Brevet FR2980585A1 — publié le 20130329

Dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques pour un aéronef L'invention concerne un système embarqué coopératif d'aide météorologique à la navigation aux aéronefs en vol. Selon l'état de la technique, les informations météorologiques sont fournies aux aéronefs en vol à partir d'une connexion vocale depuis une station située au sol. Il n'existe aucun moyen informatisé de transmission des informations sur les phénomènes rencontrés par les aéronefs. Sauf mention contraire dans la description ou les figures, les 10 sigles, acronymes et abréviations ont la signification en français et en anglais indiquée dans le tableau ci-dessous : METAR METeorological Airport Report Rapport météorologique de routine écrit en code météorologique aéronautique. TAF Terminal Aerodrome Forecast (ou Terminal Area Forecast) Prévision (AIS) météorologique. SIGMET SlGnificant METeorological Information concernant les phénomènes Information météorologique pouvant affecter la sureté de l'aéronef. GAMET Ground Area METeorological Area forecast for low-level flights Information AIRMET AIR METeorological Information Information en langage clair de la météo significatif à l'aviation légère qui opèrent à 10.000 pieds ou en dessous GAFAR General Aviation Forecast Prévision générale pour l'aviation. TEMSI Temps Significatif Carte Prévisionnelle Météorologique Française. WINTEM wind and temperature Vent et température VHF Very High Frequency Très haute fréquence utilisée pour les communications à courte et moyenne distance entre les pilotes et le personnel des stations au sol, la bande de fréquences VHF aéronautique est réservée à l'aéronautique par des traités internationaux. 108,000 à 117,950 MHz Radio Navigation Aéronautique (VOR et ILS) 117,975 à 137,000 MHz Trafic aéronautique, bande aéronautique VHF 121,5 MHz Fréquence d'urgence ADIRS Air Data Inertial Reference Système pour l'estimation des paramètres inertiels et air de l'avion. System Le processus de fourniture des informations météorologiques comprend les étapes suivantes: 15 l'acquisition des renseignements météorologiques par le service aéronautique de la météorologie à partir de différentes sources d'informations (des stations météorologiques sol, des satellites et des stations radars d'observation météorologique), - l'édition de messages (METAR, TAF, SIGMET, GAMET, AIRMET, GAFAR ... des cartes et images: TEMSI-WINTEM, Satellite et Radar, carte des fronts ; l'aérologie radiosondage observée, bulletin tactique régional, bulletin final local; - la mise à disposition de ces données aux équipages navigants des aéronefs. - en vol, l'acquisition de Radar météo embarqué; limité en performances : pas de détection de turbulence en ciel clair CAT, pas de vision au delà de la première perturbation en face, Aujourd'hui, la seule possibilité pour un pilote d'un aéronef de transmettre un rapport météo sur les perturbations météorologiques rencontrées est l'utilisation d'une liaison VHF dans un moment où la charge de travail des pilotes est élevée. Le rapport sur la météo rencontrée se fait par conséquent souvent en fin de vol, ce qui est trop tardif pour fournir une aide en temps réel à d'autres aéronefs. Les informations météorologiques fournis à l'équipage sont prévisionnelles, élaborés à partir d'une modélisation aérologique. Elles ne sont pas rafraichit en vol et ne tiennent pas compte de phénomènes météo très localisés et violents qui peuvent apparaître au delà de ces prévisions. La différence entre les prévisions météorologiques et la situation réelle rencontrée en vol est assez courante en navigation. Les conditions météorologiques très localisées et à variation rapide ne sont donc pas prises en compte par les stations météorologiques. Ces variations rapides ne sont pas transmises aux aéronefs en vol d'une 25 façon efficace. Les observations en vol de la situation météorologique en temps réel sont donc importantes et d'un grand secours pour l'appréhension en temps réel de la météorologie des phénomènes dangereux localisés sur les routes aéronautiques. 30 On a vu apparaître récemment des systèmes permettant de collecter des informations d'observation rendues disponibles afin de permettre une appréhension de la situation météorologique réelle, localisée sur la route ou la zone d'évolution des aéronefs. Par exemple, le document US2002/0039072 divulgue une 35 méthode de collecte et de traitement de ces données d'observation par une station au sol et leur diffusion vers des aéronefs. Cependant, cette méthode présente l'inconvénient d'être inopérante lorsque les aéronefs (fournissant les données d'observation ou réceptionnant les données traitées) ne peuvent pas rentrer en contact avec la station au sol. Par ailleurs, elle nécessite un retour ciblé aux aéronefs selon leur position dans la zone incriminée. L'invention vise à pallier les problèmes cités précédemment en proposant un dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques pour aéronefs, prenant en compte en temps réel des observations d'aéronefs et fonctionnant en l'absence de contact entre une station au sol et les aéronefs. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques pour un aéronef comportant des équipements de bord capables de détecter les phénomènes météorologiques, le dispositif comprenant : - un module de collecte et d'enregistrement de données météorologiques provenant des équipements de bord capables de détecter les phénomènes météorologiques, - un module d'établissement d'un rapport à partir des données météorologiques collectées, - un module d'émission du rapport, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un module de réception de rapports émis par des aéronefs environnants, - un module de traitement et de consolidation des rapports réceptionnés, et de génération d'alerte lorsqu'un rapport signal un phénomène aérologique. Avantageusement, le module de traitement et de consolidation comprend un système utilisant des méthodes de fusion de données. Avantageusement, le dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques comprend en outre un module d'aide au déroutement à partir des rapports consolidés. Avantageusement, le dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques comprend en outre un module de dialogue interactif avec les autres aéronefs. Avantageusement, le dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques comprend en outre un module de saisie permettant à un équipage navigant de l'aéronef de saisir des observations sur les conditions météorologiques. L'invention est basée sur un système embarqué à bord d'aéronefs communiquant entre eux et capables de traiter en émission et réception des 5 données météorologiques. Les conditions météorologiques difficiles voire dangereuses rencontrées par les aéronefs sont envoyées semi-automatiquement vers les autres aéronefs situés dans la même zone ou sur le même trajet. Ainsi, l'invention fait intervenir l'observation en temps réel des 10 aéronefs en vol confrontés à ces phénomènes aérologiques. Leurs observations sont diffusées aux aéronefs environnants. L'invention a pour avantage de fonctionner même dans des zones où il n'y a pas de couverture radio avec le sol. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 15 apparaîtront à la lecture de la description détaillée faite à titre d'exemple non limitatif et à l'aide des figures parmi lesquelles : La figure 1 représente une première variante de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une deuxième variante de réalisation du 20 dispositif selon l'invention. La figure 3 illustre le fonctionnement de l'invention avec plusieurs aéronefs L'invention comprend les fonctions suivantes dans son mode de fonctionnement le plus simple : 25 - l'observation et la transmission vers d'autres aéronefs, de phénomènes dangereux rencontrés par des aéronefs en vol, - la consolidation de ces données par les aéronefs, - une aide au déroutement pour les aéronefs en vol. L'invention fournit de l'aide météorologique en temps réel aux 30 aéronefs, en utilisant des observations obtenues en temps réel de l'aérologie par des aéronefs dans le voisinage ou en route sur le même trajet. Les informations sur les phénomènes météorologiques dangereux et parfois éphémères rencontrés par les aéronefs en vol sont utilisées afin d'avertir d'une façon coopérative les aéronefs empruntant la même route et 35 ainsi de contribuer à la sécurité de ces aéronefs contre ces phénomènes 2 9805 85 dangereux. Les aéronefs sont donc utilisés comme des stations météo ambulantes communiquant entre eux. Le dispositif proposé réalise les services et processus grâce à un système matériel et logiciel embarqué supportant les fonctions précitées. 5 L'invention concerne aussi un procédé supporté par un système capable de combiner au mieux un ensemble de données météorologiques multi-sources (en particulier les messages météo fournis en temps réel par les observations à bord des aéronefs en vol) par la technologie de fusions de données. La figure 1 représente une première variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques comprend : - un module de collecte et d'enregistrement 101 de données météorologiques, les données étant enregistrées tout long du trajet de l'aéronef, par les équipements de bord capables de détecter les phénomènes météorologiques 104, - un module d'établissement d'un rapport 102 à partir des données collectées, - un module d'émission du rapport 103, - un module de réception de rapports 107 émis par d'autres aéronefs, - un module de traitements 106 des rapports réceptionnés et de génération d'alerte, lorsqu'un rapport signal un phénomène aérologique. Les moyens conventionnels de bord qui contribuent à la détection des phénomènes météorologiques 104 (Radar, Equipement détecteur de 25 cisaillement au vent réactif et prédictif, etc...) sont mis à contribution pour la collecte des données météorologiques. La figure 2 représente une deuxième variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans cette deuxième variante de réalisation, le dispositif comprend aussi un module de saisie d'observations 201 et de 30 remarques de l'équipage sur les conditions météorologiques, le rapport comprenant alors aussi lesdites observations et remarques de l'équipage. Le module de collecte 101 et d'enregistrement centralise des informations en provenance des équipements de bord 104 et les équipements de bord concerné par les phénomènes météo rencontrés. 2 9805 85 6 Les données sont transmises au module d'établissement des rapports 102. Les rapports peuvent être émis automatiquement ou édités par un membre de l'équipage avant son envoi pour, par exemple, l'annoter avec des 5 observations. Avantageusement, Le dispositif selon l'invention comprend une interface homme-machine (IHM) 105 comprenant par exemple un système de dialogue qui reçoit et présente au pilote les rapports reçus. Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend une 10 aide pour les pilotes dans leur prise de décision de déroutement de l'aéronef 202 en leur fournissant des informations aérologiques observées sur la route. Les aéronefs, en face des perturbations annoncées sur la route par un ou plusieurs avions ayant observé ces phénomènes, se trouvent pourvus de données qui leurs permettent de prendre une décision fiable de déroutement 15 afin d'éviter ces phénomènes. Ces données météorologiques codés par exemple sous la forme d'un standard météo aviation, proviennent donc en premier lieu de l'observation d'autres aéronefs (aussi appelés aéronefs sentinelles) complétées éventuellement par les données météorologiques des différentes 20 sources annexes à savoir : - des équipements de bord (radar météo, capteurs aérologiques et inertiels ...) et éventuellement - d'un rapport d'une station météorologique reçue depuis le sol. De préférence, l'IHM 105 comporte un terminal de dialogue et de 25 visualisation et une unité centrale de calcul de traitement des données et de mémorisation interne ou externe au terminal. Avantageusement, le terminal de dialogue comprend, dans sa mémoire interne, les données météorologiques reçues à distance des autres aéronefs permettant, par affichage à l'écran, la localisation certaine dudit 30 phénomène météorologique. Le terminal de dialogue comprend un écran de visualisation et un clavier, associé à un calculateur contenant un logiciel de traitement et de présentation des données sur l'écran. Le dispositif dispose aussi de moyens informatiques de traitement 35 106 des messages d'observations reçus depuis le dispositif à bord des avions en vol (observateur / sentinelle) pour en consolider le contenu à travers un traitement à base de fusion de données 203 avec d'autres sources météorologiques. Le résultat est un ensemble de données consolidé par un algorithme de fusion. La fusion de données utilisée est la technique de traitement d'informations météorologiques multi-sources. Elle permet de fusionner des données multiples concernant les phénomènes météorologiques afin d'en obtenir une appréciation plus fondée que celle obtenue à partir de l'ensemble des sources considérées chacune isolément. Avantageusement, le dispositif comprend, en outre, un module de dialogue interactif et automatique 204 avec les autres aéronefs. Avantageusement ce module de dialogue permet de questionner l'avion observateur par le client afin de récupérer par retour "automatique" des informations précises sur la situation actuelle de l'avion questionné par exemple en formulant des questions telles que : « est-ce que la perturbation annoncée est toujours active à l'endroit où vous êtes ? En pratique, les différents modules peuvent être exécutés sur une unique unité centrale (par exemple un ordinateur connectée à un écran et un clavier) assurant le traitement, la consolidation et la distribution des données 20 aux avions en vol en même temps que la fonction client du service. Le terminal acquière et concentre les données relatives à la situation aérologique grâce à son unité centrale connectée aux équipements de bord existants. Il sert d'interface de dialogue aux pilotes grâce à son écran/clavier. Le terminal est aussi connecté à des dispositifs de 25 communication à travers son unité centrale qui lui permet de transmettre des rapports aux autres aéronefs. L'architecture matérielle du système est embarquée et comprend un équipement qui sert à la fois quand l'aéronef est en observation "mode sentinelle ", et quand il reçoit les alertes en tant que client. 30 Chaque aéronef héberge donc à la fois des équipements d'observation (mode sentinelle) et d'utilisation de ces informations (mode client). La figure 3 illustre le fonctionnement de l'invention avec plusieurs aéronefs. Un premier aéronef 302, dit "sentinelle ", diffuse son rapport sur les 35 phénomènes météorologiques 303 par un moyen de communication susceptible d'être reçu par d'autres aéronefs 301.1, 301.2, 301.3 autour de sa position actuelle en utilisant exemple la radio VHF sur une fréquence dédiée à cet usage. Les aéronefs "Clients" 301.1, 301.2, 301.3 à l'écoute sur ce canal, reçoivent et traitent ces informations en temps réel pour leur usage sur la route. Ce mode de fonctionnement nécessite un traitement local à l'aéronef client des informations en provenance de l'aéronef sentinelle 302, de ces capteurs propres et des informations qu'il a par ailleurs. Dans notre cas, il est possible de distinguer deux types de fusion : 10 de capteurs et de données. Le premier, plutôt situé à bord de l'avion, concerne la combinaison d'informations issues de différents capteurs tels que le radar météo, les systèmes de navigation, les capteurs inertiels, la caméra infrarouge ou visible, capteur aérologique à laser, capteur ultraviolet, capteur 15 ultrasonique... Les différentes données des capteurs sont traitées en fusion pour en extraire un rapport sur la situation aérologique présente de l'avion observateur. Dans sa réalisation, plusieurs méthodes connues peuvent être utilisés pour la fusion de données. A titre d'exemple, le module logiciel de 20 traitement de la fusion de données peut être réalisé par l'utilisation des techniques de systèmes "experts" (réseau neuronaux et moteur d'inférence). Une fois le module développé, le recours à l'aide d'un expert en météorologie est nécessaire pour mettre au point la base de connaissance et les fonctions d'appartenance des facteurs de décision qui en découlent. Le résultat est 25 fournit au pilote sous forme d'une information qui lui indique en pourcentage le bien fondé d'une décision de déroutement. Plusieurs méthodes de fusion de données peuvent être utilisées pour la réalisation de notre dispositif. Une des méthodes les plus connues est décrite plus haut. 30 Le résultat de l'analyse ainsi obtenu est distribué à travers un moyen de communication Air/Sol aux avions "client" en vol et d'une façon ciblée par rapport à leurs position respective vis à vis de la perturbation. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend un module pour interroger au moins un des aéronefs environnants et 35 collecter ces données météorologiques. L'avion "client" peut questionner un "sentinelle" ou tout autre avion membre du service afin de connaître sa situation météorologique à un instant donné. REVENDICATIONS1. Dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques pour un aéronef comportant des équipements de bord capables de détecter les phénomènes météorologiques (104), le dispositif comprenant : - un module de collecte et d'enregistrement (101) de données météorologiques provenant des équipements de bord capables de détecter les phénomènes météorologiques (104), - un module d'établissement d'un rapport (102) à partir des données météorologiques collectées, - un module d'émission (103) du rapport, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un module de réception de rapports (107) émis par des aéronefs environnants, - un module de traitement et de consolidation (106) des rapports réceptionnés, et de génération d'alerte lorsqu'au moins un rapport réceptionné signale un phénomène aérologique. 2. Dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques selon la 20 revendication 1, dans lequel le module de traitement et de consolidation comprend un système de fusion de données (203). 3. Dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant en outre un module d'aide au 25 déroutement (202) à partir des rapports consolidés. 4. Dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un module de saisie (201) permettant à un équipage pilotant l'aéronef de saisir des observations 30 sur les conditions météorologiques. 5. Dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel le système de fusion de données (203) comporte un module de fusion des données provenant d'aéronefs et de 35 stations météorologiques aussi, ledit module étant situé dans une station au sol et comportant un module de communication sol/air permettant l'émissionde rapports météorologiques adaptés à chaque aéronef en fonction de sa position par rapport à un phénomène aérologique. 6. Dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques selon l'une 5 des revendications précédentes, comprenant en outre un module de dialogue interactif (204) avec les autres aéronefs. 7. Dispositif d'alertes de phénomènes aérologiques selon la revendication 6, comprenant un module pour interroger au moins un des 10 aéronefs environnants et collecter ces données météorologiques.