Brevet FR2991095A1 — publié le 20131129

Système de gestion de vol 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 », en langue anglaise, est un dispositif embarqué, en l'occurrence à bord d'un aéronef. Il permet l'élaboration d'un plan de vol à bord 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. Les points de passage 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 au personnel de contrôle au sol et à la fois au 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 et des moyens de guidage. La base de données de navigation contient toutes les informations nécessaires à l'élaboration d'un plan de vol, telles que les voies aériennes, les aéroports, les pistes ou les données radio de navigation. Le moyen d'enregistrement du plan de vol comprend une interface sur laquelle le pilote peut entrer toutes les informations nécessaires à l'établissement de son plan de vol. La trajectoire à suivre peut être calculée à partir du plan de vol ainsi que l'ensemble des données susceptibles d'être utiles au pilote pendant le vol telles que l'heure de passage à un point de passage ou « way-point » en langue anglaise, ou une estimation de la quantité de carburant à bord. L'une des tâches principales d'un système de gestion de vol est de déterminer avec précision la localisation de l'aéronef. Ces systèmes doivent être capables de fonctionner quelque soit la position de l'appareil sur le globe terrestre, communément définie par une latitude et une longitude. Le calcul d'une trajectoire est réalisé par rapport à un nord vrai, le nord vrai étant un terme de navigation se référant à la direction du pôle nord géographique par rapport à une position donnée. Lorsque la position courante ou estimée de l'aéronef se trouve au niveau du pôle, il devient alors impossible de définir le nord vrai, le nord vrai étant défini dans toutes les directions ou dans aucune direction selon les appareils de calcul utilisés. Une première solution a été apportée, consistant à utiliser les coordonnées de la précédente position de l'aéronef en dehors de la région polaire utilisée par le système de gestion de vol pour déterminer la direction du nord vrai. Cette solution nécessite de vérifier pour chaque nouvelle position utilisée par le système de gestion si la position se situe dans une région polaire ce qui présente l'inconvénient de compliquer la procédure de calcul car cette vérification nécessite des étapes supplémentaires. Une autre solution a été décrite dans le document de Watland (US 5448486) pour calculer la position d'un aéronef ou l'écart angulaire entre l'axe d'orientation du nord vrai passant par la position instantanée et l'axe passant par la position instantanée et la position estimée de l'aéronef. Lorsque la position instantanée de l'aéronef se situe dans une région polaire, l'invention consiste à aligner l'axe polaire dans le plan de l'équateur. Dans le mode de réalisation décrit dans le document de Watland, l'ancien pôle nord géographique est appelé « pôle de Sumatra » et se situe à une latitude de 0° et une longitude de 90° Dans un autre mode de réalisation divulgué dans le document de Watland, la latitude du « pôle de Sumatra » se situe au-delà d'une latitude de 45°, l'erreur de position ainsi commise étant inférieure à 1%. La solution proposée par Watland présente l'inconvénient de devoir, pour chacune des positions considérées, vérifier si celle-ci se situe dans une région polaire, et de faire pivoter le repère tel que décrit précédemment, le cas échéant. Cette solution complexifie le procédé de calcul de positionnement et de calcul de trajectoire. Un but de l'invention est de proposer un système de gestion de vol alternatif qui utilise une procédure de calcul générique capable de localiser un aéronef ou de réaliser un plan de vol quelque soit la position courante ou la position estimée d'un aéronef sur le globe terrestre, et notamment dans les régions polaires sans compliquer la procédure de calcul. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un système de gestion de vol d'un aéronef sur le globe terrestre comprenant des moyens de calcul adaptés pour : - utiliser une représentation sphérique ou ellipsoïdale du globe terrestre, utiliser des données d'entrée parmi un ensemble comprenant une première position courante de l'aéronef, une deuxième position à atteindre, définies par une longitude et une latitude, un premier écart angulaire séparant un axe d'orientation d'un nord vrai passant par la première position et un axe passant par les première et deuxième positions, un deuxième écart angulaire séparant un axe d'orientation du nord vrai passant par la deuxième position et un axe passant par les première et deuxième positions, une distance séparant la première et la deuxième position. Les moyens de calcul sont en outre adaptés pour : tester si une seule desdites positions se situe dans une des régions polaires, et - pour effectuer le calcul d'un écart angulaire, de la deuxième position ou de la distance par rapport à un axe d'orientation du nord vrai ; 10 l'axe d'orientation du nord vrai étant l'axe passant par la position considérée parmi la première ou la deuxième position et le nord géographique et orientée vers le nord géographique si aucune position ne se 15 situe dans une des régions polaires, (ii) l'axe d'orientation du nord vrai étant l'axe dirigé le long du méridien correspondant à la longitude de la position considérée parmi la première ou la deuxième position et orientée vers le nord géographique, si la position 20 considérée se situe dans une région polaire. Le système de gestion de vol selon un aspect de l'invention permet d'utiliser une seule procédure de calcul quelque soit la position courante ou la position à atteindre de l'aéronef sur le globe terrestre. Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un aéronef muni d'un système 25 de gestion de vol tel que décrit précédemment. 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 30 un aspect de l'invention, la figure 2 illustre une représentation sphérique du globe terrestre sur lequel les données d'entrée sont représentées, selon un aspect de l'invention, la figure 3 représente un référentiel d'écart angulaire définissant le pôle nord dans la région polaire nord, selon un aspect de l'invention. - La figure 4 représente le nord vrai selon l'invention et le nord vrai selon une convention de grille. La figure 1 représente un système de gestion de vol 1 comprenant : des bases de données 100 pour construire des routes géographiques et des procédures 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 tels que des consignes à suivre concernant une position, une altitude ou un cap, des moyens 101 pour saisir les éléments géographiques constituant la trajectoire de référence de la route à suivre, des bases de données 102 contenant les paramètres aérodynamiques et moteurs de l'appareil, des moyens 103 pour construire une trajectoire continue à partir de points du plan de vol qui respecte les performances de l'avion et les contraintes de confinement (RNP), des moyens 104 pour construire un profil vertical optimisé sur la trajectoire latérale, des moyens 105 pour effectuer la localisation de l'aéronef en fonction des moyens de géolocalisation de type GPS (marque déposée), Galileo (marque déposée), balises radios VHF ou centrales inertielles, des moyens 106 pour guider dans les plans latéraux l'aéronef sur sa trajectoire 3D, tout en optimisant la vitesse, des moyens 108 pour communiquer avec les centres de contrôle et les autres aéronefs 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 enregistrer 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 102 permettant ainsi de définir une trajectoire qui respecte les performances de l'aéronef. A partir de cette trajectoire, le moyen 104 construit un profil vertical optimisé. Le moyen 105 localise l'aéronef quelque soit sa position sur le globe terrestre, les données de géolocalisation sont transmises à un moyen 106 d'assistance au pilote ou au pilotage automatique permettant de guider l'aéronef sur sa trajectoire 3D. Les moyens de communication 108 permettent de transmettre le plan de vol ainsi que les informations instantanées sur la localisation de l'aéronef aux centres de contrôle ou à d'autres aéronefs. La figure 2 est une représentation graphique des données d'entrée utilisées par le système de gestion de vol. Le globe terrestre est représenté de manière sphérique, les coordonnées des positions de l'aéronef sont définies par une longitude et une latitude. Le nord vrai Nvrai est une direction définie par un axe passant par la première position P1 courante de l'aéronef et le pôle nord géographique NGéo, lorsque ni la position première position P1 courante ni la deuxième position P2 à atteindre de l'aéronef ne se situe dans une des régions polaires (PN ; PS) telles qu'elles sont définies. La première position P1 est la position courante ou estimée de l'aéronef de coordonnées (Lat1 ; Long1), la deuxième position P2 est la position à atteindre par l'aéronef depuis la première position, de coordonnées (Lat2 ; Long2). La course 1 noté CRS1 correspond à l'écart angulaire entre l'axe du nord vrai Nvrai passant par la première position P1 courante ou estimée de l'aéronef et l'axe passant par la première position P1 courante ou estimée et la deuxième position P2 à atteindre de l'aéronef. La course 2 noté CRS2 correspond à l'écart angulaire entre l'axe du nord vrai passant par la deuxième position P2 à atteindre de l'aéronef et l'axe passant par la première position P1 courante et la deuxième position P2 à atteindre de l'aéronef. La distance d est la distance séparant la première position courante P1 de la deuxième position P2 à atteindre de l'aéronef. Le système de gestion de vol utilise deux calculs de base pour définir une trajectoire de l'aéronef sur le globe terrestre. Un premier calcul d'écart angulaire entre l'axe d'orientation du nord vrai Nvrai et l'axe passant par la première P1 et la deuxième P2 position et un deuxième calcul de coordonnées de la deuxième position P2 à atteindre. Le premier calcul consiste à déterminer la course 1 CRS1 et/ou la course 2 CRS2 à partir de la première position P1 courante ou estimée et de la deuxième position P2 à atteindre de l'aéronef. Le deuxième calcul consiste à déterminer la deuxième position P2 à atteindre à partir de la première position P1 courante de l'aéronef, de la course 1 CRS1 et de la distance d. La difficulté réside dans la définition du nord vrai Nvrai lorsque la première position P1 courante ou estimée ou la deuxième position P2 à atteindre se situe dans une région polaire PN, PS telle que définie, le nord vrai Nvrai ne pouvant être défini de manière unique. L'invention consiste donc à établir une convention permettant de définir la direction du nord vrai par rapport à une première position P1 courante ou estimée ou une deuxième position P2 à atteindre située dans une région polaire PN, PS. La figure 3 représente un référentiel de course pour le pôle nord PN, selon un aspect de l'invention. La figure 3 représente la région polaire nord dans laquelle est située une première position P1 courante de l'aéronef de coordonnées (Lat1 ; Long1). L'étape préliminaire pour l'élaboration d'un système de gestion de vol selon un aspect de l'invention est de définir les régions polaires. On introduit donc une nouvelle constante notée Latmax correspondant à la latitude au-delà de laquelle une position se situe dans la région polaire nord PN. Cette latitude est définie par la latitude du pôle nord géographique NGéo, en l'espèce 90°, à laquelle on ôte l'écart angulaire au centre de la terre à partir duquel il n'est plus possible de distinguer deux points distants d'une distance Typiquement la distance D,',, est de l'ordre d'une dizaine de mètre. Ainsi Latmax = 90° - Dmin/RT ; RT étant le rayon terrestre. Pour définir le nord vrai Nvrai par rapport à une première position P1 (Lat1 ; Long1) courante située dans la région polaire nord PN, on établit que la direction du méridien correspondant à la longitude Long1 de la première position P1 courante orienté vers le sud géographique définie la course 1 égale à 180° CRS1=180°. Ainsi, CRS1=0° est aisément déductible de CRS1=180° et correspond à la direction du nord vrai à la position P1 courante de l'aéronef orienté vers le nord géographique NGéo- Pour définir le nord vrai Nvrai par rapport à une première position P1 (Lat1 ; Long1) courante ou estimée située dans la région polaire sud, on établit que la direction du méridien correspondant à la longitude Long1 de la première position P1 courante ou estimée orienté vers le nord geographique NGéo définie la course 1 égale à 0° CRS1=0°. La même convention est utilisée pour définir le nord vrai Nvrai par rapport à la deuxième position P2 à atteindre. Le nord vrai étant défini quelque soit les positions de la première position P1 courante ou estimée et de la deuxième position P2 à atteindre, on peut calculer les courses CRS1 et CRS2 à partir des coordonnées de la première P1 et de la deuxième P2 position. Si la première position P1 de l'aéronef se situe dans la région polaire nord, autrement dit si la valeur de la latitude Lat1 est supérieure à la latitude Latmax au dessus de laquelle une position se situe en région polaire nord PN, la valeur de course CRS1 se calcule ainsi : CRS1=180-(Long1-Long2). Si la première position P1 de l'aéronef se situe dans la région polaire sud, autrement dit si la valeur de la latitude Lat1 est inférieure à l'opposé de la latitude Latmax au dessous de laquelle une position se situe en région polaire sud PS, la valeur de course CRS1 se calcule ainsi : CRS1=Long2-Long1. Si la deuxième position P2 de l'aéronef se situe dans la région polaire sud, autrement dit si la valeur de la latitude Lat2 est inférieure à l'opposé de la latitude Lat,ax au dessous de laquelle une position se situe en région polaire sud PS, la valeur de course CRS2 se calcule ainsi : CRS2=180-(Long2-Long1). Si la deuxième position P2 de l'aéronef se situe dans la région polaire nord, autrement dit si la valeur de la latitude Lat2 est supérieure à la valeur de la latitude Latmax au dessus de laquelle une position se situe en région polaire nord PN, la valeur de course CRS2 se calcule ainsi : CRS2=Long1-Long2. Le nord vrai Nvrai étant défini quelque soit les positions de la première position P1 courante et de la deuxième position P2 à atteindre, on peut calculer les coordonnées de la deuxième position P2 à partir des coordonnées de la première position P1, de la course CRS1 et de la distance d. La latitude Lat2 de la deuxième position P2 se calcule à partir d'une procédure générique de calcul de trajectoire. En effet, le choix du méridien pour définir le nord vrai n'influe pas sur la valeur de la latitude Lat2. Par contre, la valeur de la longitude Long2 dépend de la présence ou non de la position P1 ou P2 dans une région polaire. En effet si la latitude de la deuxième position P2 à atteindre est supérieure à la latitude Latmax au dessus de laquelle P2 se situe dans une région polaire, autrement dit si la deuxième position P2 se situe dans la région polaire nord alors la longitude de la position P2 est égale à la longitude de la position P1 soit Long2=Long1. Si la première position P1 se situe dans la région polaire nord, autrement dit, si la latitude Lat1 est supérieure à la latitude Latmax, la longitude Long2 de la position P2 se calcule ainsi : Long2=Long1 + 180-CRS1. Si la première position P1 se situe dans la région polaire sud, autrement dit, si la latitude Lat1 est inférieure à l'opposé de la latitude Latmax, la longitude de la position P2 se calcule ainsi : Long2=Long1 + CRS1. En raison de la rotondité du globe terrestre, les méridiens qui sont assimilés comme étant parallèles les uns par rapport aux autres au niveau de l'équateur convergent aux niveaux des pôles. Afin de conserver l'orientation d'une course entre une première position P1 courante et une deuxième position P2 à atteindre, il est nécessaire de corriger la course. L'ouvrage « techniques inertielles JC Radix- Masson 1972 » définit une course courante à partir d'une course initiale, des mesures de la vitesse de rotation d'un repère plateforme de la centrale autour de son axe vertical wrz, de la longitude et de la latitude. CRS = CRS() + fo t (wrz Ô sin L) dt avec G la longitude et L la latitude Dans une première hypothèse, le repère plateforme de la centrale utilisée ne tourne pas autour de son axe vertical, la plateforme n'étant pas asservie pour pointer le nord en permanence, ainsi wrz=0. Dans une seconde hypothèse, nous considérons des latitudes élevées, par conséquent sin L varie peu, il est alors possible d'assimiler sinL à une constante [sin (0,5*(Lat 1+Lat2)]. A l'aide des hypothèses de calcul présentées ci-dessus, la formule précédente peut être simplifiée ainsi : CRS2=CRS1 + (Long2-Long1). sin [(Latl+Lat2)/2]. Si les deux positions P1 et P2 sont situées dans une région polaire, la latitude de la position P1 et de la position P2 sont considérées comme égales. Au pôle nord, la relation devient CRS2=CRS1+Long2-Long1 et au pôle sud la relation devient CRS2=CRS1+Long1-Long2. Selon un aspect de l'invention, le nord vrai est une direction qui change en fonction de la position du point considéré. Il peut être intéressant, pour le pilote d'un aéronef de se localiser par rapport à un référentiel fixe. La convention grille permet à proximité des pôles de travailler avec un référenciel de course fixe et ce quelque soit la position de la première position P1 courante ou de la deuxième position P2 à atteindre. La figure 4 représente la région polaire comprenant un repère constitué des méridiens et de parallèles, sur laquelle un deuxième repère appelé convention grille est superposé. Selon la convention grille, le nord vrai Nvrai est l'axe parallèle au méridien de Greenwich et passant par la position considérée parmi la première P1 et la deuxième position P2. Il est possible de convertir une course selon un aspect de l'invention en une course selon la convention grille. Ainsi, dans la région polaire nord PN, une course selon la convention grille peut se calculer ainsi : CRS_G = CRS-Long + 180 Sur la figure 4, une position P1 de coordonnées (Lat1 ; Long1) est représentée, en l'espèce Long1 est égale à 60°. La course notée CRS_G_0 selon la convention grille correspond à la droite parallèle au méridien de Greenwich et passant par la position P1. Selon un aspect de l'invention, la course CRS_G_0 correspond à la course 240°. Selon la relation précédente, on retrouve bien une longitude Long1 de 60°. Ainsi, il est possible de passer du référentiel selon l'invention au référentiel selon la convention grille. Le système de gestion de vol selon un aspect de l'invention peut aussi s'appliquer à une représentation ellipsoïdale du globe terrestre. Le système de gestion de vol selon un aspect de l'invention définie le nord vrai Nvrai quelque soit la position considérée de l'aéronef et permet d'effectuer les calculs de base nécessaire à l'élaboration d'un plan de vol, par exemple. Le système de gestion de vol selon un aspect de l'invention permet l'utilisation d'une procédure de calcul générique pour toutes les positions de l'aéronef sur le gobe terrestre alors qu'habituellement, ce type de système ne pouvait pas fonctionner lorsque l'aéronef se situait dans une région polaire. 20 25 30 REVENDICATIONS1. Système (1) de gestion de vol d'un aéronef sur le globe terrestre comprenant des moyens de calcul (103-106) adaptés pour : utiliser une représentation sphérique ou ellipsoïdale du globe terrestre, utiliser des données d'entrée parmi un ensemble comprenant une première position (P1) courante de l'aéronef, une deuxième position (P2) à atteindre, définies par une longitude (Long) et une latitude (Lat), un premier écart angulaire (CRS1) séparant un axe d'orientation (Nvrai) d'un nord vrai passant I par la première position (P1) et un axe passant par les première et deuxième positions (P1, P2), un deuxième écart angulaire (CRS2) séparant un axe d'orientation du nord vrai (Nvrai) passant par la deuxième position (P2) et un axe passant par les première et deuxième positions (P1 ; P2), une distance (d) séparant la première et la deuxième position (P1 ; P2), caractérisé en ce 15 que lesdits moyens de calcul (103-106) sont en outre adaptés pour : tester si au moins une desdites positions (P1 ; P2) se situe dans une des régions polaires lorsqu'au moins une desdites positions (P1 ; P2) est utilisée comme donnée d'entrée, et effectuer le calcul d'un écart angulaire (CRS1 CRS2) lorsque ledit écart 20 angulaire n'est pas utilisé comme donnée d'entrée, le calcul de la deuxième position (P2) lorsque ledit écart angulaire n'est pas utilisé comme donnée d'entrée ou le calcul de la distance (d) lorsque la distance (d) n'est pas utilisée comme donnée d'entrée, les calculs sont effectués par rapport à un axe d'orientation du nord vrai ; (i) l'axe d'orientation du nord vrai (Nvrai) étant l'axe passant par la position considérée parmi la première (P1) ou la deuxième (P2) position et le nord géographique (Ndéo) et orientée vers la nord 30 géographique (NGéo) si aucune position ne se situe dans une des régions polaires (PN ; PS), (ii) l'axe d'orientation du nord vrai (Nvrai) étant l'axe dirigé le long du méridien correspondant à la longitude (Long) de la position considérée parmi la première 35 (P1) ou la deuxième position (P2) et orientée vers lenord géographique (I^k3é0), si la position considérée se situe dans une région polaire (PN ; PS). 2. Système selon la revendication 1 dans lequel les moyens de calculs (103106) utilisent un premier calcul d'écart angulaire (CRS1 ; CRS2) entre l'axe d'orientation du nord vrai Nvrai en une position considérée parmi la première (P1) et la deuxième (P2) position et l'axe passant par la première et la deuxième position ou un deuxième calcul des coordonnées de la deuxième position (P2) à atteindre à parti des coordonnées de la première position IO (P1) courante, le premier écart angulaire (CRS1) et la distance (d). 3. Système de gestion selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les régions polaires (PN ; PS) sont des régions où la latitude est supérieure à une valeur prédéterminée (Latmax). 4. Aéronef muni d'un système de gestion de vol selon l'une quelconque des revendications précédentes. 20