Brevet FR3129721A1 — publié le 20230602

Procédé de détection d’une défaillance d’un baro -altimètre dans une boucle baro -inertielle et système associé Un aspect de l’invention concerne un procédé (1) de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre (BA) compris dans un système aéroporté (S) comprenant au moins un accéléromètre (A) et au moins un processeur (P) implémentant une boucle baro-inertielle (BBI) prenant en entrée au moins une accélération verticale (γZ) provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre (A) et au moins une altitude barométrique (Zba) provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre (BA), la boucle baro-inertielle (BBI) étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale (γZ), une position verticale (Zbi) et une vitesse verticale (Vzbi), corriger, à partir et de l’altitude barométrique (Zbaro) et d’un gain de correction de position (K1), d’un gain de correction de vitesse verticale (K2) et d’un gain de correction d’accélération verticale (K3), la position verticale (Zbi) et la vitesse verticale (Vzbi), le procédé (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend une étape (11) de détection d’une défaillance du baro-altimètre (BA) lorsqu’une valeur de correction (CorrGz) issue du gain de correction d’accélération verticale (K3) est supérieure à un seuil (SP). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 5 Procédé de détection de défaillance d’un baro-altimètre dans une boucle baro-inertielle et système associé DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui de la métrologie pour l’aide au positionnement vertical de systèmes aéroportés. La présente invention concerne un procédé de détection de défaillance d’un baro-altimètre et en particulier une détection de défaillance d’un baro-altimètre au sein d’une boucle baro-inertielle par comparaison d’une valeur de correction d’accélération verticale à un seuil. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les systèmes aéroportés ont un besoin de données de positionnement vertical fiables. Par « positionnement vertical » on entend tout type d’information verticale, par exemple l’altitude, la vitesse verticale ou encore l’accélération verticale. Pour combler ce besoin de données de positionnement fiables, ces systèmes embarquent une pluralité de capteurs permettant, ensemble ou pris seuls, de positionner le système aéroporté. Chaque capteur de cette pluralité de capteurs est utilisé pour obtenir, corriger et/ou confirmer l’information de positionnement. De manière connue, la pluralité de capteurs est intégrée dans une centrale inertielle ou dans une AHRS (de l’anglais « Attitude and Heading Reference System » pour « Système de référence d’attitude et de cap »). Une centrale inertielle comprend au moins des capteurs d’accélération et de rotation pour déterminer le mouvement par rapport à la Terre du système dans lequel elle est embarquée, après une phase d’initialisation. Une AHRS exploite également des mesures du champ magnétique et de vitesse air avec des moyens de calcul, afin d‘élaborer les informations de son attitude par rapport à la Terre et d’entretenir sa localisation. Dans une centrale inertielle comme dans une AHRS, comme la position et la vitesse sont obtenues par intégration en continu de l’accélération mesurée par l’accéléromètre, la moindre erreur d’accélération est accumulée et amplifiée par l’intégration pour obtenir la vitesse et par la double intégration pour obtenir la position. Pour pallier cela, les systèmes aéroportés embarquent des capteurs supplémentaires pour corriger ces erreurs. Par exemple, les aéronefs embarquent typiquement un baro-altimètre pour obtenir une différence de pression entre une altitude de référence et l’altitude du baro-altimètre. L’information obtenue du baro-altimètre est utilisée par un processeur pour corriger en permanence l’erreur verticale de l’accéléromètre. Ce processeur met en œuvre une boucle numérique appelée boucle baro-inertielle. Une telle boucle baro-inertielle connue est représentée schématiquement à la . Une force spécifique verticale F_specZ est fournie en entrée à une centrale inertielle navigante CIN ou à une AHRS, par un accéléromètre. Les additionneurs sont représentés par des cercles comprenant une croix. Les intégrateurs sont représentés par des triangles. La CIN ou l’AHRS fournit une accélération verticale estimée γZ, basée sur la force spécifique verticale F_speZ et sur la pesanteur locale estimée g_est par le calculateur C. L’information d’accélération verticale est intégrée une première fois par l’intégrateur I1 pour obtenir une vitesse verticale Vzbi puis une seconde fois par l’intégrateur I2 pour obtenir une position verticale (altitude) Zbi. Pour améliorer la précision des valeurs obtenues, le calculateur C réalise un calcul de pesanteur et de l’accélération de Coriolis à partir de l’altitude Zbi, qui est additionnée à la force spécifique verticale F_speZ provenant de l’accéléromètre. Cette boucle (supérieure sur la représentation schématique de la ) sera appelée « boucle inertielle ». Comme indiqué précédemment, cette boucle inertielle se basant uniquement sur des mesures d’accéléromètre, les erreurs de mesure se cumulent et les valeurs obtenues sont instables. Les boucles baro-inertielles connues comprennent alors un asservissement de l’altitude intégrée à partir de mesures inertielles sur une altitude mesurée par un baro-altimètre avec un correcteur d’ordre 3. La boucle baro-inertielle de la comprend donc en entrée une mesure supplémentaire de différence de pression provenant d’un baro-altimètre. Cette « altitude pression » Zbaro est fournie en entrée au bloc « BA ». Elle est comparée à l’altitude Zbi provenant de la boucle inertielle et cette différence est renvoyée à différents points de la boucle inertielle. Dans la boucle inférieure (à la ), qui sera appelée boucle de correction, trois corrections sont estimées : Une correction de l’altitude à la boucle K1, via le gain K1, qui permet de corriger assez rapidement l’altitude Zbi obtenue par double intégration de l’accélération verticale à partir de l’altitude pression, Une correction de la vitesse verticale à la boucle K2, via le gain K2, Une correction CorrGz de l’accélération verticale estimée γZ à la boucle K3, via le gain K3 et l’intégrateur I3. Une correction de vitesse permanente implique en effet une erreur d’accélération. La boucle K3 corrige l’accélération, ce qui permet d’éviter de corriger la vitesse en permanence, de ne pas avoir un biais de vitesse en permanence à cause d’une erreur d’accélération. Cette correction de l’accélération permet de compenser les erreurs dues : A l’accéléromètre mesurant l’accélération inertielle et fournissant à la CIN ou à l’AHRS une force spécifique verticale F_speZ, cette erreur étant principalement due au(x) biais de l’accéléromètre, Aux caractéristiques de la couche d’atmosphère réellement rencontrée pendant le vol, Et à l’écart entre la valeur de pesanteur estimée g_est calculée par le calculateur C et utilisée dans la boucle baro-inertielle et la pesanteur apparente locale réelle. La boucle de correction est un correcteur d’ordre 3 comprenant trois gains K1 à K3. Ces gains sont prédéterminés en fonction de la chaîne anémométrique du système aéroporté qui embarque la boucle baro-inertielle. Ces gains peuvent être fonction par exemple d’erreurs maximales, de dépassement d’erreur et de vitesses de convergence souhaités. Des contraintes particulières s’appliquent par exemple pour des systèmes aéroportés qui manœuvrent très fortement en axe vertical, impliquant des gains K1 à K3 différents de gains K1 à K3 utilisés pour des avions commerciaux civils. Ces gains sont multipliés à la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi ou à cette différence intégrée par l’intégrateur I3. Ces corrections résultant de la multiplication de chaque gain avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi ou avec cette différence intégrée par l’intégrateur I3 sont ajoutées à différents endroits de la boucle inertielle « supérieure ». Par exemple, la correction issue de la multiplication du gain K1 avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi est ajoutée à la vitesse baro-inertielle Vzbi, avant l’intégrateur I2. La correction issue de la multiplication du gain K2 avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi est ajoutée à l’accélération Acc, avant l’intégrateur I1 et la correction CorrGz issue de la multiplication du gain K3 avec la différence entre l’altitude barométrique BA et la position verticale baro-inertielle Zbi intégrée par I3 est aussi ajoutée à l’accélération Acc, avant l’intégrateur I1. Un problème survient lorsque le baro-altimètre est bouché ou endommagé. La correction de l’accélération « inertielle » n’est plus possible et les données ne sont plus fiables. Par exemple, comme montré à la , l’altitude issue de la boucle baro-inertielle (« Z bbi ») est figée entre 300 et 1200ms, alors que le système aéroporté descend : son altitude vraie Z décroit. Pour pallier cela, certains systèmes utilisent en parallèle une pluralité de baro-altimètres pour consolider les valeurs d’« altitude pression » utilisées. Cette solution est cependant coûteuse et rend le système plus complexe. De plus, il faut au moins 3 sources indépendantes pour isoler la panne. Il existe donc un besoin de pouvoir détecter une défaillance d’un baro-altimètre utilisé dans une boucle baro-inertielle de manière simple et peu couteuse. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de détecter rapidement et simplement la défaillance d’un baro-altimètre utilisé dans une boucle baro-inertielle. Cette indication de panne étant déclenchée, une procédure de correction peut alors être réalisée, par exemple une commande peut alors être envoyée par le système pour changer la source des informations de baro-altitude de l’équipement. Un aspect de l’invention concerne un procédé de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre, le baro-altimètre étant compris dans un système aéroporté, le système aéroporté comprenant au moins un accéléromètre et au moins un processeur implémentant une boucle baro-inertielle, la boucle baro-inertielle prenant en entrée au moins une accélération verticale provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre et au moins une altitude barométrique provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre, la boucle baro-inertielle étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale, au moins une position verticale et au moins une vitesse verticale corriger, à partir et de l’altitude barométrique et d’au moins un gain de correction de position, d’au moins un gain de correction de vitesse verticale et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale, la position verticale et la vitesse verticale, le procédé étant mis en œuvre par le processeur implémentant la boucle baro-inertielle et étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape de détection d’une défaillance du baro-altimètre lorsqu’une valeur de correction issue du gain de correction d’accélération verticale est supérieur à un seuil prédéterminé. Grâce à l’invention, il est possible de détecter une défaillance du baro-altimètre au sein d’une boucle baro-inertielle, de manière simple et rapide. L’invention exploite un coefficient de correction du bouclage baro-altimétrique d’une boucle baro-inertielle afin de détecter une mesure figée alors que la dynamique verticale de l’aéronef est non nulle. La surveillance de ce terme correctif, avec des seuils choisis judicieusement afin d’éviter les fausses alarmes dues à la dispersion de fabrication/vieillissement des capteurs et à la variabilité des caractéristiques de l’atmosphère, permet donc de détecter un comportement anormal du baro-altimètre, et ainsi de déclencher une alerte de défaillance. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le procédé de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : l’accéléromètre est compris dans une centrale inertielle, la règle est vérifiée lorsque la valeur de correction issue du gain de correction d’accélération verticale est supérieure ou égale au seuil prédéterminé, et le seuil prédéterminé est de l’ordre de grandeur de 0.03 m/s². le procédé comprend en outre une étape d’émission d’une alerte lorsqu’une défaillance du baro-altimètre a été détectée à l’étape de détection. Un autre aspect de l’invention concerne un système aéroporté comprenant au moins : un baro-altimètre, un accéléromètre et un processeur implémentant une boucle baro-inertielle, la boucle baro-inertielle prenant en entrée au moins une accélération verticale provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre et au moins une altitude barométrique provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre, la boucle baro-inertielle étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale, au moins une position verticale et au moins une vitesse verticale corriger, à partir et de l’altitude barométrique et d’au moins un gain de correction de position, d’au moins un gain de correction de vitesse verticale et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale, la position verticale et la vitesse verticale, le système étant caractérisé en ce que le processeur est configuré pour mettre en œuvre le procédé de détection d’une défaillance du baro-altimètre selon l’invention. Un autre aspect de l’invention concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’invention. Un autre aspect de l’invention concerne un support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé selon l’invention. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. La montre une représentation schématique d’une boucle baro-inertielle connue, La montre une représentation schématique d’altitudes et d’écart d’altitudes en cas de défaillance de baro-altimètre, La montre une représentation schématique d’un système mettant en œuvre le procédé selon l’invention, La montre une représentation schématique du procédé selon l’invention, La montre une représentation schématique d’une boucle baro-inertielle modifiée selon l’invention, La montre une représentation schématique des valeurs du paramètre de test calculé selon l’invention avec son seuil de détection de panne. Procédé (1) de détection d’une défaillance d’un baro-altimètre (BA), le baro-altimètre(BA) étant compris dans un système aéroporté (S), le système aéroporté (S) comprenant au moins un accéléromètre (A) et au moins un processeur (P) implémentant une boucle baro-inertielle (BBI), la boucle baro-inertielle (BBI) prenant en entrée au moins une accélération verticale (γZ) provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre (A) et au moins une altitude barométrique (Zba) provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre (BA), la boucle baro-inertielle (BBI) étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale (γZ), au moins une position verticale (Zbi) et au moins une vitesse verticale (Vzbi), corriger, à partir et de l’altitude barométrique (Zbaro) et d’au moins un gain de correction de position (K1), d’au moins un gain de correction de vitesse verticale (K2) et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale (K3), la position verticale (Zbi) et la vitesse verticale (Vzbi), le procédé (1) étant mis en œuvre par le processeur (P) implémentant la boucle baro-inertielle (BBI) et étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins une étape (11) de détection d’une défaillance du baro-altimètre (BA) lorsqu’une valeur de correction (CorrGz) issue du gain de correction d’accélération verticale (K3) vérifie une règle basée sur un seuil prédéterminé (SP). Procédé (1) selon la revendication précédente selon lequel l’accéléromètre (A) est compris dans une centrale inertielle (CIN), la règle est vérifiée lorsque la valeur de correction (CorrGz) issue du gain de correction d’accélération verticale (K3) est supérieure ou égale au seuil prédéterminé (SP), et le seuil prédéterminé (SP) est de l’ordre de grandeur de 0.03 m/s². Procédé (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre une étape d’émission (12) d’une alerte lorsqu’une défaillance du baro-altimètre (BA) a été détectée à l’étape de détection (11). Système aéroporté (S) comprenant au moins : un baro-altimètre (BA), un accéléromètre (A) et un processeur (P) implémentant une boucle baro-inertielle (BBI), la boucle baro-inertielle (BBI) prenant en entrée au moins une accélération verticale (γZ) provenant d’au moins une mesure de l’accéléromètre (A) et au moins une altitude barométrique (Zbaro) provenant d’au moins une mesure du baro-altimètre (BA), la boucle baro-inertielle (BBI) étant configurée pour : fournir, à partir de l’accélération verticale (γZ), au moins une position verticale (Zbi) et au moins une vitesse verticale (Vzbi), corriger, à partir et de l’altitude barométrique (Zbaro) et d’au moins un gain de correction de position (K1), d’au moins un gain de correction de vitesse verticale (K2) et d’au moins un gain de correction d’accélération verticale (K3), la position verticale (Zbi) et la vitesse verticale (Vzbi), le système (S) étant caractérisé en ce que le processeur (P) est configuré pour mettre en œuvre le procédé (1) de détection d’une défaillance du baro-altimètre (BA) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3. Support d'enregistrement lisible par ordinateur comprenant des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en œuvre le procédé (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3.