FR2892192A1 - Procede d'aide a la navigation pour aeronef en situation d'urgence - Google Patents

Abstract

La navigation d'un aéronef est facilitée par l'affichage sur une carte de la région survolée, des limites (55) des zones à portée de l'aéronef (S) en situation d'urgence (cas de panne moteur, perte de pressurisation,...). Les points des zones à portée de l'aéronef sont repérés à partir d'une estimation des marges verticales restant à l'aéronef (S) s'il parvenait en ces points, compte tenu de zones de non-manoeuvrabilité à contourner au voisinage de la position courante de l'aéronef, d'un profil vertical de vol à respecter et d'une marge de hauteur de sécurité à respecter.

Description

PROCEDE D'AIDE A LA NAVIGATION POUR AERONEF EN SITUATION D'URGENCE La

présente invention concerne les aides au pilotage d'un aéronef en cas de situation opérationnelle d'urgence, comme la panne moteur partielle ou totale, dite full engine-out ou la perte de pressurisation nécessitant une descente rapide, communément appelée Drift Down .

Les postes de pilotage d'aéronef sont équipés de dispositifs d'aide à la navigation de plus en plus performants affichant des cartes géographiques déroulantes montrant la position courante de l'aéronef par rapport à son environnement géographique et le tracé de la trajectoire prévue à son plan de vol. A ces cartes géographiques, il est habituel d'ajouter des informations sur les risques potentiels de collisions avec le sol en faisant ressortir les reliefs menaçants détectés par des systèmes anticollision sol ou TAWS (acronyme anglo-saxon pour :"Terrain Awareness Warning System"). Avec ces informations supplémentaires, la carte de navigation renseigne l'équipage d'un aéronef sur la situation courante de l'aéronef par rapport aux reliefs et aux zones à survol réglementé mais ne fait pas clairement ressortir la meilleure conduite à tenir pour sortir de certaines situations délicates, comme une panne moteur. Pour améliorer l'aide au pilotage en situation délicate, la demanderesse a déjà proposé dans une demande de brevet français enregistrée le 24/9/2004 sous le n 04 10149, de compléter les contours de zones à risque affichés sur une carte géographique déroulante, par l'affichage de marges externes délimitant les proches voisinages des zones à risque où l'aéronef n'a pas une complète liberté de manoeuvre latérale. La demanderesse a également proposé dans une demande de brevet français enregistrée le 10/11/2004 sous le n 0411986 d'afficher une représentation cartographique de la région survolée avec un découpage en fausses couleurs correspondant aux vitesses verticales nécessaires à un survol en sécurité. Ces différentes informations complémentaires apparaissant sur une carte géographique déroulante facilitent la navigation pour l'équipage d'un aéronef mais ne sont pas spécialement adaptées à une situation imprévue nécessitant d'improviser une modification de trajectoire comme lors de la survenue d'une panne de moteur.

La présente invention a pour but de pallier ce manque. Elle a plus généralement pour but de faciliter le plus possible le choix, par l'équipage d'un aéronef confronté à une situation imprévue, d'une destination de déroutement compatible avec le relief survolé et les performances du moment de l'aéronef. Elle a pour objet un procédé d'aide à la navigation pour aéronef remarquable en ce qu'il consiste à repérer, sur une carte de navigation élaborée à partir des éléments d'une base de données d'élévations du terrain appartenant à une même région d'évolution, les contours de la ou des zones hors de portée de l'aéronef en raison de performances de franchissement dégradées par une obligation de perdre de l'altitude résultant d'une situation exceptionnelle d'urgence, comme la panne moteur ou la descente d'urgence pour laquelle la priorité est la perte d'altitude, même si la trajectoire latérale doit être adaptée.

Avantageusement, les zones hors de portée sont assimilées aux ensembles de points de la carte de navigation affectés d'une estimation de marge verticale de hauteur par rapport au relief survolé inférieure à un seuil arbitraire, dans une carte de marges verticales obtenue par comparaison de l'altitude du terrain extraite d'une base de données d'élévations du terrain et de l'altitude prévue pour l'aéronef à cette position de la carte compte tenu d'un profil vertical de vol de consigne, correspondant à la pente de descente minimale imposée par l'obligation de perdre de l'altitude. Avantageusement, la carte de marges verticales est établie à partir d'une carte de distances curvilignes obtenue par application, d'une transformée de distance par propagation, aux points d'une image de travail tirée de la base de données d'élévations du terrain avec pour origine, un point au voisinage de la position courante de l'aéronef, pour contrainte statique, des zones à contourner comportant des zones non manoeuvrables situées au voisinage de la position courante de l'aéronef, et pour contrainte dynamique le profil vertical de vol de consigne avec respect du seuil de marge verticale. Avantageusement, lorsque la carte de marges verticales est établie à partir d'une carte de distances curvilignes, les ensembles de points affectés d'estimations de distance curviligne présentant des discontinuités par rapport aux points du voisinage immédiat sont assimilés à des zones hors de portée. Avantageusement, lorsque l'aéronef est équipé d'un système de prévention des collisions sol élaborant des solutions d'évitement, les longueurs des trajectoires des solutions d'évitement proposées sont comparées aux estimations de distances curvilignes faites lors de la détermination des zones hors de portée, pour détecter le contournement d'éventuels obstacles supplémentaires non signalés. Avantageusement, les zones non manoeuvrables sont déterminées en fonction de l'inertie, du cap, de la route et de la vitesse de l'aéronef ainsi que des performances de l'aéronef en cas de panne moteur. Avantageusement, les contours affichés des zones hors de portée incluent une marge externe délimitant les voisinages des zones hors de portée où l'aéronef soumis à une obligation de perdre de l'altitude n'a pas une liberté complète d'évolution latérale. Avantageusement, les contours des zones hors de portée sont dotés d'une représentation filaire. Avantageusement, les contours des zones hors de portée sont dotés d'une représentation filaire texturée.

Avantageusement, les contours des zones hors de portée sont dotés d'une représentation filaire avec des bordures intérieure et extérieure d'aspects différents. Avantageusement, la carte de navigation sur laquelle sont affichés les contours des zones hors de portée mentionne des zones signalées par un système TAWS de prévention des collision sol comme représentant un danger.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel : - une figure 1 illustre les relations existant entre la route et le cap suivis par un aéronef, - une figure 2 illustre, dans un repère air lié à un aéronef, les domaines latéraux de forme circulaire, qui sont inaccessibles de 35 l'aéronef en raison des limites de sa manoeuvrabilité, - une figure 3 montre les traces au sol des domaines latéraux illustrés à la figure 2, en présence d'un vent local, - une figure 4 illustre un exemple de repérage par grille de localisation géographique, de zones non manoeuvrables situées dans le voisinage de la position courante de l'aéronef, - une figure 5 représente un exemple de masque de chanfrein utilisable par une transformée de distance par propagation, - des figures 6a, 6b montrent les cellules du masque de chanfrein représenté à la figure 5, qui sont utilisées dans une passe de balayage selon l'ordre lexicographique et dans une passe de balayage selon l'ordre lexicographique inverse, - une figure 7 illustre un profil vertical de vol correspondant à une panne moteur, - une figure 8 illustre un exemple de repérage sur le même grille de localisation géographique que la figure 4, de zones hors de portée d'un aéronef en cas de panne moteur, - une figure 9 montre les tracés des deux hippodromes d'attente utilisés pour déterminer la largeur nécessaire à un aéronef pour pouvoir engager librement des manoeuvres latérales, - une figure 10 illustre un exemple de méthode traçage des contours de zones hors de portée montrées à la figure 8, - une figure 11 montre un exemple d'affichage sur un écran de navigation d'une carte déroulante affichant les contours des zones hors de portée d'un aéronef en cas de panne moteur, et - une figure 12 représente un schéma d'un dispositif d'aide à la navigation selon l'invention.

Pour tracer, sur une carte de navigation déroulante, le contour du domaine accessible à un aéronef en cas de panne moteur, on commence, dans une première étape, par déterminer des zones non manoeuvrables situées à proximité de la position courante de l'aéronef et difficilement accessibles par suite d'un manque de manoeuvrabilité résultant d'une situation exceptionnelle comme la panne moteur ou la dépressurisation imposant une descente d'urgence. Dans une deuxième étape on détermine les zones hors de portée de l'aéronef en raison de performances de franchissement dégradées correspondant à une situation exceptionnelle comme la panne moteur ou la dépressurisation imposant une descente d'urgence, à partir d'estimations de distances curvilignes en présence des zones non manoeuvrables et des zones à survol réglementé qui sont à contourner, et en présence d'un profil vertical de vol et d'un seuil minimum de marge verticale à respecter. Enfin, dans une troisième étape on extrait les contours de la frontière entre les zones à portée et hors de portée de l'aéronef que l'on reporte sur une carte de navigation déroulante.

Les zones non manoeuvrables sont délimitées, à droite et à gauche de la position courante de l'aéronef, par la projection au sol des trajectoires latérales en virage, les plus serrées possibles acceptables pour l'aéronef compte tenu d'une situation exceptionnelle de panne moteur et d'un minimum de confort à respecter pour les occupants de l'aéronef.

Comme montré à la figure 1, il faut tenir compte du vent local dans la détermination des zones non manoeuvrables. En effet, la direction au sol du mouvement d'un aéronef, qui est celle de sa vitesse sol GS orientée selon sa route (track en anglo-saxon) de vecteur unitaire T, correspond à la direction de la somme vectorielle du vecteur vitesse air TAS de l'aéronef, orienté selon son cap (heading en anglo-saxon) de vecteur unitaire h , et de la vitesse du vent WS (wind speed en anglo-saxon) orientée selon un vecteur unitaire fi). Sans vent, comme montré à la figure 2, les cellules de la carte de distances placées dans le voisinage de l'aéronef tout en lui étant inaccessibles directement, sont celles contenues à l'intérieur de deux cercles 10, 11 passant par la position de l'aéronef, ayant une tangente commune orientée selon le cap de l'aéronef (vecteur @) et un rayon R correspondant au plus petit rayon de virage acceptable sur le moment. Ces cercles 10, 11, qui représentent les trajectoires en virage les plus serrées autorisées, d'un côté ou de l'autre, pour l'aéronef, répondent au système d'équations paramétriques : (xl (g.R.[l ù cos(wt + y)T (t) = ~ y, R.sin(wt + y) , avec TAS' R= g. tan çoro1l TAS g. tan ÇOrolI w= = R TAS (Proä étant l'angle de roulis de l'aéronef pendant la manoeuvre, y étant un facteur dépendant des conditions initiales, 8 étant un coefficient égal à +1 pour un virage à droite et -1 pour un virage à gauche. La vitesse air de l'aéronef, lorsqu'il parcourt ces cercles s'écrit alors: (B.Rw. sin(wt + y)~ Rw.cos(wt+y) , En supposant le vent constant en vitesse et en direction, les cercles 10, 11 laissent au sol une trace en forme de cycloïde. Le système d'équations paramétriques de cette trace, peut être obtenu par intégration du système d'équations paramétriques de la vitesse air de parcours sur les cercles.

Lorsque l'on tient compte du vent, le système (1) d'équations paramétriques de la vitesse de l'aéronef, exprimé dans un repère sol X Y dont l'axe des ordonnées Y est orienté selon le cap de l'aéronef, devient : (t) _ (B.Rw. sin(wt + y) + WSX " (2) ~ y1 Rw. cos(wt +y) + WS,, , 6 (1) (WSX jWSYétant le vecteur vent Par intégration, on obtient, dans ce repère sol, le système d'équations paramétriques de la trace : x\() _ (WSX .t ù 8.R.cos(wt + y) + CX " y, WS,, .t + R. sin(wt +y) + Cy , CX et Cy étant des constantes d'intégration qui dépendent du repère considéré.25 Dans un repère air Xh Yh, dont l'axe des ordonnées Y est orienté selon le cap (heading) de l'aéronef, le système d'équations paramétriques (1) devient : (B.Rw. sin(wt + y) + WSX h Rw.cos(wt+ y)+WS,,h Par intégration, il donne, dans ce repère air, le système d'équations paramétriques de la trace : (WSXh .t ù B.R. cos(wt + yh ) + CXh \ jWSrh.t + R. sin(wt + yh ) + Cyh ~ La condition initiale de position est : \y/r_o 0~ car l'aéronef est initialement au centre du repère. Les conditions initiales sur les vitesses donnent COs(yh ) =1 Lsin(yh)=0yh =0 20 Finalement les constantes s'écrivent : yh = 0 ; CXh = B.R et CYh = 0 Comme montré à la figure 3, on utilise pour la délimitation des zones non manoeuvrables 20, 20' de part et d'autre de la position courante 25 de l'aéronef S, le premier arc de cycloïde 21, 21' de la trace au sol de chacun des deux virages latéraux droite et gauche les plus serrés autorisés par les performances résiduelles de l'aéronef en cas de panne moteur, arrêté aux points P, P' correspondant au moment où le changement de route atteint est de 180 et complété par des segments de droite 22, 22' menant à la position 30 courante de l'aéronef. 10 15 (x. (t) = ^y) h (5) (3) (4) (6) Une fois délimitées, les zones non manoeuvrables sont reportées avec les zones à survol réglementé sur une grille de localisation géographique qui reprend le maillage ou un sous-multiple du maillage utilisé par une base de données d'élévations du terrain servant à établir une carte déroulante de la zone d'évolution de l'aéronef pour affichage dans le cockpit de l'aéronef. Les mailles de cette grille de localisation définissent les pixels d'une image de travail à laquelle l'on applique, avec des contraintes statique et dynamique, une transformée de distance par propagation pour obtenir les estimations de distances curvilignes permettant la détermination des zones hors de portée de l'aéronef en cas de panne moteur. Cette grille de localisation géographique peut être : une grille régulière en distance, alignée sur les méridiens et parallèles, une grille régulière en distance alignée sur le cap de l'aéronef, une grille régulière en distance alignée sur la route de l'aéronef, une grille régulière en angulaire, alignée sur les méridiens et parallèles, une grille régulière en angulaire alignée sur le cap de l'aéronef, une grille régulière en angulaire alignée sur la route de l'aéronef. une représentation polaire (radiale) centrée sur l'aéronef et son cap, une représentation polaire (radiale) centrée sur l'aéronef et sa route. Dans la suite de la description, on utilise une grille de localisation régulière en distance, alignée sur les méridiens et parallèles, et définie par ses coins nord-ouest (NOLAT et NOLoN) et sud-est (SELAT SELON), avec pour résolution angulaire, RESLAT sur l'axe des latitudes et RESLoN sur l'axe des longitudes. Dans les figures, les proportions entre les mailles de la grille de localisation et les surfaces des zones à circulation restreinte ne sont pas respectées en vue d'améliorer la lisibilité.

La figure 4 montre un exemple de repérage par grille de localisation géographique des zones non manoeuvrables 20, 20' liées à la position courante de l'aéronef. Dans ce repérage, les mailles de la grille de localisation géographique sont affectées d'une cote dont la valeur est fonction de l'emplacement géographique de la maille par rapport aux zones non manoeuvrables 20, 20', une valeur 1 indiquant que la maille considérée intercepte ou est incluse dans une de ces zones, une valeur 0 que la maille est en dehors des zones inaccessibles.

Les transformées de distance souvent dites par propagation ou à masque de chanfrein permettent d'estimer des distances curvilignes entre des objets ou entre un point d'origine dit point source et un point de destination en tenant compte de contraintes tels que des obstacles à contourner. La demande de brevet français déposée par la demanderesse le 26/9/2003, sous le n 0311320 en donne un exemple d'utilisation pour estimer la distance d'un aéronef aux différents points d'une zone d'évolution sélectionnés dans une base de données d'élévations du terrain en tenant compte d'un profil vertical de vol imposé à l'aéronef. Les transformées de distance à masque de chanfrein sont apparues initialement en analyse d'image pour estimer des distances entre objets. Gunilla Borgefors en décrit des exemples dans son article intitulé " Distance Transformation in Digital Images." paru dans la revue : Computer Vision, Graphics and Image Processing, Vol. 34 pp. 344-378 en février 1986. La distance d'entre deux points d'une surface est la longueur minimale de tous les parcours possibles sur la surface partant de l'un des points et aboutissant à l'autre. Dans une image formée de pixels répartis selon un maillage régulier de lignes, colonnes et diagonales, une transformée de distance par propagation estime la distance d'un pixel dit pixel "but" par rapport à un pixel dit pixel "source" en construisant progressivement, en partant du pixel source, le plus court trajet possible suivant le maillage des pixels et aboutissant au pixel but, et en s'aidant des distances trouvées pour les pixels de l'image déjà analysés et d'un tableau dit masque de chanfrein répertoriant les valeurs des distances entre un pixel et ses proches voisins. Comme montré à la figure 5, un masque de chanfrein se présente sous la forme d'un tableau avec une disposition de cases reproduisant le motif d'un pixel entouré de ses proches voisins. Au centre du motif, une case affectée de la valeur 0 repère le pixel pris pour origine des distances répertoriées dans le tableau. Autour de cette case centrale, s'agglomèrent des cases périphériques remplies de valeurs de distance de proximité non nulles et reprenant la disposition des pixels du voisinage d'un pixel supposé occuper la case centrale. La valeur de distance de proximité figurant dans une case périphérique est celle de la distance séparant un pixel occupant la position de la case périphérique concernée, d'un pixel occupant la position de la case centrale. On remarque que les valeurs de distance de proximité se répartissent en cercles concentriques. Un premier cercle de quatre cases correspondant aux quatre pixels de premier rang, qui sont les plus proches du pixel de la case centrale, soit sur la même ligne, soit sur la même colonne, sont affectées d'une valeur de distance de proximité Dl. Un deuxième cercle de quatre cases correspondant aux quatre pixels de deuxième rang, qui sont pixels les plus proches du pixel de la case centrale placés sur les diagonales, sont affectées d'une valeur de distance de proximité D2. Un troisième cercle de huit cases correspondant aux huit pixels de troisième rang, qui sont les plus proches du pixel de la case centrale tout en restant en dehors de la ligne, de la colonne et des diagonales occupées par le pixel de la case centrale, sont affectées d'une valeur de distance de proximité D3. Le masque de chanfrein peut couvrir un voisinage plus ou moins étendu du pixel de la case centrale en répertoriant les valeurs des distances de proximité d'un nombre plus ou moins important de cercles concentriques de pixels du voisinage. Il peut être réduit aux deux premiers cercles formés par les pixels du voisinage d'un pixel occupant la case centrale ou être étendu au-delà des trois premiers cercles formés par les pixels du voisinage du pixel de la case centrale. Il est habituel de s'arrêter à trois premiers cercles comme pour le masque de chanfrein montré à la figure 5.

Les valeurs des distances de proximité Dl, D2, D3 qui correspondent à des distances euclidiennes sont exprimées dans une échelle dont le facteur multiplicatif autorise l'emploi de nombres entiers au prix d'une certaine approximation. C'est ainsi que G. Borgefors adopte une échelle correspondant à un facteur multiplicatif 3 ou 5. Dans le cas d'un masque de chanfrein retenant les deux premiers cercles de valeurs de distance de proximité, donc de dimensions 3x3, G. Borgefors donne, à la première distance de proximité Dl qui correspond à un échelon en abscisse ou en ordonnée et également au facteur multiplicatif d'échelle, la valeur 3 et, à la deuxième distance de proximité qui correspond à la racine de la somme des carrés des échelons en abscisse et en ordonnée Vx2 + y2 , la valeur 4.

Dans le cas d'un masque de chanfrein retenant les trois premiers cercles, donc de dimensions 5x5, elle donne, à la distance Dl qui correspond au facteur multiplicatif d'échelle, la valeur 5, à la distance D2, la valeur 7 qui est une approximation de 5.N/i , et à la distance D3 la valeur 11 qui est une approximation de 5-N. La construction progressive du plus court trajet possible allant à un pixel but en partant d'un pixel source et en suivant le maillage des pixels se fait par un balayage régulier des pixels de l'image au moyen du masque de chanfrein.

Initialement, les pixels de l'image se voient affecter une valeur de distance infinie, en fait un nombre suffisamment élevé pour dépasser toutes les valeurs des distances mesurables dans l'image, à l'exception du ou des pixels source qui se voient affecter une valeur de distance nulle. Puis les valeurs initiales de distance affectées aux points but sont mises à jour au cours du balayage de l'image par le masque de chanfrein, une mise à jour consistant à remplacer une valeur de distance attribuée à un point but, par une nouvelle valeur moindre résultant d'une estimation de distance faite à l'occasion d'une nouvelle application du masque de chanfrein au point but considéré.

Une estimation de distance par application du masque de chanfrein à un pixel but consiste à répertorier tous les trajets allant de ce pixel but au pixel source et passant par un pixel du voisinage du pixel but dont la distance a déjà été estimée au cours du même balayage, à rechercher parmi les trajets répertoriés, le ou les trajets les plus courts et à adopter la longueur du ou des trajets les plus courts comme estimation de distance. Cela se fait en plaçant le pixel but dont on veut estimer la distance dans la case centrale du masque de chanfrein, en sélectionnant les cases périphériques du masque de chanfrein correspondant à des pixels du voisinage dont la distance vient d'être mise à jour, en calculant les longueurs des trajets les plus courts reliant le pixel but à mettre à jour au pixel source en passant par un des pixels sélectionnés du voisinage, par addition de la valeur de distance affectée au pixel du voisinage concerné et de la valeur de distance de proximité donnée par le masque de chanfrein, et à adopter, comme estimation de distance, le minimum des valeurs de longueur de trajet obtenues et de l'ancienne valeur de distance affectée au pixel en cours d'analyse. Au niveau d'un pixel en analyse par le masque de chanfrein, la recherche progressive des plus courts trajets possibles partant d'un pixel source et allant aux différents pixels but de l'image donne lieu à un phénomène de propagation en directions des pixels qui sont les voisins les plus proches du pixel en analyse et dont les distances sont répertoriées dans le masque de chanfrein. Dans le cas d'une répartition régulière des pixels de l'image, les directions des plus proches voisins d'un pixel ne variant pas sont considérées comme des axes de propagation de la transformée de distance à masque de chanfrein. L'ordre de balayage des pixels de l'image influe sur la fiabilité des estimations de distance et de leurs mises à jour car les trajets pris en compte en dépendent. En fait, il est soumis à une contrainte de régularité qui fait que si les pixels de l'image sont repérés selon l'ordre lexicographique (pixels classés dans un ordre croissant ligne par ligne en partant du haut de l'image et en progressant vers le bas de l'image, et de gauche à droite au sein d'une ligne), et si un pixel p a été analysé avant un pixel q alors un pixel p+x doit être analysé avant le pixel q+x. Les ordres lexicographique, lexicographique inverse (balayage des pixels de l'image ligne par ligne de bas en haut et, au sein d'une ligne, de droite à gauche), lexicographique transposé (balayage des pixels de l'image colonne par colonne de gauche à droite et, au sein d'une colonne, de haut en bas), lexicographique transposé inverse (balayage des pixels par colonnes de droite à gauche et au sein d'une colonne de bas en haut) satisfont cette condition de régularité et plus généralement tous les balayages dans lesquels les lignes et colonnes sont balayées de droite à gauche ou de gauche à droite. G. Borgefors préconise un double balayage des pixels de l'image, une fois dans l'ordre lexicographique et une autre dans l'ordre lexicographique inverse.

L'analyse de l'image au moyen du masque de chanfrein peut se faire selon une méthode parallèle ou une méthode séquentielle. Pour la méthode parallèle, on considère les propagations de distance depuis tous les points du masque que l'on fait passer sur la totalité de l'image en plusieurs balayages jusqu'à ce qu'il ne se produise plus de changement dans les estimations de distance. Pour la méthode séquentielle, on ne considère les propagations de distance que depuis la moitié des points du masque. On fait passer la moitié supérieure du masque sur tous les points de l'image par un balayage suivant l'ordre lexicographique puis la moitié inférieure du masque sur tous les points de l'image selon l'ordre lexicographique inverse.

La figure 6a montre, dans le cas de la méthode séquentielle et d'une passe de balayage selon l'ordre lexicographique allant du coin supérieur gauche au coin inférieur droit de l'image, les cases du masque de chanfrein de la figure 5 utilisées pour répertorier les trajets allant d'un pixel but placé sur la case centrale (case indexée par 0) au pixel source en passant par un pixel du voisinage dont la distance a déjà fait l'objet d'une estimation au cours du même balayage. Ces cases sont au nombre de huit, disposées dans la partie supérieure gauche du masque de chanfrein. Il y a donc huit trajets répertoriés pour la recherche du plus court dont la longueur est prise pour estimation de la distance.

La figure 6b montre, dans le cas de la méthode séquentielle et d'une passe de balayage selon l'ordre lexicographique inverse allant du coin inférieur droit au coin supérieur gauche de l'image, les cases du masque de chanfrein de la figure 5 utilisées pour répertorier les trajets allant d'un pixel but placé sur la case centrale (case indexée par 0) au pixel source en passant par un pixel du voisinage dont la distance a déjà fait l'objet d'une estimation au cours du même balayage. Ces cases sont complémentaires de celles de la figure 6a. Elles sont également au nombre de huit mais disposées dans la partie inférieure droite du masque de chanfrein. Il y a donc encore huit trajets répertoriés pour la recherche du plus court dont la longueur est prise pour estimation de la distance. La transformée de distance par propagation dont le principe vient d'être rappelé sommairement a été conçue à l'origine pour l'analyse du positionnement d'objets dans une image mais elle n'a pas tardé à être appliquée à l'estimation des distances sur une carte du relief extraite d'une base de donnée d'élévations du terrain à maillage régulier de la surface terrestre. En effet, une telle carte ne dispose pas explicitement d'une métrique puisqu'elle est tracée à partir des élévations des points du maillage de la base de données d'élévations du terrain de la zone représentée. Dans ce cadre, la transformée de distance par propagation est appliquée à une image dont les pixels sont les éléments de la base de données d'élévations du terrain appartenant à la carte, c'est-à-dire, desvaleurs d'élévation associées aux coordonnées géographiques latitude, longitude des noeuds du maillage où elles ont été mesurées, classés, comme sur la carte, par latitude et par longitude croissantes ou décroissantes selon un tableau à deux dimensions de coordonnées latitude et longitude. Pour une navigation terrain de mobiles tels que des robots, la transformée de distance à masque de chanfrein est utilisée pour estimer des distances curvilignes tenant compte de zones à contourner en raison de leurs configurations accidentées ou d'une interdiction d'origine réglementaire.

Pour ce faire, un attribut de zone à contourner peut être associé aux éléments de la base de données d'élévations du terrain servant à établir la carte du terrain d'évolution du mobile. Cet attribut signale, lorsqu'il est activé, tous les points des zones à contourner et inhibe toute mise à jour autre qu'une initialisation, de l'estimation de distance faite par la transformée de distance à masque de chanfrein en ces points. Pour un aéronef, les estimations de distance curviligne ne prennent en compte, parmi les cheminements évitant les zones à contourner, que ceux donnant la possibilité de respecter une consigne arbitraire de profil vertical de vol.

Dans le cas d'un aéronef dans une situation d'urgence telle qu'une panne moteur, les zones à contourner, a priori, sont les zones de non-manoeuvrabilité et les zones à survol réglementé de sorte que l'image à laquelle est appliquée la transformée distance à masque de chanfrein est celle de la figure 4 complétée par les zones à survol réglementé. Le profil vertical de vol de consigne respecte la pente minimale de descente compatible avec une panne moteur pour l'aéronef considéré. Il peut être un simple segment rectiligne suivant la pente minimale de descente comme représenté en 30 à la figure 7, ou une courbe plus complexe tenant compte de l'évolution des performances de l'aéronef en fonction de l'altitude. Il conditionne l'accessibilité d'un point au fait que l'altitude prise par l'aéronef en ce point après avoir parcouru un trajet de rejointe de longueur minimale en respectant le profil vertical de vol imposé, reste supérieure à l'élévation du point considéré figurant dans la base de données d'élévations du terrain augmentée d'une marge de sécurité. Cela se traduit, lors de l'application de la transformée distance, par une propagation d'une mesure d'altitude qui s'ajoute à la propagation de mesure de distance et qui est utilisée pour valider une estimation de distance curviligne. En final, les points appartenant à des zones hors de portée car au-dessus des performances de franchissement de l'aéronef dégradées par une panne moteur se retrouvent avec des distances curvilignes estimées très supérieures aux distances à vue, ce qui permet de les distinguer rapidement des autres points de la région sélectionnée pour l'image de travail. Le seuil adopté pour admettre l'appartenance d'un point à une zone hors de portée de l'aéronef peut être la distance maximale à vue des points les plus éloignés de la région sélectionnée pour l'image de travail. La validation d'une estimation de distance curviligne qui repose sur la non-appartenance du point de destination à une zone à contourner et sur une altitude propagée supérieure à l'élévation du point de destination augmentée d'une marge de sécurité, peut être rendue plus sévère par l'application d'autres conditions telle qu'une absence de discontinuités par rapport aux estimations de distance curviligne faites pour les points proches du point de destination, de telles discontinuités signalant des accidents du reliefs contournés par la propagation distance comme cela est décrit dans la demande de brevet français de la demanderesse enregistrée le 19 mars 2004 sous le n 04 02870. La figure 8 illustre un exemple de partage de la région sélectionnée pour l'image de travail dans les deux types de zones : à portée et hors de portée de l'aéronef. Comme dans le cas de la figure 4, les mailles de la grille de localisation géographique qui interceptent ou sont incluses dans une zone 40 inaccessible de l'aéronef, car hors de portée, sont affectées d'une cote de valeur 1. Les autres mailles totalement incluses dans des zones 41 accessibles car à portée de l'aéronef sont affectées d'une cote 0. Les zones non manoeuvrables 20, 20' qui sont représentées dans cette figure 8, de part et d'autre de la position courante de l'aéronef S ne sont admises comme hors de portée que si la différence de hauteur de l'aéronef à sa position courante par rapport aux élévations de leurs points est insuffisante pour permettre à l'aéronef affecté d'une panne moteur, d'effectuer un changement de cap significatif par exemple du plus de 180 .

Par sécurité, on peut compléter les zones hors de portée ainsi obtenues d'une marge latérale C qui tient compte des possibilités de limitation à la liberté de manoeuvre latérale dues à la présence éventuelle de reliefs dans les zones hors de portée La largeur de cette marge latérale C peut être définie de diverses manières. Elle peut avoir une largeur fixe, par exemple de 5 miles nautiques, valeur qui est requise pour les marges latérales vis à vis des reliefs par les procédures à appliquer en cas de descente d'urgence ou correspondre à la valeur de la précision en latéral du suivi de trajectoire par les équipements de bord de l'aéronef dite RNP (sigle tiré de l'expression anglo-saxonne :"Required Navigation Performance"). Elle peut également dépendre des performances en virage de l'aéronef en situation d'urgence, ici en panne moteur. Dans ce cas, la largeur de la marge est la distance latérale minimale MLTDTURN suffisantes pour permettre à l'aéronef de parcourir un hippodrome d'attente de part et d'autre de sa trajectoire courante. La distance latérale minimale MLTDTURN correspond au rayon du cercle circonscrit aux deux trajectoires possibles pour l'hippodrome d'attente augmenté d'une marge de sécurité. Comme montré à la figure 9, les deux trajectoires 70, 71 possibles pour l'hippodrome d'attente forment deux lobes tangents à la trajectoire actuelle 72 de l'aéronef. Chacune d'elles comporte deux longueurs HLD_L réunies par deux demi-tours de rayon HLD_T. Dans la suite, on ne se préoccupe pas de la perte d'altitude car le parcours de l'hippodrome se situe tout entier dans une zone à portée de l'aéronef, c'est à dire dont tous les points peuvent être atteints par l'aéronef avec la marge de hauteur de sécurité. La valeur des longueurs HLD_L est une donnée de configuration définie en temps de vol ou en distance parcourue au sol. La valeur du rayon 3o HLD_T des demi-tours supposés effectués à plat, à vitesse sol GS et à angle de roulis HLD_B constant, répond à la relation : HLD T= GS2 gxtan(HLD B) la vitesse sol GS étant une donnée fournie par les équipements de l'aéronef, HLD_B une donnée de configuration calculée en fonction des performances théoriques de l'aéronef et g l'accélération de la pesanteur. La valeur du rayon HLD_R du cercle 73 circonscrit aux deux 5 trajectoires possibles 70, 71 pour l'hippodrome d'attente, répond à la relation : HLD R = HLD T+ MLTDTURN = - HLD -M+HLD _T 1 + (HLD_L12+HLD T 2 2 10 HLD_M étant une marge de sécurité supplémentaire par rapport au rayon HLD R du cercle circonscrit aux deux trajectoires possibles de l'hippodrome d'attente. Comme montré à la figure 10, le tracé de la frontière 42 entre les zones 41 à portée et les zones 40 hors de portée de l'aéronef en cas de 15 panne moteur peut être obtenu par une extraction polygonale cherchant le contour polygonal englobant un maximum de mailles à cote de valeur 0 tout en excluant toute maille à cote de valeur 1. Il peut également être obtenu par une extraction curviligne cherchant un contour à base d'arcs de cercle et de droites englobant toujours un maximum de mailles de cote 0 tout en excluant 20 toute maille à cote de valeur 1, les rayons des arcs de cercle représentant la distance maximale franchissable dans leur direction par l'aéronef affecté d'une panne moteur. La représentation de ces limites sur une carte de navigation déroulante affichée dans le cockpit d'un aéronef est préférablement une représentation filaire qui peut venir en superposition sur 25 des informations préexistantes. Cette représentation peut être une représentation filaire simple, filaire texturée ou filaire avec des bordures extérieure et intérieure. La figure 11 donne un exemple d'affichage en représentation filaire, des limites de la zone à portée de l'aéronef en cas de panne moteur, 30 sur une carte de navigation déroulante élaborée par un système TAWS de prévention des collisions avec le sol. On distingue un fond de carte décomposant la région survolée en quatre types de zones représentées en fausses couleur : un premier type 50 représenté en noir sans relief menaçant 1HLD LIZ + HLD T2 - 2 En final, la distance latérale minimale MLTDTURN prend la valeur : car très en dessous de l'altitude courante de l'aéronef, un deuxième type 51 représenté en vert sans relief menaçant mais avec des élévations de terrain se rapprochant de l'altitude courante de l'aéronef, un troisième type 52 représenté en jaune avec des reliefs à considérer car avec des élévations de terrain dans la gamme de l'altitude courante de l'aéronef et un quatrième type 53 représenté en rouge avec des reliefs menaçant dépassant l'altitude courante de l'aéronef. Sur la figure 10, qui est en noir et blanc, les couleurs sont remplacées par des textures différentes. Outre ces trois types de régions, la carte de navigation déroulante donne des informations utiles telles que la localisation 54 des aéroports. Dans l'exemple représenté, l'aéronef évolue dans une zone montagneuse et l'affichage des limites 55 de la zone à portée de l'aéronef en cas de panne moteur montre à son équipage qu'il aura la possibilité de rallier l'aéroport 54 dans le cas d'une panne moteur soudaine.

D'autres types d'affichage sont envisageables. Il est notamment possible de doter, à l'intérieur des limites 55 des zones à portée de l'aéronef en cas de panne moteur, le premier type 50 de zones sans relief menaçant, d'une représentation plus fouillée avec un dégradé de couleurs représentatives de la marge de hauteur restante une fois un point atteint, toujours dans l'hypothèse d'une panne moteur. La figure 12 montre un dispositif de mise en oeuvre du procédé d'aide à la navigation qui vient d'être décrit. Ce dispositif se compose essentiellement d'un calculateur 60 associé à une base de données d'élévations du terrain et de zones à survol réglementé 61 et à des dispositifs d'affichage visuel 62. La base de données d'élévations du terrain et de zones à survol réglementé 61 est représentée comme étant embarquée à bord de l'aéronef mais elle peut tout aussi bien être placée au sol et accessible de l'aéronef par radio transmission. Le calculateur 60 peut être un calculateur spécifique à l'aide à la navigation ou un calculateur partagé avec d'autres tâches comme la gestion du vol, le directeur de vol ou le pilote automatique. Pour la détermination des limites des zones de la région survolée à portée de l'aéronef en cas de panne moteur, il reçoit des équipements de navigation 64 de l'aéronef, les principaux paramètres de vol dont la position de l'aéronef en latitude, longitude et altitude, et la direction et l'amplitude de son vecteur vitesse. A partir de ces paramètres de vol et d'instructions éventuelles provenant du pilote de l'aéronef, il détermine à chaque instant la position à la surface du globe terrestre, l'orientation et les dimensions d'une zone d'évolution où rechercher les limites des zones accessibles en cas de panne moteur. Il détermine en suite la forme des zones de non-manoeuvrabilité attachées à la position courante de l'aéronef à partir des paramètres de vol délivrés par les équipements de navigation 64 ainsi que de sa connaissance des performances de l'aéronef en cas de panne moteur. Il extrait ensuite des informations de la base de données d'élévations du terrain et des zones à survol réglementé 61, une grille de localisation géographique sur laquelle il reporte les contours des zones de non-manoeuvrabilité et des zones à survol réglementé pour constituer une image de zones à contourner. Il estime, pour les différents points de cette image de zones à contourner, les marges verticales de hauteur par rapport aux élévations du terrain qui resteraient à l'aéronef s'il parvenait en ces points, par application d'une transformée de distance par propagation à contraintes statique résultant des zones à contourner et dynamique résultant d'un profil vertical de vol imposé, typique d'une panne moteur, depuis un point source proche de la position courante de l'aéronef. Il compare ensuite les estimations de marges verticale obtenues pour les différents points de l'image avec un seuil arbitraire pour affecter les points dont les estimations de marge verticale sont supérieures au seuil, aux zones à portée de l'aéronef en cas de panne moteur et les autres points, aux zones hors de portée de l'aéronef en cas de panne moteur. Il détermine ensuite les contours des zones à portée de l'aéronef en cas de panne moteur par rapport à la grille de localisation. Enfin, il procède à l'élaboration d'une image déroulante de la zone survolée sur laquelle il affiche les contours des zones accessibles en cas de panne moteur. Le calculateur est éventuellement raccordé à un système TAWS qui lui fournit des contours de zones à risque de collision sol à incorporer à l'image déroulante de la zone survolée affichée sur l'écran de visualisation 62.

Lorsque l'aéronef est équipé d'un système de prévention des collisions sol élaborant des solutions d'évitement, les longueurs des trajectoires des solutions d'évitement proposées sont comparées aux estimations de distances curvilignes obtenues au moyen de la transformée de distance par propagation appliquée sous contraintes statique et dynamique, pour détecter le contournement d'éventuels obstacles supplémentaires non signalés.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'aide à la navigation pour aéronef caractérisé en ce qu'il consiste à repérer, sur une carte de navigation élaborée à partir des éléments d'une base de données (61) d'élévations du terrain appartenant à une même région d'évolution, les contours de la ou des zones (41) hors de portée de l'aéronef (S) en raison de performances de franchissement dégradées par une obligation de perdre de l'altitude.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer, sur une carte de navigation élaborée à partir des éléments d'une base de données (61) d'élévations du terrain appartenant à une même région d'évolution, les contours de la ou des zones (41) hors de portée de l'aéronef (S) en raison de performances de franchissement dégradées par une obligation de perdre de I"altitude liée à une situation d'urgence consécutive à une panne moteur.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer, sur une carte de navigation élaborée à partir des éléments d'une base de données (61) d'élévations du terrain appartenant à une même région d'évolution, les contours de la ou des zones (41) hors de portée de l'aéronef (S) en raison de performances de franchissement dégradées par une obligation de perdre de l'altitude liée à une situation d'urgence consécutive à une dépressurisation.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones hors de portée sont assimilées aux ensembles de points de la carte de navigation affectés d'une estimation de marge verticale de hauteur par rapport au relief survolé inférieure à un seuil arbitraire, dans une carte de marges verticales obtenue par comparaison de l'altitude du terrain extraite d'une base de données d'élévations et de l'altitude prévue pour l'aéronef à cette position de la carte compte tenu d'un profil vertical de vol de consigne, correspondant à la pente de descente minimale imposée par l'obligation de perdre de l'altitude.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la carte de marges verticales est établie à partir d'une carte de distances curvilignes obtenue par application, d'une transformée de distance par propagation, aux points d'une image de travail tirée de la base de données d'élévations du terrain (61) avec pour origine, un point au voisinage de la position courante de l'aéronef (S), pour contrainte statique, des zones à contourner comportant des zones (20, 20') non manoeuvrables situées au voisinage de la position courante de l'aéronef (S), et pour contrainte dynamique le profil vertical de vol de consigne (figure 7) avec respect du seuil de marge verticale.

6. Procédé selon la revendication 5, appliqué à un aéronef (S) pourvu d'une base de données (61) répertoriant des zones à survol réglementé en plus des élévations du terrain, caractérisé en ce que la carte de marges verticales est établie à partir d'une carte de distances curvilignes obtenue par application, d'une transformée de distance par propagation, aux points d'une image de travail tirée de la base de données d'élévations du terrain (61) avec pour origine, un point au voisinage de la position courante de l'aéronef (S), pour contrainte statique, des zones à contourner comportant des zones à survol réglementé et des zones (20, 20') non manoeuvrables situées au voisinage de la position courante de l'aéronef (S), et pour contrainte dynamique le profil vertical de vol de consigne (figure

7) avec respect du seuil de marge verticale. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les ensembles de points de la carte de distance curviligne affectés d'estimations de distance curviligne présentant des discontinuités par rapport à des points du voisinage immédiat sont assimilés à des zones hors de portée.

8. Procédé selon la revendication 5, appliqué à un aéronef (S) équipé d'un système (TAWS) de prévention des collisions sol élaborant des solutions d'évitement, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à comparer les longueurs des trajectoires des solutions d'évitement proposées par le système (TAWS) de prévention des collisions sol aux estimations de distances curvilignes faites lors de l'application de la transformée dedistance, pour détecter le contournement d'éventuels obstacles supplémentaires.

9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les zones non manoeuvrables (20, 20') sont déterminées en fonction de l'inertie, du cap, de la route et de la vitesse de l'aéronef ainsi que des performances de l'aéronef en cas de panne moteur.

10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones hors de portée assimilées aux ensembles de points de la carte de navigation affectés d'une estimation de marge verticale de hauteur par rapport au relief survolé inférieure au seuil sont complétées par une marge latérale (C) prenant en compte des possibilités de limitation à la liberté de manoeuvre latérale dues à la présence éventuelle de reliefs dans les zones hors de portée,

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la marge latérale (C) a une largeur de cinq miles nautiques.

12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la marge latérale (C) a une largeur correspondant à la précision en latéral, du suivi de trajectoire par les équipements du bord de l'aéronef.

13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la 25 marge latérale (C) a une largeur correspondant à la distance latérale minimale permettant à l'aéronef de décrire un hippodrome d'attente.

14. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les contours (42, 55) des zones hors de portée (41) incluent une marge externe 30 délimitant les voisinages des zones hors de portée où l'aéronef (S) affecté d'une panne moteur n'a pas une liberté complète d'évolution latérale.

15. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à doter les contours (42, 55) des zones hors de portée (41) 35 d'une représentation filaire. 5 10

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à doter les contours (42, 55) des zones hors de portée (41) d'une représentation filaire texturée.

17. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à doter les contours (42, 55) des zones hors de portée (41) d'une représentation filaire avec des bordures intérieure et extérieure d'aspects différents.

18. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à surimposer les contours (42, 55) des zones hors de portée (41) aux zones (51, 52, 53) signalées par un système (TAWS) de prévention des collision sol comme représentant un danger.