FR3162902A1 - Système électronique et procédé de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, programme d’ordinateur associé - Google Patents
Système électronique et procédé de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, programme d’ordinateur associéInfo
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Abstract
Système électronique et procédé de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, programme d’ordinateur associé
L’invention concerne un système électronique de prévention d’un risque de collision pour un aéronef (10), comprenant :
- un module de réception d’une position de l’aéronef ;
- un module d’obtention, à partir d’une base de données obstacles et en fonction de la position aéronef, d’au moins un volume d’obstacle ; et
- un module de commande de l’affichage de l’au moins un volume d’obstacle, et/ou de la génération d’une alerte en cas de risque de pénétration dans un volume d’obstacle.
Au moins un volume d’obstacle est un volume global d’obstacle (VGO) englobant au moins partiellement une pluralité d’obstacles (70) et comportant une enveloppe (72) avec une surface supérieure (74) d’aire (A) supérieure à une aire minimale prédéfinie, la surface supérieure (74) ayant une élévation de valeur constante et étant, en au moins un point, distante du sol (76) d’au moins une hauteur minimale prédéfinie.
Figure pour l'abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne un système électronique de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, le système étant destiné à être embarqué à bord de l’aéronef.
L’invention concerne également un procédé de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, le procédé étant mis en œuvre par un tel système électronique de prévention ; ainsi qu’un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un tel procédé de prévention.
L’invention concerne le domaine des systèmes de prévention et d’alerte des risques de collision des aéronefs avec des obstacles.
On connaît des systèmes d'alerte et de prévention du terrain pour avion, également appelés TAWS (de l’anglaisTerrain Awareness and Warning System), ainsi que des systèmes d’alerte et de prévention du terrain pour hélicoptère, également appelés HTAWS (de l’anglaisHelicopter TAWS).
Ces systèmes avioniques sont obligatoires pour les avions de lignes, de transport et régionaux et le deviennent pour les hélicoptères. Ils sont basés sur la présence, à bord de l’aéronef, d’une base de données terrain couvrant la zone d’opération de l’aéronef, c’est-à-dire une base de données contenant l’altitude du sol par rapport au niveau de la mer, aussi appelée altitude MSL (de l’anglaisMedium Sea Level), à des intervalles réguliers qui définissent l’échelle généralement exprimée en secondes d’arc (SA). Une base de données peut contenir plusieurs échelles selon la géographie, par exemple, pour des avions, les zones autour des aéroports sont mieux résolues, par exemple 3 SA et pour le reste de la terre moins résolues, par exemple 15 SA. Pour un système dédié aux hélicoptères pouvant atterrir potentiellement partout, une base de données plus résolue de 3 SA est typiquement privilégiée sur toute la zone d’opération de l’aéronef, qui est généralement restreinte pour un hélicoptère.
La base de données terrain peut être complétée d’une base de données obstacles, la base de données obstacles comportant des données d’obstacles ponctuels fournissant un rayon et une hauteur par rapport au sol pour chaque obstacle de la base, et éventuellement des données d’obstacles linéaires, par exemple le réseau de ligne à haute tension du système électrique d’un pays avec une hauteur par rapport au sol pour chaque pylône d’une ligne. Ces données d’obstacles sont particulièrement utiles pour les hélicoptères qui volent proche du sol.
Les systèmes TAWS ou HTAWS utilisent alors les bases de données terrain et obstacles ; la position fournie par un système de positionnement de l’aéronef ; ainsi que des paramètres de vol, tels que cap, vitesse et vitesse verticale, fournis par des capteurs de l’aéronef ; afin de déterminer un risque de collision avec le sol ou un obstacle plus ou moins proche et déclencher différents niveaux d’alerte en fonction de l’imminence de ce risque de collision.
Les systèmes TAWS ou HTAWS sont également dotés d’un dispositif d’affichage pour permettre aux pilotes d’avoir conscience des risques de collision avec le sol ou les obstacles. Usuellement, l’affichage se fait en deux dimensions avec un code couleur du vert au rouge pour illustrer la proximité du sol autour de l’aéronef, et des symboles d’obstacles également colorés du vert au rouge en fonction de leurs altitudes relatives par rapport à l’aéronef.
Les systèmes d'alerte et de prévention les plus récents sont également dotés d’une représentation en trois dimensions permettant d’afficher, dans un système de vision synthétique (SVS), les risques de collision avec le sol ou les obstacles, qu’ils soient ponctuels ou linéaires.
Ces systèmes sont normalisés et réglementés, notamment par la norme DO-367, intitulée «Minimum Operational Performance Standards (MOPS) for Terrain Awareness and Warning Systems (TAWS) Airborne Equipment».
Cependant, ces systèmes d'alerte et de prévention ne sont pas adaptés aux vols en milieu urbain dense où le nombre très élevé d’obstacles pose des problèmes de performances de calcul et d’affichage sur des équipements embarqués aux ressources limitées.
Le but de l’invention est alors de proposer un système électronique, et un procédé associé, de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, qui soient plus adaptés aux vols en milieu urbain dense.
A cet effet, l’invention a pour objet un système électronique de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, le système étant destiné à être embarqué à bord de l’aéronef et comprenant :
- un module de réception configuré pour recevoir une position de l’aéronef ;
- un module d’obtention configuré pour obtenir, à partir d’une base de données obstacles et en fonction de la position de l’aéronef, au moins un volume d’obstacle ; et
- un module de commande configuré pour commander au moins une action parmi :
+ l’affichage, sur un écran d’affichage, de l’au moins un volume d’obstacle, et
+ la génération d’une alerte en cas de risque de pénétration de l’aéronef dans un volume d’obstacle respectif,
au moins un volume d’obstacle étant un volume global d’obstacle, chaque volume global d’obstacle englobant au moins partiellement une pluralité d’obstacles et comportant une enveloppe avec une surface supérieure d’aire supérieure à une aire minimale prédéfinie, la surface supérieure ayant une élévation de valeur constante et étant, en au moins un point, distante du sol d’au moins une hauteur minimale prédéfinie.
Ainsi, le système de prévention selon l’invention permet de simplifier le calcul effectué par une fonction de protection vis-à-vis des obstacles pour la génération de l’alerte, ce calcul étant alors effectué par rapport au volume global d’obstacle, plutôt que par rapport à la pluralité d’obstacles unitaires englobée par ledit volume global d’obstacle ; ou encore de simplifier l’affichage d’une ou plusieurs vues de l’environnement extérieur présenté dans le cockpit, en affichant alors seulement le volume global d’obstacle, plutôt que ladite pluralité d’obstacles unitaires.
En outre, lorsque l’aéronef est un aéronef de mobilité urbaine, également appelé UAM (de l’anglaisUrban Air Mobility), le système de prévention selon l’invention permet également d’éviter l’intrusion de l’UAM dans des zones à risque en cas d’éloignement de son trajet nominal.
Suivant d’autres aspects avantageux de l’invention, le système électronique de prévention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l’élévation est d’un type choisi parmi une altitude de la surface supérieure et une hauteur par rapport au sol de la surface supérieure ;
- plusieurs volumes globaux d’obstacle sont obtenus, et l’élévation de valeur constante est de type variable d’un volume global d’obstacle à l’autre ;
- plusieurs volumes globaux d’obstacle sont obtenus, et l’élévation de valeur constante est du même type pour tous les volumes globaux d’obstacle ;
- l’aire minimale prédéfinie est supérieure ou égale à 10 ha ;
- la hauteur minimale prédéfinie est supérieure ou égale à 30 mètres ;
- si un obstacle respectif parmi la pluralité d’obstacles est englobé seulement partiellement par un volume global d’obstacle correspondant et présente une élévation de valeur supérieure à celle de la surface supérieure dudit volume global d’obstacle, alors ledit obstacle est représenté en saillie par rapport à l’enveloppe dudit volume global d’obstacle, le sommet de cet obstacle dépassant de la surface supérieure dudit volume global d’obstacle ;
- la valeur constante de l’élévation de la surface supérieure du volume global d’obstacle correspondant est déterminée de telle sorte que le nombre d’obstacle(s) dépassant de la surface supérieure divisé par le nombre total d’obstacles englobés au moins partiellement par le volume global d’obstacle correspondant est inférieur à un ratio maximal prédéfini ;
le ratio maximal prédéfini étant de préférence inférieur ou égal à 0,2 ; de préférence encore inférieur ou égal à 0,1 ;
- l’enveloppe du volume global d’obstacle présente une transparence supérieure à 20% ;
- l’enveloppe du volume global d’obstacle présente une couleur variable en fonction d’un écart d’altitude entre une altitude de l’aéronef et une altitude de la surface supérieure de ladite enveloppe.
L’invention concerne également un aéronef civil, notamment à voilure tournante, comprenant un système électronique de prévention tel que défini ci-dessus.
L’invention concerne aussi un procédé de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, le procédé étant mis en œuvre par un système électronique de prévention destiné à être embarqué à bord de l’aéronef et comprenant les étapes suivantes :
- recevoir une position de l’aéronef ;
- obtenir, à partir d’une base de données obstacles et en fonction de la position de l’aéronef, au moins un volume d’obstacle ; et
- commander au moins une action parmi :
+ l’affichage, sur un écran d’affichage, de l’au moins un volume d’obstacle, et
+ la génération d’une alerte en cas de risque de pénétration de l’aéronef dans un volume d’obstacle respectif,
au moins un volume d’obstacle étant un volume global d’obstacle, chaque volume global d’obstacle englobant au moins partiellement une pluralité d’obstacles et comportant une enveloppe avec une surface supérieure d’aire supérieure à une aire minimale prédéfinie, la surface supérieure ayant une élévation de valeur constante et étant, en au moins un point, distante du sol d’au moins une hauteur minimale prédéfinie.
L’invention concerne également un programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé de prévention, tel que défini ci-dessus.
Ces caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
Dans la suite de la description, l’expression « sensiblement égale à » définit une relation d’égalité à plus ou moins 20%, de préférence à plus ou moins 10%, de préférence encore à plus ou moins 5%.
Sur laFIG. 1 , un aéronef civil 10 comprend un système de propulsion 12 et une installation avionique 15 d’aide au pilotage, l’installation avionique 15 étant destinée à être embarquée à bord de l’aéronef 10.
L’aéronef civil 10 est notamment un aéronef à voilure tournante, tel qu’un hélicoptère civil, comme représenté sur laFIG. 1 . En variante, l’aéronef civil 10 est un avion de ligne, un véhicule de mobilité aérienne urbaine, aussi appelé véhicule UAM (de l’anglaisUrban Air Mobility), ou encore un drone civil piloté à distance par un téléopérateur.
Le système de propulsion 12 comporte au moins un moteur 16 et au moins un réservoir d’énergie 17. Le système de propulsion 12 est par exemple un système de propulsion à combustion, et le ou chaque moteur 16 est alors un moteur à combustion, le ou chaque réservoir d’énergie 17 étant un réservoir de carburant. En variante, le système de propulsion 12 est un système de propulsion électrique, et le ou chaque moteur 16 est alors un moteur électrique, le ou chaque réservoir d’énergie 17 comportant une batterie électrique et/ou une pile à combustible. En variante encore, le système de propulsion 12 est un système de propulsion hybride comportant plusieurs moteurs 16, à savoir au moins un moteur à combustion et au moins un moteur électrique. L’au moins un réservoir d’énergie 17 comporte alors au moins un réservoir de carburant et au moins une batterie électrique et/ou une pile à combustible.
L’installation d’aide au pilotage 15 comprend un système électronique d’affichage d’informations 18, une interface homme-machine 19 et un système électronique 20 de prévention d’un risque de collision pour l’aéronef 10, le système de prévention 20 étant connecté au système d’affichage d’informations 18.
Dans l’exemple de laFIG. 1 , l’installation d’aide au pilotage 15 comprend également une première base de données 22, également appelée base de données terrain, et une deuxième base de données 24, également appelée base de données obstacles, la deuxième base de données 24 étant alors distincte de la première base de données 22. La base de données obstacles est générée par un dispositif électronique de génération 25, également représenté à laFIG. 1 .
En variante, non représentée, la base de données terrain et la base de données obstacles sont regroupées en une seule base de données, et l’installation d’aide au pilotage 15 comprend alors ladite base de données. Selon cette variante, la partie de la base de données correspondant aux données obstacles est également générée par le dispositif électronique de génération 25.
Le système d’affichage d’informations 18 comporte typiquement un écran 28 d’affichage d’informations.
L’interface homme-machine 19 est par exemple intégrée à l’écran 28 du système d’affichage d’informations 18 sous la forme d’un écran tactile.
Selon un autre exemple, l’interface homme-machine 19 est un clavier réel, i.e. physique, ou un clavier virtuel, ou encore un curseur actionnable relié au système d’affichage d’informations 18.
L’interface homme-machine 19 est apte à permettre à l’opérateur de sélectionner des éléments ou d’entrer des données.
Le système de prévention 20 comprend un module 30 de réception d’une position de l’aéronef 10, un module 32 d’obtention d’au moins un volume d’obstacle et un module 34 de commande d’au moins une action parmi l’affichage de l’au moins un volume d’obstacle et la génération d’une alerte en cas de risque de pénétration de l’aéronef 10 dans un volume d’obstacle respectif.
Dans l’exemple de laFIG. 1 , le système électronique de prévention 20 comprend une première unité de traitement d’informations 40 formée par exemple d’une première mémoire 42 et d’un premier processeur 44 associé à la première mémoire 42.
Dans l’exemple de laFIG. 1 , le module de réception 30, le module d’obtention 32 et le module de commande 34 sont réalisés chacun sous forme d’un logiciel, ou d’une brique logicielle, exécutable par le premier processeur 44. La première mémoire 42 du système électronique de prévention 20 est alors apte à stocker un logiciel de réception, un logiciel d’obtention, et un logiciel de commande. Le premier processeur 44 est alors apte à exécuter chacun des logiciels parmi le logiciel de réception, le logiciel d’obtention et le logiciel de commande.
En variante non représentée, le module de réception 30, le module d’obtention 32 et le module de commande 34 sont réalisés chacun sous forme d’un composant logique programmable, tel qu’un FPGA (de l’anglaisField Programmable Gate Array), ou encore sous forme d’un circuit intégré dédié, tel qu’un ASIC (de l’anglaisApplication Specific Integrated Circuit).
Lorsque le système électronique de prévention 20 est réalisé sous forme d’un ou plusieurs logiciels, c’est-à-dire sous forme d’un programme d’ordinateur, il est en outre apte à être enregistré sur un support, non représenté, lisible par ordinateur. Le support lisible par ordinateur est par exemple, un médium apte à mémoriser des instructions électroniques et à être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support lisible est un disque optique, un disque magnéto-optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, tout type de mémoire non volatile (par exemple EPROM, EEPROM, FLASH, NVRAM), une carte magnétique ou une carte optique. Sur le support lisible est alors mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions logicielles.
Le dispositif électronique de génération 25 comprend un module 50 d’acquisition d’une base initiale de données obstacles, un module 52 de création d’au moins un volume global d’obstacle VGO et un module 54 de génération d’une base modifiée de données obstacles.
Dans l’exemple de laFIG. 1 , le dispositif électronique de génération 25 comprend une deuxième unité de traitement d’informations 60 formée par exemple d’une deuxième mémoire 62 et d’un deuxième processeur 64 associé à la deuxième mémoire 62.
Dans l’exemple de laFIG. 1 , le module d’acquisition 50, le module de création 52 et le module de génération 54 sont réalisés chacun sous forme d’un logiciel, ou d’une brique logicielle, exécutable par le deuxième processeur 64. La deuxième mémoire 62 du dispositif électronique de génération 25 et alors apte à stocker un logiciel d’acquisition, un logiciel de création et un logiciel de génération. Le deuxième processeur 64 est alors apte à exécuter chacun des logiciels parmi le logiciel d’acquisition, le logiciel de création et le logiciel de génération.
En variante non représentée, le module d’acquisition 50, le module de création 52 et le module de génération 54 sont réalisés chacun sous forme d’un composant logique programmable, tel qu’un FPGA (de l’anglaisField Programmable Gate Array), ou encore sous forme d’un circuit intégré dédié, tel qu’un ASIC (de l’anglaisApplication Specific Integrated Circuit).
Lorsque le dispositif électronique de génération 25 est réalisé sous forme d’un ou plusieurs logiciels, c’est-à-dire sous forme d’un programme d’ordinateur, il est en outre apte à être enregistré sur un support, non représenté, lisible par ordinateur. Le support lisible par ordinateur est par exemple, un médium apte à mémoriser des instructions électroniques et à être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support lisible est un disque optique, un disque magnéto-optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, tout type de mémoire non volatile (par exemple EPROM, EEPROM, FLASH, NVRAM), une carte magnétique ou une carte optique. Sur le support lisible est alors mémorisé un programme d’ordinateur comprenant des instructions logicielles.
Le module de réception 30 est configuré pour recevoir la position de l’aéronef 10, et est connu en soi. Le module de réception 30 est par exemple configuré pour recevoir ladite position de la part d’un système de positionnement de l’aéronef 10, tel qu’un système de positionnement par satellite, également appelé système GNSS (de l’anglaisGlobal Navigation Satellite System).
Le module d’obtention 32 est configuré pour obtenir, à partir de la base de données obstacle 24 et en fonction de la position de l’aéronef 10, au moins un volume d’obstacle.
Selon l’invention, au moins un volume d’obstacle est un volume global d’obstacle VGO englobant au moins partiellement une pluralité d’obstacles 70, comme illustré sur les figures 2 et 4.
Chaque volume global d’obstacle VGO comporte une enveloppe 72 avec une surface supérieure 74 d’aire A supérieure à une aire minimale prédéfinie Amin, la surface supérieure 74 ayant une élévation ELV de valeur constante et étant, en au moins un point, distante du sol d’au moins une hauteur minimale prédéfinie Hmin.
L’aire minimale prédéfinie Aminest typiquement supérieure ou égale à 10 ha, c’est-à-dire supérieure ou égale à 100 000 m². La hauteur minimale prédéfinie Hminest par exemple supérieure ou égale à 30 mètres.
Chaque volume global d’obstacle VGO englobe, verticalement, au moins partiellement la pluralité d’obstacles 70. Autrement dit, chaque volume global d’obstacle englobe au moins partiellement selon une direction verticale la pluralité d’obstacles 70. Lesdits obstacles 70 sont englobés intégralement horizontalement dans le volume global d’obstacle VGO correspondant. En d’autres termes, lesdits obstacles 70 sont, suivant un plan horizontal perpendiculaire à la direction verticale, englobés intégralement dans le volume global d’obstacle VGO.
L’homme du métier comprendra alors que tous les obstacles 70 de la pluralité d’obstacles 70 associée à un volume global d’obstacle VGO sont horizontalement, c’est-à-dire suivant le plan horizontal, intégralement englobés par ledit volume global d’obstacle VGO ; et verticalement, c’est-à-dire selon la direction verticale, au moins partiellement englobés par ledit volume global d’obstacle VGO, certains obstacles 70 étant intégralement englobés, à la fois horizontalement et verticalement, par le volume global d’obstacle VGO, et potentiellement d’autres obstacles 70 étant englobés horizontalement, mais seulement partiellement selon la direction verticale, par ledit volume global d’obstacle VGO. Un obstacle intégralement englobé verticalement si est un obstacle 70 ayant une élévation inférieure à celle de la surface supérieure 74 du volume global d’obstacle VGO correspondant.
Dans l’exemple de laFIG. 2 , plusieurs volumes globaux d’obstacle VGO sont représentés, avec une valeur constante d’élévation ELV variant d’un volume global d’obstacle VGO à l’autre.
L’élévation ELV est typiquement une altitude ALT de la surface supérieure 74 ou une hauteur H par rapport au sol 76 de la surface supérieure 74.
Selon un premier mode M1, illustré à laFIG. 4 , l’élévation ELV de la surface supérieure 74 dont la valeur est constante est l’altitude ALT de la surface supérieure 74. Autrement dit, selon ce premier mode M1, chaque volume global d’obstacle VGO a sa surface supérieure 74 présentant une valeur constante d’altitude ALT.
Selon un deuxième mode M2, non représenté, l’élévation ELV de la surface supérieure 74 dont la valeur est constante est la hauteur H de la surface supérieure 74 par rapport au sol 76. Autrement dit, selon ce deuxième mode M2, chaque volume global d’obstacle VGO a sa surface supérieure 74 présentant une valeur constante de hauteur H par rapport au sol 76.
L’homme du métier observera que le premier mode M1 est équivalent au deuxième mode M2 lorsque le sol 76 présente une altitude constante sur l’ensemble d’un volume global d’obstacle VGO respectif, comme dans l’exemple de laFIG. 2 ; et de manière corollaire que le premier mode M1 aboutit à une surface supérieure 74 différente de celle obtenue selon le deuxième mode M2 seulement lorsque l’altitude du sol 76 varie au sein du volume global d’obstacle VGO respectif.
Le mode parmi le premier mode M1 et le deuxième mode M2 est susceptible de varier d’un volume global d’obstacle VGO à l’autre. Autrement dit, lorsque plusieurs volumes globaux d’obstacle VGO sont obtenus par le module d’obtention 32, l’élévation ELV de valeur constante est par exemple de type variable d’un volume global d’obstacle VGO à l’autre.
En variante, le mode parmi le premier mode M1 et le deuxième mode M2 est identique d’un volume global d’obstacle VGO à l’autre. En d’autres termes, selon cette variante, lorsque plusieurs volumes globaux d’obstacle VGO sont obtenus par le module d’obtention 32, l’élévation ELV de valeur constante est du même type pour tous les volumes globaux d’obstacle VGO.
Avantageusement, si un obstacle 70 respectif parmi la pluralité d’obstacles 70 est englobé seulement partiellement par un volume global d’obstacle VGO correspondant et présente une élévation de valeur supérieure à celle de la surface supérieure 74 dudit volume global d’obstacle VGO, alors ledit obstacle est représenté en saillie par rapport à l’enveloppe 72 dudit volume global d’obstacle VGO, le sommet 78 de cet obstacle dépassant de la surface supérieure 74 dudit volume global d’obstacle VGO, comme représenté sur les vues SVS et VD à laFIG. 3 , ou encore dans l’exemple de laFIG. 4 .
Avantageusement encore, la valeur constante de l’élévation ELV de la surface supérieure 74 du volume global d’obstacle VGO correspondant est déterminée de telle sorte que le nombre d’obstacles 70 dépassant de la surface supérieure 74 divisé par le nombre total d’obstacles 70 englobés au moins partiellement par le volume global d’obstacle VGO correspondant est inférieur à un ratio maximal prédéfini Rmax. Autrement dit, selon cet aspect avantageux, la valeur constante de l’élévation ELV de la surface supérieure 74 du volume global d’obstacle VGO correspondant est déterminée de telle sorte que le nombre d’obstacles 70 qui sont seulement partiellement englobés par le volume global d’obstacle VGO correspondant représente, par rapport au nombre total d’obstacles 70 englobés par le volume global d’obstacle VGO, que ce soit partiellement ou intégralement, une proportion, ou encore un pourcentage inférieur à ce ratio maximal prédéfini Rmax.
Le ratio maximal prédéfini Rmaxest de préférence inférieur ou égal à 0,2, i.e. 20% ; de préférence encore inférieur ou égal à 0,1, i.e. 10%. En d’autres termes, lorsque le maximal prédéfini Rmaxest inférieur ou égal à 0,2, au plus 20 % des obstacles 70 sont englobées seulement partiellement par un volume global d’obstacle VGO respectif, les 80% restant étant intégralement englobés par ledit volume global d’obstacle VGO. De manière analogue, lorsque le maximal prédéfini Rmaxest inférieur ou égal à 0,1, au plus 10 % des obstacles 70 sont englobées seulement partiellement par un volume global d’obstacle VGO respectif, les 90% restant étant intégralement englobés par ledit volume global d’obstacle VGO.
Le module de commande 34 est configuré pour commander au moins une action parmi l’affichage, sur l’écran d’affichage 28, de l’au moins un volume d’obstacle, et la génération d’une alerte en cas de risque de pénétration de l’aéronef 10 dans un volume d’obstacle respectif.
LaFIG. 3 illustre alors différentes manières de représenter le volume d’obstacle, en particulier le volume global d’obstacle VGO, sur l’écran d’affichage 28. Afin de prévenir les incursions de l’aéronef 10 dans les volumes de protections, ces derniers sont affichés sur les différentes représentations de l’environnement extérieur affichées dans le cockpit afin d’améliorer la conscience de la situation du pilote.
Sur laFIG. 3 , une première vue notée SVS (pour Système de Vision Synthétique) est une vue tridimensionnelle, où le volume global d’obstacle VGO est représenté de manière tridimensionnelle, avec certains obstacles 70 ayant leur sommet 78 dépassant de la surface supérieure 74 du volume global d’obstacle VGO. Sur un écran primaire de pilotage, la plupart des systèmes d’affichage de cockpit récents proposent la première vue SVS présentant une vue synthétique du terrain et des obstacles 70 face à l’aéronef 10. L’invention permet alors d’améliorer la première vue SVS avec l’affichage du ou des volumes globaux d’obstacle VGO, par exemple à base de surfaces semi-transparentes, en lieu et place de la multitude d’obstacles 70 stockés dans la base de données obstacles 24, notamment en zone urbaine.
Sur laFIG. 3 , une deuxième vue notée ND (de l’anglais Navigation Display) correspond à une vue horizontale sur un écran de navigation, et le volume global d’obstacle VGO est représenté alors en vue de dessus, la surface visible dudit volume étant sa surface supérieure 74. Sur un écran dédié à une surveillance de la mission, la plupart des systèmes d’affichage de cockpit récents proposent la deuxième vue ND présentant un fond cartographique avec le terrain et les obstacles 70 tout autour de l’aéronef 10. L’invention permet alors d’améliorer la deuxième vue ND avec l’affichage du ou des volumes globaux d’obstacle VGO, par exemple à base de surfaces semi-transparentes en vue de dessus, en lieu et place de la multitude d’obstacles 70 stockés dans la base de données obstacles 24, notamment en zone urbaine.
Sur laFIG. 3 , une troisième vue notée VD (de l’anglais Vertical Display) correspond à une vue de profil sur un écran dit vertical, et le volume global d’obstacle VGO est alors représenté latéralement, c’est-à-dire en vue latérale, avec dans cet exemple un obstacle 70 ayant son sommet 78 dépassant de la surface supérieure 74 du volume global d’obstacle VGO correspondant. Toujours sur l’écran dédié à la surveillance de la mission, la plupart des systèmes d’affichage de cockpit récents proposent la troisième vue VD présentant une vue de profil avec le terrain et les obstacles 70 le long de la trajectoire future de l’aéronef. L’invention permet alors là encore d’améliorer la troisième vue VD avec l’affichage du ou des volumes globaux d’obstacle VGO, par exemple à base de surfaces semi-transparentes en vue de côté, en lieu et place de la multitude d’obstacles 70 stockés dans la base de données obstacles 24, notamment en zone urbaine.
L’homme du métier observera que sur chacune des vues SVS, ND, VD de laFIG. 3 , l’aéronef 10 est représenté via un symbole aéronef 80.
Avantageusement, l’enveloppe 72 du volume global d’obstacle VGO présente une transparence supérieure à 20% lorsque le volume global d’obstacle VGO est affiché sur l’écran d’affichage 28. Cet affichage de l’enveloppe 72 du volume global d’obstacle VGO avec une transparence supérieure à 20 % permet alors à l’opérateur de l’aéronef 10, tel que le pilote, de visualiser à la fois le volume global d’obstacle VGO et par transparence les données terrain, ainsi que des données culturelles (rivières, routes, voies ferrées, …) situées sous les volumes globaux d’obstacle VGO.
Cet affichage de l’enveloppe 72 du volume global d’obstacle VGO avec une transparence supérieure à une valeur minimale prédéfinie, telle que 20 %, est susceptible d’être mis en œuvre quel que soit le type de vue sur l’écran d’affichage 28, en particulier pour chacune des trois vues SVS, ND, VD illustrées à laFIG. 3 .
En variante, un affichage opaque, c’est-à-dire avec une transparence inférieure à la valeur minimale prédéfinie, permet de favoriser les performances graphiques.
Seuls les obstacles 70 dont le sommet 78 dépasse la surface supérieure 74 du volume global d’obstacle VGO correspondant sont affichés sous la forme d’obstacles unitaires, typiquement en forme d’un cylindre tridimensionnel, de hauteur et diamètre tout juste supérieurs à ceux de l’obstacle réel, par exemple de hauteur et diamètre supérieurs de 10 %, de préférence encore de 5 %, à ceux de l’obstacle réel.
Avantageusement encore, l’enveloppe 72 du volume global d’obstacle VGO présente une couleur variable en fonction d’un écart d’altitude entre une altitude de l’aéronef 10 et une altitude ALT de la surface supérieure 74 de ladite enveloppe 72. Par exemple, un volume en-dessous de l’aéronef 10 et ne représentant aucun risque d’incursion à court terme est affiché en vert, un volume proche de l’altitude de l’aéronef 10 est présenté en kaki ; et un volume plus haut que l’altitude de l’aéronef 10 est présenté en marron.
En variante, cet affichage de couleur variable est basé sur cinq tranches d’altitude et couleurs : en dessous de – 1000 ft (de l’anglaisfeet, ou pieds en français) en vert foncé ; - 1000 ft à – 500 ft en vert ; - 500 ft à 500 ft en kaki ; 500 ft à 1500 ft en marron foncé ; et au-dessus de 1500 ft en marron clair.
Pour la génération d’une alerte, toute intrusion ou menace d’intrusion dans les volumes d’obstacle, en particulier dans un volume global d’obstacle VGO correspondant, et hors de zones spécifiques (vertiports, dégagements …), fait l’objet d’une indication visuelle et/ou sonore spécifique, incitant le pilote à reprendre de l’altitude pour sortir du volume d’obstacle ou à basculer sur des règles de vol basée sur une détection à vue du terrain et des obstacles si la visibilité extérieure le permet.
LaFIG. 4 illustre différents cas de génération, via le module de commande 34, de l’alerte avec le volume global d’obstacle VGO. L’alerte est alors par exemple formée d’alertes sonores associées à des messages visuels en cas de risque d’intrusion dans les volumes de protection, le risque étant détecté par une fonction d’alerte connue en soi, comme par exemple sur un système d'alerte et de prévention du terrain pour avion, également appelé TAWS (de l’anglaisTerrain Awareness and Warning System), ou sur un système d’alerte et de prévention du terrain pour hélicoptère, également appelé HTAWS (de l’anglaisHelicopter TAWS). Cette détection de risque est basée sur des palpeurs virtuels comme illustré à laFIG. 4 , avec une première courbe 90, en trait continu, correspondant à un premier palpeur virtuel, une deuxième courbe 92, en trait discontinu, correspondant à un deuxième palpeur virtuel et plus rapprochée de l’aéronef 10 que la première courbe 90, et une troisième courbe 94, en trait pointillé, correspondant à un troisième palpeur virtuel et plus rapprochée de l’aéronef 10 que la deuxième courbe 92. Les volumes de protection à l’origine du risque d’intrusion peuvent alors changer de couleur et prendre les couleurs du niveau d’alerte, par exemple jaune pour une alerte de niveau « caution », c’est-à-dire requérant l’attention du pilote, associée typiquement à la première courbe 90 ; ou rouge pour une alerte de niveau « warning », c’est-à-dire requérant une action immédiate du pilote, associée typiquement à la deuxième courbe 92. La troisième courbe 94 correspond par exemple à une couleur noire de niveau d’alerte pour une alerte de niveau « avoid », c’est-à-dire correspondant à une situation à éviter pour l’aéronef 10.
La génération de la base de données obstacles 24 pour l’aéronef 10 par le dispositif électronique de génération 25 va être à présent décrite, la base de données obstacles 24 étant configurée pour être utilisée par un système avionique, tel que le système électronique de prévention 20.
Le module d’acquisition 50 est configuré pour acquérir une base initiale de données obstacles, la base initiale de données obstacles comportant des données d’élévation et de position pour plusieurs obstacles 70. L’homme du métier comprendra que la base initiale de données obstacles est typiquement une version initiale de la base de données obstacles 24.
Le module de création 52 est configuré pour créer au moins un volume global d’obstacle VGO.
Le module de création 52 est par exemple configuré pour déterminer au moins une zone de regroupement d’obstacles 70, chaque zone de regroupement ayant une densité d’obstacles 70 supérieure à une densité minimale prédéfinie et étant associée à un volume global d’obstacle VGO respectif, et pour chaque zone de regroupement, un nombre d’obstacles 70 intégralement englobés divisé par le nombre total d’obstacles 70 au moins partiellement englobés par ledit volume global d’obstacle VGO est supérieur à un ratio minimal prédéfini Rmin. Le ratio minimal prédéfini Rminest de préférence supérieur ou égal à 0,8 ; de préférence encore supérieur ou égal à 0,9.
Selon un premier exemple de réalisation, le module de création 52 est configuré pour déterminer chaque zone de regroupement via un algorithme de partitionnement de données, chaque zone de regroupement étant de forme polygonale.
L’algorithme de partitionnement est typiquement choisi parmi des algorithmes de regroupement spatial (de l’anglaisspatial clustering), aussi appelées méthodes de regroupement spatial ou encore méthodes de partitionnement spatial, en particulier de regroupement spatial basé sur la densité (de l’anglaisdensity-based spatial clustering), tel que l’algorithme ou méthode DBSCAN (de l’anglaisDensity-Based Spatial Clustering of Applications with Noise), ou algorithme de regroupement spatial basé sur la densité d’applications avec bruit.
Selon un deuxième exemple de réalisation, le module de création 52 est configuré pour déterminer chaque zone de regroupement à partir d’un maillage d’une étendue couverte par la base initiale de données obstacles, en calculant pour chaque maille une densité d’obstacles 70 et une élévation caractéristique des obstacles 70, puis en regroupant des mailles connexes ayant une élévation caractéristique appartenant à une même plage prédéfinie de valeurs d’élévation et présentant chacune une densité supérieure à une densité minimale prédéfinie.
L’élévation caractéristique est par exemple une élévation moyenne ou une élévation maximale d’une proportion prédéfinie des obstacles 70 inclus dans ladite maille. La proportion prédéfinie est avantageusement sensiblement égale à 80% des obstacles 70 inclus dans ladite maille.
Pour chaque volume global d’obstacle VGO, la valeur constante de l’élévation ELV de la surface supérieure 74 est par exemple égale à la somme d’une marge prédéfinie et de la valeur maximale des élévations des obstacles 70 intégralement englobés par ledit volume global VGO.
La marge prédéfinie est par exemple égale à un pourcentage prédéfini de la valeur maximale des élévations des obstacles intégralement englobés par ledit volume global. Le pourcentage prédéfini est par exemple compris entre 1% et 10%, de préférence sensiblement égal à 5%.
En variante, la marge prédéfinie est une valeur prédéfinie par une autorité de régulation de la circulation aérienne, par exemple comprise entre 200 ft et 1000 ft, de préférence sensiblement égale à 500 ft.
En variante, pour chaque volume global d’obstacle VGO, la valeur constante de l’élévation ELV de la surface supérieure 74 est égale à une valeur prédéfinie.
Avantageusement, le module de création 52 est configuré pour créer chaque volume global d’obstacle VGO en dehors de zones d’atterrissage, de vertiports et de zones de dégagement. Chaque zone de dégagement est typiquement définie à partir d’une base de données de zone(s) de dégagement propre à chaque opérateur en fonction des caractéristiques des aéronefs opérés. Chaque zone de dégagement est par exemple un parc, ou un stade.
Le module de génération 54 est configuré pour générer une base modifiée de données obstacles à partir de la base initiale de données obstacles acquise, la base modifiée de données obstacles incluant l’au moins un volume global d’obstacle VGO créé. L’homme du métier comprendra que la base modifiée de données obstacles est typiquement une version modifiée de la base de données obstacles 24.
Avantageusement, le module de génération 54 est configuré pour, lors de la génération de la base modifiée de données obstacles, supprimer chaque obstacle 70 intégralement englobé par un volume global d’obstacle VGO respectif.
Le fonctionnement de l’installation électronique d’aide au pilotage 15, et en particulier du système électronique de prévention 20, va désormais être expliqué, notamment à l’aide de laFIG. 5 , représentant un organigramme du procédé, selon l’invention, de prévention d’un risque de collision pour l’aéronef 10.
Lors d’une étape 100 de réception, le système électronique de prévention 20 reçoit, via son module de réception 30, la position de l’aéronef 10, par exemple de la part du système de positionnement de l’aéronef 10, tel que le système de positionnement GNSS.
Lors d’une étape suivante 110 d’obtention, le système électronique de prévention 20 obtient, via son module d’obtention 32, au moins un volume d’obstacle à partir de la base de données obstacle 24 et en fonction de la position de l’aéronef 10 reçue lors de l’étape de réception 100.
Selon l’invention, au moins un volume d’obstacle obtenu lors de l’étape d’obtention 110 est un volume global d’obstacle VGO respectif englobant au moins partiellement plusieurs obstacles 70. L’enveloppe 72 de chaque volume global d’obstacle VGO a sa surface supérieure 74 d’aire A supérieure à l’aire minimale prédéfinie Amin, d’élévation ELV de valeur constante et, en au moins un point, distante du sol 76 d’au moins la hauteur minimale prédéfinie Hmin.
À l’issue de l’étape d’obtention 110, le système électronique de prévention 20 commande alors, lors d’une étape suivante 120 de commande et via son module de commande 34, l’affichage sur l’écran d’affichage 28 de l’au moins un volume d’obstacle, et/ou la génération d’une alerte en cas de risque de pénétration de l’aéronef 10 dans un volume d’obstacle respectif.
Le système de prévention 20 selon l’invention permet de simplifier le calcul effectué par la fonction de protection vis-à-vis des obstacles pour la génération de l’alerte, ce calcul étant alors effectué par rapport au volume global d’obstacle VGO, plutôt que par rapport à la pluralité d’obstacles unitaires 70 englobée par ledit volume global d’obstacle VGO.
Le système de prévention 20 selon l’invention permet, en variante ou en complément, de simplifier l’affichage d’une ou plusieurs vues de l’environnement extérieur présenté dans le cockpit, en affichant alors seulement le volume global d’obstacle VGO, plutôt que ladite pluralité d’obstacles unitaires 70.
En outre, lorsque l’aéronef 10 est un aéronef de mobilité urbaine, ou UAM, le système de prévention 20 selon l’invention permet également d’éviter l’intrusion de l’UAM dans des zones à risque en cas d’éloignement de son trajet nominal.
On conçoit ainsi que le système de prévention 20 et le procédé de prévention selon l’invention sont plus adaptés aux vols en présence de nombreux obstacles 70, en particulier en milieu urbain dense.
Claims (12)
- Système électronique (20) de prévention d’un risque de collision pour un aéronef (10), le système (20) étant destiné à être embarqué à bord de l’aéronef (10) et comprenant :
- un module de réception (30) configuré pour recevoir une position de l’aéronef (10) ;
- un module d’obtention (32) configuré pour obtenir, à partir d’une base de données obstacles (24) et en fonction de la position de l’aéronef (10), au moins un volume d’obstacle ; et
- un module de commande (34) configuré pour commander au moins une action parmi :
+ l’affichage, sur un écran d’affichage (28), de l’au moins un volume d’obstacle, et
+ la génération d’une alerte en cas de risque de pénétration de l’aéronef (10) dans un volume d’obstacle respectif,
caractérisé en ce qu’au moins un volume d’obstacle est un volume global d’obstacle (VGO), chaque volume global d’obstacle (VGO) englobant au moins partiellement une pluralité d’obstacles (70) et comportant une enveloppe (72) avec une surface supérieure (74) d’aire (A) supérieure à une aire minimale prédéfinie (Amin), la surface supérieure (74) ayant une élévation (ELV) de valeur constante et étant, en au moins un point, distante du sol (76) d’au moins une hauteur minimale prédéfinie (Hmin). - Système (20) selon la revendication 1, dans lequel l’élévation (ELV) est d’un type choisi parmi une altitude (ALT) de la surface supérieure (74) et une hauteur (H) par rapport au sol (76) de la surface supérieure (74).
- Système (20) selon la revendication 2, dans lequel plusieurs volumes globaux d’obstacle (VGO) sont obtenus, et l’élévation (ELV) de valeur constante est de type variable d’un volume global d’obstacle (VGO) à l’autre.
- Système (20) selon la revendication 2, dans lequel plusieurs volumes globaux d’obstacle (VGO) sont obtenus, et l’élévation (ELV) de valeur constante est du même type pour tous les volumes globaux d’obstacle (VGO).
- Système (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’aire minimale prédéfinie (Amin) est supérieure ou égale à 10 ha.
- Système (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la hauteur minimale prédéfinie (Hmin) est supérieure ou égale à 30 mètres.
- Système (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel si un obstacle respectif parmi la pluralité d’obstacles est englobé seulement partiellement par un volume global d’obstacle (VGO) correspondant et présente une élévation de valeur supérieure à celle de la surface supérieure (74) dudit volume global d’obstacle (VGO), alors ledit obstacle est représenté en saillie par rapport à l’enveloppe (72) dudit volume global d’obstacle (VGO), le sommet (78) de cet obstacle dépassant de la surface supérieure (74) dudit volume global d’obstacle (VGO).
- Système (20) selon la revendication 7, dans lequel la valeur constante de l’élévation (ELV) de la surface supérieure (74) du volume global d’obstacle (VGO) correspondant est déterminée de telle sorte que le nombre d’obstacle(s) (70) dépassant de la surface supérieure (74) divisé par le nombre total d’obstacles (70) englobés au moins partiellement par le volume global d’obstacle (VGO) correspondant est inférieur à un ratio maximal prédéfini (Rmax) ;
le ratio maximal prédéfini (Rmax) étant de préférence inférieur ou égal à 0,2 ; de préférence encore inférieur ou égal à 0,1. - Système (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe (72) du volume global d’obstacle (VGO) présente une transparence supérieure à 20%.
- Système (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’enveloppe (72) du volume global d’obstacle (VGO) présente une couleur variable en fonction d’un écart d’altitude entre une altitude de l’aéronef (10) et une altitude (ALT) de la surface supérieure (74) de ladite enveloppe (72).
- Procédé de prévention d’un risque de collision pour un aéronef (10), le procédé étant mis en œuvre par un système électronique de prévention (20) destiné à être embarqué à bord de l’aéronef (10) et comprenant les étapes suivantes :
- recevoir (100) une position de l’aéronef (10) ;
- obtenir (110), à partir d’une base de données obstacles (24) et en fonction de la position de l’aéronef (10), au moins un volume d’obstacle ; et
- commander (120) au moins une action parmi :
+ l’affichage, sur un écran d’affichage (28), de l’au moins un volume d’obstacle, et
+ la génération d’une alerte en cas de risque de pénétration de l’aéronef (10) dans un volume d’obstacle respectif,
caractérisé en ce qu’au moins un volume d’obstacle est un volume global d’obstacle (VGO), chaque volume global d’obstacle (VGO) englobant au moins partiellement une pluralité d’obstacles (70) et comportant une enveloppe (72) avec une surface supérieure (74) d’aire (A) supérieure à une aire minimale prédéfinie (Amin), la surface supérieure (74) ayant une élévation (ELV) de valeur constante et étant, en au moins un point, distante du sol (76) d’au moins une hauteur minimale prédéfinie (Hmin). - Programme d’ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu’elles sont exécutées par un ordinateur, mettent en œuvre un procédé selon la revendication précédente.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2405675A FR3162902A1 (fr) | 2024-05-31 | 2024-05-31 | Système électronique et procédé de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, programme d’ordinateur associé |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2405675A FR3162902A1 (fr) | 2024-05-31 | 2024-05-31 | Système électronique et procédé de prévention d’un risque de collision pour un aéronef, programme d’ordinateur associé |
| FR2405675 | 2024-05-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3162902A1 true FR3162902A1 (fr) | 2025-12-05 |
Family
ID=93289211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3162902A1 (fr) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110210871A1 (en) * | 2009-09-01 | 2011-09-01 | Thales | 3D Navigation Aid System and Display for Same |
| US20180315324A1 (en) * | 2017-04-26 | 2018-11-01 | Honeywell International Inc. | System and method for transmitting obstacle alerts to aircraft from a ground based database |
-
2024
- 2024-05-31 FR FR2405675A patent/FR3162902A1/fr active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110210871A1 (en) * | 2009-09-01 | 2011-09-01 | Thales | 3D Navigation Aid System and Display for Same |
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