Brevet FR3070757A1 — publié le 20190308

I Système de navigation d'aéronef et procédé de sauvegarde de données de compensation de champ magnétique dans un tel système La présente invention concerne les systèmes de navigation d'aéronef comportant un dispositif de mesure du champ magnétique, typiquement un magnétomètre, adapté pour mesurer le champ magnétique terrestre et pour transmettre les mesures sur une liaison de communication à destination d'une unité traitant ces mesures. Par exemple, l'unité en déduit un modèle de compensation de défauts des mesures de champ magnétique, et/ou en déduit un cap magnétique de l'aéronef en fonction de ces mesures de champ transmises et du modèle de compensation. Ces défauts dans les mesures de champ magnétique comprennent par exemple : les perturbations de fer doux, correspondant à l'influence, à proximité du magnétomètre, d'éléments ferromagnétiques non complètement magnétisés qui se magnétisent sous l'influence du champ externe ; les perturbations dites de fer dur, dues à la présence de matériaux ferromagnétiques magnétisés de l'avion ; et un alignement imprécis entre le référentiel de l'avion et celui du magnétomètre lors de l'installation du magnétomètre. Plus précisément, la présente invention concerne un système de navigation d'aéronef comprenant : - un dispositif de mesure du champ magnétique comportant un capteur de champ magnétique et une mémoire ; - un contrôleur adapté pour obtenir des données de définition d'un modèle de compensation du champ magnétique associé au dit dispositif de mesure du champ magnétique ; - une liaison de communication reliant le dispositif de mesure du champ magnétique et le contrôleur, le dispositif de mesure du champ magnétique étant adapté pour transmettre, sur ladite liaison, des valeurs de champ magnétique mesurées par ledit capteur. Un tel système figure notamment dans une architecture d'horizon artificiel, encore nommée « instrument stand-by ». Il est nécessaire, dans de telles architectures de secours, de mettre en place une sauvegarde du modèle de compensation qui pourra être utilisée en cas de perte du modèle stocké dans l'unité qui s'en sert opérationnellement. Différentes solutions existent à l'heure actuelle. Par exemple, un moyen de maintenance externe est connecté pour sauvegarder, puis restituer en cas de nécessité, les coefficients du modèle de 2 compensation. Ou un module mémoire est monté sur l'aéronef pour stocker cette sauvegarde. Ou encore la sauvegarde est faite via un calculateur de maintenance intégré à l'aéronef. Mais ces solutions présentent des inconvénients, au vu notamment de 5 l'occurrence des opérations de maintenance de l'aéronef : le recours à un moyen de maintenance externe introduit des lourdeurs de mise en oeuvre et nécessite une mise hors tension et la déconnection du câblage du système ; l'intégration d'un module mémoire a pour conséquence une augmentation du coût, de la masse et de la consommation électrique de l'aéronef tandis que l'utilisation d'un calculateur de 10 maintenance impose l'adaptation d'interfaces logicielles au niveau système. A cet effet, suivant un premier aspect, l'invention propose un système de navigation d'aéronef du type précité caractérisé en ce que ledit contrôleur est adapté pour transmettre, sur ladite liaison, une commande de sauvegarde de modèle et lesdites données de définition obtenues ; 15 ledit dispositif de mesure du champ magnétique étant adapté pour recevoir, sur ladite liaison, la commande de sauvegarde et les données de définition transmises et pour, en fonction de ladite commande de sauvegarde reçue, mémoriser dans la mémoire, lesdites données de définition. L'invention permet ainsi la sauvegarde du modèle de compensation dans l'unité la 20 plus fiable du système, sans nécessiter de moyens externes ou de liens de communication autres que ceux existants. Le magnétomètre est en effet intrinsèquement plus fiable que les unités de calcul plus complexes (et en outre, suite à un démontage du magnétomètre, une nouvelle définition du modèle de compensation est de toute façon nécessaire). 25 Dans des modes de réalisation, le système de navigation d'aéronef suivant l'invention comporte en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le contrôleur est adapté pour transmettre, sur ladite liaison, une commande de restitution de modèle et le dispositif de mesure du champ magnétique est adapté pour recevoir, sur ladite liaison, la commande de restitution et pour, en fonction de ladite 30 commande de restitution reçue, extraire de la mémoire, les données de définition de modèle et pour les transmettre sur ladite liaison ; le contrôleur étant adapté pour recevoir lesdites données de définition transmises ; - les données de définition de modèle définissent des coefficients d'un vecteur de fer dur et d'une matrice de fer doux associés au dispositif de mesure du champ 35 magnétique et représentent une compensation de défauts de mesure du champ magnétique terrestre dus à un défaut d'alignement entre le capteur de champ magnétique 3 et l'aéronef et à d'autres champs magnétiques mesurés par le capteur de champ magnétique, lesdits coefficients ayant été calculés en fonction de valeurs de champ magnétique mesurées par ledit dispositif ; - le contrôleur est adapté pour détecter automatiquement la mise à disposition de 5 données de définition de modèle actualisées correspondant au dispositif de mesure du champ magnétique et suite à ladite détection, pour transmettre, sur ladite liaison, une commande de sauvegarde de modèle et lesdites données de définition actualisées ; - la liaison de communication est un bus série ; - le contrôleur comprend un instrument de bord d'horizon artificiel de secours 10 alimenté par le réseau d'alimentation de secours. Suivant un deuxième aspect, la présente invention propose un procédé de sauvegarde de données de compensation de mesures de champ magnétique dans un système de navigation d'aéronef comprenant : - un dispositif de mesure du champ magnétique comportant un capteur de champ 15 magnétique et une mémoire, un contrôleur, une liaison de communication reliant le dispositif de mesure du champ magnétique et le contrôleur, le procédé comprenant les étapes suivantes : - obtention par le contrôleur des données de définition d'un modèle de compensation du champ magnétique associé au dit dispositif de mesure du champ 20 magnétique ; - transmission par le dispositif de mesure du champ magnétique, sur ladite liaison, des valeurs de champ magnétique mesurées par ledit capteur ; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : transmission par ledit contrôleur, sur ladite liaison, d'une commande de 25 sauvegarde de modèle et lesdites données de définition obtenues ; - réception, sur ladite liaison, par ledit dispositif de mesure du champ magnétique de la commande de sauvegarde et des données de définition transmises et mémorisation, en fonction de ladite commande de sauvegarde reçue, desdites données de définition, dans la mémoire. 30 Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 représente une vue d'un système de navigation d'un aéronef dans un mode de réalisation de l'invention ; 35 - la figure 2 est un organigramme d'étapes mise en oeuvre pour la sauvegarde d'un modèle de compensation dans un mode de réalisation de l'invention ; 4 la figure 3 est un organigramme d'étapes mises en oeuvre pour la restitution d'un modèle de compensation sauvegardé dans un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 représente un système de navigation 1 d'un aéronef dans un mode de 5 réalisation de l'invention. L'aéronef, non représenté, est par exemple, un avion, un hélicoptère, un drone etc. Le système 1 de navigation adapté pour être, en mode opérationnel, embarqué dans l'aéronef, est par exemple un instrument de secours de type horizon artificiel alimenté par le réseau d'alimentation secouru de l'aéronef et qui sert à guider le pilote en vol notamment en cas de perte des instruments primaires ou du réseau 10 d'alimentation primaire. Dans le mode de réalisation considéré, le système de navigation 1 comporte un dispositif de mesure 2, un contrôleur maître 3 et un contrôleur de repli 4 assurant le calcul de modèle de compensation magnétique de l'aéronef, le cas échéant une autre unité de traitement 5 et un moyen de communication 6 connectant entre eux le dispositif de 15 mesure 2, le contrôleur maître 3, le contrôleur de repli 4 et l'unité de traitement 5. Le moyen de communication 6 comprend, dans le mode de réalisation considéré, un bus série, par exemple RS422 ou ARINC (Aeronautical Radio, Incorporated)). Les données sont transmises sur le bus 6 par exemple sous forme de trames comportant une en-tête indiquant le destinataire et l'émetteur et un corps de trame 20 comprenant les données utiles. Le dispositif de mesure 2 est par exemple un magnétomètre numérique 2. Il comporte par exemple un micro-contrôleur 21, une mémoire 22 et un capteur de champ magnétique terrestre 23. Le micro-contrôleur 21 assure l'émission cyclique des mesures du champ magnétique terrestre issues du capteur 23, et transmet ces valeurs de champ 25 mesurées, et les temps de mesure associés, à destination du contrôleur 3, du contrôleur de repli 4 et de l'unité de traitement 5 via le bus 6. Le micro-contrôleur 21 est adapté par exemple pour émettre/recevoir les données de modèles de compensation magnétique de l'aéronef sauvées/à sauvegarder dans sa mémoire 22, ceci en fonction de commandes correspondantes reçues via le bus 6 en 30 provenance du contrôleur maître 3, du contrôleur de repli 4 ou le cas échéant de l'unité de traitement 5. Dans la mémoire 22, des informations de calibration usine du magnétomètre 2 ont été préalablement stockées en usine et sont utilisées par le magnétomètre 2. Le contrôleur maître 3 comporte un calculateur 31, une mémoire 32 et un bloc 35 d'interface homme-machine (1H M) 33 comportant par exemple un écran et des touches de contrôle. Il est adapté pour assurer en autonome le calcul de modèle de compensation 5 magnétique du porteur et orchestrer le fonctionnement du dispositif de mesure 2, du contrôleur de repli 4 et de l'unité de traitement 5 (et éventuellement d'autres unités) via le bus 6. Dans le mode de réalisation considéré, le contrôleur maître 3 est adapté pour en outre déterminer et délivrer des informations, relatives à l'aéronef, d'assiette par rapport à 5 l'horizon, d'altitude et de vitesse. Dans le mode de réalisation considéré, le contrôleur maître 3 est adapté pour effectuer, dans une phase de définition de la compensation, les calculs de détermination du modèle de compensation du magnétomètre 2, comprenant la détermination des coefficients de la matrice fer doux (généralement une matrice 3 x 3 traduisant les 10 perturbations fer doux et les problèmes d'alignement) et du vecteur fer dur (généralement de dimension 3 traduisant les perturbations fer dur) correspondant au magnétomètre 2 tel qu'installé dans l'aéronef, en fonction de valeurs de champ mesurées transmises par le ' magnétomètre 2 (dans d'autres modes de réalisation, le modèle est déterminé par une autre entité qui le transmet au contrôleur maître 3). Différentes méthodes existent pour 15 déterminer ces coefficients. Une telle phase de définition de compensation est commandée par le contrôleur maître 3 après l'installation du magnétomètre 2 et le cas échéant à d'autres occurrences, pour actualiser le modèle. Le contrôleur de repli 4 est une réplique du contrôleur maître 3 et il est adapté pour prendre la place fonctionnelle du contrôleur maître 3 en cas de défaillance de ce 20 dernier ou de commutation fonctionnelle sélectionnée au niveau système de l'aéronef. Ainsi, le contrôleur de repli 4 comporte un calculateur 41, une mémoire 42, une IHM 43. Dans le mode de réalisation considéré, l'unité de traitement 5 additionnelle est adaptée pour recevoir les valeurs de champ magnétique transmises sur le bus 6, pour calculer, des valeurs de champ magnétique compensé en fonction des valeurs reçues et 25 du modèle de compensation courant et pour en déduire un cap magnétique de l'aéronef. Dans le mode de réalisation considéré, l'unité de traitement 5 est en outre adaptée pour effectuer, dans une phase de définition de la compensation, les calculs de détermination d'un modèle de compensation spécifique du magnétomètre 2, par exemple sous la forme d'un renfort de compensation initialisé à partir du modèle de compensation 30 calculé par le contrôleur maitre 3 ou le contrôleur de repli 4. L'unité de traitement 5, comprenant notammrnent un micro-contrôleur et une mémoire stockant entre autres des instructions logicielles, est adaptée pour transmettre sur le bus 6 à destination du contrôleur maître 3, les coefficients du modèle de compensation déterminés, appelés ci-après coefficients actualisés, et pour les utiliser, 35 après validation reçue de la part du contrôleur maître 3, pour calculer les champs compensés. 6 Des étapes d'un procédé de sauvegarde 100, dans un mode de réalisation de l'invention, du modèle de compensation ainsi transmis au contrôleur maître 3 sont à présent décrites en référence à la figure 2. Dans une étape 101, le contrôleur maître 3 reçoit les coefficients du modèle de 5 compensation actualisés. Dans une étape 102, le contrôleur maître 3 transmet sur le bus 6 une commande d'écriture au magnétomètre 2 comportant également les coefficients actualisés reçus. Dans une étape 103, le magnétomètre 2 reçoit la commande d'écriture. Suite à la réception de cette commande d'écriture provenant du contrôleur maître 3, le micro-contrôleur 21 stocke les coefficients actualisés reçus dans la mémoire 22 du 10 magnétomètre 2, à la place des coefficients précédemment mémorisés le cas échéant par exemple. Le micro-contrôleur 21 est adapté, par exemple, pour ne procéder à une telle sauvegarde que si la commande en écriture vient du contrôleur maître 3 (ou du contrôleur de repli 4 si ce dernier prend la place du contrôleur maître 3). Dans un mode de 15 réalisation, tout conflit en écriture par deux contrôleurs maîtres 3 ou 4 est empêché par configuration matérielle des interfaces d'émission/réception RS422 (le signal CEnable des drivers TX des contrôleurs est géré au niveau système par configuration logicielle sécurisée durant leur autotest, puis modifié selon besoin en cours de fonctionnement en cas de reconfiguration système). 20 Suivant les modes de réalisation, une commande en écriture est envoyée par le contrôleur maître 3 par exemple suite à la réception d'une commande d'un opérateur via l'IHM 33, ou bien automatiquement, à intervalles de temps prédéfinis, ou encore automatiquement dès qu'un nouveau modèle de compensation est détecté disponible. Des étapes d'un procédé de restitution 200 d'un modèle de compensation ainsi 25 sauvegardé dans la mémoire du magnétomètre sont à présent décrites en référence à la figure 2, dans un mode de réalisation de l'invention. Dans une étape 201, le contrôleur maître 3 transmet sur le bus 6 une commande de lecture au magnétomètre 2 requérant la lecture et la fourniture du modèle de compensation sauvegardé. Dans une étape 202, le magnétomètre 2 reçoit la commande 30 de lecture. Suite à la réception de cette commande de lecture, le micro-contrôleur 21 extrait les coefficients actualisés dernièrement sauvegardés dans la mémoire 22 du magnétomètre 2 et envoie ces coefficients sur le bus 6 à destination du contrôleur maître 3. Dans une étape 203, le contrôleur maître 3 reçoit ces coefficients. Dans un mode 35 de réalisation, ces coefficients ont été transmis avec une signature de l'ensemble des coefficients et dans un tel cas, le contrôleur maître 3 est adapté pour comparer la 7 signature reçue et une signature que le contrôleur maître 3 calcule à partir des coefficients reçus afin de vérifier l'intégrité des données reçues en fonction de la comparaison. Le micro-contrôleur 21 est adapté, par exemple, pour ne procéder à une telle 5 extraction que si la commande en lecture vient du contrôleur maître 3 (ou du contrôleur de repli 4 si ce dernier prend la place du contrôleur maître 3). Les drivers d'interface au bus série sur le contrôleur maître 3, le contrôleur de repli 4 et l'unité de traitement 5 sont adaptés en configuration sécurisée à l'initialisation, puis en opérationnel, pour éviter tout conflit d'écriture sur le bus série, par exemple en garantissant un seul contrôleur maître 10 en écriture vers le magnétomètre 2 au niveau signal électrique. A contrario, l'émission commandée par un contrôleur au magnétomètre 2 des données du modèle de compensation alimente les différents contrôleurs en réception sur le bus 6. Suivant les modes de réalisation, une commande en lecture est envoyée par le contrôleur maître 3 par exemple suite à la réception d'une commande d'un opérateur via 15 l'IHM 33, ou bien automatiquement, à intervalles de temps prédéfinis, ou encore suite à une notification reçue par le contrôleur maître 3, par exemple de l'unité de traitement 5, après une opération de maintenance de cette unité, ou à chaque mise sous tension de chaque contrôleur maître et de l'unité de traitement. Dans un mode de réalisation, sur l'écran de l'IHM 33 sont affichés les champs 20 suivants : assiette, altitude, vitesse de l'aéronef ; valeur de cap compensée dernièrement calculée ; un champ donnant lieu, s'il est sélectionné par un opérateur, à une commande de lecture du modèle de compensation à destination du magnétomètre 2 et, 25 une fois la lecture effectuée, à une commande d'affichage sur l'écran, des coefficients du modèle lus ; un champ donnant lieu, s'il est sélectionné par un opérateur (sinon l'opération de sauvegarde est assurée automatiquement lorsque le modèle de compensation est valide et l'aéronef au Sol) à une commande de sauvegarde 30 du modèle de compensation à destination du magnétomètre 2, et une fois la sauvegarde dûment effectuée, à l'affichage de la bonne réalisation de la sauvegarde. La présente invention permet ainsi de proposer une solution simple, sécurisée, de moindre impact quant au coût composants et coût d'exploitation en durée, poids, 35 contrainte additionnel(le). La mémoire existante du magnétomètre est avantageusement utilisée pour stocker le modèle de compensation. Elle ne nécessite aucune liaison 8 physique de communication dédiée ou additionnelle, pas de ressource matérielle additionnelle telle qu'un connecteur ou qu'un signal dit « discret » à réserver et câbler au niveau du connecteur principal du magnétomètre 2. Il y a une augmentation de fiabilité globale liée à l'ajout de la fonction de sauvegarde dans le système de navigation selon 5 l'invention sans ajout de matériel additionnel. La fiabilité du dispositif de mesure de champ étant environ 10 fois plus élevée que celle des calculateurs où la sauvegarde du modèle de compensation pouvait être stockée auparavant, la présente invention induit une réduction significative du coût induit par de nouvelles compensations puisqu'en cas de démontage d'un calculateur dans un système selon l'invention, aucune opération de 10 compensation additionnelle n'est à réaliser. En outre, la sauvegarde a lieu tout en maintenant les divers modules sous tension facilitant les opérations de maintenance et réduisant significativement le coût d'exploitation REVENDICATIONS1.- Système de navigation d'aéronef (1) comprenant : - un dispositif de mesure du champ magnétique (2) comportant un capteur de champ magnétique (23) et une mémoire (22) ; - un contrôleur (3) adapté pour obtenir des données de définition d'un modèle de compensation du champ magnétique associé audit dispositif de mesure du champ magnétique ; - une liaison de communication (6) reliant le dispositif de mesure du champ 10 magnétique et le contrôleur, le dispositif de mesure du champ magnétique étant adapté pour transmettre, sur ladite liaison, des valeurs de champ magnétique mesurées par ledit capteur ; ledit système de navigation étant caractérisé en ce que : ledit contrôleur est adapté pour transmettre, sur ladite liaison, une commande de 15 sauvegarde de modèle et lesdites données de définition obtenues ; ledit dispositif de mesure du champ magnétique étant adapté pour recevoir, sur ladite liaison, la commande de sauvegarde et les données de définition transmises et pour, en fonction de ladite commande de sauvegarde reçue, mémoriser dans la mémoire, lesdites données de définition. 20 2.- Système de navigation d'aéronef (1) selon la revendication 1, dans lequel : - le contrôleur (3) est adapté pour transmettre, sur ladite liaison, une commande de restitution de modèle et le dispositif de mesure du champ magnétique (2) est adapté pour recevoir, sur ladite liaison, la commande de restitution et pour, en fonction de ladite 25 commande de restitution reçue, extraire de la mémoire, les données de définition de modèle et pour les transmettre sur ladite liaison ; - le contrôleur étant adapté pour recevoir lesdites données de définition transmises. 30 3.- Système de navigation d'aéronef (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les données de définition de modèle définissent des coefficients d'un vecteur de fer dur et d'une matrice de fer doux associés au dispositif de mesure du champ magnétique (2) et représentent une compensation de défauts de mesure du champ magnétique terrestre dus à un défaut d'alignement entre le capteur de champ magnétique et l'aéronef et à 35 d'autres champs magnétiques mesurés par le capteur de champ magnétique, lesdits 10 coefficients ayant été calculés en fonction de valeurs de champ magnétique mesurées par ledit dispositif. 4.- Système de navigation d'aéronef (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur (3) est adapté pour détecter automatiquement la mise à disposition de données de définition de modèle actualisées correspondant au dispositif de mesure du champ magnétique (2) et suite à ladite détection, pour transmettre, sur ladite liaison, une commande de sauvegarde de modèle et lesdites données de définition actualisées. 5.- Système de navigation d'aéronef (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la liaison de communication (6) est un bus série. 6.- Système de navigation d'aéronef (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur (3) comprend un instrument de bord d'horizon artificiel de secours (3) alimenté par le réseau d'alimentation de secours. 7.- Procédé de sauvegarde de données de compensation de champ magnétique dans un système de navigation d'aéronef (1) comprenant : - un dispositif de mesure du champ magnétique (2) comportant un capteur de champ magnétique (23) et une mémoire (22), un contrôleur (3), une liaison de communication (6) reliant le dispositif de mesure du champ magnétique et le contrôleur, le procédé comprenant les étapes suivantes : - obtention par le contrôleur (3) des données de définition d'un modèle de compensation du champ magnétique associé au dit dispositif de mesure du champ magnétique ; - transmission par le dispositif de mesure du champ magnétique, sur ladite liaison, des valeurs de champ magnétique mesurées par ledit capteur ; ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : transmission par ledit contrôleur, sur ladite liaison, d'une commande de sauvegarde de modèle et lesdites données de définition obtenues ; réception, sur ladite liaison, par ledit dispositif de mesure du champ magnétique de la commande de sauvegarde et des données de définition transmises et mémorisation, en fonction de ladite commande de sauvegarde reçue, desdites données de définition, dans la mémoire. 11 8.- Procédé de sauvegarde selon la revendication 7, comprenant les étapes suivantes: - transmission par le contrôleur (3) sur ladite liaison d'une commande de restitution de modèle ; 5 - par le dispositif de mesure du champ magnétique (2), réception sur ladite liaison, de la commande de restitution, extraction de la mémoire, en fonction de ladite commande de restitution reçue, des données de définition de modèle et transmission desdites données sur ladite liaison ; - réception par le contrôleur desdites données de définition transmises. 10 9.-- Procédé de sauvegarde selon la revendication 7 ou 8, selon lequel les données de définition de modèle définissent des coefficients d'un vecteur de fer dur et d'une matrice de fer doux associés au dispositif de mesure du champ magnétique (2) et représentent une compensation de défauts de mesure du champ magnétique terrestre 15 dus à un défaut d'alignement entre le capteur de champ magnétique et l'aéronef et à d'autres champs magnétiques mesurés par le capteur de champ magnétique, lesdits coefficients ayant été calculés en fonction de valeurs de champ magnétique mesurées par ledit dispositif. 20 10.- Procédé de sauvegarde selon l'une des revendications 7 à 9, comprenant les étapes suivantes : - détection automatique par le contrôleur (3) de la mise à disposition de données de définition de modèle actualisées correspondant au dispositif de mesure du champ magnétique (2) ; et 25 - suite à ladite détection, transmission, sur ladite liaison, d'une commande de sauvegarde de modèle et desdites données de définition actualisées. 30