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CA 02615749 2008-01-17
WO 2007/010120
PCT/FR2006/001712
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Dispositif d'aide à la navigation au sol d'un avion sur un aéroport.
La présente invention concerne un dispositif d'aide à la navigation
au sol d'un avion sur un aéroport.
Dans le cadre d'une fonction de navigation aéroportuaire (qui per-
met d'afficher sur un écran du poste de pilotage d'un avion une carte
d'aéroport sur laquelle est notamment indiquée la position courante de
l'avion), il est nécessaire de connaître la position exacte de l'avion
lorsqu'il
se trouve au sol. La précision et le taux de rafraîchissement de cette posi-
tion sont des paramètres déterminants pour assurer la sécurité et la crédi-
bilité de l'information visualisée, par rapport aux repères extérieurs
visibles
par le pilote.
Pour déterminer sa position en vol, l'avion comporte généralement
un ensemble de positionnement qui est associé à un système de position-
nement par satellites, de type GPS, GAULE ou similaire. Un tel ensemble
de positionnement comprend généralement une antenne qui est montée
sur le toit de l'avion, ainsi qu'un récepteur qui est lié à ladite antenne et
qui reçoit et traite les signaux détectés par cette dernière.
Dans le cas d'un système GPS par exemple, l'ensemble de posi-
tionnement embarqué qui est destiné à la navigation en vol délivre une
position en général toutes les secondes, ce qui est insuffisant pour créer
une impression de mouvement de l'avion sur l'affichage. De plus, les
standards actuels de performances en vol, auxquels répond cet ensemble
de positionnement, ne couvrent pas le besoin accru de précision au sol
(généralement inférieur à 10 mètres), ni les phénomènes liés à l'environ-
nement rencontré au sol (présence de bâtiments et réflexions multiples
notamment).
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Cet ensemble de positionnement qui est prévu sur l'avion et qui
est parfaitement adapté à la navigation en vol, n'est donc pas satisfaisant
pour être utilisé dans le cadre d'une navigation aéroportuaire du type pré-
cité.
Un autre inconvénient important d'une fonction de navigation aé-
roportuaire usuelle concerne plus particulièrement l'affichage qui est pré-
senté au pilote. Cet affichage concerne généralement un symbole avion
qui est présenté à une position estimée ou mesurée de l'avion sur une
carte d'aéroport, sans toutefois indiquer l'orientation dudit avion.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvé-
nients. Elle concerne un dispositif d'aide à la navigation au sol d'un avion
sur un avion, qui est particulièrement efficace et précis.
A cet effet, selon l'invention, ledit dispositif comportant :
¨ des premiers moyens pour déterminer la position courante dudit avion
situé sur le sol ;
¨ une base de données comportant des données cartographiques relatives
à l'aéroport ;
¨ un système de navigation qui reçoit au moins ladite position courante et
lesdites données cartographiques, et qui met en conformité ces don-
nées ; et
¨ un système d'affichage qui reçoit des informations dudit système de
navigation et qui présente sur au moins un écran de visualisation, une
carte au moins partielle de l'aéroport et, sur cette dernière, un symbole
avion qui est positionné à ladite position courante,
est remarquable en ce qu'il comporte, de plus, des seconds moyens pour
déterminer le cap courant de l'avion, en ce que ledit système de naviga-
tion reçoit ledit cap courant et le transmet audit système d'affichage, et
en ce que ledit système d'affichage est formé de manière à orienter ledit
symbole avion sur ladite carte partielle selon ledit cap courant.
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Ainsi, grâce à l'invention, on présente au pilote non seulement la
position courante de l'avion sur la carte d'aéroport affichée, mais égale-
ment son orientation. Ceci permet au pilote de se faire une représentation
très fidèle de la situation réelle de l'avion sur l'aéroport.
Dans un mode de réalisation préféré, lesdits premiers moyens comportent:
- ledit ensemble de positionnement qui comprend au moins une antenne qui
est montée sur l'avion, ainsi qu'un premier récepteur pour la navigation en
vol qui est lié à ladite antenne;
- un second récepteur pour la navigation au sol qui est plus performent que
ledit premier récepteur et qui est également lié à ladite antenne, qui est
susceptible de déterminer, à partir de signaux reçus par l'intermédiaire de
ladite antenne et pour un coupleur d'antenne, la position courante de
l'avion; et
- ledit coupleur d'antenne:
= étant pourvu d'une entrée reliée à ladite antenne et de deux sorties
reliées respectivement auxdits premier et second récepteurs; et
= qui est formé de manière à doubler le signal reçu de l'antenne et à
transmettre l'un des signaux obtenus par ce doublement audit premier
récepteur et l'autre signal audit second récepteur.
Ainsi, grâce à l'invention, ledit (second) récepteur qui est destiné à
déterminer la position courante de l'avion, utilise l'ensemble de position-
nement existant sur l'avion, qui est déjà muni d'une antenne, ce qui évite
d'ajouter une nouvelle antenne-sur ledit avion, un tel ajout étant en géné-
ral difficile à réaliser et surtout très coûteux.
En outre, grâce à l'utilisation dudit coupleur d'antenne, on peut
prévoir un second récepteur qui est beaucoup plus performant que ledit
premier récepteur qui est prévu, de façon usuelle, sur l'avion pour la navi-
gation en vol (une telle navigation en vol ne nécessitant pas une précision
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et un taux de rafraîchissement particulièrement élevés). On peut obtenir,
grâce à ces caractéristiques, une position courante de l'avion qui est par-
ticulièrement bien adaptée à un affichage relatif à une navigation aéropor-
tuaire.
Dans un mode de réalisation préféré, ledit second récepteur :
¨ est intégré dans ledit système de navigation ; et/ou
¨ présente une précision métrique et un taux de rafraîchissement qui est
supérieur ou égal à 20 Hz. On notera que les performances d'un tel ré-
cepteur permettent de s'affranchir de l'utilisation d'une source inertielle,
pour améliorer le taux de rafraîchissement de la position calculée ; et/ou
¨ est paramétrable. Ainsi, il est possible de configurer ledit (second)
récepteur, de préférence de type connu GPS COTS ("Commercial Off The Shelf'
en anglais), pour tirer profit des améliorations disponibles du système de
positionnement par satellites.
Par ailleurs, dans un mode de réalisation particulier, lesdits se-
conds moyens comportent une centrale inertielle de l'avion.
L'unique figure du dessin annexé fera bien comprendre comment
l'invention peut être réalisée. Cette figure unique est le schéma synoptique
d'un dispositif d'aide à la navigation au sol conforme à l'invention.
Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté schématique-
ment sur la figure, est destiné à aider un pilote lors d'une navigation au sol
d'un avion, par exemple d'un avion de transport, sur un aéroport.
Pour ce faire, ce dispositif 1 est du type comportant :
¨ des moyens 2 précisés ci-dessous, pour déterminer la position courante
dudit avion (non représenté) qui est donc situé sur le sol au niveau de
l'aéroport ;
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¨ une base de données 3 de type usuel, qui comporte des données carto-
graphiques relatives au moins audit aéroport ; _______________________
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¨ un système de navigation 4 qui est relié par l'intermédiaire d'une liaison
5 à ladite base de données 3, qui reçoit au moins ladite position cou-
rante desdits moyens 2 et lesdites données cartographiques de ladite
base de données 3, et qui met en conformité ces données, c'est-à-dire
5 qui
les rend aptes à être affichées simultanément sur un même sup-
port ; et
¨ un système d'affichage 6 qui est relié par une liaison 7 audit système
de navigation 4, qui reçoit des informations (en particulier les résultats
de la mise en conformité précitée) dudit système de navigation 4, et qui
présente, sur au moins un écran de visualisation usuel 8 installé dans le
poste de pilotage de l'avion, une carte d'aéroport qui représente au
moins en partie ledit aéroport et, sur cette carte d'aéroport, un symbole
avion qui est positionné à ladite position courante par rapport aux ca-
ractéristiques réelles de l'aéroport affichées sur ladite carte d'aéroport.
Selon l'invention, ledit dispositif 1 comporte, de plus, des moyens
9 pour déterminer, de façon usuelle, le cap courant de l'avion. Ces
moyens 9 qui comportent de préférence une centrale inertielle de l'avion,
et en particulier une unité ou centrale de type ADIRU ("Air Data Inertiel
Reference Unit" en anglais), transmettent ledit cap courant par l'intermé-
diaire d'une liaison 10 audit système de navigation 4 qui fournit cette in-
formation audit système d'affichage 6 qui l'utilise au niveau de l'affichage.
Plus précisément, ledit système d'affichage 6 est formé de manière à
orienter sur ladite carte d'aéroport (non représentée sur la figure), ledit
symbole avion, selon ledit cap courant reçu.
Ainsi, le système d'affichage 6 présente au pilote non seulement la
position courante de l'avion sur la carte d'aéroport affichée, mais égale-
ment son orientation. Ceci permet au pilote de se faire une représentation
très fidèle de la situation réelle de l'avion sur l'aéroport.
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Par ailleurs, pour déterminer la position courante de l'avion, le dis-
positif 1 conforme à l'invention utilise un ensemble de positionnement
usuel 11 qui existe déjà sur l'avion et qui est destiné de façon usuelle à la
navigation en vol notamment. Un tel système de positionnement usuel 11
comprend au moins une antenne 12 qui est généralement montée sur le
toit de l'avion, ainsi qu'un récepteur 13 qui est relié à cette antenne 12.
Cet ensemble de positionnement 11 coopère avec un système de posi-
tionnement par satellites usuel, par exemple de type GPS ("Global Positio-
ning System" en anglais) ou similaire. En général, ledit ensemble de posi-
tionnement 11 est de type connu GPSSU ("Global Positioning System
Sensor Unit" en anglais). Il fournit notamment des informations GPS de
position 3D, la vitesse, la direction, l'heure, ainsi que des informations sur
la précision et l'intégrité de ces données. Un tel ensemble de positionne-
ment 11 est optimisé pour la navigation en vol (et non pas pour la naviga-
tion au sol). A cet effet, en particulier, l'antenne 12 est montée sur le toit
de manière à voir les satellites bas sur l'horizon pour conserver une bonne
visibilité en virage. Toutefois, une fois au sol, une telle antenne 12 est
particulièrement sensible à un phénomène usuel dit de multitrajet, que l'on
peut rencontrer à proximité de bâtiments.
Par conséquent, un tel ensemble de positionnement 11 n'est pas
adapté à être utilisé, tel quel, dans le cadre d'une navigation aéropor-
tuaire.
Toutefois, pour éviter d'avoir à installer un ensemble de position-
nement supplémentaire sur l'avion, ce qui serait coûteux et difficile à met-
tre en oeuvre, surtout en ce qui concerne l'antenne, lesdits moyens 2
comprennent selon l'invention ledit ensemble de positionnement 11 pré-
existant. De plus, selon l'invention, lesdits moyens 2 comprennent égale-
ment :
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¨ un récepteur supplémentaire 14 qui est lié à ladite antenne 12 dudit
ensemble 11, comme précisé ci-dessous, et qui est destiné à déterminer
la position courante de l'avion (qui est fournie au système de navigation
4), à partir des signaux reçus par l'intermédiaire de ladite antenne 12 ;
et
¨ un coupleur d'antenne 15 :
= qui est pourvu d'une entrée qui est reliée par l'intermédiaire d'une
liaison 16 à ladite antenne 12 et de deux sorties qui sont reliées
respectivement par l'intermédiaire de liaisons 17 et 18 auxdits ré-
cepteurs 13 et 14 ; et
= qui est formé de manière à doubler le signal reçu de l'antenne 12 et
à transmettre l'un des signaux obtenus par ce doublement audit ré-
cepteur 13 qui peut ainsi continuer à fonctionner de façon normale
notamment pour la navigation en vol, et l'autre signal audit récep-
teur 14 qui est utilisé pour la mise en uvre de la présente inven-
tion.
Ledit coupleur d'antenne 15 est choisi de manière à garantir que
l'isolation entre les sorties ne laisse pas passer d'éventuelles perturbations
en provenance d'une sortie. Il est également tel qu'une éventuelle atté-
nuation de puissance du signal soit acceptable pour les deux récepteurs
13 et 14. L'entrée et les sorties de ce coupleur 15 sont reliées par des
connecteurs adaptés auxdites liaisons 16, 1 7 et 18.
Ainsi, grâce à l'utilisation dudit coupleur d'antenne 15, on peut
prévoir un récepteur 14 supplémentaire, qui est beaucoup plus performant
que ledit récepteur 13 qui est prévu, de façon usuelle, sur l'avion pour la
navigation en vol (et qui de ce fait ne nécessite pas une précision et un
taux de rafraîchissement particulièrement élevés). On obtient ainsi, grâce à
l'invention, une position courante de l'avion, qui est particulièrement bien
adaptée à un affichage relatif à la navigation aéroportuaire.
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Dans un mode de réalisation préféré, ledit récepteur 14 est intégré
dans le système de navigation 4 et correspond à un récepteur GPS nou-
velle génération, produit COTS ("Commercial Off The Shelf" en anglais)
avionable, qui atteint des performances supérieures à un récepteur GPS
aéronautique. De plus, un tel récepteur GPS COTS comporte des algorith-
mes spécifiques usuels qui permettent d'augmenter le rafraîchissement
des données, de réduire le phénomène de multitrajet, et de baisser le
temps d'acquisition et de réacquisition.
En particulier, un tel récepteur GPS COTS (récepteur 14) peut pré-
senter une précision métrique (95%) et un taux de rafraîchissement qui
est supérieur ou égal à 20 Hz, alors qu'un récepteur aéronautique GPSSU
usuel (récepteur 13) présente généralement une précision (95%) de l'ordre
de 15 à 30 mètres et un taux de rafraîchissement de 1 à 5 Hz. On notera
que les performances d'un tel récepteur 14 permettent également de s'af-
1 5 franchir de l'utilisation d'une source inertielle, pour améliorer le
taux de
rafraîchissement de la position courante calculée.
De plus, dans un mode de réalisation particulier, ledit récepteur 14
est paramétrable. Ainsi, il est possible de configurer ledit récepteur 14
pour tirer profit des améliorations disponibles du système de positionne-
ment par satellites : GBAS, SBAS, GALILEO,
Dans le cas de la présente invention, ledit dispositif 1 utilise donc
uniquement l'antenne 12 de l'ensemble de positionnement 11, mais pas le
récepteur 13. De plus, comme indiqué ci-dessus, cet ensemble 11 qui
continue par ailleurs à être utilisé pour réaliser ses fonctions habituelles,
en particulier en ce qui concerne la navigation en vol, a été modifié en in-
tégrant le coupleur 15 entre l'antenne 12 et le récepteur 13.
