FR2697627A1 - Procédé et dispositif pour l'estimation de l'altitude d'un aéronef. - Google Patents

Abstract

- Procédé et dispositif pour déterminer, par vote, une estimation (Z) de l'altitude d'un aéronef à partir d'au moins deux mesures indépendantes (Z1 et Z2) de ladite altitude, ledit aéronef comportant au moins un système de référence inertielle (IRS). - Selon l'invention, on prélève sur ledit système de référence inertielle (IRS) un signal (Zi) représentatif d'une dérivée, première ou seconde, de ladite altitude, on soumet au vote (en V) des grandeurs de même ordre respectivement déduites desdites mesures indépendantes d'altitude (Z1 et Z2) et de ladite dérivée de l'altitude et on procède à une opération d'intégration (en I1 et I2) afin d'obtenir ladite estimation d'altitude (Z).

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif

pour l'estimation de l'altitude d'un aéronef Quoique non exclusivement, la présente invention est plus particulière- ment appropriée à être utilisée au voisinage du sol, notam-5 ment dans un système d'atterrissage automatique pour avion.

On sait qu'un tel système d'atterrissage automatique a pour

objet de contrôler la trajectoire de descente d'un avion pour amener celui-ci à se poser sur une piste, et plus particulièrement, à l'intérieur d'une zone de celle-ci10 appelée petite piste.

Un tel contrôle est réalisé à partir de signaux de radio

navigation de type ILS (glide et lock), captés par des sondes de mesure radioélectrique ou de radionavigation embarquées à bord de l'avion.

On sait que la trajectoire suivie par un avion lors d'un atterrissage comporte deux phases, à savoir une première phase de descente sur un axe fictif de la piste, lors de laquelle l'avion est guidé longitudinalement et transversa- lement grâce aux signaux de radionavigation ILS et une20 seconde phase dite d'arrondi (flare), lors de laquelle l'avion est amené à décrire une trajectoire incurvée de

raccordement à la piste, de façon à réduire la vitesse d'impact de l'avion sur la piste Ceci permet d'améliorer le confort d'atterrissage et d'éviter tout endommagement de la25 structure de l'avion et en particulier de son train d'atter-

rissage. Il paraît alors naturel de contrôler cette trajectoire en connaissant la hauteur des roues du train d'atterrissage de

l'avion par rapport au sol.

Une simple correction géométrique permet de déterminer cette

hauteur à partir de la distance séparant les sondes altimé- triques de la partie inférieure des roues de l'avion.

On connaît déjà à cet effet plusieurs dispositifs d'estima-

tion de l'altitude d'un aéronef, notamment en vue du contrô- le de sa trajectoire d'atterrissage. Par exemple, les avions BOEING comportent un tel dispositif comprenant trois radioaltimètres dont les sorties sont respectivement reliées aux entrées d'un voteur, la sortie10 dudit voteur délivrant un signal représentatif de l'estima- tion de l'altitude Dans un tel dispositif, lorsque les

trois radioaltimètres sont en parfait état de marche, les trois mesures d'altitude sont très proches l'une de l'autre et, en absence de panne, la mesure votée n'est pas très15 différente de chacune des trois mesures des radioaltimètres.

En cas de panne de l'un des radioaltimètres, ce dernier

délivre une mesure fausse Par contre, en absence de toute autre panne, les mesures émanant des deux autres radioaltimè- tres sont quasiment identiques et la mesure votée est alors20 quasiment identique à ces deux dernières mesures.

Le dispositif connu ci-dessus décrit ne ressent donc pas la

première panne d'un radioaltimètre et on dit qu'il est "passif", c'està-dire qu'il présente une bonne transparence vis-à-vis de la panne de l'un quelconque des radioaltimè-

tres.

Cependant, ce dispositif connu présente un inconvénient

important, car il nécessite trois chaînes de mesure indépen-

dantes. Afin de remédier à cet inconvénient, d'autres dispositifs

ont été proposés, tels que ceux équipant les avions AIRBUS.

Ces dispositifs comportent deux radioaltimètres, dont l'un

est menant et l'autre est en attente.

Un commutateur permet de connecter la sortie du radioaltimè-

tre en attente, en cas de panne reconnue du radioaltimètre5 menant.

Un tel dispositif présente l'avantage de ne nécessiter que

deux radioaltimètres.

Cependant, il présente un certain nombre d'inconvénients Il

n'est passif vis-à-vis d'une panne qu'après la reconnais-10 sance de la panne et la commutation sur l'autre radioalti- mètre De plus, si le radioaltimètre en attente est égale-

ment défectueux, on perd la capacité d'atterrir en automati- que.

Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a alors proposé d'appliquer la sortie de l'un ou l'autre des radio- altimètres aux bornes dudit commutateur à travers des

commutateurs auxiliaires.

Cependant, cette solution nécessite également la reconnais-

sance des pannes.

L'objet de l'invention est de résoudre les différentes difficultés mentionnées précédemment et de réaliser un dispositif d'estimation d'altitude pour aéronef, qui est

simple et extrêmement fiable, tout en présentant les avanta-

ges des dispositifs connus dans l'état de la technique, c'est-à-dire qui permette:

de réduire le nombre de radioaltimètres, tout en présen-

tant une passivité égale ou supérieure à celle des dispo-

sitifs déjà connus, à nombre de radioaltimètres plus élevé; d'améliorer le filtrage des informations de sortie des

radioaltimètres, ce qui permet d'améliorer les performan-

ces d'atterrissage automatique; et d'abaisser les seuils de hauteur de décision, en cas notamment de défaillance d'un radioaltimètre en raison de

la meilleure passivité aux pannes.

A cette fin, selon l'invention, le procédé pour déterminer, par vote, une estimation de l'altitude d'un aéronef à partir d'au moins deux mesures indépendantes de ladite altitude,10 ledit aéronef comportant au moins un système de référence inertielle, est remarquable en ce que l'on prélève sur ledit système de référence inertielle un signal représentatif d'une dérivée de ladite altitude, en ce que l'on soumet au vote des grandeurs de même ordre respectivement déduites15 desdites mesures indépendantes d'altitude et de ladite dérivée de l'altitude et en ce que l'on procède à une

opération d'intégration afin d'obtenir ladite estimation d'altitude.

Ainsi, grâce à la présente invention, on peut remplacer une chaîne de mesure radioaltimétrique par la mise en oeuvre d'une grandeur inertielle, disponible pour d'autres usages à

bord de tout aéronef possédant au moins un système de référence inertielle.

Le signal prélevé sur ledit système de référence inertielle

peut être représentatif de la vitesse verticale de l'aéro-

nef, c'est-à-dire de la dérivée du premier ordre de ladite altitude, ou bien de l'accélération verticale de l'aéronef,

c'est-à-dire de la dérivée du second ordre de ladite alti-

tude. Dans le premier cas, on peut procéder, avant le vote, à une opération d'intégration du premier ordre de ladite vitesse verticale de l'aéronef de façon à obtenir une grandeur homogène à une altitude et soumettre audit vote, d'une part, ladite grandeur déduite de l'intégration de ladite vitesse verticale et, d'autre part, des grandeurs déduites directe- ment, sans modifications, desdites mesures indépendantes En5 variante et de préférence, on procède, avant le vote, à une opération de dérivation du premier ordre desdites mesures indépendantes d'altitude de façon à obtenir des grandeurs homogènes à des vitesses, on soumet au vote, d'une part, lesdites grandeurs déduites par dérivation desdites mesures10 indépendantes d'altitude et, d'autre part, la grandeur déduite directement, sans modifications, de ladite vitesse

verticale de l'aéronef et, après le vote, on procède à une opération d'intégration du premier ordre.

Lorsqu'on utilise le signal d'accélération verticale délivré par le système de référence inertielle, on peut procéder, avant le vote, à une intégration du second ordre de ladite

accélération verticale de l'aéronef de façon à obtenir une grandeur homogène à une altitude et soumettre audit vote, d'une part, ladite grandeur déduite de l'intégration du20 second ordre de ladite accélération verticale et, d'autre part, des grandeurs déduites directement, sans modifica-

tions, desdites mesures indépendantes En variante, il est également possible de procéder, avant le vote, à une opéra- tion de dérivation du premier ordre desdites mesures indépen-

dantes d'altitude de façon à obtenir des grandeurs homogènes à des vitesses, de procéder, également avant le vote, à une première intégration du premier ordre de ladite accélération verticale de l'aéronef de façon à obtenir une grandeur également homogène à une vitesse, de soumettre audit vote lesdites grandeurs homogènes à des vitesses déduites respec- tivement desdites mesures indépendantes d'altitude et de

ladite accélération verticale, et, après le vote, de soumet- tre ladite grandeur votée à une seconde intégration du premier ordre.

Cependant, pour des raisons données ci-après, il est préfé-

rable de procéder, avant le vote, à une opération de dériva- tion du second ordre desdites mesures indépendantes d'alti- tude de façon à obtenir des grandeurs homogènes à des5 accélérations, de soumettre au vote, d'une part, lesdites grandeurs déduites par dérivation desdites mesures indépen-

dantes d'altitude et, d'autre part, la grandeur déduite directement, sans modifications, de ladite accélération verticale de l'aéronef et, après le vote, de procéder à une10 opération d'intégration du second ordre.

Quelle que soit la grandeur (vitesse verticale ou accéléra-

tion verticale) prélevée sur le système de référence iner- tielle, il est avantageux que ledit système de référence inertielle soit multiple et que ledit signal, représentatif15 d'une dérivée de ladite altitude et prélevé sur ledit système de référence inertielle, résulte du vote d'une

pluralité de signaux de même nature Ainsi, on augmente la sécurité en ce qui concerne le signal délivré par le système de référence inertielle.

Une forme préférée d'un dispositif, conforme à l'invention, pour l'estimation de l'altitude d'un aéronef comportant un système de référence inertielle, ledit dispositif étant embarqué à bord dudit aéronef et comportant au moins deux radioaltimètres délivrant chacun une mesure de l'altitude25 dudit aéronef, ainsi qu'un voteur à au moins trois entrées, est remarquable en ce que: l'une des entrées dudit voteur est reliée à la sortie dudit système de référence inertielle délivrant ledit signal représentatif d'une dérivée de l'altitude; les autres entrées dudit voteur sont respectivement reliées aux sorties desdits radioaltimètres délivrant lesdites mesures d'altitude, à travers des moyens de

dérivation délivrant la dérivée desdites mesures d'alti-

tude, ces dernières dérivées étant de même ordre que ladite dérivée d'altitude représentée par ledit signal provenant dudit système de référence inertielle; et la sortie du voteur est reliée à des moyens d'intégration intégrant le signal voté apparaissant à la sortie dudit voteur, de sorte que la sortie desdits moyens d'intégra-

tion délivrent un signal d'altitude estimée.

Dans le dispositif de l'invention, le signal délivré par ledit système de référence inertielle peut être représenta- tif de la vitesse verticale dudit aéronef, lesdits moyens de10 dérivation délivrant la dérivée du premier ordre desdites mesures d'altitude et lesdits moyens d'intégration procédant

à l'intégration du premier ordre dudit signal voté.

Cependant, notamment pour une utilisation dans un système d'atterrissage automatique, il est souvent préférable que15 ledit signal délivré par ledit système de référence iner- tielle soit représentatif de l'accélération verticale dudit

aéronef, que lesdits moyens de dérivation délivrent la dérivée du second ordre desdites mesures d'altitude et que lesdits moyens d'intégration procèdent à l'intégration du20 second ordre dudit signal voté.

De préférence, pour les raisons de sécurité données ci-

dessus, le dispositif conforme à la présente invention comporte un voteur auxiliaire recevant une pluralité de signaux représentatifs de ladite dérivée de l'altitude de l'aéronef et élaborant ledit signal représentatif de ladite

dérivée adressé audit voteur à au moins trois entrées.

Pour éliminer les bruits à hautes fréquences parasitant les mesures radioaltimétriques, on prévoit, entre chacun desdits moyens de dérivation et l'entrée correspondante du voteur, un filtre pour les hautes fréquences Bien que ce filtre puisse présenter toute fonction de transfert F(p) appropriée, il est avantageux que celle- ci soit du second ordre, par exemple du type K 2 F(p) = K 2 + Kl p + p 2 expression dans laquelle p est la variable de LAPLACE, K 1 et

K 2 étant des gains constants.

De plus, pour compenser le déphasage introduit par lesdits filtres pour hautes fréquences, il est avantageux de pré-10 voir, entre la sortie de chacun de ceux-ci et la sortie dudit système de référence inertielle délivrant ledit signal

représentatif d'une dérivée de l'altitude, un filtre de compensation de déphasage dont la fonction de transfert est égale à 1-F(p).

Dans un mode de réalisation pratique, il est avantageux que chaque ensemble, associé à un radioaltimètre et comportant

lesdits moyens de dérivation, le filtre pour hautes fréquen-

ces et le filtre de compensation de déphasage, soit formé par un filtre complexe recevant l'une desdites mesures d'altitude délivrée par le radioaltimètre correspondant et ledit signal représentatif d'une dérivée de l'altitude

délivré par ledit système de référence inertielle.

Dans le cas, mentionné ci-dessus, o on prélève sur ledit système de référence inertielle un signal d'accélération verticale Zi et o on prévoit une dérivation du second ordre Zj des i mesures d'altitude radioaltimétriques Zj, il est avantageux que chacun desdits filtres complexes délivre, à sa sortie, la dérivée du second ordre filtrée Zjf telle que: 3 jf = p 2 F(p) Zj + l 1-F(p)l Zi Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment

l'invention peut être réalisée Sur ces figures, des réfé- rences identiques désignent des éléments semblables.

Les figures l A et 1 B illustrent schématiquement des modes de réalisation de la présente invention dans lesquels on met en oeuvre la vitesse verticale de l'aéronef prélevée sur le

système de référence inertielle.

Les figures 2 A, 2 B et 2 C montrent schématiquement des

exemples de réalisation de la présente invention utilisant10 la mesure d'accélération verticale de l'aéronef délivrée par le système de référence inertielle.

La figure 3 illustre l'élaboration par vote du signal

inertiel de vitesse verticale ou d'accélération verticale dans le cas o ledit système de référence inertielle est15 multiple.

La figure 4 illustre le schéma synoptique pratique, avec filtrage haute fréquence, du dispositif de la figure 2 C. La figure 5 montre un mode de réalisation particulier du

dispositif de la figure 4.

La figure 6 montre un mode de réalisation pratique du dispositif de la figure 5, pour une fonction de transfert

particulière du filtre haute fréquence.

Les exemples de réalisation, conformes à la présente inven-

tion et montrés par les figures l A, 1 B, 2 A, 2 B et 2 C, sont25 destinés à être montés à bord d'un avion (non représenté) et ils comportent deux radioaltimètres R Ai et RA 2, un système de référence inertielle IRS, un voteur V à trois entrées et une borne S sur laquelle apparaît une estimation d'altitude Z Les deux radioaltimètres R Ai et RA 2 délivrent, à leurs sorties, leurs mesures respectives Zl et Z 2 de l'altitude

dudit avion.

A toutes fins utiles, on rappelle que les voteurs sont des dispositifs, matériels et/ou logiciels, qui, recevant une5 pluralité (généralement au moins égale à trois) de signaux d'entrée indépendants, issus de soussystèmes utilisés en redondance, signaux représentatifs d'une même grandeur, délivrent à leur sortie un signal de sortie résultant d'un vote spécifique Par exemple, dans le cas de trois signaux10 d'entrée: le vote est majoritaire et le signal de sortie est la valeur de deux signaux d'entrée identiques; ou le vote concerne la médiane et le signal de sortie est constitué par le signal d'entrée qui est encadré par les deux autres; ou le vote est adaptatif, le signal d'entrée le plus éloigné par rapport aux deux autres étant rejeté et le signal de

sortie étant la moyenne des deux signaux d'entrée res-

tants; etc Le rôle d'un voteur à trois entrées est d'assurer à sa

sortie un signal correct à partir des trois signaux d'en- trée, c'està-dire de tolérer la défaillance d'un de ces trois signaux d'entrée.

Dans les modes de réalisation des figures l A et l B, on prélève sur le système de référence inertielle IRS un signal

inertiel Zi de vitesse verticale.

Le mode de réalisation de la figure l A comporte un intégra-

teur I, disposé à la sortie du système de référence iner-30 tielle IRS et transformant le signal inertiel Zi de vitesse verticale en un signal inertiel Zi d'altitude Le voteur V reçoit respectivement sur ses trois entrées les signaux d'altitude Zl, Z 2 et Zi et il délivre donc sur la borne S, il reliée à sa sortie, le signal voté Z, constituant une

estimation de l'altitude de l'avion.

Dans le mode de réalisation de la figure 1 B, des dérivateurs Dl et D 2 sont disposés respectivement à la sortie des5 radioaltimètres R Ai et RA 2 et l'intégrateur I est disposé entre la sortie dudit voteur V et la borne S Ainsi, sur les

entrées du voteur V, sont appliquées respectivement les dérivées de premier ordre Zl et Z 2 des mesures d'altitude Zl et Z 2, ainsi que la vitesse verticale inertielle Zi Le10 voteur V délivre donc à sa sortie un signal voté Z, repré- sentatif d'une estimation de la vitesse verticale de l'a-

vion Ce dernier signal est intégré par l'intégrateur I, de sorte que, sur la borne S, apparaît le signal intégré Z, constituant une estimation de l'altitude de l'avion.

En revanche, dans les modes de réalisation des figures 2 A,

2 B et 2 C, on prélève sur le système de référence inertielle IRS un signal inertiel Zi d'accélération verticale.

Le mode de réalisation de la figure 2 A comporte deux inté-

grateurs Il et I 2, montés en série entre le système de20 référence inertielle IRS et l'entrée correspondante du voteur V, les deux autres entrées de celui-ci étant respec-

tivement reliées aux sorties des radioaltimètres R Ai et RA 2. Par suite, les entrées dudit voteur V reçoivent respective- ment les mesures d'altitude Zi et Z 2, ainsi que le signal25 inertiel d'altitude Zi Le voteur V adresse donc à la borne S l'estimation d'altitude Z. Dans le mode de réalisation de la figure 2 B, des dérivateurs Dl et D 2 sont disposés respectivement à la sortie des radioaltimètres R Ai et RA 2, un premier intégrateur Il est30 disposé entre le système de référence inertielle IRS et le voteur V et un second intégrateur I 2 est disposé entre la sortie du voteur V et la borne S Les dérivateurs Dl et D 2 adressent donc respectivement au voteur V les dérivées de premier ordre Zl et Z 2 des mesures d'altitude Zl et Z 2, tandis que le premier intégrateur Il adresse au voteur V le signal Zi de vitesse - verticale inertielle Le voteur V5 délivre donc à sa sortie le signal Z d'estimation de vitesse verticale qui, intégré par le second intégrateur I 2, fournit l'estimation d'altitude Z présente sur la borne S. Enfin, dans le mode de réalisation de la figure 2 C deux dérivateurs Dl' et Dl" sont montés en série entre le radioaltimètre R Ai et l'entrée correspondante du voteur V; deux dérivateurs D 2 ' et D 2 " sont montés en série entre le radioaltimètre RA 2 et l'entrée correspondante du voteur V; et deux intégrateurs Il et I 2 sont montés en série entre la sortie du voteur V et la borne S. Il en résulte que les trois entrées du voteur V reçoivent respectivement les dérivées du second ordre 1 et Z 2 des mesures d'altitude Zl et Z 2 et le signal inertiel Zi d'accé-20 aération verticale Il délivre donc, à sa sortie, un signal Z d'estimation d'accélération verticale qui, intégré par les intégrateurs successifs Il et I 2, fournit l'estimation d'altitude Z à la borne S. Comme le montre la figure 3, à des fins de sécurité, les signaux inertiels utilisés, à savoir Zi pour les modes de réalisation des figures l A et 1 B et Zi pour les modes de réalisation des figures 2 A, 2 B et 2 C, peuvent provenir, non pas d'un unique système de référence inertielle, mais d'une pluralité de tels systèmes Sur cette figure, on peut voir30 un exemple de système IRS, composé de trois systèmes de référence inertielle indépendants IR 51, IR 52 et IR 53, associés à un voteur v Ainsi, le dispositif conforme à l'invention est protégé contre les pannes des systèmes de

référence inertielle.

On voit donc que, dans les dispositifs conformes à l'inven-

tion et décrits ci-dessus, on utilise:5 deux signaux d'altitude radioaltimétriques indépendants Zi et Z 2, provenant des deux radioaltimètres indépendants R Al et RA 2; et un signal inertiel de vitesse verticale ou d'accélération verticale, disponible à bord de l'avion pour d'autres

usages.

Il en résulte que l'on peut, grâce à l'invention, à l'aide

de deux chaînes de mesure radioaltimétriques seulement, obtenir de façon simple les avantages des dispositifs à trois chaînes de mesure radioaltimétrique.

On remarquera que, par construction, les deux radioaltimè- tres R Al et RA 2 ne peuvent fournir deux mesures Zl et Z 2 absolument identiques, mais au contraire délivrent deux mesures Zl et Z 2 décalées d'une constante a, par exemple telle que Z 2 = Zl + a Il est donc avantageux, à ce sujet,20 de mettre en oeuvre les modes de réalisation des figures 1 B, 2 B et 2 C qui, faisant intervenir une dérivation de Zl et Z 2,

éliminent le décalage constant a entre les mesures Zl et Z 2.

On comprendra que, pour des raisons inverses, il faut être prudent dans la mise en oeuvre des modes de réalisation des25 figures l A, 2 A et 2 B qui font intervenir l'intégration du signal inertiel Zi ou Zi, ce qui introduit une constante

d'intégration risquant d'éloigner, à l'entrée du voteur V, la grandeur Zi ou Zi d'origine inertielle des grandeurs Zl,Z 2 ou Zl,Z 2 d'origine radioaltimétrique.

Pour ces raisons, les modes de réalisation les plus avanta-

geux du dispositif conforme à la présente invention sont ceux montrés schématiquement par les figures l B et 2 C. Par ailleurs, on sait que, dans les systèmes de référence inertielle connus, la mesure de la vitesse verticale Zi est généralement baro-inertielle, tandis que la mesure de l'accélération verticale Zi est purement inertielle Aussi, au voisinage du sol, la mesure de la vitesse verticale Zi risque d'être perturbée, alors que la mesure de l'accéléra-10 tion verticale Zi n'est pas influencée par la proximité du sol Par suite, notamment pour une utilisation dans un système d'atterrissage automatique, le mode de réalisation préféré de l'invention est celui montré schématiquement par la figure 2 C. En fait, les dispositifs dont les schémas synoptiques sont montrés par les figures, et notamment celui de la figure 2 C, ne sont utilisables tels quels que si tous les signaux d'entrée Zl, Z 2, Zi et Zi sont exempts de bruits Ceci n'est généralement pas le cas, les mesures Zl et Z 2 comportant des20 bruits à haute fréquence que l'on doit éliminer Pour cela, comme cela est montré sur la figure 4 pour le dispositif particulier de la figure 2 C, on prévoit des filtres Fl et F 2, respectivement disposés dans ce cas entre la sortie des dérivateurs Dl" et D 2 ", d'une part, et le voteur V, d'autre25 part Ainsi, le voteur V reçoit les dérivées de second ordre filtrées Zif et Z 2 f, à la place des signaux Zl et Z 2 comme dans le schéma de la figure 2 C. De façon connue, les filtres de hautes fréquences Fl et F 2 introduisent un déphasage du signal filtré, de sorte que30 l'on prévoit des filtres 01 et 02 de compensation de dépha- sage, prenant comme référence de phase la dérivée inertielle

de second ordre Zi délivrée par le système (de préférence multiple comme sur la figure 3) de référence inertielle IRS.

Par suite, les filtres de compensation de déphasage 01 et 02

sont respectivement disposés entre la sortie du système IRS, d'une part, et la sortie du filtre F 1 ou F 2 correspondant, d'autre part.

Si la fonction de transfert des filtres F 1 et F 2 est dési- gnée par F(p), p étant la variable de LAPLACE, la fonction de transfert de chacun des filtres compensateurs q 1 et 42 est égale à 1-F(p) Par suite, on peut écrire: ( 1) Zlf = F(p) Z 1 + l 1-F(p)lZi ( 2) Z 2 f = F(p) Z 2 + l 1-F(p)lZi La fonction de transfert F(p) peut être de toute forme ou de tout ordre approprié à un filtrage efficace des bruits à haute fréquence parasitant les mesures d'altitude Z 1 et Z 2. Elle peut, par exemple, être du premier ordre Toutefois, de15 préférence, on la choisit du second ordre, du type K 2 ( 3) F(p) = K 2 + Kl p + p 2

K 1 et K 2 étant des gains constants.

Puisque, par l'intermédiaire des dérivateurs Dl',Dl" et D 2 ',D 2 ", on dérive deux fois, respectivement, les mesures d'altitude Z 1 et Z 2, on peut écrire: ( 4) Z 1 = p 2 Zl et ( 5) Z 2 = p 2 Z 2

de sorte que les expressions ( 1) et ( 2) deviennent respecti-

vement ( 6) Zlf = p 2 F(p) Zl+l 1-F(p)lZi et ( 7) Z 2 f = p 2 F(p) Z 2 +l 1-F(p)lZi L'équation ( 6) montre que l'ensemble des dérivateurs Dl' et Dl" et des filtres F 1 et 01 peut être remplacé par un filtre FD 1 (voir la figure 5), recevant la mesure d'altitude Z 1 et l'accélération verticale inertielle Zi et satisfaisant à5 l'équation ( 6) De même, l'équation ( 7) montre que l'ensem- ble des dérivateurs D 2 ' et D 2 " et des filtres F 2 et 02 peut être remplacé par un filtre FD 2 (figure 5) recevant la mesure d'altitude Z 2 et l'accélération verticale inertielle

Zi et satisfaisant à l'équation ( 7).

Dans le cas o F(p) est égale à l'expression ( 3), on peut donc écrire: K 2.p 2 (Kl+p)p ( 8) Zlf = Z 1 + Zi et K 2 +Kl p+p 2 K 2 +K 1 p+p 2 K 2 p 2 (Kl+p)p ( 9) Z 2 f = Z 2 + Zi K 2 + K 1 p+p 2 K 2 +K 1 p+p 2 En tenant compte du fait que: 1/p Zlf = Zlf et 1/p Z 2 f = Z 2 f l/p 2 Zlf = Zlf et 1/p 2 Z 2 f = Z 2 f en appelant Zlf et Z 2 f l'intégrale de premier ordre de Zlf et de Z 2 f constituant la sortie Z de l'intégrateur I 1 et Zlf et Z 2 f l'intégrale de second ordre de Zlf et de Z 2 f consti- tuant la sortie de l'intégrateur I 2, respectivement lorsque25 le voteur V est passant pour la mesure du radioaltimètre RA 1 ou pour celle du radioaltimètre RA 2, on peut écrire les équations ( 8) et ( 9), respectivement sous les formes ( 10) Zlf = Zi + K 1 ( 1/p Zi Zlf) + K 2 (Zl Zlf) et ( 11) Z 2 f = Zi + K 1 ( 1/p Zi Z 2 f) + K 2 (Z 2 Z 2 f) Sur la figure 6, on a représenté un exemple de réalisation

des filtres FD 1 et FD 2 capables de satisfaire aux équations ( 10) et ( 11).

Pour comprendre le schéma synoptique de la figure 6, il faut avoir présent à l'esprit (comme cela est déjà indiqué

ci-dessus) que le voteur V est alors du type dans lequel l'estimation d'accélération verticale Z à la sortie de celui-ci est formée soit par Zlf, soit par Z 2 f, ou bien10 encore par Zi, en fonction des valeurs instantanées de ces trois grandeurs.

Ainsi, quand l'estimation d'accélération verticale Z est formée par Zlf (ou Z 2 f), tout se passe comme si le voteur V établissait un courtcircuit entre la branche du circuit RA 1, Dl', Dl", F 1 (ou la branche de circuit RA 2, D 2 ', D 2 ", F 2) et la branche de circuit Il, I 2, S. Il en résulte de plus que, selon les cas, l'estimation de vitesse verticale Z et l'estimation d'altitude Z sont formées,

respectivement par l'intégrale du premier ordre20 (Zlf, Z 2 f et Zi) et par l'intégrale du second ordre (Zlf, Z 2 f et Zi), soit de Zlf, soit de Z 2 f, ou bien encore de Zi.

Comme on peut le voir sur la figure 6, chaque filtre complexe FD 1 ou FD 2 comporte, par exemple, deux addition- neurs-soustracteurs addl et add 2, un additionneur add 3, deux25 multiplicateurs ml et m 2 de gains respectifs K 1 et K 2 et un

intégrateur int.

Dans le cas o le voteur V est passant pour le radioaltimè-

tre RA 1, le filtre FD 1 est actif et son fonctionnement est le suivant: son intégrateur int, qui reçoit l'accélération verticale Zi du système IRS, intègre celle-ci et délivre à sa sortie l'intégrale du premier ordre 1/p Zi; son additionneur-soustracteur addl reçoit l'intégrale 1/p Zi sur son entrée positive et l'estimation de vitesse verticale Z sur son entrée négative Comme alors Z est formé par Zlf, la sortie de l'additionneur-soustracteur addl délivre la quantité 1/p Zi Zlf; son multiplicateur ml multiplie cette dernière quantité par le gain K 1, de sorte qu'il forme la quantité Kl(l/p Zi Zlf) qui correspond au terme intermédiaire de l'équation ( 10) et qui est adressée à l'une des entrées d'addition de l'additionneur add 3; son additionneur-soustracteur add 2 reçoit la mesure

d'altitude Z 1 du radioaltimètre RA 1 sur son entrée posi-

tive et l'estimation d'altitude Z sur son entrée négative.

Comme alors Z est formée par Zlf, la sortie de l'addition-

neur-soustracteur add 2 délivre la quantité Zl Zlf; son multiplicateur m 2 multiplie cette dernière quantité par le gain K 2, de sorte qu'il forme la quantité K 2 (Zl-Zlf), qui correspond au dernier terme de l'équation ( 10), et qui est adressée à l'une des entrées d'addition de l'additionneur add 3;

de plus, l'additionneur add 3 reçoit l'accélération verti-

cale Zi sur une troisième entrée d'addition lpremier terme

de l'équation ( 10)l.

Il en résulte que la sortie de l'additionneur add 3 délivre

au voteur V le signal Zlf donné par l'équation ( 10).

Bien entendu, lorsque le voteur V est passant pour le radioaltimètre RA 2, de façon semblable, l'additionneur add 3 du filtre FD 2 délivre au voteur V le signal Z 2 f donné par

l'équation ( 11).

En examinant les filtres complexes FD 1 et FD 2 de la figure 6, on peut constater que le signal Zi d'accélération verti- cale inertielle est utilisé trois fois, à savoir à titre de référence à l'entrée du voteur V; pour ajustement, selon les boucles correctrices, issues des sondes de radionavigation, au niveau des additionneurs add 3; pour intégration, à titre de filtre, à l'entrée des

additionneurs-soustracteurs addl.

De ce qui précède, on comprend donc aisément que les dispo- sitifs selon l'invention peuvent n'utiliser que deux radio-

altimètres, tout en présentant une passivité égale, voire supérieure, à celle des dispositifs à trois radioaltimètres.

Par ailleurs, ces dispositifs permettent un abaissement des seuils de hauteur de décision grâce à une meilleure passivi- té, c'est-à-dire: une transparence à la première panne;

une meilleure passivité à la seconde panne.

Le filtrage des informations de radionavigation, variable à

déphasage nul, permet d'améliorer les performances d'atter- rissage automatique de l'aéronef.

Des informations de sortie des moyens de calcul d'intégrale du second ordre Il et I 2 sont ensuite utilisées de façon classique par le reste des circuits (non représentés) d'un25 système d'atterrissage automatique d'aéronef comportant un tel dispositif d'estimation d'altitude, pour contrôler la

trajectoire de celui-ci de façon classique.

Par ailleurs, on remarquera que, antérieurement au filtrage par le filtre Fl (ou F 2), la mesure Zl (ou Z 2) subit une30 dérivation du second ordre par l'action des dérivateurs Dl' et Dl" (ou D 2 ' et D 2 "), ce qui selon la transformation de LAPLACE peut s'écrire Z 1 = p p Zl = p 2 Z 1 (ou Z 2 = p 2 Z 2), tandis que, postérieurement au vote, l'estimation d'accélération verticale Z subit une double integration par l'action des intégrateurs I 1 et I 2, ce qui peut s'écrire Z = 1/p 2 Z. Par suite, lorsque le voteur V laisse passer Zlf pour former Z, on peut écrire la fonction de transfert entre Z et Zl: K 2 (Kl+p) ( 12) Z = Zlf= Z 1 + Zi K 2 +Kl p+p 2 p(K 2 +Kl p+p 2) De même, lorsque le voteur V est passant pour Z 2 f, on a K 2 (Kl+p) ( 13) Z = Z 2 f = Z 2 + Zi K 2 +Kl p+p 2 p(K 2 +Kl p+p 2)

Claims (15)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour déterminer, par vote, une estimation (Z) de l'altitude d'un aéronef à partir d'au moins deux mesures indépendantes (Zl et Z 2) de ladite altitude, ledit aéronef comportant au moins un système de référence inertielle5 (IRS), caractérisé en ce que l'on prélève sur ledit système de référence inertielle (IRS) un signal (Zi ou Zi) représenta- tif d'une dérivée de ladite altitude, en ce que l'on soumet au vote des grandeurs de même ordre respectivement déduites10 desdites mesures indépendantes d'altitude (Zl et Z 2) et de ladite dérivée de l'altitude et en ce que l'on procède à une

opération d'intégration afin d'obtenir ladite estimation d'altitude (Z).

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal (Zi) prélevé sur ledit système de référence inertielle est représentatif de la vitesse verticale de l'aéronef, c'est-à-dire de la dérivée

du premier ordre de ladite altitude.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal (Zi) prélevé sur ledit

système de référence inertielle est représentatif de l'accé-

lération verticale de l'aéronef, c'est-à-dire de la dérivée

du second ordre de ladite altitude.

4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on procède, avant le vote, à une opération d'intégration du premier ordre de ladite vitesse verticale de l'aéronef de façon à obtenir une grandeur (Zi) homogène à une altitude et en ce que l'on soumet audit vote, d'une part, ladite grandeur (Zi) déduite de l'intégration de ladite vitesse verticale et, d'autre part, des grandeurs

(Zl,Z 2) déduites directement, sans modifications, desdites mesures indépendantes (Z 1,Z 2).

Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on procède, avant le vote, à une opération de dérivation du premier ordre desdites mesures indépendantes d'altitude de façon à obtenir des grandeurs (Z 1, Z 2) homogènes à des vitesses, en ce que l'on soumet au vote, d'une part, lesdites grandeurs (Z 1,Z 2) déduites par dérivation desdites mesures indépendantes d'altitude et,10 d'autre part, la grandeur (Zi) déduite directement, sans modifications, de ladite vitesse verticale de l'aéronef et

en ce que, après le vote, on procède à une opération d'inté- gration du premier ordre.

6 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on procède, avant le vote, à une intégration du second ordre de ladite accélération verticale de l'aéronef de façon à obtenir une grandeur (Zi) homogène à une altitude et en ce que l'on soumet audit vote, d'une part, ladite grandeur (Zi) déduite de l'intégration du20 second ordre de ladite accélération verticale et, d'autre part, des grandeurs (Zl,Z 2) déduites directement, sans

modifications, desdites mesures indépendantes (Zl,Z 2).

7 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on procède, avant le vote, à une opération de dérivation du premier ordre desdites mesures indépendantes d'altitude de façon à obtenir des grandeurs (Zl,Z 2) homogènes à des vitesses, en ce que l'on procède, également avant le vote, à une première intégration du premier ordre de ladite accélération verticale de l'aéronef de façon à obtenir une grandeur (Zi) également homogène à une vitesse, en ce que l'on soumet audit vote lesdites grandeurs homogènes à des vitesses déduites respectivement desdites mesures indépendantes d'altitude et de ladite accélération verticale, et en ce que, après le vote, on

soumet ladite grandeur votée (Z) à une seconde intégration du premier ordre.

8 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on procède, avant le vote, à une opération de dérivation du second ordre desdites mesures indépendantes d'altitude de façon à obtenir des grandeurs (Z 1, Z 2) homogènes à des accélérations, en ce que l'on soumet au vote, d'une part, lesdites grandeurs (Zl,Z 2) déduites par dérivation desdites mesures indépendantes d'altitude et, d'autre part, la grandeur (Zi) déduite directement, sans

modifications, de ladite accélération verticale de l'aéronef et en ce que, après le vote, on procède à une opération d'intégration du second ordre.

9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit système de référence inertielle

est multiple et en ce que ledit signal, représentatif d'une dérivée de ladite altitude et prélevé sur ledit système de référence inertielle, résulte du vote d'une pluralité de20 signaux de même nature.

Dispositif pour l'estimation (Z) de l'altitude d'un aéronef comportant un système de référence inertielle (IRS), ledit dispositif étant embarqué à bord dudit aéronef et comportant au moins deux radioaltimètres (RA 1,RA 2) délivrant25 chacun une mesure (Z 1,Z 2) de l'altitude dudit aéronef, ainsi qu'un voteur (V) à au moins trois entrées, caractérisé en ce que: l'une des entrées dudit voteur (V) est reliée à la sortie dudit système de référence inertielle (IRS) délivrant ledit signal (Zi,Zi) représentatif d'une dérivée de l'altitude; les autres entrées dudit voteur (V) sont respectivement reliées aux sorties desdits radioaltimètres (RA 1,RA 2) délivrant lesdites mesures d'altitude (Z 1,Z 2), à travers

des moyens de dérivation (D 1,D 2 Dl',Dl",D 2 ',D 2 "') déli-

vrant la dérivée (Z 1,Z 2 Zl,Z 2) desdites mesures d'alti-

tude, ces dernières dérivées étant de même ordre que ladite dérivée d'altitude (Zi,Zi) représentée par ledit signal provenant dudit système de référence inertielle; et

la sortie dudit voteur est reliée à des moyens d'intégra-

tion (I I 1 i,I 2) intégrant le signal voté (Z,Z) apparais-

sant à la sortie dudit voteur, de sorte que la sortie

desdits moyens d'intégration délivrent un signal d'alti-

tude estimée (Z).

11 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit signal délivré par ledit système de référence inertielle (IRS) peut être représentatif de la vitesse verticale (Zi) dudit aéronef, en ce que lesdits

moyens de dérivation (D 1,D 2) délivrent la dérivée du premier ordre (Z 1,Z 2) desdites mesures d'altitude (Z 1,Z 2) et en ce que lesdits moyens d'intégration (I) procèdent à l'intégra-20 tion du premier ordre dudit signal voté (Z).

12 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit signal délivré par ledit système de référence inertielle (IRS) est représentatif de l'accé- lération verticale (Zi) dudit aéronef, en ce que lesdits25 moyens de dérivation (Dl',D 1 " D 2 ',D 2 ") délivrent la dérivée du second ordre (Zl,Z 2) desdites mesures d'altitude

et en ce que lesdits moyens d'intégration (I 1,I 2) procèdent à l'intégration du second ordre dudit signal voté.

13 Dispositif selon l'une des revendications 10 à 12,

caractérisé en ce qu'il comporte un voteur auxiliaire (v) recevant une pluralité de signaux représentatifs de ladite dérivée de l'altitude de l'aéronef et élaborant ledit signal 25.

(Zi ou Zi) représentatif de ladite dérivée de ladite alti-

tude.

14 Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13,

caractérisé en ce que, entre chacun desdits moyens de dérivation (D 1,D 2 Dl',Dl",D 2 ',D 2 ") et l'entrée corres- pondante du voteur, est disposé un filtre (F 1 ou F 2) pour

les hautes fréquences.

Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que la fonction de transfert F(p) desdits filtres pour hautes fréquences (F 1 et F 2) est égale à: K 2 F(p) = K 2 + Kl p + p 2 expression dans laquelle p est la variable de LAPLACE, K 1 et

K 2 sont des gains constants.

16 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15,

caractérisé en ce que, entre la sortie de chacun desdits filtres pour hautes fréquences (F 1,F 2) et la sortie dudit20 système de référence inertielle (IRS) délivrant ledit signal représentatif d'une dérivée d'altitude, est monté un filtre

( 41 ou 42) de compensation de déphasage, présentant une fonction de transfert égale à 1-F(p).

17 Dispositif selon les revendications 14 et 16,

caractérisé en ce que chaque ensemble (Dl', Dl", F 1, 01 et D 2 ', D 2 ", F 2 et 42), associé à un radioaltimètre et compor-

tant lesdits moyens de dérivation, le filtre pour hautes fréquences et le filtre de compensation de déphasage, est formé par un filtre complexe (FD 1 ou FD 2, respectivement)30 recevant l'une desdites mesures d'altitude (Zj) délivrée par le radioaltimètre correspondant et ledit signal représentatif d'une dérivée de l'altitude délivré par ledit

système de référence inertielle.

18 Dispositif selon les revendications 12 et 17, dans

lequel un signal d'accélération verticale (Zi) est prélevé sur ledit système de référence inertielle et des moyens de dérivation du second ordre sont prévus pour former les dérivées du second ordre (Zj) de j mesures d'altitude (Zj), caractérisé en ce que chacun desdits filtres complexes (FD 1,FD 2) délivre, à sa sortie, la dérivée du second ordre filtrée (Zjf) telle que: Zjf = p 2 F(p) Zj + l 1-F(p)l Zi