FR2913800A1 - Dispositif et procedes de filtrage d'alertes anti-collision de terrain et d'obstacles pour aeronef - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif et des procédés de filtrage d'alertes anti-collision pour aéronef comprenant au moins les équipements suivants :. un système de localisation repérant la position de l'aéronef et estimant la précision de sa position ;. un système de navigation de l'aéronef calculant au moins la vitesse réelle de l'aéronef, la consigne de vitesse et un premier écart entre la consigne et la vitesse réelle, ledit écart étant comparé à un premier seuil de dépassement de référence ;. Un système d'anti-collision générant des alertes ;. un gestionnaire d'alarmes de l'aéronef centralisant les alertes transmises par les équipements d'anti-collision de terrain de l'aéronef à l'équipage, lesdites alertes possédant chacune un codage du niveau de danger, lesdits niveaux de danger faisant partis d'un premier ensemble prédéterminé.Le filtre d'alertes selon l'invention filtre des ensembles d'alertes selon le codage de leur niveau de danger.
Description
Dispositifs et procédés de filtrage d'alertes anti-collision de terrain et
d'obstacles pour aéronef La présente invention concerne un procédé de filtrage d'alertes anti-collision pour aéronef. Elle s'applique plus particulièrement à la surveillance de l'anticollision avec le terrain et les obstacles artificiels dans des contextes tels que des vols civils dans des couloirs étroits, des vols de mission en altitude et marges latérales réduites ou des vols d'hélicoptères de contour du relief. Le procédé selon l'invention concerne le filtrage d'alertes anticollision, lorsque l'aéronef est à proximité du relief et des obstacles, et plus particulièrement concerne les aéronefs comprenant une fonction préventive de détection de collision avec des obstacles visant la prévention des accidents aéronautiques dans lesquels un aéronef resté manoeuvrable s"écrase au sol ou contre un obstacle et ce, le cas échéant, malgré des alertes et alarmes préalables. Ce type d'accident est connu dans la littérature technique sous l'acronyme CFIT tiré de l'expression anglo-saxonne "Controlled Flight Into Terrain". Alors qu'il constituait dans le passé une proportion importante des catastrophes aériennes, les accidents de type CFITs sont désormais évités pour la plupart, grâce à des manoeuvres d'évitement du terrain effectuées par les équipages sous l'incitation d'alertes et alarmes provenant de systèmes embarqués de signalisation automatique des risques de collision avec le terrain et les obstacles connus sous le vocable TAWS (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne : "Terrain ,Awareness & Alerting Systems"), dont font partie le système GCAS (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne: "Ground Collision Avoidance System") et le système T2CAS (acronyme tiré de l'expression anglo-saxonne " Terrain & Traffic Collision Avoidance System") développés et commercialisés par la société Thales. La consigne donnée à un équipage d'aéronef confronté à un risque de collision avec le terrain ou les obstacles est d'engager une manoeuvre d'évitement conforme à une procédure d'évitement prédéfinie qui correspond à une pure manoeuvre d'évitement vertical dite "Pull-Up", consistant en une montée utilisant les meilleures performances de l'aéronef,
2 manoeuvre dite "manoeuvre standard d'évitement" ou encore "SVRM" acronyme anglo-saxon pour "Standard Vertical Recovery Manoeuver". Des équipements embarqués signalant, de manière automatique, les situations de vol entraînant des risques de collision avec le terrain et les obstacles, suffisamment à l'avance pour qu'une manoeuvre effective d'évitement vertical soit efficace ont été développés ces dernières années. Parmi ces équipements, les systèmes TAWS sont les plus performants car faisant appel à une fonction dite FLTA (acronyme de l'expression anglo-saxonne: "Forward Looking Terrain Avoidance") qui regarde, en avant de l'aéronef, le long et en dessous de sa trajectoire en vertical et en latéral, s'il y a un risque potentiel de collision avec le terrain et les obstacles. Le principe des systèmes TAWS est basé sur la surveillance de la pénétration du terrain et des obstacles dans un ou plusieurs volumes de protection liés à l'aéronef à partir d'une modélisation du terrain survolé. Les reliefs de la région survolée sont répertoriés dans une carte numérique accessible de l'aéronef. La position de l'aéronef par rapport à la région survolée est fournie par un équipement de vol tel que : centrale inertielle, récepteur de positionnement par satellites, baro-altimètre, radio-altimètre ou une combinaison entre plusieurs de ces senseurs. Les volumes de protection liés à l'aéronef sont avantageusement définis de manière à contenir une modélisation de la trajectoire de manoeuvre standard d'évitement vertical engagée à plus ou moins bref échéance à partir de la trajectoire suivie par l'aéronef prédite à partir des paramètres de vol délivrés par les équipements de vol de l'aéronef, en supposant que l'aéronef conserve son vecteur vitesse sol ou sur trajectoire. Les volumes de protection liés à l'aéronef sont en général au nombre de deux, de tailles échelonnées, le plus avancé étant utilisé pour donner une alerte signifiant à l'équipage de l'aéronef que la trajjectoire suivie devra être modifiée à moyen terme pour éviter le terrain, et le plus proche étant utilisé pour donner une alarme signifiant à l'équipage de l'aéronef qu'il doit engager effectivement, de toute urgence, une manoeuvre d'évitement vertical. Pour davantage de détails sur les concepts mis en oeuvre dans les systèmes TAWS, on peut se reporter, avec profit, aux brevets américains US 5,488,563, US 5,414,631, US 5,638,282, US 5,677,842, US 6,088,654,
3 US 6,317,663, US 6,480,120 et aux demandes de brevet français FR 2.813.963, FR 2.842.594, FR 2.848661, FR 2.860.292, FR 2.864.270, FR 2.864.312, FR 2.867.851, FR 2.868.835. Cependant, une nuisance opérationnelle potentiellement générée par de tels systèmes est l'apparition d'un alerte intempestive liée à une évaluation erronée de la situation de l'aéronef vis à vis du terrain et des obstacles environnants. Il existe donc un besoin dans les systèmes TAWS opérationnels d'une adaptation des logiques de déclenchement d'alertes dans des situations de vol pour lesquelles les méthodes classiques sont inadaptées à cause de la configuration locale particulière du relief et des obstacles. Il peut s'agir d'un environnement dans lequel l'aéronef est amené à évoluer, par procédure, dans des couloirs de vols contraints, de faible largeur et à proximité immédiate des reliefs environnants. Par le développement des performances des systèmes de navigation et de guidage, de telles procédures, connues par exemple sous le nom de procédure RNP-0.1 voient le jour (RNP est l'acronyme anglo-saxon pour Required Navigation Performance décrivant la précision minimale de guidage requise par la chaîne de traitement complète de l'aéronef en charge du guidage ; 0.1 est la largeur du corridor imposé).
Dans de telles situations, que l'on qualifiera de maîtrisées dans la suite, l'aéronef est amené à suivre une trajectoire stricte, publiée par les autorités aéronautiques et garantie pour être sans conflit avec le relief et les obstacles. Les systèmes de navigation/guidage et leurs dispositifs de contrôles internes garantissent l'intégrité courante du vol en surveillant les dérives éventuelles du corridor imposé. De fait, tant que ces systèmes ne détectent pas de conditions imposant d'abandonner le déroulement de la procédure, il n'y a pas de risque opérationnel réel puisque les procédures ont été validées en vol. Néanmoins, la ségrégation des systèmes de navigation et de surveillance dans les aéronefs impose de disposer de moyens de surveillance externes et aussi indépendants que possible afin d'assurer un filet de sécurité permettant de détecter des dysfonctionnements éventuels des systèmes de navigation et de guidage et de leurs fonctions de contrôle internes.35
4 Compte tenu de la proximité du relief et des obstacles lors du déroulement de phases de vol maîtrisées de guidage et de pilotage de l'aéronef, il est possible, selon le contexte de l'aéronef et des données intrinsèques à l'aéronef, telles que des données topographiques, que le système de surveillance d'anti-collision engendre une gêne pour l'équipage. Cette gêne est due à un trop grand nombre d'alertes d'anti-collision transmises à l'équipage qui ne reflètent pas toujours un danger immédiat ou réel pour l'aéronef. Le problème consiste donc à réduire le taux de fausses alertes qui provoquent des nuisances opérationnelles pour l'équipage. Ce taux de fausses alertes a naturellement tendance à augmenter au fur et à mesure que le vol se déroule à proximité du relief, compte tenu : • Des incertitudes de position ; • De la granularité de la base de données topographiques ; • Des hypothèses de trajectoires élaborées par le système de surveillance pour estimer le chemin le plus probable suivi par l'aéronef dans les secondes à venir.
La réalisation de ce type de mission avec les équipements actuels disponibles sur le marché est reconnue pour être fréquemment soumise à des détections intempestives de situation d'alertes erronées, générant ainsi des nuisances sonores pour l'équipage et des conséquences opérationnelles notables. Le pilote est amené, dans le pire des cas, à débrancher le dispositif de surveillance réduisant alors le niveau de sécurité de la mission.
Une solution actuellement proposée par les équipements du marché consiste simplement à préconiser dans le manuel de vol de supprimer temporairement ou définitivement les alertes sonores apparues. Cette solution réduit de fait la sécurité du vol, puisque le contrôle des moyens de navigation et guidage n'est plus assuré.
Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de filtrage d'alertes et un filtre associé ayant pour objectif de filtrer les alertes sonores et/ou visuelles après une analyse de la conformité du déroulement du vol selon des paramètres restituant notamment la fidélité de la trajectoire réelle de l'aéronef avec la trajectoire théorique. L'invention permet notamment d'analyser des informations relatives à l'aéronef, telles que ses écarts de position, ses écarts angulaires 5 latéral et vertical de sa trajectoire ou encore des écarts de sa vitesse. L'analyse de ces données permet d'établir un critère favorable ou non de filtrage des alertes anti-collision, le filtrage s'effectuant selon la capacité d'évitement de l'aéronef et du degré de dangerosité des alertes.
L'invention concerne un dispositif de filtrage d'alerte d'anti- collision pour aéronef selon l'invention, ledit aéronef comprenant : • un système de localisation repérant la position de l'aéronef à chaque instant et estimant la précision de sa position ; • un système de navigation de l'aéronef calculant au moins la vitesse réelle de l'aéronef, la consigne de vitesse et un premier écart entre la consigne et la vitesse réelle, ledit écart étant comparé à un premier seuil de dépassement de référence ; • un système d'anti-collision générant des alertes ; • un gestionnaire d'alarmes ^de l'aéronef centralisant les alertes transmises par les équipements d'anti-collision de terrain de l'aéronef à l'équipage, lesdites alertes possédant chacune un codage du niveau de danger, lesdits niveaux de danger faisant partis d'un premier ensemble prédéterminé ; ledit dispositif comprenant un filtre d'alertes filtrant des ensembles 25 d'alertes selon le codage de leur niveau de danger.
Avantageusement, un procédé de filtrage des alertes comporte : • une première étape comprenant au moins une mesure de l'incertitude de la position de l'aéronef ; 30 • une seconde étape de filtrage d'alertes réalisée par le filtre d'alertes, lorsque l'incertitude de la position est inférieure à une marge prédéfinie ; • une troisième étape de transmission des alertes non filtrées au gestionnaire d'alarmes de l'aéronef réalisée par le filtre d'alertes. 35 6 Avantageusement, la première étape comprend une vérification des informations de fonctionnement et d'intégrité des systèmes de navigation et de guidage utilisés. L'incertitude de position est considérée supérieure à toute marge de tolérance dès qu'un des systèmes impliqués dans la 5 navigation et le guidage n'est pas activé ni en mesure d'assurer sa fonction avec le niveau d'intégrité requis.
Avantageusement, la première étape comprend une analyse des écarts angulaires vertical et latéral de la trajectoire réelle par rapport à la 10 trajectoire théorique et la seconde étape comprend un filtrage d'un ensemble d'alertes en fonction de leur niveau de danger lorsque les écarts vertical et latéral ne dépassent pas respectivement une seconde et une troisième valeurs seuils prédéfinies.
15 Avantageusement, ledit aéronef comprend un système de guidage de l'aéronef permettant de comparer la trajectoire réelle de l'aéronef et la trajectoire théorique, un écart vertical et un écart latéral étant comparés à un second et un troisième seuil de dépassement de référence. Avantageusement, la première étape comprend une analyse de 20 l'écart de vitesse de l'aéronef et la seconde étape comprend un filtrage d'un ensemble d'alertes en fonction de leur niveau de danger lorsque l'écart de vitesse est plus faible q'une quatrième valeur seuil prédéfinie.
Avantageusement, l'aéronef possède une capacité d'évitement 25 mesurée à partir au moins du type d'aéronef, de son poids et de sa vitesse et comprenant une base de données topographiques et un calcul d'un profil du terrain survolé, ledit profil étant calculé sur un espace couvert par les trajectoires possibles de l'aéronef dans un angle donné pendant un laps de temps donné à partir d'obstacles référencés dans la base de données 30 topographiques. Avantageusement, la première étape comprend le calcul d'un critère de collision à partir de l'évaluation de la capacité d'évitement de l'aéronef et du profil de terrain survolé, et que la seconde étape comprend la comparaison de ce critère avec une cinquième valeur seuil prédéfinie. 35 Avantageusement, le filtrage des alertes est réalisé selon un codage comprenant trois niveaux, dont un premier niveau, appelé CAUTION, est filtré lorsque l'incertitude de la position est inférieure à une marge prédéfinie et que la seconde et troisième valeurs seuils prédéfinies ne sont pas dépassées. Avantageusement, le second niveau, appelé WARNING, est filtré lorsque au moins l'incertitude de la position est inférieure à une marge prédéfinie et que la seconde, troisième et la quatrième valeurs seuils prédéfinies ne sont pas dépassées, Avantageusement, les alertes sont des alertes sonores.
Avantageusement, le dispositif comprend trois filtres d'alertes filtrant des ensembles d'alertes selon le codage de leur niveau de danger.
Avantageusement, le dispositif de filtrage d'alertes anti-collision pour aéronef comprend une fonction de comparaison des alertes filtrées par les trois filtres, caractérisé en ce qu'en cas de non concordance des trois filtrages d'une alerte, la fonction transmette l'alerte au gestionnaire d'alarme.
Avantageusement, le dispositif de filtrage d'alertes anti-collision pour aéronef comprend une fonction de comparaison des alertes filtrées par les trois filtres, caractérisé en ce qu'en cas de non concordance des trois filtrages d'une alerte, la fonction transmette l'alerte au gestionnaire d'alarme si au moins deux filtres n'ont pas filtré l'alerte.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent : • la figure 1 : le diagramme d'analyse des données par le filtre 30 d'alertes ; • la figure 2a : un couloir aérien et les marges de sécurité ; • la figure 2b : l'intersection des limites d'un couloirs aérien et des périmètres des trajectoires extrapolées d'un aéronef ; • la figure 2c : une trajectoire extrapolée d'un aéronef lors d'une 35 procédure d'évitement vertical d'un obstacle, par exemple ; • la figure 3: le diagramme fonctionnel du filtrage des alertes anticollision ; • la figure 4 : le synoptique de redondance des filtres d'alertes anticollision pour un procédé de filtrage sécurisé.
La figure 1 présente un schéma fonctionnel des équipements intervenant dans un système d'anti-collision et leurs différents échanges d'informations. Ces informations échangées sont de deux natures différentes, d'une part, elles comportent des données propres à l'aéronef, telles que sa position, sa vitesse, sa trajectoire, ses performances et des données de guidage, des consignes de vol, par exemple et d'autre part, elles comportent des données intrinsèques à l'aéronef, telles que des données de terrain, des informations référencées utiles pour l'aéronef dans des bases de données, par exemple des pistes d'atterrissage, et des données de navigation aérienne, par exemple des informations de balisage ou de couloirs aériens.
Le procédé et le filtre selon l'invention permettent notamment dans un contexte opérationnel donné, d'évaluer la situation de l'aéronef en particulier en analysant les informations de positionnement, de navigation et de guidage, afin d'autoriser, selon les performances de l'aéronef et la topologie du terrain, un filtrage d'alertes, plus particulièrement des alertes pouvant occasionner une gêne pour l'équipage.
Une évaluation de la situation de navigation est réalisée par une fonction 2 d'estimation de la situation de navigation pour vérifier la conformité des conditions de déplacement de l'aéronef avec les conditions théoriques. En particulier cette fonction s'appuie sur les données instantanées fournies par les systèmes de navigation et de guidage décrivant leur état de fonctionnement et d'intégrité. L'incertitude de position sera considérée supérieure à toute marge de tolérance dès qu'un des systèmes impliqués dans la navigation et le guidage n'est pas activé ni en mesure d'assurer sa fonction avec le niveau d'intégrité requis. Par ailleurs, elle s'appuie d'une part sur les données instantanées de localisation, de trajectoire de l'aéronef, et de guidage et d'autres part sur des données provenant d'une base de données 8 de navigation. Les écarts relatifs à la situation peuvent être, par exemple, un écart de position de l'aéronef par rapport à sa position théorique, cette dernière position étant calculée à partir de sa trajectoire théorique en mode automatique par exemple, et sa position réelle instantanée mesurée à partir du système de localisation, de type GPS par exemple. L'écart entre la position théorique et la position réelle peut provenir notamment d'une précision insuffisante des systèmes de localisation, d'un changement de w route de l'aéronef en mode manuel, un atterrissage en urgence, d'une dérive liée à des conditions extérieures telle que le vent. Dans le cas d'un écart important ou supérieur à un seuil prédéfini, aucune action de filtrage d'alertes ne sera entreprise. Un filtre 1 d'alertes perrnet, à partir de données d'entrées 15 provenant de la fonction 2 d'estimation de la situation de navigation, d'appliquer des règles de filtrage. Un calculateur est intégré au filtre 1. Les alertes non filtrées par le filtre 1 sont ensuite transmises à l'équipage par le biais d'un écran de visualisation ou un dispositif auditif pour les alertes sonores. 20 D'une manière analogue, les données relatives à la trajectoire de l'aéronef tel que les écarts angulaires latéraux et/ou verticaux par rapport à une trajectoire idéale provenant du système de navigation de l'aéronef permettent de connaître et de juger de l'intégrité de la trajectoire de l'aéronef. Dès qu'un écart ou une cornbinaison d'écarts de ces paramètres 25 dépasse un seuil de tolérance au-delà duquel on peut considérer que les performances de navigation requises pour assurer la continuité du vol en mode automatique ne sont pas remplies, la fonction 2 d'estimation de la situation de navigation émet un avis négatif sur la possibilité de filtrage d'une éventuelle alerte anti-collision de terrain. 30 Par ailleurs, un troisième critère relatif aux données propres de l'aéronef est sa vitesse et l'écart de sa vitesse instantanée par rapport à une vitesse de consigne. Au-delà d'un seuill, si l'écart de vitesse de l'aéronef par rapport à une consigne est trop important, alors un avis négatif de la fonction 35 2 est transmis au filtre 1 d'alertes anti-collision. 10 D'autre part le procédé selon l'invention permet de prendre en compte des données non directement propre à l'aéronef, telles les données topographiques, des balisages ou des couloirs aériens et des éléments 5 situés géographiquement à proximité de l'aéronef, les éléments étant référencés dans des bases de données de l'aéronef.
Notamment des couloirs aériens sont définis et permettent de situer la position de l'aéronef dans ce couloir. 10 Il existe plusieurs manières de calculer et d'extrapoler les trajectoires d'un aéronef dans un couloir aérien en vue de prévoir les écarts de trajectoires de l'aéronef par rapport à une trajectoire idéale ou théorique définie dans un couloir aérien.
15 Un premier cas de réalisation s'appuie sur la figure 2a qui représente une trajectoire idéale 13 de l'aéronef. Le couloir 11 définit une zone de navigation requise dans laquelle l'aéronef ne doit pas s'écarter. On considère que l'aéronef suit sa trajectoire idéale s'il ne sort pas du couloir 11. Sa position peut être obtenue par un équipement de vol tel que défini 20 précédemment. Une marge 14 définit la largeur du couloir 11. Lors d'un vol d'un aéronef, selon les conditions extérieures et d'autres paramètres relatifs à la topographie du terrain, par exemple l'altitude du relief, une seconde marge 12 définit un second couloir 10 de part et d'autre de la trajectoire idéale que doit suivre l'aéronef. 25 Cette seconde marge 12 assure qu'un simple écart par rapport à la trajectoire idéale est acceptable si une correction est maintenue pour rétablir l'aéronef dans le couloir 11 de la trajectoire idéale. Ladite correction est avérée si l'estimation de la trajectoire de l'aéronef pour les quelques secondes à venir, l'estimation étant réalisée à partir de la mesure de sa 30 vitesse, de son cap et du vent, assure qu'il restera dans le corridor défini par la marge 12. Ce second couloir définit des limites aériennes au-delà desquelles un franchissement de l'aéronef inhibe alors le filtrage des alertes anti-collision.
11 Un second cas de réalisation s'appuie sur la figure 2b qui représente l'extrapolation de trajectoires dans un périmètre donné d'un aéronef. Une telle solution est décrite dans le brevet FR 2875004, qui décrit les périmètres dans lesquels les trajectoires de l'aéronef sont extrapolées.
Les périmètres sont définis à partir de la position S courante de l'aéronef, de points P, P' situés à la limite d'un cône de l'espace, le cône étant délimité par deux axes 21, 21', situé devant l'aéronef et des trajectoires aux limites 20, 20' lorsque l'on considère que l'aéronef réalise un virage selon un cap aux limites.
Les trajectoires aux limites 20, 20' sont calculées à partir de la vitesse de l'aéronef, de son cap, du vent 23 mesuré. Dans ce second cas de réalisation, deux exemples sont illustrés en figure 2b afin de calculer l'écart de la trajectoire de l'aéronef avec le couloir aérien et ses marges 10. Dans ce cas de réalisation, on ne considère plus l'écart de position dans le couloir aérien mais le périmètre des trajectoires extrapolées situé devant l'aéronef. Ce périmètre est re-calculé en permanence en fonction des données de l'aéronef et du vent 23. Ce périmètre comprend deux parties latérales par rapport à l'aéronef comme illustré sur la figure.
L'invention propose de considérer que la situation de l'aéronef n'est plus conforme à sa trajectoire théorique dès lors que le périmètre opposé à la limite de la marge 10 du couloir aérien est franchie par ce même périmètre. La figure 2b illustre un premier cas où dans la zone 24, le 25 périmètre 20' de l'aéronef ne franchit pas la limite 10 qui définit le couloir aérien et sa marge. Par ailleurs, La figure 2b illustre un second cas où dans la zone 24, le périmètre 20' de l'aéronef franchit la limite 10 du couloir aérien.
30 Le brevet 2875004 permet d'obtenir les paramètres liés à la définition de ces périmètres. La définition des couloirs aériens et des marges de sécurité étant connue, l'invention propose de mesurer cette intersection et dès lors qu'un franchissement est détecté, le filtre d'alertes ne filtre plus les alertes anti-collision. 35 Par le biais de la fonction 2 d'estimation de la situation de navigation, la considération des critères relatifs aux couloirs aériens et au balisage permet d'ajouter un contrôle supplémentaire avant d'autoriser un éventuel filtrage des alertes. Ce contrôle s'effectue de telle manière que l'absence de tout élément d'au moins une procédure de navigation connue dans la base de données de navigation à une distance au plus égale à la marge 12 de la position courante de l'aéronef inhibe le filtrage des alertes anti-collision. Cette fonction réduit les risques de filtrage intempestifs des 10 situations d'alertes par une consolidation géographique des zones dans lesquelles le filtrage peut être envisagé.
Par ailleurs, des données du modèle de terrain sont stockées dans une base de données de terrain et d'obstacles 7 de l'aéronef et sont 15 disponibles localement. Cette base de données de terrain et d'obstacles 7 permet à des équipements de type TAWS de cartographier l'espace situé devant l'aéronef, d'évaluer les risques potentiels pour l'aéronef et d'émettre des alertes. Les structures des données de terrain et des bases de données de terrain d'un équipement de type TAWS sont définies dans des brevets 20 précités précédemment.
Le procédé selon l'invention permet de traiter les données de terrain qui sont corrélées avec les données de trajectoire de l'aéronef, celles-ci étant échantillonnées, afin d'établir un profil 5 du terrain survolé ou situé 25 devant l'aéronef. Le profil établit pour un ensemble de trajectoires potentielles de l'aéronef, en fonction de la topologie du terrain, des extrapolations de trajectoires de l'aéronef et des risques de collisions associés. Le profil peut être enrichi de données issues de la base de données de navigation afin d'établir un profil fidèle à la situation de l'aéronef. 30 La figure 2c présente un schéma d'un aéronef 15 volant avec une vitesse au sol, appelée dans la terminologie anglosaxonne ground speed , dont un calculateur permet d'élaborer et de prédire la trajectoire possible de l'aéronef au cours d'une manoeuvre d'évitement vertical d'un 35 obstacle 26. Cette trajectoire d'évitement est identique pour le cas du relief
13 du terrain. Dans la suite on désignera la vitesse de l'aéronef au sol, appelée ground speed , comme la vitesse de déplacement horizontale de l'aéronef par rapport à la terre. La même forme de manoeuvre est à considérer pour un évitement du terrain.
Un exemple de trajectoire calculée est décomposé en trois parties dont deux segments et une courbe. Un premier segment, formé par une première position 16 représentant le nez de l'aéronef et une seconde position 17, représente la trajectoire de l'aéronef selon son cap et sa ground speed instantanés, cette portion de la trajectoire étant calculée sur une durée fixe. Cette première durée est notée DREAC, elle peut être de 20 secondes par exemple. Une deuxième partie de la trajectoire représente la courbe de la trajectoire permettant de faire évoluer l'aéronef de la seconde position 4 vers une troisième position 18. Cette trajectoire correspond au trajet parcouru pendant une durée déterminée fixe, noté DPULL_uP, nécessaire à l'aéronef pour se trouver dans une situation de montée. Le troisième segment représente à cap constant, l'évolution de l'aéronef en montée pendant une durée fixée, notée DcLIMB;, en considérant la vitesse instantanée de l'aéronef. Ce segment commence de la position 18 de début de montée jusqu'à la dernière position 19 calculée de la trajectoire. Les durées DREAC, DPULL-UP, DCLIMB, sont généralement fixées quelle que soit la topologie du terrain survolé ou des conditionsextérieures à l'aéronef, la somme de ces durées est appelée durée d'extrapolation.
Cette trajectoire est établie actuellement dans certains aéronefs pour connaître la situation et le positionnement de l'aéronef dans un temps proche afin d'avertir l'équipage d'un danger imminent. La trajectoire extrapolée est ainsi constamment calculée et comparée à une base d'obstacles. Des alertes sont alors émises afin d'avertir l'équipage de la présence d'un ou plusieurs obstacle(s) en vue, sur au moins une des trajectoires extrapolées. Généralement la marge DREAC, crée un délai de réaction pour que l'équipage entreprenne une manoeuvre d'évitement.
En fonction d'une base de données de performances 6 propres à 35 l'aéronef, notamment son type, sa motorisation et son poids, un estimateur
14 de capacité d'évitement 4 permet d'évaluer à chaque instant la manoeuvrabilité de l'aéronef et les paramètres minimums à assurer pour garantir la sécurité de l'aéronef notamment lors de la prédiction de la présence d'un obstacle.
Un évaluateur de collisions 3 corrélant les informations issues de l'estimateur de capacité d'évitement 4 et du profil 5 permet de déterminer un critère transmis au filtre inhibant ou autorisant le filtrage.
Le profil 5 de terrain est déterminé notamment à partir de la 10 présence des obstacles et de leur hauteur dans un périmètre déterminé et d'un indice permettant d'indexé la dangerosité d'une zone en fonction de la trajectoire de l'aéronef, de son altitude et de sa vitesse. On appellera dangerosité, le risque quantifié d'un impact de l'aéronef sur un obstacle du terrain ou une partie du terrain. Celle-ci est 15 quantifiée dans des zones prédéterminées référencées dans la base de données topographiques dans les systèmes existants. Dès qu'une intersection est prédite entre le profil 5 estimé en tenant compte de la capacité d'évitement du relief de l'aéronef et du profil de terrain évalué, l'évaluateur de collisions 3 émet un avis négatif sur la 20 possibilité de filtrage d'une éventuelle alerte anti-collision de terrain.
Le procédé selon l'invention permet au filtre d'alertes anti-collision de pondérer les critères de filtrages, notamment de l'écart de position de l'aéronef ou de la précision de la position, des écarts latéraux et verticaux de 25 la trajectoire de l'aéronef, des écarts de sa vitesse, des écarts de l'aéronef par rapport à un balisage référencé ou à des couloirs aériens prédéfinis, des risques de collisions émis issus de l'analyse de la topologie du terrain et du profil de capacité d'évitement de l'aéronef. Un cas de réalisation permet de définir un coefficient de 30 pondération des critères précités pour optimiser un filtrage du filtre d'alertes ciblé en fonction de l'importance de certains critères par rapport à d'autres. L'invention propose alors de définir le coefficient de pondération par l'expression suivante : n 1 n C= fl(1+C;' a' -1 r=t où C; sont des coefficients compris entre 0 et 1, relatifs à chaque paramètre pris en compte pour pondérer soit la durée DcuMB d'extrapolation de la trajectoire de l'aéronef ou bien pour pondérer l'écart relatif d'un paramètre en 5 fonction d'un niveau de référence. Les coefficients ai sont des puissances appliquées à chacun des coefficients normalisés qui est une .fonction de l'importance de l'influence d'un paramètre que l'on souhaite privilégier par rapport aux autres paramètres. 10 Les équipements d'anti-collision permettent de générer plusieurs type d'alertes en fonction du niveau de dangerosité, tel que leur altitude ou leur position référencée en marge ou sur la trajectoire de l'aéronef. Par exemple pour un système de type TAWS, certains équipements codifient ces 15 niveaux selon trois degrés d'alertes : CAUTION , WARNING , AVOID L'alerte CAUTION traduit un faible risque de dangerosité et donc une présence, à proximité de l'aéronef, d'obstacles ne constituant pas un danger immédiat. L'alerte WARNING traduit un niveau de dangerosité 20 plus important. Cette alerte indique à l'équipage la nécessité d'entreprendre, dans un laps de temps donné, une action de PULL UP , terme signifiant que le pilote doit faire le nécessaire pour que l'aéronef prenne de l'altitude. Enfin une dernière alerte AVOID traduit une haut risque de dangerosité donc de collision. Cette alerte signifie que l'équipage doit entreprendre une 25 action autre que PULL UP pour éviter l'obstacle, qui peut être un contournement de l'obstacle par la droite ou par la gauche par exemple.
Un cas de réalisation du procédé selon l'invention permet de filtrer une ou plusieurs alertes dans la mesure ou les conditions d'acceptation du 30 filtrage peuvent varier en fonction du niveau de dangerosité de l'alerte. Dans le cas d'un équipement d'anti-collision traitant trois niveaux de dangerosité, le filtre d'alertes permet en fonction des critères de filtrages, définis précédemment, de traiter de manière différente les alertes en fonction 15 de leur niveau de dangerosité associée en définissant des valeurs de seuils de décision propres à chacun des niveaux d'alerte. La figure 3 représente un schéma fonctionnel du procédé de 5 filtrage selon les niveaux de dangerosité des alertes. Un équipement d'anti- collision 30, de type TAWS par exemple, transmet différentes alertes au filtre 1. Les différents niveaux, comme décrits précédemment, sont CAUTION , WARNING et AVOID . Le procédé, selon les critères 10 transmis par les différents systèmes 33 de navigation, de guidage et de positionnement, permet au filtre d'alerte 1 de traiter les différentes alertes par un filtrage sélectif dépendant de leur niveau de dangerosité afin de les transmettre au gestionnaire 32 d'alertes de l'aéronef. Un cas d'exemple de discrimination des alertes selon les différents 15 critères peut être : • pour les alertes de type AVOID aucun filtrage n'est mis en oeuvre , • pour les alertes de type WARNING , le procédé de filtrage selon l'invention analyse selon des seuils prédéfinis les critères relatifs 20 aux écarts de position, la précision de la position, les écarts latéraux et verticaux de la trajectoire de l'aéronef, des écarts de sa vitesse, des écarts de l'aéronef par rapport à un balisage référencé ou à des couloirs aériens prédéfinis, des risques de collisions émis issus de l'analyse de la topologie du terrain et du profil de capacité 25 d'évitement de l'aéronef. Si aucun seuil n'est franchi, alors le filtrage des alertes de type WARNING peut être réalisé. • pour les alertes de type CAUTION , un cas d'exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet d'analyser les 30 critères relatifs à la position de l'aéronef et aux écarts latéraux et verticaux de sa trajectoire.
Donc, plus une alerte signifie un danger important, de type WARNING, plus le nombre de critères analysés est grand pour appliquer un 35 filtrage, et les marges envisagées diminuées. En revanche, pour des dangers moins importants, de type CAUTION, seuls quelques critères sont analysés pour appliquer un filtrage éventuellement appliqué avec des marges plus larges. L'avantage d'un tel filtrage réside dans la possibilité de filtrer un grand nombre d'alertes indiquant un faible danger à l'équipage et de filtrer un nombre réduit d'alertes d'un danger indiquant un danger plus important. Ce filtrage permet avantageusement de répondre aux besoins opérationnels de suppression des nuisances dues aux grand nombre d'alertes générées, les alertes peu dangereuses étant les plus probables sur de telles procédures.
Le filtrage du dispositif selon l'invention ne pénalise en aucune façon le niveau de sécurité assuré par l'équipement de surveillance.
D'autres cas de filtrage selon le niveau de dangerosité des alertes peuvent être envisagés selon le même procédé de filtrage.
Le procédé selon l'invention permet par ailleurs d'ajouter un niveau de sécurité supplémentaire pour éviter des cas d'erreurs du filtrage, notamment le cas d'un filtrage d'alertes indiquant un réel danger à l'équipage. Une solution proposée est de placer trois filtres, identiques au filtre 1, en parallèle, élaborant leurs décisions sur des données issues de systèmes et capteurs différents de l'aéronef et de définir un critère de vote issu de l'analyse d'un filtrage ou non des alertes pour assurer un risque de défaillance minimal.
La figure 4 représente trois filtres 1, chacun des filtres étant défini comme précédemment. Un équipement d'anti-collision transmet les alertes à chacun des trois filtres 1 en parallèle. Les informations de navigation, de positionnement et de guidage provenant des différents systèmes de l'aéronef permettent de déterminer des critères de filtrage selon des seuils prédéfinis pour chacun des filtres 1. Une fonction 40 permet d'analyser, après filtrage des trois filtres 1, la concordance des alertes filtrées en vue d'être transmises au gestionnaire d'alarmes 32.
Plusieurs lois de vérification du filtrage peuvent être mises en oeuvre selon le procédé de l'invention. Un premier cas de réalisation permet de valider le filtrage si et uniquement si les trois calculateurs des filtres 1 sont en accord sur 5 l'autorisation du filtrage d'une l'alerte. Dès que l'un des calculateurs des filtres 1 considère, par analyse des critères définis précédemment, que le filtrage n'est pas autorisé, l'éventuelle alerte générée par l'équipement d'anti-collision est donc transmise à l'équipage. 10 Pour des systèmes disposant de plus de deux dispositifs de filtrage, la mise en oeuvre de l'étape de vérification de la concordance du filtrage est réalisée par la fonction 40 par un vote minoritaire. Dès qu'un des calculateurs considère la situation potentiellement dangereuse, l'alerte est donnée. 15 Un second cas de réalisation permet de décider par une fonction de vote majoritaire à partir de l'état de chaque calculateur de chaque filtre, le filtrage à appliquer. C'est à dire que le résultat majoritaire d'un filtrage de plusieurs filtres indépendants est considéré comme vrai.
20 Cette fonction 40 a deux principaux avantages permettant d'améliorer la sécurité d'un filtrage des alertes. Elle permet d'une part une redondance des filtres et de pallier à un éventuel cas de panne d'un des filtres, la fonction de filtrage est dans ce cas relayée par les filtres restant. D'autre part cette fonction permet d'ajouter un critère de concordance des 25 décisions prises par les filtres et notamment par les calculateurs de chaque filtre pour garantir la validité d'une décision prise. L'invention a pour principal avantage de réduire les nuisances dues à l'émission d'un trop grand nombre d'alertes ne restituant pas toujours un niveau de danger réel pour l'aéronef et l'équipage.
Claims (12)
1. Dispositif de filtrage d'alerte d'anti-collision pour aéronef, ledit aéronef comprenant : • un système de localisation repérant la position de l'aéronef à chaque instant et estimant la précision de sa position ; • un système de navigation de l'aéronef calculant au moins la vitesse réelle de l'aéronef, la consigne de vitesse et un premier écart entre la consigne et la vitesse réelle, ledit écart étant comparé à un premier seuil de dépassement de référence ; • Un système d'anti-collision générant des alertes ; • un gestionnaire d'alarmes de l'aéronef centralisant les alertes transmises par les équipements d'anti-collision de terrain de l'aéronef à l'équipage, lesdites alertes possédant chacune un codage du niveau de danger, lesdits niveaux de danger faisant partis d'un premier ensemble prédéterminé ; caractérisé en ce que le dispositif comprend un filtre d'alertes filtrant des ensembles d'alertes selon le codage de leur niveau de danger.
2. Procédé de filtrage d'alertes du filtre selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que le filtrage comporte : • une première étape comprenant au moins une mesure de l'incertitude de la position de l'aéronef ; • Une seconde étape de filtrage d'alertes réalisée par le filtre d'alertes, lorsque l'incertitude de la position est inférieure à une 25 marge prédéfinie ; • une troisième étape de transmission des alertes non filtrées au gestionnaire d'alarmes de l'aéronef réalisée par le filtre d'alertes.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première 30 étape comprend une vérification des informations de fonctionnement et de l'intégrité des systèmes de navigation et de guidage.
4. Procédé selon les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la première étape comprend une analyse des écarts angulaires vertical et latéral de la trajectoire réelle, par rapport à la trajectoire théorique et la seconde étape comprend un filtrage d'un ensemble d'alertes en fonction de leur niveau de danger lorsque les écarts vertical et latéral ne dépassent pas respectivement une seconde et une troisième valeurs seuils prédéfinies.
5. Procédé de filtrage d'alerte d'anti-collision pour aéronef, ledit aéronef comprenant un système de guidage de l'aéronef permettant de comparer la trajectoire réelle de l'aéronef et la trajectoire théorique, un écart vertical et un écart latéral étant comparés à un second et un troisième seuil de dépassement de référence selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la première étape comprend une analyse de l'écart de vitesse de l'aéronef et la seconde étape comprend un filtrage d'un ensemble d'alertes en fonction de leur niveau de danger lorsque l'écart de vitesse est plus faible q'une quatrième valeur seuil prédéfinie.
6. Procédé de filtrage d'alerte cl'anti-collision pour aéronef selon les revendications 1 à 5, ledit aéronef possédant une capacité d'évitement mesurée à partir au moins du type d'aéronef, de son poids et de sa vitesse et comprenant une base de données topographiques et un calcul d'un profil du terrain survolé, ledit profil étant calculé sur un espace couvert par les trajectoires possibles de l'aéronef dans un angle donné pendant un laps de temps donné à partir d'obstacles référencés dans la base de données topographiques, le calcul d'un critère de collision à partir de l'évaluation de la capacité d'évitement de l'aéronef et du profil de terrain survolé étant calculé, caractérisé en ce que la première étape comprend une mesure du critère de collision et que la seconde étape comprend la comparaison de ce critère avec une cinquième valeur seuil prédéfinie.
7. Procédé selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le filtrage des alertes est réalisé selon un codage comprenant trois niveaux, dont un premier niveau, appelé CAUTION, est filtré lorsque l'incertitude de la position est inférieure à une marge prédéfinie et que la seconde et troisième valeurs seuils prédéfinies ne sont pas dépassées.
8. Procédé selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le filtrage des alertes est réalisé selon un codage comprenant trois niveaux, dont un second niveau, appelé WARNING, est filtré lorsque au moins l'incertitude de la position est inférieure à une marge prédéfinie et que la seconde, troisième et la quatrième valeurs seuils prédéfinies ne sont pas dépassées.
9. Procédé selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les alertes sont des alertes sonores.
10. Dispositif de filtrage d'alertes anti-collision pour aéronef selon les revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dispositif comprend trois filtres d'alertes filtrant des ensembles d'alertes selon le codage de leur niveau de danger.
11. Dispositif de filtrage d'alertes anti-collision pour aéronef selon la revendication 10 comprenant une fonction de comparaison des alertes filtrées par les trois filtres, caractérisé en ce qu'en cas de non concordance des trois filtrages d'une alerte, la fonction transmette l'alerte au gestionnaire d'alarme.
12. Dispositif de filtrage d'alertes anti-collision pour aéronef selon la revendication 10 comprenant une fonction de comparaison des alertes filtrées par les trois filtres, caractérisé en ce qu'en cas de non concordance des trois filtrages d'une alerte, la fonction transmette l'alerte au gestionnaire d'alarme si au moins deux filtres n'ont pas filtré l'alerte.35
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