilisateur 109 comprenant un clavier, au moins un écran permet d'entrer les données nécessaires et de visualiser les résultats. Le pilote de l'aéronef utilise les bases de données 100 en coopération avec le moyen 101 pour construire son plan de vol et relier ces différents points de passage afin d'élaborer la structure de la route à suivre par l'aéronef. Le moyen 103 intègre la structure de la route à suivre élaborée par le pilote et y associe des informations relatives aux performances de l'aéronef fournies par la base de données 100 et 102 permettant ainsi de définir une trajectoire qui respecte les caractéristiques de l'aéronef et les exigences requises par la procédure RNP. A partir de cette trajectoire, le moyen 104 construit un profil vertical optimisé. Le moyen 105 localise l'aéronef quelle que soit sa position sur le globe terrestre. Au 10 cours du vol, les données de géolocalisation mais aussi les exigences de précision requises par les procédures internationales, RNP notamment, sont transmises à un moyen 106 d'assistance au pilote ou au pilotage automatique permettant de guider l'aéronef sur sa trajectoire 4D. Une interface 109 permet au pilote de visualiser ces informations. 15 La procédure internationale « qualité de navigation requises » ou RNP a d'abord été envisagée par l'organisation de l'avion civile internationale OACI comme un moyen de faciliter les changements dans l'espace aérien. La RNP a été créée pour qu'il soit possible de spécifier les conditions à respecter en ce qui concerne l'espace aérien et l'exploitation, sans subir les contraintes d'un processus lent de spécification 20 d'équipement et de systèmes. Un état en collaboration avec l'industrie a entrepris de mettre au point des critères permettant l'emploi de la procédure RNP pour résoudre le grave problème d'accès à des aéroports situés dans des environnements riches en obstacles, ou lors de conditions météorologiques très défavorables. 25 Cette procédure donne, outre des indications traditionnelles, des critères portant sur des aspects opérationnels à prendre en compte pour la mise en oeuvre d'opérations aériennes : lors d'une panne de moteur, lors d'une montée ou lors d'un atterrissage interrompu, par exemple. La procédure RNP peut apporter des avantages considérables d'un point de vue de 30 l'exploitation et de la sécurité par rapport à d'autres procédures en prescrivant une précision, une fonctionnalité de navigation accrues pour permettre des opérations utilisant des marges de franchissement d'obstacles réduites qui rendent possible la mise en oeuvre de procédures d'approche et de départ dans des situations où l'application d'autres procédures n'est pas réalisable ou acceptable du point de vue opérationnel. La procédure RNP permet de tirer parti de moyens de navigation latéraux et verticaux qui améliorent la sécurité de l'exploitation et réduisent les risques d'impact sans perte de contrôle. La procédure RNP autorise, entre autres, un aéronef à suivre une trajectoire spécifique entre deux points, la trajectoire étant définie en trois dimensions. La procédure RNP prescrit des exigences de précisions que l'aéronef doit respecter. Par exemple, une exigence RNP 5 signifie que les moyens 105 de géolocalisation de l'aéronef doivent être capables de calculer la position de l'aéronef dans un couloir de 10 NM de largeur, le symbole NM correspondant au mile marin et 1 mile marin équivaut à 1852 m. Au cours d'un vol, le niveau d'exigence de précisions de géolocalisation varie : des espaces océaniques peuvent avoir une exigence RNP comprise entre 4 et 10 NM, en début d'approche vers un aéroport, les exigences RNP sont généralement comprises entre 1 et 0,5 NM et entre 0,3 et 0,1 NM pour les approches de précision. L'augmentation du niveau d'exigence de précision permet de définir une trajectoire en trois dimensions composée de lignes droites et de courbes dans un environnement à densité de circulation élevée, autour de zones sensibles au bruit ou à travers un terrain difficile. Le niveau d'exigence de précision requis peut être défini dans un fichier de configuration du système de gestion de vol, manuellement par le pilote ou suivant la base de données 100 présente dans le système de gestion de vol. Le niveau de précision peut aussi être défini par défaut selon que l'espace survolé par l'aéronef est de type océanique ou un aéroport, par exemple. Pour pouvoir suivre les exigences de la procédure RNP, les moyens 105 de navigation doivent être capables de calculer la position de l'aéronef avec le niveau de précision requis. Le moyen de guidage 106 doit aussi garantir une capacité de guidage avec la même précision. Le niveau de précision du guidage est fixe et connu pour un aéronef donné, par contre le niveau de précision calculé sur la position de l'aéronef varie au cours d'un vol selon que l'aéronef survole un aéroport ou un milieu océanique. En effet, les dispositifs extérieurs de navigation par satellites 111 de type Global Positioning System GPS ont des niveaux de couverture différents selon la zone géographique considérée. Il en est de même pour les moyens de radio navigation. Quant aux moyens inertiels, il souffre du problème de dérive inertielle inhérent à ces systèmes. C'est au pilote de l'aéronef de s'assurer que son aéronef est capable d'évoluer selon les exigences requises par la procédure RNP. Actuellement, le niveau de précision requis par rapport au niveau de précision courant n'est pas facilement accessible par le pilote. De plus, il n'est connu par le pilote que par rapport à la position actuelle de l'avion, sans réel lien avec la trajectoire. Un but de l'invention est de donner au pilote un moyen simple, précis et facilement accessible pour connaître les exigences requises par la procédure RNP pour les portions de trajectoires actuelles et futures. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de gestion de vol embarqué dans un aéronef, comprenant des moyens de calcul en continu de premières données de géolocalisation, à partir des données reçues par au moins un dispositif extérieur de géolocalisation, comprenant une position courante et des positions futures d'un aéronef au long d'une trajectoire séquencée en plusieurs portions et comprenant des deuxièmes données comprenant des exigences requises par une procédure « précision de navigation requises » ou RNP internationale pour toutes les portions de la trajectoire. Ledit système de gestion comprend un moyen d'affichage continu des premières et deuxièmes données tout au long de la trajectoire, les premières et deuxièmes données étant représentées graphiquement et simultanément sur lesdits moyens d'affichage afin de permettre au pilote d'anticiper et de faire converger les caractéristiques de vol de l'aéronef vers les exigences requises de la portion de trajectoire suivante. Le pilote pourra ainsi anticiper au plus tôt les changements du niveau de précision requis. Le moyen d'affichage, selon un aspect de l'invention, est adapté pour représenter les portions de la trajectoire de l'aéronef par des premiers segments de droite, un deuxième segment est placé sur au moins un des premiers segments, les deuxièmes segments étant associés à une valeur numérique correspondant à la valeur de l'exigence de précision de géolocalisation requise selon la procédure RNP, au moins une des extrémités des premiers segments de droite pouvant être représentée par une marque correspondant à un point de passage de l'aéronef. Le système d'affichage est adapté pour représenter au moins les portions de trajectoire comprises entre la position actuelle de l'aéronef et la position de l'aéronef après une durée d'anticipation, la durée d'anticipation correspondant à un intervalle de temps suffisant, de l'ordre de 20 minutes, pour que le pilote ait le temps de modifier les caractéristiques de navigation afin de satisfaire l'exigence de précision de géolocalisation requise future. La valeur de l'intervalle de temps ou en d'autres termes la durée d'anticipation est prédéterminée et est fonction de la vitesse de l'avion, par exemple, ou est modulable par le pilote en fonction des caractéristiques de vol de l'aéronef. Selon un mode de réalisation de l'invention, les deuxièmes segments sont associés à un code de couleur, ledit code de couleur comprenant trois couleurs, une première couleur correspondant à l'exigence actuelle de précision requise selon la procédure RNP et satisfaite, une deuxième couleur correspondant aux exigences futures de précision requises par la procédure RNP et satisfaites et une troisième couleur correspondant aux exigences actuelles ou futures de précision requises par la procédure RNP et non satisfaites et qui le resteront tant que les performances de navigation ne sont pas modifiées. Les dispositifs de géolocalisation externe de l'aéronef comprennent un « global Navigation Satellite System », en langue anglaise ou GNSS. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, et illustrés par des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un système de gestion de vol, selon l'art connu - les figures 2a, 2b et 2c illustrent différentes pages de l'écran de navigation d'un système de gestion de vol, selon l'art connu - les figures 3a et 3b représentent une page d'un écran d'un système de gestion de vol, selon un aspect de l'invention. Les figures 2a, 2b et 2c représentent un écran de navigation 109 d'un système de gestion de vol. La figure 2a représente une première page d'un écran de navigation du système de gestion de vol embarqué à bord d'un aéronef. Cette première page indique la trajectoire à suivre par l'aéronef. Cette page est généralement facilement accessible par le pilote de l'aéronef et ne nécessite aucune manoeuvre de la part du pilote pour y avoir accès, cette page est accessible par le pilote 110 en position « tête haute ». La position courante de l'aéronef est indiquée par un symbole en forme d'aéronef, elle est représentée au centre de trois cercles concentriques de rayon croissant. La trajectoire de l'aéronef est indiquée par un axe passant par la position courante de l'aéronef, un premier et un deuxième point de passage. La position courante et le premier point de passage définissent une première portion courante de trajectoire, une portion de trajectoire étant communément appelé « leg ». Le premier et deuxième point de passage définissant une deuxième portion de trajectoire. La figure 2b représente une deuxième page d'un écran d'un système de gestion du vol. Cette deuxième page n'est pas accessible par le pilote en position « tête haute ». L'accès à cette deuxième page nécessite de la part du pilote d'entrer dans le menu du système de gestion pour la faire apparaître sur un écran. Le titre de cette deuxième page est « APPROACH » ce qui indique que les informations fournies sont relatives à une phase d'approche d'un aéroport, par exemple. En bas à gauche de la deuxième page, le terme « REQUIRED » est affiché, une première valeur numérique lui est associée. La première valeur numérique indique le niveau de précision courant requis par les procédures RNP, en l'espèce ce niveau est 1,0 NM. En bas à droite de la deuxième page, le terme « ESTIMATED » est affiché, une deuxième valeur numérique lui est associée. La deuxième valeur numérique indique le niveau de précision courant avec lequel les moyens 106 localise l'aéronef, en l'espèce 0,60 NM. En l'espèce, le niveau de précision courant sur la mesure de la localisation de l'aéronef réalisé par les moyens 105 est inférieur au niveau de précision requis courant par la procédure RNP. L'exigence de précision est satisfaite. Le niveau de sureté est considéré comme élevé, ce que montre le terme « HIGH » représentant une indication qualitative du niveau d'intégrité des calculs de navigation pour le pilote. La figure 2c représente une deuxième page d'un écran d'un système de gestion du vol. C'est la même page que pour la figure 2b mais dans un cas où l'exigence de précision n'est plus satisfaite En bas à gauche de la deuxième page, le terme « REQUIRED » est affiché, une première valeur numérique lui est associée. La première valeur numérique indique le niveau de précision courant requis par les procédures RNP, en l'espèce ce niveau est de 0,5 NM. En bas à droite de la deuxième page, le terme « ESTIMATED » est affiché, une deuxième valeur numérique lui est associée. La deuxième valeur numérique indique le niveau de précision courant avec lequel les moyens 106 localisent l'aéronef, en l'espèce 0,60 NM. En l'espèce, le niveau de précision courant sur la mesure de la localisation de l'aéronef réalisé par les moyens 106 est supérieur au niveau de précision requis courant par la procédure RNP. L'exigence de précision n'est plus satisfaite. Le niveau de sureté est considéré comme faible, ce que montre le terme « LOW » représentant une indication qualitative du niveau d'intégrité des calculs de navigation pour le pilote. Le système de gestion alerte le pilote. En l'espèce, l'alerte comprend une indication d'une couleur attirant l'attention du pilote en bas de l'écran indiquant « NAV ACCUR DOWNGRAD ». Dans ce type de système de gestion, le pilote a difficilement accès aux informations relatives au niveau de précision du calcul de géolocalisation ainsi qu'au niveau de précision requis par la procédure RNP. Il ne peut pas non plus anticiper les changements dans les niveaux de précision requis. La figure 3a représente un premier exemple d'une page d'un écran du système de gestion de vol selon un aspect de l'invention. Cette page est observable directement par le pilote 109 d'un aéronef et ne nécessite pas de manoeuvre particulière sur le système de gestion de vol pour y avoir accès. Autrement dit, cette page est accessible par le pilote 109 de l'aéronef en position « tête haute ». La figure 3a représente une succession de premiers segments Sli, j étant un indice correspondant à l'ordre des segments. Chacun des segments Sij représentant une portion de trajectoire. La première portion de trajectoire S11 est définie par la position courante Pc de l'aéronef et le premier point de passage P,1, représenté par un triangle plein, tel que défini dans le plan de vol. La deuxième portion de trajectoire S12 est définie par le premier Pp1 et deuxième point de passage Pp2 etc... .La première S11 et deuxième S12 portion de trajectoire définissent une zone d'approche intermédiaire, la troisième portion S13 de trajectoire définie une zone finale d'approche, d'un aéroport par exemple. Des deuxièmes segments S2k, k étant un indice correspondant à l'ordre des segments en l'espèce, positionnés sur les premiers segments S1j, sont associés à une valeur numérique. Les deuxièmes segments S2k représentent schématiquement un couloir à l'intérieur duquel l'aéronef peut circuler. La valeur numérique associée correspond au niveau d'exigence de précision requis par la procédure RNP. Ainsi, sur la figure 3a, le premier segment S11 comprend un deuxième segment S21 associé à la valeur 1. Selon un aspect de l'invention, cette représentation signifie que sur la portion de trajectoire courante les moyens 105 de calcul de position doivent localiser l'aéronef dans un couloir de largeur 2 NM. De la même manière, le niveau de précision requis selon la procédure RNP est de 1 sur la deuxième portion de trajectoire représentée par le segment S12 et de 0,3 sur la troisième portion de trajectoire représentée par le segment S13. Dans la zone d'approche intermédiaire, l'exigence de précision requise par la procédure RNP sur la localisation de l'aéronef est moindre que dans une zone d'approche finale. De plus, l'écran du système de gestion de vol, selon un aspect de l'invention, associe à la représentation de la trajectoire un jeu de trois couleurs. Sur la figure 3a, le premier deuxième segment S21 surmonté d'un chiffre, qui représente l'exigence de précision selon la procédure RNP pour la première portion de trajectoire courante, est d'une première couleur, en l'espèce le blanc. Cette première couleur signifie que l'exigence courante est satisfaite par les moyens de calculs 105 du système de gestion. Une distance d'anticipation d correspondant au produit de la durée d'anticipation Td par la vitesse de l'aéronef. La distance d'anticipation d est définie en fonction de la zone géographique survolée. La distance d'anticipation d correspond au temps nécessaire au pilote 109 pour adapter les caractéristiques de vol de l'aéronef à la future exigence de précision requise. De fait, la distance d'anticipation d dans une zone d'approche finale est généralement plus petite que dans une zone d'approche intermédiaire. Le deuxième segment S22, représentant les exigences de précision pour la deuxième portion de trajectoire, est d'une deuxième couleur, en l'espèce le vert. Cette deuxième couleur signifie que l'exigence de précision future requise par la procédure RNP, c'est-à-dire pour la deuxième portion de trajectoire sera satisfaite si les caractéristiques de l'aéronef ne sont pas modifiées. Le troisième segment S23 représentant les exigences de précision pour la deuxième portion de trajectoire, est vert. La valeur numérique associée au segment S23 est 0,3. L'exigence du niveau de précision sur la troisième portion de trajectoire est augmentée par rapport à la deuxième portion de trajectoire et passe à 0,3 NM. Autrement dit, sur la troisième portion de trajectoire, les moyens de calcul de la position de l'aéronef doivent être de localiser l'aéronef dans un couloir de largeur 0,6 NM. Le segment S23 et la valeur numérique associée sont verts ce qui signifie que l'exigence de précision future requise par la procédure RNP pour la troisième portion de trajectoire sera satisfaite si les caractéristiques de l'aéronef ne sont pas modifiées. La figure 3b représente un deuxième exemple d'une page d'un écran d'un système de gestion de vol que la figure 3a. En l'espèce, l'exigence de précision requise par la procédure pour la troisième portion de trajectoire ne sera pas satisfaite par l'aéronef si les caractéristiques de l'aéronef ne sont pas modifiées. Le pilote peut choisir de faire apparaître ou non à l'écran les exigences RNP requises sur les portions de trajectoire. Lorsque l'exigence de précision requise par la procédure RNP est entrée dans le système de gestion par le pilote et que la valeur indiquée est inférieure à la valeur de précision courante EPU, un message est généré sur l'écran de navigation pour avertir le pilote de l'incohérence. REVENDICATIONS1. Système de gestion de vol (1) embarqué dans un aéronef, comprenant des moyens de calcul (105) en continu de premières données de géolocalisation, à partir des données reçues d'au moins un dispositif extérieur de géolocalisation (111), comprenant une position courante (Pc) et des positions futures (Pp) d'un aéronef au long d'une trajectoire séquencée en plusieurs portions (S11) et comprenant des deuxièmes données (S2k) comprenant des exigences requises par une procédure de navigation internationale « précision de navigation requises ou RNP» pour toutes les portions de la trajectoire (S11) caractérisé en ce que ledit système de gestion (1) comprend un moyen d'affichage (109) des premières (S11) et deuxièmes données (S2k) tout au long de la trajectoire, les premières (S11) et deuxièmes données (S2k) étant représentées graphiquement et simultanément sur lesdits moyens d'affichage (109) afin de permettre au pilote (110) d'anticiper et de faire converger les caractéristiques de vol de l'aéronef vers les exigences requises de la portion de trajectoire suivante. 2. Système de gestion de vol selon la revendication 1 dans lequel ledit moyen d'affichage (109) est adapté pour représenter les portions de la trajectoire de l'aéronef par des premiers segments de droite (Sii) , un deuxième segment (S2k) est placé sur au moins un des premiers segments (Sii), les deuxièmes segments (S2k) étant associés à une valeur numérique correspondant à la valeur de l'exigence de précision de géolocalisation requise selon la procédure RNP. 3. Système de gestion de vol selon la revendication 2 dans lequel au moins une des extrémités (Pc ; Pp) des premiers segments (Sii) de droite est représentée par une marque correspondant à un point de passage de l'aéronef. 4. Système de gestion de vol selon la revendication 2 dans lequel le système d'affichage ( 109) est adapté pour représenter au moins les portions detrajectoire comprises entre la position actuelle (Pc) de l'aéronef et la position de l'aéronef (Pp) après une durée d'anticipation (Td) , la durée d'anticipation correspondant à un intervalle de temps suffisant, de l'ordre de 20 minutes pour que le pilote (110) ait le temps de modifier les caractéristiques de navigation afin de satisfaire à l'exigence de précision de géolocalisation requise future. 5. Système de gestion de vol selon la revendication 4 dans lequel la durée d'anticipation (Td) est prédéterminée. 6. Système de gestion de vol selon la revendication 4 dans lequel la durée d'anticipation (Td) est modulable par le pilote (110) en fonction des caractéristiques de vol de l'aéronef. 7. Système de gestion de vol selon l'une des revendications précédentes dans lequel les deuxièmes segments (S2k) sont associés à un code de couleur, ledit code de couleur comprenant trois couleurs, une première couleur correspondant à l'exigence actuelle de précision requise selon la procédure RNP et satisfaite, une deuxième couleur correspondant aux exigences futures de précision requises par la procédure RNP et satisfaites et une troisième couleur correspondant aux exigences futures de précision requises par la procédure RNP et non satisfaites tant que les performances de navigation ne sont pas modifiées. 8. Système de gestion de vol dans lequel les dispositifs extérieurs (111) de géolocalisation sont Global Navigation Satellite System (GNSS) et/ou une centrale inertielle et/ou des balises au sol.