FR2898972A1 - Procede et dispositif de surveillance de l'altitude de vol minimum d'un aeronef - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de surveillance de l'altitude de vol minimum d'un aéronef.Le procédé comporte :- une phase de calcul d'un profil de vol vertical décrivant l'évolution de l'altitude de l'aéronef durant un délai arbitraire compte tenu de sa vitesse et de sa pente instantanées ;- une phase de calcul d'un profil de vol vertical minimal décrivant l'évolution de l'altitude de vol minimale sur la route future de l'aéronef durant le délai compte tenu de son cap et de sa vitesse instantanées, les valeurs d'altitudes minimales étant déterminées pour une couverture de la route de l'aéronef durant le délai par des disques centrés sur des points de la route grâce à des requêtes à une base de données contenant des zones de l'espace aérien correspondant à une altitude de vol minimale, chaque requête retournant les zones intersectées par un disque, l'altitude minimale retenue dans un disque étant la valeur maximale des altitudes minimales par type de zones retournées ;- une phase de génération d'un message d'alerte en fonction de la position relative du profil de vol vertical par rapport au profil de vol vertical minimal.Application : avionique

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE SURVEILLANCE DE L'ALTITUDE DE VOL MINIMUM D'UN

AERONEF La présente invention s'applique dans le domaine de l'avionique et notamment des systèmes de surveillance des risques de collision avec le sol.

Les systèmes TAWS (acronyme anglo-saxon de Terrain Awareness and Warning System ) assurent à l'équipage des aéronefs un certain niveau de connaissance du relief survolé. Ils embarquent un modèle numérique de terrain, qui est une représentation pavée de la surface terrestre, chaque pavé étant associé à l'altitude maximum atteinte par le relief dans le pavé. Cette altitude maximum du relief dans le pavé constitue une altitude plancher à ne pas franchir. II s'agit essentiellement d'éviter la collision avec le sol, lors de manoeuvres d'approche par exemple, des alertes sonores et visuelles étant envoyées à l'équipage le cas échéant. Mais ces alertes de rapprochement ou de proximité par rapport au sol présentent un caractère d'extrême urgence, alors que d'autres critères pourraient permettre d'alerter l'équipage plus tôt et ainsi lui donner plus de temps pour effectuer les manoeuvres d'évitement adéquates. Actuellement, un aéronef peut par exemple passer en dessous de l'altitude minimale réglementaire de la route aérienne qu'il suit sans qu'aucun mécanisme d'information ne se déclenche.

Ce n'est que lorsque l'aéronef risque une collision avec le sol que l'équipage est alerté par le TAWS. Divers organismes diffusent des bases de données aéronautiques concernant la navigation aérienne civile et renfermant, parmi d'autres informations, des altitudes minimales à respecter localement.

Par exemple, on connaît une grille publiée d'altitudes minima dite grid-MORA (acronyme de l'expression anglo-saxonne Minimum Off Route Altitude ) couvrant la quasi-totalité du globe terrestre avec un maillage de 1 degré en latitude et en longitude. Ces altitudes minimales garantissent une marge verticale de sécurité par rapport au relief et aux obstacles au sol de 1000 pieds pour des altitudes inférieures à 7000 pieds et de 2000 pieds au-dessus. Les bases de données aéronautiques, qui sont au format ARINC-424, répertorient également des altitudes réglementaires à respecter, notamment pour les plafonds et planchers des routes aériennes et à proximité des aéroports. Elles peuvent aussi répertorier des consignes d'altitudes minimales préférentielles en provenance des grandes compagnies de transport aérien.

Des fonctions de surveillance spécialisées, éventuellement intégrées aux systèmes TAWS de surveillance des risques de collision avec le sol, pourraient utiliser ces données d'altitudes minimales afin de déclencher des mécanismes d'information bien plus précocement que les alertes levées par les TAWS actuels. Malheureusement, d'origines variées, les données d'altitudes minimales sont souvent redondantes, parfois incohérentes entre elles, ce qui les rend difficiles à exploiter pour la protection à l'encontre des risques de collision avec le sol. Dans une tentative d'exploiter une partie de ces données, le brevet américain référencé US 6,456,940 décrit une méthode et un système d'aide à la navigation aérienne permettant l'affichage permanent d'une altitude minimum de sécurité. Pour cela il tente d'exploiter la structure de l'espace aérien, qui est le résultat du découpage de l'espace aérien en zones de formes diverses. Chaque zone est caractérisée par un type, un type regroupant les zones de même fonction opérationnelle comme l'aide à l'approche d'un aéroport, et chaque zone peut être caractérisée par une altitude plancher et/ou une altitude plafond selon sa fonction opérationnelle. Malheureusement, seules des zones de l'espace aérien imposant une altitude réglementaire plancher pour l'aide à l'approche des aéroports sont prises en compte par ce brevet. Par ailleurs, à partir d'un pavage en cellules de la surface du globe, la précision n'est qu'à la cellule couramment survolée ou à la cellule suivante près. Donc un système selon ce brevet peut parfois indiquer une altitude minimum de sécurité qui en fait n'est pas applicable vu la trajectoire de vol. Ceci peut entraîner des contraintes inutiles, notamment dans certaines situations d'urgence.

L'invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités, en fournissant une façon efficace d'utiliser les données d'altitudes minimales, et notamment en structurant ces données de manière adaptée à l'utilisation qui en est faite. En vol, cela permet d'extraire les données d'altitudes minimales pertinentes à un instant précis en fonction de la position et de la vitesse instantanée de l'aéronef, ainsi que d'informer l'équipage par tout moyen adapté en cas de dérive. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de surveillance de l'altitude de vol minimum d'un aéronef. II comporte une phase de calcul d'un profil de vol vertical décrivant l'évolution de l'altitude de l'aéronef durant un certain délai arbitraire compte tenu de sa vitesse et de sa pente instantanées. II comporte également une phase de calcul d'un profil de vol vertical minimal décrivant l'évolution de l'altitude de vol minimale sur la route future de l'aéronef durant le délai compte tenu de son cap et de sa vitesse instantanées. Les valeurs d'altitudes minimales sont déterminées pour une couverture de la route de l'aéronef durant le délai par des disques centrés sur des points de la route grâce à des requêtes à une base de données contenant des zones de l'espace aérien correspondant à une altitude de vol minimale. Chaque requête retourne les zones intersectées par un disque, l'altitude minimale retenue dans un disque étant la valeur maximale des altitudes minimales par type de zones retournées. Il comporte également une phase de génération d'un message d'alerte en fonction de la position relative du profil de vol vertical par rapport au profil de vol vertical minimal. Par exemple, l'altitude minimale retenue sur les portions de la route couvertes par plusieurs disques peut être la valeur minimale des altitudes minimales par disque. Avantageusement, les disques couvrant la route future de l'aéronef peuvent tous avoir un même rayon assurant que tout point dans la largeur de la route est dans au moins un disque. Les centres des disques couvrant la route future de l'aéronef peuvent également être espacés deux à deux d'une distance assurant que tout point sur la route est dans au moins 2 disques. La largeur de la route peut par ailleurs être fonction de la phase de vol courante. Avantageusement là encore, les requêtes à la base de données peuvent retourner uniquement les zones de l'espace aérien ayant un intérêt opérationnel par rapport au cap suivi par l'aéronef avec une tolérance autour de ce cap. Par exemple, une route aérienne orientée perpendiculairement par rapport au cap n'est manifestement pas suivie par l'aéronef et n'a donc pas d'intérêt opérationnel dans le sens où l'équipage n'a pas besoin d'en avoir connaissance pour assurer sa fonction opérationnelle de pilotage. Les requêtes à la base de données peuvent également retourner uniquement les zones de l'espace aérien ayant un intérêt opérationnel par rapport à la phase de vol courante. Par exemple, les zones dont le type caractérise une fonction opérationnelle d'aide à l'approche d'aéroport n'ont pas d'intérêt opérationnel à altitude de croisière, c'est-à-dire à altitude élevée. Les requêtes à la base de données peuvent retourner des pavés disjoints couvrant toute la surface du globe terrestre, chaque pavé correspondant à une altitude de vol minimale. L'altitude minimale retenue pour ce type de zone dans le disque considéré peut être la plus haute des altitudes minimales des pavés retournés. Les requêtes à la base de données peuvent également retourner des zones circulaires divisées en secteurs angulaires, à chaque secteur angulaire étant associé une altitude de vol minimale. Une telle zone circulaire n'est alors retournée que si elle contient complètement le disque considéré. L'altitude minimale retenue pour la zone circulaire retournée peut être la plus haute des altitudes minimales de ses secteurs intersectant le disque considéré et l'altitude minimale retenue pour ce type de zone dans le disque considéré peut être la plus basse des altitudes minimales des zones circulaires retournées. Les requêtes à la base de données peuvent également retourner des segments de routes aériennes, chaque segment correspondant à une altitude de vol minimale dans le sens aller, une altitude de vol minimale dans le sens retour et une largeur de segment, un segment n'étant retourné que s'il est orienté ;selon le cap suivi par l'aéronef avec une tolérance autour de ce cap et s'il contient complètement le disque considéré. L'altitude minimale retenue pour ce type de zone dans le disque considéré peut être la plus basse des altitudes minimales des segments retournés. Les requêtes à la base de données peuvent également retourner des zones à accès restreint, chaque zone correspondant à une altitude de vol minimale. L'altitude minimale retenue pour ce type de zone dans le disque considéré peut être la plus basse des altitudes minimales des zones à accès restreint retournées.

L'invention a également pour objet un dispositif de surveillance de l'altitude de vol minimum d'un aéronef mettant en oeuvre le procédé précité. II comporte un module de calcul d'un profil de vol vertical de l'aéronef à partir de données cinématiques fournies par un module de navigation. Il comporte également un module de calcul d'un profil de vol vertical minimal à partir de données cinématiques fournies par le module de navigation et à partir de données d'altitudes minimales fournies par une base de données d'altitudes minimales de vol. II comporte également un module de détermination de la position relative du profil de vol vertical par rapport au profil de vol vertical minimal. Il comporte également un module d'information sonore et/ou visuelle permettant d'envoyer un message d'alerte à l'équipage si le profil de vol vertical passe en dessous du profil de vol vertical minimal. Avantageusement, un message peut être envoyé à l'équipage si le profil de vol vertical passe en dessous du profil de vol vertical minimal pour une durée de vol supérieure à un certain délai ou au-delà d'un certain seuil en altitude. Dans un mode de réalisation, la position relative du profil de vol vertical par rapport au profil de vol vertical minimal peut être déterminée selon certains critères à intervalles de temps réguliers, le résultat de la dernière détermination étant mémorisé et un message d'alerte étant envoyé à l'équipage si la valeur du résultat change. Les critères caractérisant la position relative du profil de vol vertical par rapport au profil de vol vertical minimal peuvent dépendre du dernier résultat mémorisé et permettre de limiter l'alternance successive du résultat entre deux valeurs. Avantageusement, un module d'interface homme-machine peut permettre d'inhiber l'envoi de messages d'alerte à l'équipage.

L'invention a pour avantage de diminuer considérablement la taille de la base de données embarquée, qui devient plus compacte. Celle-ci peut passer d'une taille de l'ordre de 100 méga-octets pour des données d'altitudes minimales pas toujours utiles et pouvant présenter des lacunes, à 3 méga-octets seulement pour des données d'altitudes complètes et consolidées à l'échelle mondiale, réellement utiles, et notamment avec toutes les routes aériennes. Les zones lacunaires peuvent être comblées avec des données du modèle numérique de terrain. Les routes aériennes peuvent également être consolidées vis-à-vis de la portée radio et des chaînes montagneuses. Localement, cela peut permettre de voler plus bas sans risque et de pouvoir gérer avec une plus grande souplesse certaines situations d'urgence. Ainsi, la solution de l'invention ne requiert pas de capacité inhabituelle en espace disque ou en espace mémoire. Elle peut être mise en oeuvre sur la plupart des systèmes actuels sans mise à niveau logicielle ou matérielle. Au paramétrage près, comme la périodicité des calculs qui est fonction de l'architecture d'accueil, la solution de l'invention autorise des temps de traitement adaptés à des contraintes dites pseudo temps réel . Cela est notamment dû au fait que toutes les données manipulées sont des objets géométriques simples sur lesquels il n'y a pas d'opération de géométrie sphérique à effectuer, par exemple des orthodromies. Sur les systèmes actuels par exemple, il peut facilement être envisagé une mise en oeuvre du procédé selon l'invention toutes les secondes de progression de l'aéronef. Mais cela peut être adapté aux performances du système et de l'aéronef.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : la figure 1, par un synoptique des exemples de données aéronautiques manipulées par le procédé selon l'invention, la figure 2, par un synoptique des exemples de représentations géométriques de données aéronautiques manipulées par le procédé selon l'invention et leur projection sphérique, la figure 3, par un synoptique une illustration de projection 25 sphérique d'un segment de route aérienne rnanipulée par le procédé selon l'invention, - les figures 4a et 4b, par deux synoptiques un exemple de profil de vol vertical selon l'invention, les figures 5a et 5b, par deux synoptiques un exemple de profil de 30 vol vertical minimal selon l'invention, les figures 6a, 6b et 6c, par trois synoptiques des exemples de positions relatives d'un profil de vol vertical par rapport à un profil de vol de vol vertical minimal, la figure 7, par un synoptique un exemple d'architecture logicielle 35 et matérielle implémentant le procédé selon l'invention.

La figure 1 illustre par un synoptique, des exemples de données aéronautiques de navigation. Celles-ci sont issues de source de données disponibles sous des formats très divers. Elles doivent subir un processus d'uniformisation, par exemple au moyen d'un format pivot comme XML, qui est un méta-langage standard permettant de décrire toutes sortes de données. On distingue sur la figure 1 les formes quadrangulaires d'une tuile 1 de la grid-MORA et d'une zone 11 désignée par l'expression anglo-saxonne de Special Use Aispace , que l'on appellera SUA par la suite. On distingue également la forme circulaire sectorisée d'une zone 2 désignée par l'expression anglo-saxonne de Minimum Sector Altitude , que l'on appellera MSA par la suite. On distingue enfin la forme circulaire d'une portion d'une autre SUA 12. II est à noter que les SUA sont définies par une succession de segments et d'arcs centrés sur des positions définies dans les bases de données de navigation. Ainsi leur géométrie peut être extrêmement irrégulière, ce qui est particulièrement bien illustré par la SUA 12. Pour une tuile 1 de la grid-MORA, de 1 degré de latitude par 1 degré de longitude, une valeur d'altitude de sécurité exprimée en Air Mean Sea Level , que l'on appellera AMSL par la suite, est généralement publiée pour garantir une marge verticale avec le relief de 1000 pieds pour les altitudes inférieures à 7000 pieds et 2000 pieds au-dessus. Les données de la grid-MORA sont publiées par les Etats concernés et sont reprises dans la section AS des bases de données de navigation ARINC-424. Certaines tuiles n'ont pas d'altitude de sécurité associée, c'est pourquoi la grid-MORA est souvent considérée comme incomplète. Pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les coordonnées en latitude et longitude du coin sud-ouest de la tuile 1 sont stockées au format XML, ainsi que l'altitude AMSL de la tuile si elle est connue. Une MSA 2 est un disque centré sur un point de référence 3 associé à une zone aéroportuaire 4. Elle est définie par une liste d'altitudes définies pour des secteurs angulaires 5, 6 et 7 centrés sur la position de référence 3. Selon les cas, la position de référence 3 peut être le point de référence de l'aéroport, ce qui n'est pas le cas sur la figure 1, ou une aide de radio-navigation située à proximité, ou encore un point proche de l'aéroport référencé dans une base de données aéronautique. Les MSA sont publiées par les aéroports concernés et sont reprises dans la section PS des bases de données de navigation ARINC-424. Entre autres, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les codes de l'Organisation de l'Aviation Civile Internationale, que l'on appellera OACI par la suiite, ainsi que les coordonnées en latitude et longitude de l'aéroport et du point de référence sont stockés au format XML, de même que le rayon de la MSA, la liste de ses secteurs angulaires et des altitudes AMSL associées.

Dans le plan horizontal, une route aérienne 8 est publiée sous la forme d'une suite de segments orthodromiques reliant entre autres des points 9 et 10 référencés dans les bases de données aéronautiques. Une orthodromie est le chemin le plus court pour aller d'un point à un autre à la surface du globe terrestre. Dans le plan vertical, une route aérienne est définie par une altitude maximale de vol et deux altitudes minimales de vol, une dans chaque sens de parcours. Les routes aériennes sont publiées par l'OACI et reprises dans la section ER des bases de données de navigation ARINC-424. Entre autres, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le code OACI de la route aérienne ainsi que les codes OACI et les coordonnées en latitude et longitude des points référencés dans l'ordre de parcours sont stockés au format XML. De même la largeur de segment, que l'on désigne par l'expression anglo-saxonne de Required Navigation Performance et que l'on appellera RNP par la suite, qui est la distance maximale en miles nautiques dont on peut s'éloigner de part et d'autre de l'axe de la route aérienne, sans oublier les altitudes minimales de vol dans chaque sens, sont stockées au format XML. Des routes aériennes particulières, désignées par l'expression anglo-saxonne de Preferred routes , sont également publiées pour privilégier les axes d'accès à certaines zones géographiques comme l'Amérique du Nord, l'Australie ou les routes trans-océaniques. Elles sont publiées par l'OACI et reprises dans la section ET des bases de données de navigation ARINC-424. Des zones 11 et 12 de type SUA délimitent des périmètres géographiques dont l'accès est interdit, restreint ou réglementé. Dans le plan horizontal, une SUA est définie par une succession de segments et d'arcs centrés sur des positions définies dans la base de données de navigation, comme une position 13. Dans le plan vertical, une SUA est définie par une limite d'altitude haute et une limite d'altitude basse. Dans le temps, les SUA sont définies par des périodes d'activation. Les SUA sont disponibles dans la section UR des bases de données de navigation ARINC-424. Elles sont également disponibles dans les bases de données DAFIF ( Digital Aeronautical Flight Information File ). Entre autres, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, sont stockés au format XML : le code OACI et le nom de la zone, la limite verticale basse sur la zone, les coordonnées en latitude et longitude, les rayons et les azimuts permettant de définir la 1 o géométrie de la zone. Le processus décrit ici autorise l'ajout conditionné de données fournies par les compagnies aériennes afin de pouvoir intégrer leurs contraintes d'exploitation, comme les Company Routes , les extensions des minima de vol requis pour l'exploitation de certaines lignes aériennes ou 15 les adaptations de l'approche de certains aéroports. Par exemple, les Company Routes sont des cheminements définis par les compagnies pour les aéroports qu'elles desservent. Elles définissent des procédures de décollage, les routes aériennes utilisées et les approches privilégiées. Elles sont publiées par les compagnies au format ARINC-424 et sont reprises 20 dans la section R de cette même base de donnée de navigation. Entre autres, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, sont stockés au format XML le code compagnie de la route, l'aéroport de départ, l'aéroport d'arrivée, les éléments constituant la route en question et l'altitude de croisière sur cette route. 25 La figure 2 illustre par un synoptique des exemples de représentations géométriques de données aéronautiques manipulées par le procédé selon l'invention, en particulier celles des données aéronautiques illustrées par la figure 1. Il s'agit des informations issues des données 30 aéronautiques converties en formes géométriques géo-référencées, en conservant une référence aux données aéronautiques initiales auxquelles elles appartiennent. Toutes les données de caps et d'azimuts sont converties en cap géographique. Des cellules 20 et 21 sont chacune définies par un rectangle dont 35 les cotés sont collinaires avec les méridiens et les parallèles. Les cellules 20 et 21 sont respectivement définies à partir des données aéronautiques initiales que sont la tuile 1 (figure 1) de la grid-MORA et son intersection avec la SUA 11 (figure 1) référencées selon les méridiens et les parallèles. Les cellules 20 et 21 sont représentées par les coordonnées en latitude/longitude du coin sud-ouest de la cellule, par les coordonnées latitude/longitude du coin nord est de la cellule, par l'altitude de la cellule, par la référence d'altitude de la cellule, à savoir AMSL, AGL ( Air to Ground Level ) ou FL ( Flight Level ), et enfin par une référence sur la donnée aéronautique initiale que sont la tuile 1 ou la SUA 11 (figure 1).

Des points fixes 22, 23, 24 et 25 sont chacun définis par une position géo-référencée en latitude/longitude et une référence vers la donnée aéronautique initiale qu'est la route aérienne 8 (figure 1) ou l'un des points référencés 9 ou 10 qu'elle relie. Les points fixes 23 et 24 correspondent aux points référencés 9 et 10 de la route aérienne 8, les points fixes 22 et 25 correspondent aux extrémités des segments de la route aérienne 8 dans la tuile 1. Des points fixes peuvent également être définis à partir des points référencés des Preferred Routes ou des Company Routes , à partir des centres des secteurs de MSA ou de SUA ou encore à partir des sommets décrivant les contours des SUA.

Des secteurs 26 et 27 sont respectivement centrés sur des positions géo-référencées 28 et 29 et sont chacun limités par un rayon et deux gisements. Les secteurs 26 et 27 correspondent aux données aéronautiques que sont la portion circulaire de la SUA 12 centrée sur le point 13 et la MSA 2 centrée sur le point 3 (figure 1). Les secteurs sont représentés par un point référencé, un rayon, deux azimuts formant les limites gauche et droite dans le sens trigonométrique direct, une altitude accompagnée d'une référence d'altitude AMSL, AGL ou FL, et une référence aux données aéronautiques initiales que sont la SUA 12 et la MSA 2. Des segments 30, 31 et 32 sont définis à partir de la route aérienne 8 (figure 1) par un segment de droite sur une orlthodromie, repéré par ses extrémités géo-référencées et une largeur exprimée en distance euclidienne par rapport au segment. Des segments peuvent également être définis à partir des segments des Preferred Routes ou des segments des Company Routes . Les segments sont représentés par un point fixe du début de segment, un point fixe de fin de segment, une largeur de segment, une altitude de segment, une référence d'altitude AMSL, AGL ou FL, une référence sur les points fixes 9 et 10 des extrémités et une référence sur la route aérienne 8. Les segments présentant des altitudes différentes dans les deux directions ont une seule représentation géométrique. L'utilisation de l'altitude minimale de vol en fonction de la direction de parcours est obtenue en accédant aux informations de la donnée aéronautique correspondante. Des polygones convexes peuvent être définis par une suite ordonnée de sommets dans le sens trigonométrique direct, définis par leur position en latitude/longitude. Les polygones convexes sont définis à partir des données aéronautiques que sont les parties de SUA non représentables par des cellules ou des secteurs. Les polygones convexes sont représentés par une limite verticale basse et haute, une référence d'altitude basse et haute AMSL, AGL ou FL, et une référence sur la donnée aéronautique initiale.

Certaines données aéronautiques, dupliquées dans les diverses sources de données, voient également leur représentation géométrique dupliquée. Deux critères permettent de repérer les données dupliquées : l'identifiant, c'est-à-dire la référence de la donnée aéronautique, et sa géométrie. Par exemple, sur la base de leur identifiant, des segments communs à plusieurs routes aériennes et identifiés par leurs extrémités référencées peuvent être repérés. Des MSA centrées sur la même position mais présentant des secteurs différents peuvent également être repérées. Par exemple encore, sur la base de leur géométrie des SUA représentées dans plusieurs bases sources, ARINC-424 et DAFIF couvrant la même zone géographique par exemple, peuvent être repérées. Des secteurs englobés dans plusieurs SUA peuvent également être repérés.

La figure 2 illustre également la projection sphérique des représentations géométriques manipulées par le procédé selon l'invention.

L'objectif est de projeter l'ensemble des informations géo-référencées en latitude/longitude sur une grille sphérique couvrant l'ensemble de la planète, en établissant la liste des formes géo-référencées étant tout ou partiellement incluses dans chacune des cellules de la grille. La grille de projection est définie avec une résolution des tuiles de 1 degré de latitude par 1 degré de longitude, la zone couverte est [S :90 ; N :90] et [W :180 E :180]. Chaque tuile de la grille contient une liste pour chaque type de représentation géométrique précédemment décrites que sont les cellules, les points fixes, les secteurs, les segments et les polygones convexes. Par la suite, on appellera ces types de représentation géométrique des classes d'objets géométriques et par extension de langage on parlera de classe cellule , de classe secteur , de classe segment et de classe polygone . Par extension également, on appellera objet toute instance de représentation géométrique dans une classe d'objets géométriques. Ainsi, à chaque classe est associée une liste d'objets dans cette classe, les listes étant contenues par les tuiles de la grille de projection. Pour chaque tuile, la liste d'objets de la classe cellule contient une cellule pour la grid-MORA applicable et les cellules de SIDA intersectant la tuile courante. Ainsi, la liste des cellules de la tuile 1 contient les cellules 20 et 21.

La liste d'objets de la classe secteur contient les secteurs de MSA ayant une intersection avec la tuile et les secteurs de SUA ayant une intersection avec la tuile. Ainsi la liste des secteurs de la tuile 1 contient les secteurs 26 et 27. La liste d'objets de la classe segment contient les segments des routes aériennes, des Preferred Routes et des Company Routes ayant une intersection avec la tuile courante, bornés aux limites de la tuile. La '/2 largeur des segments à considérer pour évaluer une intersection est par exemple fixée à 10 miles nautiques de part et d'autre du segment décrit par la donnée aéronautique. Comme illustré par la figure 3 avec deux points A et B, la trajectoire entre deux points définissant les extrémités d'un segment est découpée entre lestuiles en considérant que les trajectoires décrites par les routes aériennes sont des orthodromies. Ainsi, un segment 40 représente le plus court chemin entre les 2 points A et B en géométrie euclidienne sur une représentation de Mercator, alors que la suite de segments 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51 et 52 représente le plus court chemin entre A et B en géométrie sphérique. C'est cette dernière représentation, beaucoup plus fidèle à la réalité, qui est retenue ici pour la mise en oeuvre de l'invention. Ainsi, la liste des segments de la tuile 1 contient la liste des segments orthodromiques correspondant au segment 30 (figure 2), la liste des segments orthodromiques correspondant au segment 31 et la liste des segments orthodromiques correspondant au segment 32. Les segments orthodromiques sont calculés par une méthode bien connue par ailleurs. Les points d'intersection des segments avec les bords de la tuile 5 sont ajoutés à la liste des points fixes. Ainsi la liste des points fixes de la tuile 1 contient les points 22, 23, 24 et 25. Pour chaque tuile, la liste d'objets de la classe polygone contient les polygones des SUA ayant une intersection avec la tuile courante, bornés aux limites de la tuile. Les contraintes sur les bornes des cotés des 10 polygones aux bords des tuiles sont identiques à celles décrites pour le découpage des segments. La liste des polygones de la tuile 1 (figure 1) contient le polygone 21.

D'après les bases de données aéronautiques standard, comme la 15 base Jeppesen ou la base EAG par exemple, la valeur d'altitude minimum applicable à un segment de route aérienne est obtenue à partir de la hauteur maximale du terrain relevée dans le rectangle de 10 miles nautiques de demi-largeur axé sur le segment. Cette altitude minimum applicable garantit une marge par rapport au relief de 2000 pieds pour les reliefs au-dessus de 20 5000 pieds et de 1000 pieds pour le relief inférieurs à 5000 pieds en AMSL. Les bases de données terrain utilisées pour déterminer ces valeurs présentent souvent des zones lacunaires et une précision médiocre, en tout cas supérieure à 30" d'angle quand on s'éloigne des aéroports. Par conséquent, si l'on dispose de données terrain plus complètes et/ou plus 25 précises, alors les valeurs d'altitude minimale peuvent être ré-estimées en appliquant la même règle du rectangle de 10 miles nautiques de demi- largeur axé sur le segment et avec les mêmes marges. De même, la grid- MORA présente des cellules de 1 degré par 1 degré pour lesquelles il n'y a pas de valeur publiée par les Etats : calotte polaire sud, une partie de 30 l'Alaska et du Pacifique Sud. D'après la définition de la gricl-MORA, la valeur minimale applicable doit garantir une marge par rapport au relief de 2000 pieds pour les reliefs au-dessus de 5000 pieds et de 1000 pieds pour les reliefs inférieurs à 5000 pieds en AMSL. Les valeurs manquantes de la grid- MORA peuvent être obtenues à partir de la valeur maximale d'altitude relevée dans la base de données à disposition si celle-ci présente une couverture mondiale consolidée en 30" d'arc.

Par exemple, les données générées précédemment peuvent être utilisées pour alimenter une base de données d'altitudes minimum, les données étant accessibles par des moyens adaptés. Les figures qui suivent décrivent un procédé de surveillance embarqué dans un équipement de type TAWS et utilisant une telle base de données. Le procédé vise à la détection et à la signalisation de conditions dans lesquelles un aéronef se rapproche localement de l'altitude minimale de vol. L'objectif opérationnel de la fonction est que l'équipage ait conscience de cette situation et qu'il envisage les manoeuvres correctives si nécessaire. Le principe général consiste à extrapoler le vecteur vitesse de l'aéronef sur une certaine durée pour estimer sa route, à construire le profil des altitudes minimum le long de cette route, à vérifier si les positions prédites durant cette durée se trouvent en deçà des altitudes minimales de vol locales et éventuellement à générer un message audio et/ou graphique en fonction de la situation. Par ailleurs, la fonction peut s'appuyer sur l'évaluation de la situation opérationnelle de l'aéronef afin d'améliorer la pertinence de l'information fournie à l'équipage. Par exemple, des états caractérisant la phase de vol peuvent être les suivants : décollage/approche, montée/descente et croisière. En effet, en fonction de l'état courant, certaines données aéronautiques ne sont pas pertinentes : les MSA, qui sont liées à un aéroport, ne sont pas pertinentes en phase de croisière, qui est une phase de vol à très haute altitude. Ainsi, un moyen d'accès adapté à la base de données des altitudes minimum telle que décrite précédemment peut être que la phase de vol soit l'un des paramètres de requête à la base de données. Le passage de la valeur croisière à une requête exclut alors que celle-ci retourne une MSA. Par contre, les MSA sont particulièrement pertinentes en phases de décollage/approche et en phase de montée/descente. Les MSA doivent donc être retournées par les requêtes ayant reçu en paramètre les valeurs décollage/approche ou montée/descente .

Les figures 4a et 4b illustrent par deux synoptiques un exemple de profil de vol vertical selon l'invention. Le profil de vol vertical selon l'invention décrit l'évolution de l'altitude de l'aéronef à un certain horizon temporel. La figure 4a illustre une trajectoire 62 d'un aéronef 61 dans le plan vertical. Dans ce plan vertical, le profil de vol vertical de l'aéronef 61 est défini par les deux valeurs instantanées que sont la pente P de la trajectoire 62 de l'aéronef et la vitesse au sol V courante de l'aéronef, toutes deux supposées constantes pour une durée d'extrapolation D. La figure 4b illustre l'exemple de la figure 4a dans le plan horizontal. Dans ce plan horizontal, à la trajectoire 62 correspond un cap courant H de l'aéronef, qui définit une route 63 si la vitesse au sol V et le cap H de l'aéronef sont tous deux supposés constants pour la durée d'extrapolation D. Par exemple, la durée D peut être arbitrairement fixée à 30 secondes.

Les figures 5a et 5b illustrent par deux synoptiques un exemple de profil de vol vertical minimal selon l'invention. Le profil de vol vertical minimal selon l'invention décrit les niveaux d'altitude minimum sur la route de l'aéronef à un certain horizon temporel.

La figure 5a illustre la même route 63 dans le plan horizontal que celle illustrée précédemment par la figure 4b, l'aéronef 61 suivant le cap H à la vitesse au sol V pendant une durée d'extrapolation D. Mais sur la figure 5a, la route 63 est également recouverte en distance par des disques 70, 71, 72 ou 73, dont les centres sont distants d'un certain pas d'échantillonnage de la route. Avantageusement, le pas d'échantillonnage est fixé afin que le rayon de tout disque coïncide avec le centre du disque suivant, le rayon des disques étant fixé de telle manière que leurs intersections soient à une distance égale à la largeur de la route. Eventuellement, la largeur considérée peut être la RNP prédéfinie de la route aérienne suivie. Mais avantageusement, la largeur considérée peut être adaptée à la phase de vol, par exemple 0,5 mile nautique en phase de décollage/approche, 1 mile nautique en phase de montée/descente et 1,5 mile nautique en phase de croisière. Ceci correspond à un pas entre les centres des disques et un rayon des disques égaux à 2/'13 multiplié par la largeur de la route.

La figure 5b illustre, pour chacun des disques 70, 71, 72, 73, 74 et 75 le long de la route 63, la valeur d'altitude minimale retenue dans le disque, qui est la valeur maximale des altitudes minimales de vol calculées pour chaque type de zone considéré et extrait par exemple de la base de données. L'accès à la base de données d'altitudes minimales de vol peut être fait au travers d'une interface permettant de décrire un disque d'extraction correspondant aux disques de couverture, de décrire une route à considérer correspondant avantageusement au cap H avec une tolérance, et de décrire des types de zone avantageusement pertinents en fonction de la phase de vol. Les valeurs d'altitudes minimales retenues seront ensuite reportées dans un histogramme qui donne l'altitude en ordonnée en fonction de la distance en abscisse. Pour les tuiles de grid-MORA, si le disque intersecte plusieurs tuiles de 1 degré par 1 degré de latitude/longitude extraites avantageusement de la base de données, la valeur retenue est l'altitude maximale des tuiles concernées. Pour les routes aériennes extraites avantageusement de la base de données, un segment de route aérienne n'est considéré que si d'une part la route 63 de l'avion est dans l'axe de la route aérienne, à 10 près par exemple, et que si le disque considéré se trouve entièrement dans la largeur de la route aérienne d'autre part. La valeur d'altitude minimale retenue dans le disque est l'altitude minimale des segments de routes aériennes concernés. Pour les MSA extraites avantageusement de la base de données, une MSA n'est considérée que si le disque se trouve entièrement dans le rayon de la MSA. Si le disque se trouve à cheval sur plusieurs secteurs d'une même MSA, la valeur d'altitude minimale retenue pour cette MSA est l'altitude maximale des secteurs concernés. La valeur d'altitude minimale retenue dans le disque pour l'ensemble des MSA est l'altitude minimale des altitudes calculées pour chaque MSA. Pour les zones à accès restreint extraites avantageusement de la base de données, l'altitude minimale retenue dans le disque est l'altitude minimale des zones à accès restreint concernées. Une barre 76 représente dans l'histogramme la valeur d'altitude minimale associée au disque 70, une barre 77 représente la valeur d'altitude minimale associée au disque 71, une barre 78 représente la valeur d'altitude minimale associée au disque 72, une barre 79 représente la valeur d'altitude minimale associée au disque 73, une barre 80 représente la valeur d'altitude minimale associée au disque 74, une barre 81 représente la valeur d'altitude minimale associée au disque 75. Un profil de vol vertical minimal 82, en pointillés sur la figure 5b, est obtenu en concaténant sur le déroulé en distance les valeurs d'altitudes minimales pour chacun des disques le long de la route 63. Pour les zones de recouvrement, c'est la valeur minimale des altitudes minimales qui est retenue. Il reste à comparer le profil de vol vertical de la figure 4a avec le profil de vol vertical minimal de la figure 5b pour déterminer si la situation est anormale et éventuellement décider la génération d'un message à l'équipage.

Les figures 6a, 6b et 6c illustrent par trois synoptiques des exemples de positions relatives du profil de vol vertical 62 de l'aéronef 61 par rapport à son profil de vol vertical minimal 82 décrit précédemment. Les figures 6a et 6b illustrent également une logique d'activation pour la génération de messages d'information alertant l'équipage. Elle repose sur deux conditions de déclenchement, l'une en temps et l'autre en marge verticale.

La figure 6a illustre la condition en temps, qui est avantageusement remplie dès lors qu'au moins n échantillons du profil de vol vertical, échantillonné arbitrairement avec un pas de P secondes, se trouvent en deçà du profil de vol vertical minimal. Comme illustré par la figure, ceci revient à dire qu'un message est engendré dès que l'aéronef est en passe de voler en dessous du profil de vol vertical minimal pendant un temps supérieur à T = P x n, ce qui correspond à une distance de vol supérieure à T x V. La figure 6b illustre la condition en marge verticale, qui est avantageusement remplie dès lors qu'au moins un point du profil de vol vertical se trouve plus de M1 pieds en dessous du profil de vol vertical minimal. La valeur de la marge M1 dépend de l'altitude du point en question. Par exemple, selon que cette altitude est supérieure ou inférieure à une valeur limite de 5000 pieds, la marge M1 peut valoir respectivement 2000 pieds ou 1000 pieds. La figure 6c illustre également une logique d'inhibition pour la 35 génération de messages d'information à l'équipage. Elle repose sur une condition en marge verticale, qui est remplie dès lors que pour tout point évalué du profil de vol vertical, la différence d'altitude avec le profil de vol vertical minimal est supérieure à une marge M2, 400 pieds par exemple.

Les logiques d'activation et d'inhibition pour la génération des messages peuvent avantageusement inclure un filtrage d'hystérésis afin d'éviter les activations/inhibitions successives en cas de vol dans des conditions aux limites du déclenchement. Par exemple, un tel filtrage peut être mis en oeuvre grâce à un automate d'états fini. Chaque état de l'automate caractérise une situation d'alerte synthétique du profil de vol vertical par rapport au profil de vol vertical minimal et les transitions de l'automate permettant de quitter un état d'alerte ne sont avantageusement pas déclenchées sur des évènements simplement opposés à ceux ayant permis d'atteindre cet état. Les évènements déclenchant une transition permettant de quitter un état d'alerte sont plus exigeants que ceux ayant permis de l'atteindre. Par exemple, ceci peut éviter le clignotement d'éventuels signaux d'alerte lumineux en début d'alerte et en fin d'alerte. Dans certains cas, notamment lors des approches, il n'est pas pertinent de présenter des messages à l'équipage. Un mécanisme additionnel d'inhibition peut avantageusement empêcher l'émission, mais sans changer le fonctionnement de la machine d'état. De cette façon, si le pilote sort des conditions d'inhibition de l'approche, un message peut être généré immédiatement, sans repasser par un état particulier de l'automate. Les conditions de cette inhibition peuvent dépendre de l'activation/désactivation de certains systèmes, de l'état du train d'atterrissage ou encore de la proximité géographique de l'aéronef par rapport à un aéroport.

La figure 7 illustre par un synoptique un exemple d'architecture logicielle et matérielle mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, ceci au sein d'un TAWS 98. Un équipement d'interface homme-machine 97 permet au pilote au moins d'activer ou d'inhiber la fonction de surveillance de l'altitude minimum, par exemple c'est un simple bouton à 2 positions. Dans un mode de réalisation plus complexe, l'équipement 97 peut également permettre de sélectionner des données utilisables dans la base de données ou de sélectionner un mode de représentation graphique. Lorsque la fonction de surveillance de l'altitude minimum est activée, un module logiciel 94 peut calculer le profil de vol vertical de l'aéronef grâce aux données de vol comme la position, la vitesse et l'altitude, fournies par des équipements de navigation 95. Un module logiciel 90 peut calculer le profil de vol vertical minimal grâce aux données d'altitudes minimales fournies par une base de données 96 d'altitudes minimales de vol, comme la grid-MORA, les MSA, les routes aériennes et les SUA. La base de donnée 96 offre des données, une structure et des requêtes particulièrement adaptées à l'utilisation par le module logiciel 90. Le module 90 compare ensuite le profil de vol vertical minimal au profil de vol vertical. L'information peut être présentée au pilote sous la forme de messages audio. Par exemple, le module logiciel 90 peut générer des messages à destination d'un module 91 en charge de la gestion des alertes, les messages comprenant un type de message, un nombre de répétitions, un délai inter-répétition, un niveau sonore et un booléen de message nouveau. Un équipement 92 en charge de la génération des sons active par exemple un message lorsque le message est le plus prioritaire parmi ceux présents, lorsque le nombre de répétitions est non nul et lorsque le délai inter-répétition est écoulé. Dans certains cas, l'information d'altitude minimale de vol peut être présentée au pilote grâce à une console de visualisation 93, du type Navigation Display pour présentation d'une position d'activation dans le plan horizontal et/ou Vertical Display pour présentation d'une altitude de déclenchement dans le plan vertical, avec une seule répétition.

L'invention permet notamment de diminuer considérablement la taille de la base de données embarquée, qui devient plus compacte. Celle-ci peut passer d'une taille de l'ordre de 100 méga-octets pour des données d'altitudes minimales pas toujours utiles et pouvant présenter des lacunes, à 3 méga-octets seulement pour des données d'altitudes complètes et consolidées à l'échelle mondiale, réellement utiles, et notamment avec toutes les routes aériennes. Les zones lacunaires peuvent être comblées avec des données du modèle numérique de terrain. Les routes aériennes peuvent également être consolidées vis-à-vis de la portée radio et des chaînes montagneuses. Localement, cela peut permettre de voler plus bas sans risque et de pouvoir gérer avec une plus grande souplesse certaines situations d'urgence. Ainsi, la solution de l'invention ne requiert pas de capacité inhabituelle en espace disque ou en espace mémoire. Elle peut être mise en oeuvre sur la plupart des systèmes actuels sans mise à niveau logicielle ou matérielle. Au paramétrage près, comme la périodicité des calculs qui est fonction de l'architecture d'accueil, la solution de l'invention autorise des temps de traitement adaptés à des contraintes dites pseudo temps réel . Cela est notamment dû au fait que toutes les données manipulées sont des objets géométriques simples sur lesquels il n'y a pas d'opération de géométrie sphérique à effectuer, par exemple des orthodromies. Sur les systèmes actuels par exemple, il peut facilement être envisagé une mise en oeuvre du procédé selon l'invention toutes les secondes de progression de l'aéronef. Mais cela peut être adapté aux performances du système et de l'aéronef.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1. Procédé de surveillance de l'altitude de vol minimum d'un aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte : - une phase de calcul d'un profil de vol vertical décrivant l'évolution de l'altitude (62) de l'aéronef durant un délai arbitraire (D) compte tenu de sa vitesse (V) et de sa pente (P) instantanées ; - une phase de calcul d'un profil de vol vertical minimal décrivant l'évolution de l'altitude de vol minimale (82) sur la route future (63) de l'aéronef durant le délai (D) compte tenu de son cap (H) et de sa vitesse (V) instantanées, les valeurs d'altitudes minimales étant déterminées pour une couverture de la route (63) de l'aéronef durant le délai (D) par des disques (70, 71, 72, 73, 74, 75) centrés sur des points de la route (63) grâce à des requêtes à une base de données (96) contenant des zones de l'espace aérien (1, 2, 8, 11, 12) correspondant à une altitude de vol minimale, chaque requête retournant les zones intersectées par un disque, l'altitude minimale retenue dans un disque étant la valeur maximale des altitudes minimales par type de zones retournées ; - une phase de génération d'un message d'alerte en fonction de la position relative du profil de vol vertical (62) par rapport au profil de vol vertical minimal (82).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'altitude minimale retenue sur les portions de la route (63) couvertes par plusieurs disques (70, 71, 72, 73, 74, 75) est la valeur minimale des altitudes minimales par disque.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que tous les disques (70, 71, 72, 73, 74, 75) couvrant la route future (63) de l'aéronef ont un même rayon assurant que tout point dans la largeur de la route (63) est dans au moins un disque.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les centres des disques (70, 71, 72, 73, 74, 75) couvrant la route future (63) de l'aéronef sont espacés deux à deux d'une distance assurant que tout point sur la route (63) est dans au moins 2 disques. 30

5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la largeur de la route est fonction de la phase de vol courante.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les requêtes à la base de données (96) retournent uniquement les zones de l'espace aérien (1, 2, 8, 11, 12) ayant un intérêt opérationnel par rapport au cap suivi par l'aéronef (H) avec une tolérance autour de ce cap.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les requêtes à la base de données (96) retournent uniquement les zones de l'espace aérien (1, 2, 8, 11, 12) ayant un intérêt opérationnel par rapport à la phase de vol courante.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les requêtes à la base de données (96) retournent des pavés (20) disjoints couvrant la surface du globe terrestre, chaque pavé correspondant à une altitude de vol minimale, l'altitude minimale retenue pour ce type de zone dans le disque considéré (70, 71, 72, 73, 74, 75) étant la plus haute des altitudes minimales des pavés retournés.

9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les requêtes à la base de données (96) retournent des zones circulaires divisées en secteurs (27), chaque secteur correspondant à une altitude de vol minimale, une zone circulaire n'étant retournée que si elle contient complètement le disque considéré (70, 71, 72, 73, 74, 75), l'altitude minimale retenue pour la zone circulaire retournée étant la plus haute des altitudes minimales de ses secteurs intersectant le disque considéré et l'altitude minimale retenue pour ce type de zone dans le disque considéré étant la plus basse des altitudes minimales des zones circulaires retournées.

10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les requêtes à la base de données (96) retournent des segments de routes aériennes (30, 35 31, 32), chaque segment correspondant à une altitude de vol minimaledans le sens aller, une altitude de vol minimale dans le ; sens retour et une largeur de segment (RNP), un segment n'étant retourné que s'il est orienté selon le cap suivi par l'aéronef (H) avec une tolérance autour de ce cap et s'il contient complètement le disque considéré (70, 71, 72, 73, 74, 75), l'altitude minimale retenue pour ce type de zone dans le disque considéré étant la plus basse des altitudes minimales des segments retournés.

11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les requêtes à la base de données (96) retournent des zones à accès restreint (21, 26), chaque zone correspondant à une altitude de vol minimale, l'altitude minimale retenue pour ce type de zone dans le disque considéré (70, 71, 72, 73, 74, 75) étant la plus basse des altitudes minimales des zones à accès restreint retournées.

12. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte : - un module de calcul du profil de vol vertical (94) de l'aéronef grâce aux données cinématiques (V,P) fournies par un module de navigation (95) ; - un module de calcul du profil de vol vertical minimal (90) grâce aux données cinématiques (V,H) fournies par le module de navigation (95) et grâce aux données d'altitudes minimales fournies par une base de données (96) d'altitudes minimales de vol ; - un module (90) de détermination de la position relative du profil de vol vertical par rapport au profil de vol vertical minimal ; - un module d'information sonore et/ou visuelle (91, 92, 93) permettant d'envoyer un message d'alerte à l'équipage si le profil de vol vertical passe en dessous du profil de vol vertical minimal.

13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un message est envoyé à l'équipage si le profil de vol vertical passe en dessous du profil de vol vertical minimal pour une durée de vol supérieure à un certain délai.

14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un message est envoyé à l'équipage si le profil de vol vertical passe en dessous du profil de vol vertical minimal au-delà d'un certain seuil en altitude (Ml).

15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la position relative du profil de vol vertical par rapport au profil de vol vertical minimal est déterminée selon certains critères à intervalles de temps réguliers, le résultat de la dernière détermination étant mémorisé et un message d'alerte étant envoyé à l'équipage si la valeur du résultat change.

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les critères caractérisant la position relative du profil de vol vertical par rapport au profil de vol vertical minimal dépendent du dernier résultat mémorisé et permettent de limiter l'alternance successive du résultat entre deux valeurs.

17. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'un module d'interface homme-machine (97) permet d'inhiber l'envoi de messages d'alerte à l'équipage.20