FR3029652A1

FR3029652A1 - Procede de calcul de trajectoire d'avion soumise a des contraintes laterales et verticales

Info

Publication number: FR3029652A1
Application number: FR1402752A
Authority: FR
Inventors: Merrer Mathieu Le; Wright Benoit Dacre; Francois Coulmeau
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2014-12-03
Filing date: 2014-12-03
Publication date: 2016-06-10
Anticipated expiration: 2034-12-03
Also published as: US9875658B2; US20160163201A1; FR3029652B1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de calcul d'une trajectoire de consigne d'un aéronef comprenant au moins deux sous-ensembles. Il est caractérisé en ce qu'il comprend la formulation et la résolution d'un problème d'optimisation de la trajectoire, et que la formulation dudit problème comprend au moins la formulation d'une contrainte liée à une transition de legs sur au moins un premier sous-ensemble de la trajectoire, et la formulation d'une contrainte liée à une transition de phases de vol verticales sur au moins un second sous-ensemble de la trajectoire. L'invention concerne également un système et un programme d'ordinateur pour le calcul d'une trajectoire.

Description

1 Procédé de calcul de trajectoire d'avion soumise à des contraintes latérales et verticales DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention concerne l'optimisation et le calcul de trajectoires d'aéronefs. Plus spécifiquement, elle se rapporte à la 10 construction et l'optimisation de trajectoires de vol sous contraintes, notamment lorsque ces dernières sont latérales et verticales. ETAT DE L'ART PRECEDENT 15 [0002]La plupart des aéronefs actuels possèdent un système de gestion de vol, par exemple du type FMS, selon l'acronyme du terme anglo-saxon "Flight Management System". Un système de type FMS est notamment décrit dans le document US8498769 (SACLE, J et al.). Ces systèmes permettent une aide à la navigation, par l'affichage d'informations utiles aux 20 pilotes, ou bien par la communication de paramètres de vol à un système de pilotage automatique. Notamment, un système de type FMS permet à un pilote ou à une autre personne qualifiée, de saisir, en pré-vol, un plan de vol défini par un point de départ, un point d'arrivée, et une série de points de cheminement ou waypoints, habituellement désignés par l'abréviation WPT.

25 Tous ces points peuvent être choisis parmi des points prédéfinis dans une base de données de navigation, et qui correspondent à des aéroports, des balises de radionavigation, etc. Les points peuvent aussi être définis par leurs coordonnées géographiques et leur altitude. La saisie des points de cheminement peut se faire par une interface dédiée, par exemple un clavier 30 ou un écran tactile, ou bien par transfert de données depuis un dispositif externe. Le calcul des trajectoires d'aéronef peut également s'effectuer sur des stations au sol et être transmis à l'aéronef par une liaison de données. [0003]Un plan de vol consiste alors en une succession de segments, ou "legs" selon la terminologie anglo-saxonne habituellement employée dans ce 35 domaine technique, définissant la succession des points de cheminement, mais également le type de trajectoire ou de manoeuvre à suivre pour 3029652 2 atteindre ces points ou effectuer la transition vers le segment suivant. D'autres données peuvent être entrées dans le système de gestion de vol, comme par exemple celles qui permettent de caractériser sa masse et sa répartition. Lorsque l'aéronef est en vol, le système de gestion de vol évalue 5 précisément l'état de l'aéronef et l'incertitude associée, en centralisant les données en provenance des différents dispositifs de positionnement, tels que le récepteur de géo-positionnement par satellite, les dispositifs de radionavigation : par exemple DME, NDB et VOR, les capteurs inertiels, etc. Un écran permet aux pilotes de visualiser la position actuelle de l'aéronef, ainsi que la route suivie par celui-ci, et les points de cheminement les plus proches, le tout sur un fond de carte permettant d'afficher simultanément d'autres paramètres de vol et points remarquables. Les informations visualisées permettent notamment aux pilotes d'ajuster des paramètres de vol, tels que le cap, la poussée, l'altitude, les taux de montée ou de descente, etc. ou bien simplement de contrôler le bon déroulement du vol si l'aéronef est piloté de manière automatique. Le calculateur du système de gestion de vol permet de déterminer une trajectoire de vol optimale, liée à la minimisation d'un critère de coût. Ce critère de coût correspond généralement à la consommation carburant, mais il peut aussi s'appliquer au temps de parcours, à des considérations environnementales, ou à une combinaison de ces critères. [0004]La construction d'un plan de vol valide est soumise à de nombreuses contraintes. Certaines d'entre elles sont par nature inévitables car liées aux lois physiques (vitesse maximale de l'avion, capacité de décélération maximale, etc..., alors que d'autres sont liées à des critères de performances (par exemple, effectuer une croisière à une altitude déterminée pour avoir une consommation carburant réduite), des critères de conformité aux procédures publiées par le contrôle aérien (contraintes d'altitude, de vitesse, de temps, type de segment et de transition latérale), des critères de confort des passagers en cabine (par exemple, limiter le « jerk », c'est à dire une accélération subite, ressentie et inconfortable). [0005]Un plan de vol généré par un système de type FMS est notamment construit à l'aide d'un plan de vol horizontal et d'un plan de vol vertical, et de transitions entre ces plans de vol horizontal et vertical. Le plan de vol 35 horizontal contient essentiellement une liste de waypoints que devra survoler 3029652 3 l'avion accompagnée des types de segments et de transitions définissant les manoeuvres à suivre pour joindre ces points, alors que le plan de vol vertical contient une liste d'altitudes de consignes ou contraintes, ainsi que de segments de montée, descente et plateau liant ces différentes altitudes de 5 vol entre elles. Sur la base de ces plans de vol, le FMS détermine une trajectoire latérale (dite aussi horizontale, correspondant au plan de vol horizontal) et une trajectoire verticale (correspondant au plan de vol vertical). Dans les 2 axes, la trajectoire est un ensemble de segments géométriques (droites, courbes) reliant les éléments du plan de vol entre eux. Les 10 transitions de trajectoire horizontale, quant à elles, permettent de s'assurer qu'un plan de vol est effectivement volable, par exemple en définissant un arc de cercle volable entre deux segments droits successifs. Les transitions de trajectoire verticale permettent de s'assurer que les contraintes et consignes verticales sont bien respectées. 15 [0006]Dans les systèmes de type FMS connus, les plans de vols et trajectoires horizontaux d'une part et verticaux de l'autre part, sont engendrés séparément. Dans un premier temps, une trajectoire horizontale est déterminée sur la base du plan de vol horizontal. Ensuite, une trajectoire verticale est engendrée, sur la base du plan de vol vertical (contraintes et 20 consignes dans le plan vertical) et de la trajectoire horizontale. En sortie de la trajectoire verticale, le FMS a à sa disposition les prévisions en altitude, vitesse, temps, carburant, etc. Comme les rayons de virage de la trajectoire latérale sont dépendants de l'altitude et de la vitesse avion, une itération est effectuée sur le plan de vol et la trajectoire latérale pour ajuster les angles de 25 courbure (virages), ce qui permet d'obtenir une trajectoire volable. Cette trajectoire latérale ayant été recalculée, une nouvelle trajectoire verticale doit être générée. Des rebouclages ont lieu jusqu'à ce que l'algorithme converge. D'une manière générale, la construction du plan de vol horizontal permet de satisfaire les contraintes de segments de trajectoire, alors que la construction 30 du plan de vol vertical permet de satisfaire les contraintes portant sur le domaine de vol de l'avion. Ces systèmes, s'ils permettent de générer un plan de vol volable de manière relativement simple et dans un temps limité, ne garantissent pas l'optimalité de la trajectoire selon un critère. En effet, un enchaînement non-optimal de phases de vol latérales et verticales peut entraîner notamment une trajectoire pour laquelle le critère d'optimisation 3029652 4 présente des axes d'amélioration. Un critère d'optimisation de la trajectoire peut désigner une propriété ou une combinaison de propriétés de la trajectoire à maximiser ou minimiser. [0007]Le document US 2010-0198433 (FORTIER, S et al.) décrit un système 5 de gestion de vol permettant de recalculer une trajectoire latérale optimale en cas d'écartement d'un plan de vol initial, et de suggérer à un pilote d'aéronef une trajectoire latérale optimisée en carburant. [0008]Le document US 8565938 (COULMEAU, F. et al.) décrit un procédé d'optimisation de trajectoire verticale associée à des contraintes et 10 paramètres d'optimisation. [0009]Cependant, si les techniques connues de l'état de l'art permettent d'optimiser séparément des trajectoires horizontales et verticales, aucune ne permet d'appliquer une optimisation conjointe. Ainsi, une optimisation de trajectoire verticale peut engendrer un changement de phases de vol 15 défavorable pour la trajectoire combinée horizontale-verticale. De même, une contrainte pour la construction de la trajectoire, par exemple de jerk limite, peut produire un résultat plus défavorable pour au moins un objectif d'optimisation si elle est appliquée séparément sur la construction d'un plan de vol horizontal et vertical que si elle est appliquée sur une construction 20 conjointe de plans de vol horizontal et vertical. [0010]Une solution naïve à ce problème serait d'effectuer plusieurs itérations successives de calcul de trajectoire horizontale utilisant la trajectoire verticale puis de calcul de trajectoire verticale utilisant la trajectoire horizontale afin d'obtenir une trajectoire combinée de plus en plus optimisée. Cependant ce 25 procédé ne garantit aucunement, dans le cas général, de converger vers la trajectoire la plus optimisée de manière conjointe. Il est de plus impossible de prédire le temps de calcul nécessaire pour obtenir une trajectoire optimisée, celui-ci étant lié au nombre d'itérations nécessaires pour satisfaire un critère d'arrêt lié à la convergence. Ceci est particulièrement problématique dans le 30 cas de calculs de trajectoire intégrés à un système de pilotage, où il est souhaitable de calculer une trajectoire avec une durée maîtrisée. [0011]Dans le langage mathématique, un problème d'optimisation est une formalisation mathématique d'une recherche d'une solution optimale à un problème, de manière analytique ou numérique. La formulation 35 mathématique standard d'un problème d'optimisation en dimension finie 3029652 5 comprend notamment la définition d'un vecteur des paramètres d'optimisation appartenant à un espace Rn, comprenant les variables, paramètres ou inconnues ; la définition d'une fonction de Rn dans R dite fonction coût, critère de coût ou fonction objectif ; la définition de contraintes 5 d'égalité et d'inégalité s'appliquant aux variables ; il est également possible de définir un sous-ensemble X de Rn comprenant les valeurs admissibles des variables. La résolution du problème d'optimisation consiste alors à déterminer les valeurs des variables X optimisant (c'est-à-dire minimisant ou maximisant) la fonction coût. 10 [0012]Les problèmes de commande optimale sont un sous-ensemble des problèmes d'optimisation, introduits par L.S. Pontryagin, V.G. Boltyanskii, R.V. Gamkrelidze et E.F. Mishchenko, The Mathematical Theory of Optimal Processes, Interscience) 1962 ISBN 2881240771). Un problème de commande optimale permet de déterminer la commande d'un système qui 15 minimise (ou maximise) un critère de performance, éventuellement sous des contraintes. [0013]Un problème d'optimisation de trajectoire peut notamment être formalisé comme un problème de commande optimale, selon une formulation spécifique, dite problème de Bolza, notamment décrit par Bolza, O.: 20 Lectures on the Calculus of Variations. Chelsea Publishing Company, 1094, available on Digital Mathematics library. 2nd edition republished in 1961, paperback in 2005, ISBN 978-1-4181-8201-4. La résolution d'un problème de Bolza peut s'effectuer par les méthodes dites directes, décrites notamment par B. Dacorogna, « Direct Methods in the Calculus of Variations », Springer- 25 Verlag, ISBN 0-387-50491-5, ou encore F. Irene, G. Leoni, « Modem Methods in the Calculus of Variations : L' Spaces », Springer, ISN 978-0387-35784-3.. [0014]De plus, certaines méthodes permettent d'obtenir, en plus d'une trajectoire optimale selon les contraintes formulées, des informations sur 30 lesdites contraintes. Par exemple, les paramètres ou conditions de KarushKuhn-Tucker décrits notamment par H. W. Kuhn, A. Tucker, « Non linear programming », « Proceedings of 2nd Berkeley Symposium ». Berkeley: University of California Press. pp. 481-492. MR 47303, permettent de déterminer, après la résolution du problème, les contraintes qui ont été 3029652 6 actives ou non, c'est-à-dire les contraintes ayant soit rendu la résolution du problème impossible, soit limité l'optimisation de la fonction de coût. [0015]Bien que les méthodes d'optimisation, et notamment celles utilisant une problématique de commande optimale, soient connues pour permettre 5 d'obtenir la meilleure solution théorique à un problème de calcul de trajectoire, aucune solution pratique basée sur ces méthode n'existe aujourd'hui pour calculer une trajectoire optimale dans le cas d'une trajectoire comprenant plusieurs phases dont l'enchaînement n'est pas prédéfini. 10 [0016]Un but de l'invention est donc de proposer un procédé permettant de prédire une trajectoire pour un aéronef optimisant de manière conjointe les plans de vol horizontal et vertical, notamment en enchaînant les phases de vol horizontale et verticale de la manière la plus appropriée. Un autre but de l'invention est d'identifier, parmi les différentes contraintes de construction de 15 la trajectoire, quelles sont celles limitant l'optimisation conjointe horizontale et verticale du plan de vol, afin de procéder aux meilleurs arbitrages entre les différentes contraintes et l'optimisation du plan de vol. [0017]La notion d'optimisation désigne la maximisation ou la minimisation d'un critère d'optimisation, basé sur une propriété ou une combinaison de 20 propriétés de la trajectoire. L'optimisation peut notamment consister à prédire une trajectoire minimisant un critère de coût. Un critère de coût ou d'optimisation peut notamment s'appliquer à une propriété de la trajectoire ou une combinaison de propriétés de la trajectoire, parmi lesquelles on peut par exemple inclure : 25 - Des critères de coûts financiers, par exemple : o Consommation carburant ; o Nombre d'heures passées en vol (en supposant que le personnel de bord soit payé proportionnellement au temps de vol) , 30 - Des critères environnementaux, par exemple : o Emissions de gaz à effet de serre ; o Émissions de dioxyde de carbone ; o Emissions de dioxyde d'azote ; o Nuisances sonores ; 35 - Des critères de confort et de satisfaction des passagers : 3029652 7 o Limitation du jerk ; o Respect de l'heure d'arrivée ; - Etc... Il est également possible d'optimiser un critère de coût combinant plusieurs 5 critères élémentaires, par exemple une somme pondérée de la consommation carburant et du temps passé en vol, ou encore un critère de coût intégrant des coûts financiers et environnementaux. RESUME DE L'INVENTION 10 [0018]A cet effet, l'invention décrit un procédé de calcul d'une trajectoire de consigne d'un aéronef, ladite trajectoire comprenant au moins deux sous-ensembles, ledit procédé comprenant au moins : une étape de formulation d'au moins un problème d'optimisation de ladite trajectoire pour au moins un 15 critère d'optimisation, ladite étape de formulation comprenant au moins : une sous-étape de formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de legs sur au moins un premier sous-ensemble de la trajectoire ; une sous-étape de formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de phases de vol verticales sur au moins un second sous-ensemble de la 20 trajectoire ; une étape de résolution du problème d'optimisation de ladite trajectoire. [0019]Avantageusement, l'étape de formulation d'au moins un problème d'optimisation de ladite trajectoire comprend en outre une sous-étape de création d'au moins un premier sous-ensemble de la trajectoire pour au 25 moins une transition de legs, et une sous-étape de création d'au moins un deuxième sous-ensemble de la trajectoire pour au moins une transition de phases verticales. [0020]Avantageusement, l'étape de formulation d'un problème d'optimisation de la trajectoire comprend en outre une sous-étape de formulation d'au 30 moins une contrainte liée à un critère de performance de l'aéronef sur au moins un sous-ensemble de la trajectoire. [0021]Avantageusement, le procédé comprend une étape préalable d'initialisation de la trajectoire. [0022]Avantageusement, le problème d'optimisation de la trajectoire 35 minimise un critère de coût. 3029652 [0023]Dans un mode de réalisation de l'invention, le critère de coût est une fonction d'au moins deux propriétés de la trajectoire. [0024]Avantageusement, les propriétés de la trajectoire comprennent au moins deux propriétés choisies dans un groupe comprenant consommation 5 de carburant, temps passé en vol, émissions de dioxyde de carbone, émissions de dioxyde d'azote et bruit généré. [0025]Avantageusement, l'étape de formulation du problème d'optimisation de ladite trajectoire comprend une formulation d'un problème de commande optimale sur chacun des sous-ensembles de la trajectoire. 10 [0026]Avantageusement, ledit problème de commande optimale est un problème de Bolza. [0027]Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend à l'issue de la résolution du problème d'optimisation de trajectoire une étape d'analyse des multiplicateurs de Karush-Kuhn-Tucker pour au moins une contrainte. 15 [0028]Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend, lorsqu'au moins un multiplicateur de Karush-Kuhn-Tucker lié à une contrainte sur une transition de legs ou une transition de phase verticale est non nul, la modification d'au moins une phase de vol. [0029]Dans un mode de réalisation de l'invention, la modification d'au moins 20 une phase de vol comprend l'inversion d'une transition de legs et d'une transition de phases d'une trajectoire verticale. [0030]Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend, lorsque le multiplicateur de Karush-Kuhn-Tucker d'au moins deux contraintes est non nul, une étape de sélection d'une contrainte à relâcher. 25 [0031]Dans un mode de réalisation de l'invention, les contraintes sont relâchées dans un ordre prédéfini. [0032]Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape d'affichage à un pilote des contraintes dont le multiplicateur de KarushKuhn-Tucker est non nul. 30 [0033]Dans un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend une étape d'affichage d'au moins deux contraintes pour permettre à un opérateur de les modifier. [0034]L'invention concerne également un système de calcul de trajectoire, comprenant au moins un processeur configuré pour calculer une trajectoire 35 de consigne d'un aéronef, ladite trajectoire comprenant au moins deux sous- 3029652 9 ensembles, ledit dispositif comprenant au moins : un module configuré pour formuler au moins un problème d'optimisation de ladite trajectoire pour au moins un critère d'optimisation, ledit module comprenant au moins : un sous-module de formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de legs 5 sur au moins une phase de vol ; un sous-module de formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de phases de vol verticales sur au moins une phase de vol ; un module configuré pour résoudre le problème d'optimisation de ladite trajectoire pour ledit au moins un critère d'optimisation. 10 [0035]Avantageusement, le système comprend au moins une interface homme machine configurée pour afficher sur au moins un écran au moins une contrainte pour un paramètre de la trajectoire la valeur calculée dudit paramètre de la trajectoire et la marge de tolérance sur ladite contrainte. [0036]Avantageusement, ladite interface homme-machine est configurée 15 pour permettre à un opérateur de modifier la valeur de tolérance pour ladite au moins une contrainte. [0037]L'invention concerne également un programme d'ordinateur configuré pour, lorsqu'il est exécuté sur un processeur, calculer une trajectoire de consigne d'un aéronef, ladite trajectoire comprenant au moins deux phases 20 de vol, ledit programme d'ordinateur comprenant au moins : des éléments de code informatique pour exécuter une formulation d'au moins un problème de commande optimale pour au moins un critère d'optimisation, ladite formulation comprenant au moins : une formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de legs sur au moins une phase de vol ; une 25 formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de phases de vol verticales sur au moins une phase de vol ; des éléments de code informatique pour résoudre le problème d'optimisation de la trajectoire pour ledit au moins un critère d'optimisation. 30 [0038]Le procédé selon l'invention permet de calculer une trajectoire de consigne de manière plus précise et optimisée que les systèmes connus de l'état de l'art, car il intègre directement le couplage des phases de vol horizontales et verticales dans le calcul du plan de vol. [0039]Le procédé selon l'invention est déterministe en temps de réponse, 35 car il ne repose pas sur des processus itératifs à sortie sur condition de 3029652 10 convergence mais sur des processus itératifs dont on connaît la combinatoire des transitions, i.e. le nombre de jeux de transitions. [0040] Le procédé selon l'invention permet de détecter des enchaînement de phases de vols non optimaux, et d'inverser les transitions de legs et les 5 transitions de phases verticales lorsque cela est nécessaire. [0041]Le procédé selon l'invention permet de gérer les contraintes manuellement ou automatiquement lorsqu'aucune trajectoire volable ne satisfait l'ensemble des contraintes. [0042]Le procédé selon l'invention permet d'identifier les contraintes limitant 10 l'optimisation de plans de vols à la fois horizontal et vertical, et éventuellement de procéder à des arbitrages entre des contraintes de type confort et l'optimisation d'un critère de coût. LISTE DES FIGURES 15 [0043]D'autres caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description détaillée donnée à titre d'exemple et non limitative qui suit faite au regard de dessins annexés qui représentent: la figure 1, un système de type FMS connu de l'état de l'art ; 20 la figure 2, une trajectoire horizontale selon l'état de l'art ; les figures 3a et 3b, respectivement des d'altitude et de vitesse selon l'état de l'art ; - la figure 4, un diagramme de flux d'un procédé selon l'invention; - la figure 5, un exemple de segmentation d'une trajectoire en sous- 25 ensembles selon les transitions de legs et phases verticales; - la figure 6, un diagramme de flux d'un exemple de mode de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention avec optimisation de l'ordre des phases d'une trajectoire d'aéronef; - la figure 7, un diagramme de flux d'un exemple de mode de mise en 30 oeuvre d'un procédé selon l'invention avec choix de contraintes à modifier; - les figures 8a et 8b, respectivement un exemple d'affichage au pilote des contraintes sur le plan de vol et de modification de celles-ci 3029652 11 [0044]Certains acronymes anglo-saxons couramment utilisés dans le domaine technique de la présente demande pourront être employés tout au long de la description. Ces acronymes sont listés dans le tableau ci-dessous, avec notamment leur expression anglo-saxonne et leur signification. Acronyme Expression Signification CAS Calibrated Air Speed Vitesse Air Calibrée ou conventionnelle. Vitesse air calculée par les instruments de bord. DB DataBase Base de Données. Conteneur permettant de stocker et retrouver l'intégralité des informations en rapport avec une activité. Se présente généralement sous forme informatisée. DME Distance Measuring Equipment Equipement de Mesure de Distance. Radio- transpondeur permettant de connaître la distance d'un aéronef à une base de données navigation. Est généralement utilisée en combinaison d'un VOR pour la navigation aérienne. FMD Flight Affichage de Gestion de Vol. Système Management Display d'affichage de vol intégré dans un système FMS FMS Flight Système de Gestion de Vol. Système Management System informatisé permettant de calculer des trajectoires et plans de vol d'aéronef, et de fournir les consignes de guidage adaptées au pilote ou pilote automatique pour suivre la trajectoire calculée. FPLN Flight PLaN Plan de Vol. Ensemble d'éléments géographique composant le squelette de la trajectoire d'un avion. Un plan de vol inclut notamment un aéroport de départ, un aéroport d'arrivée, et des points de passage. KCCU Keyboard Unité de Contrôle de Curseur de Clavier.

3029652 12 Console Control Unit Interface Homme Machine pouvant être intégrée à un cockpit comprenant un clavier afin que le pilote puisse rentrer des informations dans le FMS. KKT Karush-Kuhn- Tucker Karush-Kuhn-Tucker. Multiplicateur lié à une contrainte d'un problème d'optimisation. Une valeur non nulle d'un multiplicateur KKT signifie que la contrainte a été active lors de la résolution du problème d'optimisation. MCDU Multi Control Unité d'Affichage Multifonction. Interface Display Unit Homme Machine pouvant être intégrée à un cockpit permettant l'affichage et la saisie de nombreuses informations liées au FMS. ND Navigation Display Ecran de Navigation. Elément d'affichage cockpit présentant la trajectoire de vol latérale. NDB Non directional Balise de radionavigation permettant de Beacon déterminer la distance avion à la balise, par utilisation de boussole VD Vertical Display Affichage Vertical. Elément d'affichage pouvant être intégré dans un cockpit, et affichant la trajectoire verticale de l'aéronef. VHF Very High Très Haute Fréquence. Partie du spectre Frequency radioélectrique allant de 30 MHz à 300 MHz. VOR VHF Système de positionnement radioélectrique utilisé en navigation aérienne et fonctionnant avec les fréquences VHF. Omnidirectional Range 3029652 13 DESCRIPTION DETAILLEE [0045]Dans la suite de la description le procédé selon l'invention est illustré par des exemples relatifs au calcul d'une trajectoire de consigne d'aéronef 5 dans un calculateur embarqué dans un aéronef. Il convient cependant de noter que l'invention est applicable à tous les modes de calcul d'une trajectoire d'aéronef comportant une étape d'initialisation et une étape d'optimisation de la trajectoire. Par exemple, l'invention est applicable dans le cas d'une trajectoire calculée initialement au sol et optimisée par un 10 calculateur embarqué au sein de l'aéronef. Elle est également applicable pour une trajectoire calculée intégralement au sol, ce calcul comportant une étape d'initialisation et une étape d'optimisation. [0046]La figure 1 représente un système de type FMS connu de l'état de 15 l'art. [0047]Un système de gestion de vol peut être mis en oeuvre par au moins un calculateur embarqué à bord de l'aéronef. Le FMS 100 détermine notamment une géométrie d'un profil de plan de vol suivi par l'aéronef. La trajectoire est calculée en quatre dimensions : trois dimensions spatiales et une dimension 20 temps/profil de vitesse. Le FMS 100 transmet également à un pilote, via une première interface pilote, ou à un pilote automatique, des consignes de guidage calculées par le FMS 100 pour suivre le profil de vol. [0048]Un système de gestion de vol peut comporter une ou plusieurs bases de données telles que la base de données PERF DB 150, et la base de 25 données NAV DB 130. Les bases de données PERF DB 150 et NAV DB 130 comportent respectivement des données de performances de l'aéronef et des données de navigation aérienne, comme des routes et des balises. [0049]La gestion d'un plan de vol selon l'état de la technique peut faire appel à des moyens de création/modification de plan de vol par l'équipage de 30 l'aéronef au travers d'une ou plusieurs interfaces homme machine, par exemple : - un MCDU; - un KCCU; - un FMD; 35 - Un ND. 3029652 14 - Un VD [0050]Une capacité du FMS 100 peut être une fonction de gestion de plan de vol 110, nommée usuellement FPLN. La capacité FPLN 110 permet notamment une gestion de différents éléments géographiques composant un 5 squelette d'une route à suivre par l'aéronef comportant : un aéroport de départ, des points de passage, des routes aériennes à suivre, un aéroport d'arrivée. La capacité FPLN 110 permet également une gestion de différentes procédures faisant partie d'un plan de vol comme : une procédure de départ, une procédure d'arrivée, une ou des procédures d'attente. La 10 capacité FPLN 110 permet notamment la création, la modification, la suppression d'un plan de vol primaire ou secondaire. [0051]Le plan de vol et ses différentes informations liées notamment à la trajectoire correspondante calculée par le FMS peuvent être affichés pour consultation de la part de l'équipage par des dispositifs d'affichage, appelés 15 également interfaces homme-machine, présents dans le cockpit de l'aéronef comme un FMD, un ND, un VD. Le VD affiche notamment un profil de vol vertical. [0052]La capacité FPLN 110 fait appel à des données stockées dans des bases de données PERF DB 150 et NAV DB 130 pour construire un plan de 20 vol et la trajectoire associée. Par exemple, la base de données PERF DB 150 peut comporter des paramètres aérodynamiques de l'aéronef, ou encore des caractéristiques des moteurs de l'aéronef. Elle contient notamment les marges de performances systématiquement appliquées dans l'état de l'art pour garantir des marges de sécurité sur les phases de descente et 25 d'approche. La base de données NAV DB 130 peut par exemple comporter les éléments suivants : des points géographiques, des balises, des routes aériennes, des procédures de départ, des procédures d'arrivée, des contraintes d'altitude, de vitesse ou de pente. [0053]Une capacité du FMS, nommée TRAJ 120 sur la figure 1, permet de 30 calculer une trajectoire latérale pour le plan de vol défini par la capacité FPLN 110. La capacité TRAJ 120 construit notamment une trajectoire continue à partir de points d'un plan de vol initial tout en respectant les performances de l'aéronef fournies par la base de données PERF DB 150. Le plan de vol initial peut être un plan de vol actif, temporaire, secondaire. La 3029652 15 trajectoire continue peut être présentée au pilote au moyen d'une des interfaces homme machine. [0054]Une capacité du FMS 100 peut être une fonction de prédiction de trajectoire PRED 140. La fonction de prédiction PRED 140 construit 5 notamment un profil vertical optimisé à partir de la trajectoire latérale de l'aéronef, fournie par la fonction TRAJ 120. A cette fin, la fonction de prédiction PRED 140 utilise les données de la première base de données PERF DB 150. Le profil vertical peut être présenté au pilote au moyen par exemple d'un VD. 10 [0055]Une capacité du FMS 100 peut être une fonction de localisation 3, nommée LOCNAV 170 sur la figure 1. La fonction LOCNAV 170 effectue notamment une localisation géographique optimisée, en temps réel, de l'aéronef en fonction de moyens de géolocalisation embarqués à bord de l'aéronef. 15 [0056]Une capacité du FMS 100 peut être une fonction de guidage 180. La fonction de guidage 200 fournit notamment au pilote automatique ou à une des interfaces homme machine, des commandes appropriées permettant de guider l'aéronef dans des plans géographiques latéral et vertical (altitude et vitesse) pour que ledit aéronef suive la trajectoire prévue dans le plan de vol 20 initial. [0057] La figure 2 représente une trajectoire horizontale selon l'état de l'art. [0058]Cette trajectoire horizontale est affichée sur un équipement de type ND et sa représentation est centrée sur la position 210 de l'aéronef. Le 25 squelette de cette trajectoire est construit à partir de points de navigation ou waypoints 220, 221, 222, 223, 224, 225. Ces points peuvent par exemple être contenus dans la base NAV DB 130. Il peut par exemple s'agir de balises de type NDB ou VOR. [0059] Des phases de vols horizontales ou legs sont construits à partir de ces 30 points de navigation pour former le squelette horizontal de la trajectoire de l'aéronef. Un leg spécifie un ensemble de contraintes à satisfaire, ainsi que la transition à effectuer pour passer au leg suivant. La trajectoire satisfaisant la définition du leg est constituée d'une succession de segments latéraux. Un segment peut être un segment de droite (ou orthodromie), comme par 35 exemple les legs 230, 231, 232, 233, 234 et 235. Il peut également s'agir 3029652 16 d'un segment curviligne, par exemple le leg 240. Lors de la construction d'une trajectoire horizontale, un FMS selon l'état de l'art peut utiliser les performances de l'aéronef pour construire des segments curvilignes ayant le rayon de courbure approprié. 5 [0060]Les figures 3a et 3b représentent respectivement des profils d'altitude et de vitesse selon l'état de l'art. [0061]La figure 3a représente un profil d'altitude vertical 300a pour une trajectoire d'aéronef. Ce profil représente l'altitude de l'aéronef, représentée 10 sur l'axe vertical 301a, en fonction de la distance parcourue depuis le décollage, représentée sur l'axe horizontal 302a. Cette trajectoire démarre au point de décollage 310a pour se terminer au point d'atterrissage 311a. [0062]Cette trajectoire verticale est formée de plusieurs phases de vol verticales successives. Les phases 320a, 321a, 322a, 323a, 324a et 325a 15 forment la montée de l'aéronef. Les phases de vol 330a, 331a et 332a forment la croisière. Enfin, les phases de vol 340a, 341a, 342a, 343a, 344a, 345a et 346a forment la descente. [0063]La figure 3b représente un exemple de profil de vitesse pour une trajectoire d'aéronef Ce profil 300b représente l'évolution de la vitesse air, ou 20 CAS, en fonction de la distance parcourue par l'aéronef. La vitesse air est représentée sur l'axe vertical 301b, et la distance parcourue par l'aéronef sur l'axe horizontal 302b. Ce profil de vitesse comporte notamment deux phases d'accélération 320b et 321b durant la phase de montée. La phase 330b représente la vitesse optimale pour diminuer la consommation carburant en 25 phase de croisière. La phase de descente est accompagnée d'une augmentation temporaire de la vitesse air 340b, 341b, avant une phase de décélération 342b. [0064] Les profils d'altitude 300a et de vitesse 300b, couplés, forment le profil vertical de l'aéronef. L'optimisation d'une trajectoire d'aéronef, par exemple 30 pour limiter la consommation de carburant, peut notamment se faire en modifiant les phases verticales du profil vertical 300a, par exemple en modifiant les altitudes ou longueurs de montée. Il peut également se faire en modulant les vitesses au sein du profil 300b. [0065] Dans un système FMS 100 selon l'art antérieur, le profil horizontal de 35 la trajectoire est calculé dans le module TRAJ 120, et le profil vertical (en 3029652 17 altitude et en vitesse) est calculé dans le module PRED, à partir de la sortie du module TRAJ. L'optimisation de la trajectoire se fait donc de manière séparée entre l'optimisation de la trajectoire horizontale, et l'optimisation de la trajectoire verticale, en altitude et en vitesse. Ce mode de calcul ne permet 5 pas d'optimiser de manière conjointe les profils horizontal et vertical, et peut donc produire une trajectoire sous-optimale. [0066]La figure 4 représente un diagramme de flux d'un procédé selon l'invention. 10 [0067]Ce procédé peut par exemple être exécuté dans un équipement de type FMS. Il peut également être exécuté dans une station au sol, et la trajectoire envoyée à un aéronef via une liaison sol-air, ou bien être exécuté sur un équipement présent au sein du cockpit de l'aéronef, par exemple une tablette tactile, comprenant des moyens pour fournir une prédiction de 15 trajectoire au FMS. [0068]Ce procédé s'applique à une trajectoire 410 comprenant au moins deux sous-ensembles. Cette trajectoire peut être par exemple une trajectoire initialisée à l'aide d'un procédé selon l'état de l'art. Les sous-ensembles de la trajectoire peuvent par exemple représenter différentes phases de vol, 20 horizontales et/ou verticales. [0069]Le procédé 400 comprend une étape 420 de formulation d'un problème d'optimisation de trajectoire pour au moins un critère d'optimisation. Dans un mode de réalisation de l'invention, le problème d'optimisation de trajectoire est formulé sous la forme d'un problème de 25 commande optimale. Il peut par exemple être formulé sous la forme d'un problème de Bolza. [0070] Dans un mode de réalisation de l'invention, le critère d'optimisation est un critère de coût à minimiser. Il peut par exemple s'agir d'une consommation carburant à minimiser. Avantageusement, le critère de coût 30 peut être une somme pondérée d'au moins deux propriétés de la trajectoire. Avantageusement, ces au moins deux propriétés comprennent au moins deux propriétés choisies notamment parmi un groupe comprenant la consommation carburant, le temps passé en vol, les émissions de dioxyde de dioxyde d'azote et le bruit généré. 3029652 18 [0071]La formulation d'un problème d'optimisation de trajectoire comprend notamment la formulation de contraintes sur la trajectoire. Ces contraintes peuvent par exemple être de nature réparties ou ponctuelles. Les contraintes réparties sont les contraintes qui s'appliquent à tout instant sur la trajectoire 5 ou un sous-ensemble de la trajectoire. Il peut par exemple s'agir d'un nombre de Mach définissant la limite du domaine de vol de l'avion, ou une poussée moteur limite à ne jamais dépasser, ou un cap à maintenir. [0072]Les contraintes ponctuelles s'appliquent quant à elles à un point précis de la trajectoire. Il peut par exemple s'agir d'une heure de départ, 10 d'une heure d'arrivée ou bien d'une altitude fixée par le contrôle aérien pour le survol d'un point de passage. [0073]Un problème d'optimisation de trajectoire peut s'appliquer à l'ensemble d'une trajectoire. Il est également possible de formuler un problème d'optimisation de trajectoire pour chaque sous-ensemble de la 15 trajectoire, et de résoudre ces problèmes de manière conjointe pour les différents sous-ensembles de la trajectoire tout en s'assurant de la continuité de la trajectoire obtenue entre les différents sous-ensembles successifs de la trajectoire. Dans le cas d'une formulation sous forme de problème de Bolza, cette technique est connue dans le domaine mathématique sous le nom de 20 « problème de Bolza multi-phases ». [0074]Les contraintes peuvent être formulées de manière spécifique sur chacun des sous-ensembles de la trajectoire. Par exemple, le nombre de Mach limite peut être différent sur un sous-ensemble de la trajectoire correspondant à une phase de croisière et un sous-ensemble de la 25 trajectoire correspondant à une phase de descente. [0075]Les transitions entre les différentes phases de vols horizontales et verticales génèrent des contraintes sur la trajectoire. Par exemple, la transition entre deux legs successifs peut imposer le survol d'un point de passage, parfois à une altitude précise. Les transitions entre les phases de 30 vol verticales génèrent également des contraintes. Les phases de vol verticales peuvent par exemple être associées à une altitude de début et de fin, ainsi qu'éventuellement une vitesse limite au début ou à la fin de la phase verticale. [0076]Afin d'optimiser la trajectoire en respectant ces contraintes, l'étape 35 420 de formulation d'un problème d'optimisation de trajectoire comprend une 3029652 19 sous-étape 421 de formulation d'une contrainte liée à une transition entre deux legs successifs sur au moins un sous-ensemble de la trajectoire, et une sous-étape 422 de formulation d'une contrainte liée à une transition entre deux phases de vols verticales successives sur au moins un deuxième sous- 5 ensemble de la trajectoire. Dans un mode de réalisation de l'invention, lorsque la transition entre deux legs coïncide avec la limite entre deux sous-ensembles successifs de la trajectoire, la contrainte liée à la transition de legs est formulée sur les deux sous-ensembles. Dans un mode de réalisation de l'invention, lorsque la transition entre deux phases de vol verticales 10 coïncide avec la limite entre deux sous-ensembles successifs de la trajectoire, la contrainte liée à la transition entre les deux phases de vol verticales est formulée sur les deux sous-ensembles. [0077]Enfin, un procédé selon l'invention comprend une étape 430 de résolution du problème d'optimisation de la trajectoire. Cette résolution 15 consiste à déterminer une trajectoire optimisant au moins un critère d'optimisation tout en respectant les contraintes. Lorsqu'un problème d'optimisation de trajectoire est formulé pour chaque sous-ensemble de la trajectoire, l'étape 430 résout le problème d'optimisation des différents sous-ensembles de manière conjointe, de manière à assurer la continuité de la 20 trajectoire entre les différents sous-ensembles, tout en optimisant le au moins un critère sur l'ensemble de la trajectoire. [0078]La figure 5 représente un exemple de segmentation d'une trajectoire en sous-ensembles selon les transitions de legs et phases verticales. 25 [0079]Cette segmentation, donnée à titre d'exemple uniquement, permet de séparer une trajectoire en sous-ensemble successifs selon les transitions entre les legs et phases verticales. [0080]Cette segmentation s'applique à une trajectoire d'aéronef comprenant une suite de legs 510 et une suite de phases verticales 520. Ce type de 30 trajectoire est commun au sein des systèmes FMS selon l'état de l'art. Dans cet exemple, la suite de legs 510 comprend deux legs successifs 511 et 512, séparés par une transition de legs 513. La suite de phases verticales 520 comprend deux phases verticales 521 et 522, séparées par une transition de phase 523. 3029652 20 [0081]La segmentation permet alors d'obtenir une trajectoire 530 comprenant trois sous-ensembles 531, 532, 533 séparés par deux transitions 534 et 535. Les sous-ensembles 531, 532 et 533 correspondent alors respectivement aux sous-ensembles de la trajectoire situés à la fois au sein 5 du leg 511 et de la phase verticale 521 ; à la fois au sein du leg 511 et de la phase verticale 522 ; à la fois au sein du leg 512 et de la phase verticale 522. Les transitions 534 et 535 correspondent quant à elles respectivement aux transitions 523 et 513. [0082]Cette segmentation est particulièrement avantageuse. En effet, elle 10 permet de formuler les contraintes sur les différents sous-ensembles de la trajectoire de manière efficace, à la fois pour les contraintes réparties et ponctuelles. En effet, chaque leg peut être associé à des contraintes réparties spécifiques. Avantageusement, cette segmentation permet de formuler pour chaque sous-ensemble 531, 532, 533 de la trajectoire les 15 contraintes réparties associées au leg et à la phase verticale dont il est issu. [0083]Cette segmentation permet également de formuler efficacement les contraintes liées aux transitions entre les phases de vol, en formulant les contraintes associées à une transition de phase de vol sur les deux sous-ensembles qui en sont issus. Par exemple, les contraintes liées à la 20 transition 523 entre les phases verticales 521 et 522 peuvent être formulées comme une contrainte ponctuelle à la fois au point final du sous-ensemble 531 et au point initial du sous-ensemble 532. De même, les contraintes liées à la transition de legs 513 peuvent être formulées à la fois comme une contrainte ponctuelle au point final du sous-ensemble 532 et au point initial 25 du sous-ensemble 533. [0084]Cette segmentation est donc particulièrement avantageuse lorsque le problème d'optimisation de la trajectoire est formulé comme un ensemble de problèmes d'optimisation sur les différents sous-ensembles de la trajectoire, par exemple lorsqu'il est formulé sous la forme d'un ensemble de problèmes 30 de Bolza ou d'un problème de Bolza multi-phases. En effet, il permet à la fois de formuler efficacement les contraintes réparties sur chaque sous-ensemble de la trajectoire et de formuler les contraintes liées aux transitions entre les phases de vol comme des contraintes ponctuelles aux limites de chacun des sous-ensembles de la trajectoire. 35 3029652 21 [0085]La figure 6 représente un diagramme de flux d'un exemple de mode de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention avec optimisation de l'ordre des phases d'une trajectoire d'aéronef. [0086]Le procédé 600 selon ce mode de mise en oeuvre de l'invention 5 comprend une étape 610 d'initialisation de la trajectoire. Cette étape consiste en un premier calcul de la trajectoire, par exemple par une méthode selon l'état de l'art ou l'application d'une trajectoire prédéfinie. [0087]Le procédé 600 selon ce mode de mise en oeuvre de l'invention comprend ensuite une étape 620 de segmentation de la trajectoire en sous- 10 ensembles. Cette étape peut par exemple comprendre une segmentation semblable à la segmentation 530, avec la création d'un sous-ensemble de la trajectoire à chaque transition de legs et à chaque transition de phases de vol verticales. [0088]Le procédé 600 comprend ensuite les étapes 420, 421 et 422 de 15 formulation d'un problème d'optimisation de trajectoire, puis l'étape 430 de résolution du problème d'optimisation de la trajectoire. [0089]Le procédé 600 comprend ensuite une étape 630 d'analyse des contraintes. La formulation mathématique d'un problème d'optimisation de trajectoire, de commande optimale ou de Bolza permet en effet d'analyser, 20 après résolution du problème l'effet des contraintes. Une contrainte est dite saturée ou active lorsqu'elle a été limitante pour l'optimisation de la trajectoire ou si elle n'a pas pu être satisfaite et a empêché l'obtention d'une trajectoire. Au contraire, la contrainte est dite non saturée ou inactive si elle n'a pas eu d'incidence sur l'optimisation de la trajectoire. Une formulation 25 mathématique adaptée à la détermination de la saturation d'une contrainte est le multiplicateur de Karush-Kuhn-Tucker ou KKT. Un multiplicateur KKT est une valeur associée à une contrainte et indiquant la saturation de celle-ci. Les méthodes de résolution d'un problème d'optimisation de trajectoire de l'état de l'art permettent, lors du calcul de la trajectoire optimisant un critère 30 d'obtenir le multiplicateur de KKT pour chacune des contraintes. La contrainte est alors considérée comme saturée si le multiplicateur KKT associé est non nul. [0090]Le procédé 600 comprend ensuite une étape 640 de vérification des contraintes liées aux transitions de phase. Cette étape consiste à vérifier si 35 au moins un multiplicateur KKT lié à une contrainte ponctuelle générée par 3029652 22 une transition de legs, par exemple à l'étape 421, ou une contrainte ponctuelle générée par une transition de phases verticales, par exemple à l'étape 422, est active. [0091]Si aucune contrainte ponctuelle liée à une phase de vol n'est active, 5 cela signifie que l'ordonnancement des phases de vol n'a pas eu de conséquence sur l'optimisation de la trajectoire, et donc que les phases de vol étaient d'ores et déjà dans un ordre optimal. Au contraire, si au moins une contrainte liée à un changement de phase est active, cela signifie qu'une transition entre deux legs ou deux phases verticales a limité l'optimisation de 10 la trajectoire. Cette configuration peut notamment survenir lorsque les transitions entre les phases de vol verticales et horizontales sont disposées dans un ordre non optimal. [0092]Afin de pallier ce problème, le procédé 600 comprend, lorsqu'au moins une contrainte liée à une transition entre deux phases de vol est active, une 15 étape 650 de modification d'au moins une phase de vol. Cette étape consiste à modifier une phase de vol comportant une transition dont la contrainte associée est active. Cette étape peut par exemple consister à inverser une transition de legs et une transition de phase verticale. Par exemple, pour la trajectoire 530, l'étape 650 pourrait comprendre l'inversion de la transition de 20 legs 513 et de la transition de phases verticales 523. Par exemple, si un sous-ensemble de la trajectoire possède une contrainte active liée à une transition de legs à l'une de ses extrémités, et une contrainte active liée à une transition de phases verticales à son autre extrémité, l'étape 650 peut comprendre l'inversion de ces deux transitions. Il est également possible de 25 supprimer certaines phases de vol latérales et/ou verticales si elles ne respectent pas certaines contraintes. Par exemple, il est possible de formuler une contrainte « durée minimale » sur les transitions entre deux phases de vol, afin que chaque phase de vol ait une durée significative. Si la contrainte « durée minimale » est active pour une phase de vol, il peut être préférable 30 de la supprimer. [0093]Une fois les phases de vol modifiées, l'étape 620 peut être activée à nouveau afin de produire une nouvelle segmentation de la trajectoire en sous-ensembles, et de formuler les contraintes liées aux nouvelles transitions de phases, et enfin résoudre le problème d'optimisation de 35 trajectoire ainsi formulé. 3029652 23 [0094]Ce mode de réalisation de l'invention est particulièrement avantageux. Il permet en effet d'optimiser une trajectoire tout en définissant les ordres de transition optimaux entre les phases de vol verticales d'une part, et entre les legs d'autre part. Cette capacité n'est pas atteignable avec les méthodes 5 d'optimisation de trajectoire d'aéronef de l'état de l'art, qui optimisent séparément les profils de vol horizontal et vertical de l'aéronef. [0095]La figure 7 représente un diagramme de flux d'un exemple de mode de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention avec choix de contraintes à 10 modifier. [0096]Ce mode de mise en oeuvre du procédé, donné à titre d'exemple uniquement, comprend des étapes 420, 421, 422, 430, 610, 620 et 630 identiques à celles des procédés 400 et 600. [0097]11 comprend en outre une étape 710 d'identification du nombre de 15 contraintes non satisfaites. Lorsque les contraintes sur l'optimisation de la trajectoire sont trop nombreuses ou trop importantes, il est possible que l'étape 430 de résolution du problème d'optimisation de trajectoire ne comporte pas de solution. L'analyse des multiplicateurs KKT permet alors d'identifier les contraintes non satisfaites. S'il existe au moins deux 20 contraintes non satisfaites, il est possible que la suppression ou le relâchement d'une seule des deux contraintes permette de réinitialiser le calcul de trajectoire, et d'obtenir une solution. [0098]Lorsque le multiplicateur KKT d'au moins deux contraintes est non nul, le procédé 700 comprend une étape 720 de sélection d'une contrainte à 25 relâcher. Cette étape permet de sélectionner la contrainte la plus appropriée à relâcher pour pouvoir calculer une trajectoire optimisée. [0099]De nombreux modes de relâchement de contraintes sont possibles. Dans un mode de réalisation de l'invention, les contraintes sont relâchées automatiquement dans un ordre prédéfini. Par exemple, les contraintes 30 ponctuelles peuvent être relâchées avant les contraintes réparties. De même les contraintes liées au confort des passagers peuvent être relâchées avant les contraintes liées à la performance de l'avion, ces dernières pouvant être relâchées avant les contraintes liées à la sécurité. [00100] Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les 35 contraintes peuvent être sélectionnées manuellement par un opérateur. Par 3029652 24 exemple, dans le cas d'un calcul de trajectoire au sein d'un système de type FMS, les contraintes dont le multiplicateur KKT est non nul peuvent être affichées à un pilote de l'aéronef, qui peut alors sélectionner manuellement les contraintes à relâcher. De même, les contraintes peuvent être affichées à 5 un opérateur au sol, qui peut alors sélectionner manuellement des contraintes à relâcher. [00101] Le procédé 700 comprend ensuite une étape 730 de modification des contraintes afin d'appliquer le relâchement sur la au moins une contrainte à relâcher. Le relâchement des contraintes peut par exemple 10 s'effectuer en augmentant la tolérance sur une contrainte. Par exemple, si une contrainte ponctuelle consiste en une heure de passage exacte à un waypoint, il est possible de relâcher cette contrainte en associant une marge de tolérance à l'heure de passage, par exemple une tolérance de plus ou moins deux minutes. Le relâchement des contraintes peut également 15 s'effectuer en supprimant une contrainte. Par exemple, si la trajectoire est soumise à une contrainte de confort limitant le niveau d'accélération de l'avion, il est possible de supprimer cette contrainte. [00102] Une fois les contraintes modifiées, l'étape 420 est réactivée afin de recalculer une trajectoire avec les contraintes modifiées. Si la résolution 20 du problème d'optimisation de trajectoire ne permet toujours pas de calculer une trajectoire, il est possible de réitérer le relâchement d'une contrainte et de recalculer à nouveau la trajectoire, et ainsi de suite jusqu'à ce qu'il soit possible de résoudre le problème d'optimisation de la trajectoire. [00103] Dans un mode de réalisation de l'invention, il est également 25 possible de disposer de plusieurs méthodes d'initialisation de la trajectoire. Lorsque des contraintes sont non satisfaites, il est alors possible d'initialiser la trajectoire avec une méthode d'initialisation différente. La réinitialisation de la trajectoire avec des méthodes différentes peut être effectuée préalablement à la suppression de contraintes, ou bien après celle-ci si 30 certaines contraintes non satisfaites n'ont pas pu être supprimées. [00104] Ce mode de réalisation de l'invention est particulièrement avantageux en ce qu'il permet de sélectionner le niveau de contrainte juste suffisant pour pouvoir calculer une trajectoire, tout en calculant la trajectoire la plus optimisée en fonction de ces contraintes. Il est également avantageux 3029652 25 en ce sens qu'il permet de sélectionner les contraintes à relâcher par ordre d'importance. [00105] Les figures 8a et 8b représentent respectivement un exemple 5 d'affichage au pilote des contraintes sur le plan de vol et de modification de celles-ci. [00106] Ces affichages peuvent être mis en oeuvre au sein d'un aéronef, par exemple pour mettre en oeuvre le procédé 700. [00107] La figure 8a représente un exemple d'affichage 800a de 10 contraintes pour l'optimisation de trajectoire. Cet affichage peut être effectué sur une écran d'un cockpit d'aéronef pour être visionné par un pilote. Dans cet exemple, les contraintes sont des contraintes réparties, formulées sur des waypoints, par exemple les waypoints MEN 810a et MLN 820a. Les contraintes peuvent porter sur plusieurs paramètres, par exemple l'heure de 15 passage au waypoint MEN 811a valant 10h ou la vitesse au waypoint MLN 821a valant 240 noeuds. Dans ces deux cas les valeurs effectivement calculées lors du calcul de trajectoire pour ces paramètres sont respectivement une heure de passage de 10h et 26 secondes au waypoint MEN 812a et une vitesse de 245 noeuds au waypoint MLN 822a. Ces 20 contraintes sont comprennent également une tolérance, respectivement 30s pour l'heure de passage au waypoint MEN 813a, et 10 noeuds pour la vitesse au waypoint MLN 823a. [00108] Certaines contraintes ne sont pas satisfaites. Par exemple, la contrainte d'heure de passage 831a au waypoint LFPG 830a n'est pas 25 satisfaite : la contrainte est un passage à 11 heures, 46 minutes et 30 secondes, avec une tolérance de 6s 833a, alors que l'heure de passage calculée est 11 heures 47 minutes et 10 secondes 832a. [00109] La figure 8b représente un exemple de relâchement de certaines contraintes et le résultat d'une nouvelle itération de calcul de la 30 trajectoire avec les contraintes relâchées. [00110] Dans cet exemple, la tolérance sur l'heure de passage au waypoint MEN a été augmentée à 90s 813b. Dans le même temps, la tolérance sur la vitesse au waypoint MLN a été portée à l'infini 823b. Ceci revient à annuler la contrainte. 3029652 26 [00111] Grâce au relâchement de ces deux contraintes, la contrainte de temps 831b au waypoint LFPG 830b a pu être tenue avec une tolérance 833b identique. En effet, le temps de passage 832b au waypoint LFPG est 11h, 46 minutes et 33 secondes pour une contrainte de 11 heures, 46 5 minutes et 33 secondes, et une tolérance de 6 secondes. [00112] Cet exemple démontre la capacité d'un procédé selon l'invention à optimiser la tenue de contrainte pour une trajectoire, et à effectuer une sélection de contraintes prioritaires à tenir ou de contraintes à relâcher. 10 [00113] Les exemples ci-dessus démontrent la capacité d'un procédé selon l'invention à calculer une trajectoire en optimisant à la fois les profils horizontal et vertical de la trajectoire, tout en respectant un ensemble de contraintes. Ils ne sont cependant donnés qu'à titre d'exemple et ne limitent 15 en aucun cas la portée de l'invention, définie dans les revendications ci-dessous. 27

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de calcul d'une trajectoire de consigne d'un aéronef (410), ladite trajectoire comprenant au moins deux sous-ensembles, ledit procédé comprenant au moins : Une étape de formulation d'au moins un problème d'optimisation de ladite trajectoire (420) pour au moins un critère d'optimisation, ladite étape de formulation comprenant au moins : - une sous-étape de formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de legs (421) sur au moins un premier sous-ensemble de la trajectoire; - une sous-étape de formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de phases de vol verticales (422) sur au moins un second sous-ensemble de la trajectoire; Une étape de résolution du problème d'optimisation de ladite trajectoire (430).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de formulation d'au moins un problème d'optimisation de ladite trajectoire comprend en outre une sous-étape de création d'au moins un premier sous-ensemble de la trajectoire pour au moins une transition de legs, et une sous-étape de création d'au moins un deuxième sous-ensemble de la trajectoire pour au moins une transition de phases verticales.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel l'étape de formulation d'un problème d'optimisation de la trajectoire comprend en outre une sous-étape de formulation d'au moins une contrainte liée à un critère de performance de l'aéronef sur au moins un sous-ensemble de la trajectoire.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une étape préalable d'initialisation de la trajectoire (610). 28 3029652
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le problème d'optimisation de la trajectoire minimise un critère de coût.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le critère de coût est une 5 fonction d'au moins deux propriétés de la trajectoire.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel les propriétés de la trajectoire comprennent au moins deux propriétés choisies dans un groupe comprenant consommation de carburant, temps passé en vol, 10 émissions de dioxyde de carbone, émissions de dioxyde d'azote et bruit généré.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape de formulation du problème d'optimisation de ladite trajectoire comprend 15 une formulation d'un problème de commande optimale sur chacun des sous-ensembles de la trajectoire.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit problème de commande optimale est un problème de Bolza.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant à l'issue de la résolution du problème d'optimisation de trajectoire une étape d'analyse des multiplicateurs de Karush-Kuhn-Tucker pour au moins une contrainte (630).
11.Procédé selon la revendication 10 comprenant, lorsqu'au moins un multiplicateur de Karush-Kuhn-Tucker lié à une contrainte sur une transition de legs ou une transition de phase verticale est non nul (620), la modification d'au moins une phase de vol (630).
12.Procédé selon la revendication 11, dans lequel la modification d'au moins une phase de vol comprend l'inversion d'une transition de legs (413) et d'une transition de phases d'une trajectoire verticale (423). 35
13. Procédé selon la revendication 10, comprenant, lorsque le multiplicateur de Karush-Kuhn-Tucker d'au moins deux contraintes est non nul (710), une étape de sélection d'une contrainte à relâcher (720). 20 25 30 3029652 29
14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel les contraintes sont relâchées dans un ordre prédéfini.
15. Procédé selon la revendication 13, comprenant une étape d'affichage 5 au pilote des contraintes dont le multiplicateur de Karush-Kuhn-Tucker est non nul.
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, comprenant une étape d'affichage d'au moins deux contraintes pour permettre à un opérateur 10 de les modifier.
17. Système de calcul de trajectoire, comprenant au moins un processeur configuré pour calculer une trajectoire de consigne d'un aéronef (410), ladite trajectoire comprenant au moins deux sous-ensembles, ledit 15 dispositif comprenant au moins : un module configuré pour formuler au moins un problème d'optimisation de ladite trajectoire (420) pour au moins un critère d'optimisation, ledit module comprenant au moins : un sous-module de formulation d'au moins une contrainte 20 liée à une transition de legs (421) sur au moins une phase de vol ; un sous-module de formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de phases de vol verticales (422) sur au moins une phase de vol ; 25 un module configuré pour résoudre le problème d'optimisation de ladite trajectoire (430) pour ledit au moins un critère d'optimisation
18. Système selon la revendication 17, comprenant au moins une interface homme machine configurée pour afficher sur au moins un écran au 30 moins une contrainte pour un paramètre de la trajectoire (811a, 821a, 831a) la valeur calculée dudit paramètre de la trajectoire (812a, 822a, 832a) et la marge de tolérance sur ladite contrainte (813a, 823a, 833a). 35
19. Système selon la revendication 18, dans lequel ladite interface homme machine est configurée pour permettre à un opérateur de modifier la 3029652 30 valeur de la tolérance pour ladite au moins une contrainte (813b, 823b, 833b).
20. Programme d'ordinateur configuré pour, lorsqu'il est exécuté sur un 5 processeur, calculer une trajectoire de consigne d'un aéronef (410), ladite trajectoire comprenant au moins deux phases de vol, ledit programme d'ordinateur comprenant au moins : Des éléments de code informatique pour exécuter une formulation d'au moins un problème de commande optimale (420) pour au 10 moins un critère d'optimisation, ladite formulation comprenant au moins : - une formulation d'au moins une contrainte liée à une transition de legs (421) sur au moins une phase de vol ; - une formulation d'au moins une contrainte liée à une 15 transition de phases de vol verticales (422) sur au moins une phase de vol ; Des éléments de code informatique pour résoudre le problème d'optimisation de la trajectoire (430) pour ledit au moins un critère d'optimisation. 20