La présente invention concerne un procédé et un dispositif de sécurisation du vol d'un aéronef en conditions de vol aux instruments hors infrastructures de vol aux instruments.

On sait que de façon réglementaire, dans la totalité de l'espace aérien de la planète, on distingue deux types de conditions de vol dues aux conditions météorologiques : - des conditions de vol à vue, dites « VMC » (« Visual Meteorological Conditions » en anglais, langue de l'aéronautique), et, - des conditions de vol aux instruments, dites « IMC » ( « Instrument Meteorological Conditions »), En conditions VMC, les aéronefs sont autorisés à voler sans aide, depuis le décollage jusqu'à l'atterrissage. Ils doivent alors respecter des règles de vol à vue dites « VFR » ( « Visual Flight Rules ») et définies de façon internationale.

En conditions IMC les aéronefs ne sont autorisés à voler que s'ils respectent trois conditions : - tre dotés d'équipements particuliers requis pour un vol aux instruments, - ne voler que dans des zones définies où les infrastructures aériennes et les services de navigation aérienne assurent le contrôle, la séparation et le guidage des aéronefs, et - respecter des règles. de vol aux instruments, dites « IFR » ( « Instrument Flight Rules ») définies elles aussi de façon internationale.

Le vol en conditions IMC (c'est-à-dire en conditions de vol aux instruments), tel que considéré dans la présente invention, impose donc une forte restriction de l'espace aérien autorisé. En particulier ne sont pas accessibles les zones à basse altitude (hors des zones aéroportuaires) ou entre des reliefs, car elles sont généralement hors des infrastructures IFR, c'est-à-dire hors de portée des moyens radioélectriques de navigation et de couverture des radars de navigation aérienne.

De telles restrictions entraînent l'impossibilité d'accomplir certaines missions à basse altitude, comme par exemple des missions de sauvetage ou des missions militaires tactiques en conditions IMC, ainsi que les atterrissages sur des terrains non équipés d'infrastructure IFR de contrôle aérien (c'est-à-dire hors infrastructures IFR).

Le brevet US-6,421, 603 (Pratt et al) décrit un procédé d'évaluation de risques d'interférence entre un plan de vol prévu et des obstacles, dans lequel on définit le plan de vol sous forme d'une trajectoire grossière constituée d'une suite de segments dotés de paramètres d'étendue spatiale (horizontale et verticale) ; un générateur de route convertit ces segments et paramètres en parallélépipédes ou polygones pour constituer un modèle de route ; les obstacles fixes sont représentés sous forme de carrés de terrain dotés d'une altitude et de leurs subdivisions, tandis que les obstacles mobiles sont modélisés par segments, de façon similaire au plan de vol ; une détection d'interférence est réalisée par comparaison des modèles respectifs de route et d'obstacles ; une alarme est déclenchée lorsqu'une interférence est détectée.

Ce système ne permet pas de présenter au pilote la portion de route correspondant à l'interférence détectée.

Le brevet US-6, 424, 889 (Bonhoure et al) décrit un procédé de génération d'une trajectoire horizontale d'évitement de zones dangereuses pour un aéronef ; le procédé comprend la détermination de cercles tangents à la trajectoire en un point initial et en un point final ; la détermination de tangentes à ces cercles et aux modèles de zones

dangereuses ; la sélection de paires de tangentes définissant un squelette de trajectoire, et la détermination d'une trajectoire grossière comportant des cercles reliant les tangentes.

Les brevets US-5,555, 175 et Fris712251 (D'Orso) décrivent un procédé d'assistance au pilotage d'un aéronef dans lequel on détecte des obstacles en avant de l'aéronef ; on sélectionne les obstacles dont le sommet est le plus proche d'une trajectoire d'évitement vertical ; on calcule, en fonction des obstacles sélectionnés, une courbe de pilotage que l'on présente au pilote pour l'aider à éviter les obstacles détectés.

Un objectif de l'invention est de proposer un système d'aide au pilotage d'un aéronef aux instruments hors de portée d'infrastructures IFR.

Un objectif de l'invention est de proposer un système d'aide au pilotage d'un aéronef à voilure tournante à basse altitude.

Un objectif de l'invention est de proposer un procédé interactif de détermination d'une consigne de pilotage facilitant l'évitement d'obstacles par le pilote embarqué d'un aéronef, et un dispositif pour sa mise en oeuvre.

Un objectif de l'invention est de proposer un système d'aide au pilotage d'un aéronef qui soit amélioré et/ou qui remédie à une partie au moins des inconvénients des procédés et dispositifs connus.

La présente invention concerne un procédé permettant de sécuriser le vol d'un aéronef, en particulier d'un aéronef à voilure tournante, en conditions de vol aux instruments (IMC) hors infrastructures de vol aux instruments (hors infrastructures IFR), de manière à procurer à l'aéronef une capacité de mission de tout temps et en tout lieu.

A cet effet, ledit procédé est remarquable selon l'invention, en ce que : a) on détermine une route sécurisée de l'aéronef ;

b) on fait suivre audit aéronef la route sécurisée ainsi déterminée ; et c) pendant ce suivi de) a route sécurisée, on réalise, de façon automatique, les opérations suivantes, à l'aide de moyens non reliés aux infrastructures de navigation aérienne, et en particulier à l'aide exclusivement de moyens embarqués sur l'aéronef, ) on vérifie la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef on vérifie la sécurité du vol de l'aéronef par rapport à d'éventuels autres aéronefs ; et 7) on apporte une aide à la perception de I'environnement extérieur de l'aéronef.

Au sens de la présente demande, on entend par route une succession de points de passage dans l'espace en 3D, requis par une mission et de segments (« legs » dans la terminologie anglo-saxonne) reliant ces points deux à deux.

Ainsi, le procédé conforme à l'invention permet d'assurer toutes les fonctions nécessaires à l'exécution d'un vol en conditions IMG (c'est-à-dire en conditions de vol aux instruments), simplement à partir de moyens disponibles à bord de l'aéronef, et non reliés aux infrastructures IFR. La fiabilité et la complémentarité des moyens utilisés à cet effet permettent, comme on le verra ci-dessous, de réaliser toutes ces fonctions avec un niveau de sécurité au moins aussi bon que lors d'un vol exécuté avec le soutien d'une infrastructure IFR.

De plus, comme le vol est exécuté indépendamment de toute infrastructure IFR, il échappe aux restrictions de domaine aérien propres à la couverture IFR. II devient alors possible d'accéder à la totalité du domaine aérien, ce qui rend possibles les missions de sauvetage en particulier, quelles que soient les conditions météorologiques et l'endroit.

Bien entendu, la capacité tout temps et tout lieu d'un aéronef, en

particulier d'un aéronef à voilure tournante tel qu'un hélicoptère, obtenue grâce à la présente invention, est intéressante dans de très multiples branches d'activités : secours d'urgence, ambulance entre hôpitaux, police, protection civile, transport régulier de passagers,...

De façon avantageuse, à l'étape a) précitée, pour déterminer une route sécurisée de l'aéronef : a1) un opérateur construit une route pour l'aéronef à l'aide d'un outil interactif de construction graphique de route couplé à un calculateur d'interférences et à une mémoire ; a2) on détermine d'éventuelles interférences entre la route et un modèle du terrain survolé par l'aéronef ; et a3) on présente les éventuelles interférences à l'opérateur pour qu'il puisse modifier la construction de la route afin de faire disparaître lesdites interférences, la suite desdites étapes a1) à a3) étant répétée jusqu'à la disparition complète desdites éventuelles interférences.

Ainsi, en cours de création ou de modification d'un segment, selon le procédé de l'invention, on peut indiquer les zones des segments en conflit avec le terrain ; la construction de la route est basée sur une boucle « homme-machine » qui permet d'atteindre le résultat voulu en quelques étapes successives ; l'invention offre également la possibilité d'adapter une mission en cours d'exécution.

Par ailleurs, avantageusement, pendant l'exécution du vol, à l'étape ca), pour vérifier la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef : 1) on vérifie que l'écart entre la route théorique de l'aéronef et la position actuelle de l'aéronef reste inférieur à une valeur prédéterminée ; a 2) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain théorique ; et

a 3) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain réel.

En outre, avantageusement, à l'étape cY), au moins lorsque l'aéronef se trouve à proximité du sol : - on superpose des images captées de l'environnement extérieur à la vue extérieure réelle ; et/ou - on superpose à ladite vue extérieure réelle, une ligne de sécurité située au-dessus du relief.

Par ailleurs, de façon avantageuse, à l'étape c/), on présente au moins certaines des informations suivantes à au moins un pilote de l'aéronef : - l'environnement hypsométrique ; - l'environnement aéronautique ; et - les aéronefs situés le cas échéant à une distance dudit aéronef, qui est inférieure à une distance prédéterminée.

La présente invention concerne également un dispositif de sécurisation du vol d'un aéronef, en particulier d'un aéronef à voilure tournante, en conditions de vol aux instruments hors infrastructures de vol aux instruments.

Selon l'invention, ledit dispositif est remarquable en ce qu'il comporte au moins : - un calculateur d'interférences susceptible, notamment, de calculer les interférences entre une route et un terrain théorique ; -des moyens d'acquisition de paramètres relatifs à l'aéronef et à l'environnement extérieur, en particulier relatifs à la position de l'aéronef dans l'espace ; - une mémoire pour stocker une route construite :

- une mémoire contenant un modèle du terrain à survoler ; - un moyen de visualisation, par exemple un écran, un collimateur tte haute ou équivalent, ainsi que l'interface nécessaire ; -un outil interactif de construction graphique de la route ; - un calculateur de navigation ; et - un système de pilotage.

Le dispositif conforme à l'inversion permet d'assurer toutes les fonctions nécessaires à l'exécution d'un vol en conditions IMC, sans utiliser pour ce faire d'infrastructure IFR usuelle. De plus, la fiabilité et la complémentarité des différents moyens dudit dispositif permettent de réaliser toutes ces fonctions avec un niveau de sécurité au moins aussi bon que lors d'un vol exécuté avec le soutien d'infrastructures IFR.

Par conséquent, le dispositif conforme à l'invention présente une capacité de vol de tout temps et en tout lieu.

Dans un mode de réalisation particulier, ledit dispositif comporte de plus, au moins un moyen d'aide à la perception de l'environnement extérieur de l'aéronef.

L'unique figure du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut tre réalisée. Cette figure est le schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention.

Le dispositif 1 conforme à l'invention et représenté sur la figure est destiné à sécuriser le vol d'un aéronef (non représenté), en particulier d'un aéronef à voilure tournante, tel qu'un hélicoptère, en conditions de vol aux instruments (IMC) hors infrastructures de vol aux instruments (hors infrastructures IFR).

A cet effet, ledit dispositif 1 a pour objet de mettre en oeuvre un procédé conforme à l'invention, consistant : a) à déterminer une route sécurisée de l'aéronef ;

b) à faire suivre audit aéronef la route sécurisée ainsi déterminée ; et c) pendant ce suivi de) a route sécurisée, à réa) iser de façon automatique, à l'aide exclusivement de moyens embarqués sur l'aéronef et précisés ci-dessous, les opérations suivantes : vérifier la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef vérifier la sécurité du vol de l'aéronef par rapport à d'éventuels autres aéronefs ; et Y) apporter une aide à la perception de l'environnement extérieur de l'aéronef.

Pour ce faire, ledit dispositif 1 comporte : - un calculateur d'interférences 2 susceptible, notamment, de calculer les interférences entre la route et le terrain ; - des moyens 3 d'acquisition de paramètres précisés ci-dessous, relatifs à l'aéronef et à l'environnement extérieur, ces moyens 3 pouvant tre en particulier des capteurs, des centrales anémo- barométriques, des centrales inertielles ou un système de positionnement par satellites ; - une mémoire 4 pour stocker une route construite ; - une mémoire 5 contenant un modèle du terrain à survoler - un moyen de visualisation 6, notamment un écran de visualisation ; - un outil interactif 7 de construction graphique de la route ; - un calculateur de navigation 8 ; et - un système de pilotage 9 de type usuel, non précisé davantage et comportant de façon usuelle au moins un écran de pilotage ou équivalent, et éventuellement un pilote automatique. Ledit

système de pilotage 9 est relié par une liaison 10 au calculateur de navigation 8.

Dans un mode de réalisation préféré, ledit calculateur de navigation 8 comporte une fonction de navigation 11 usuelle, et ledit calculateur 2, ainsi que ladite mémoire 4, sont intégrés dans ledit calculateur de navigation 8.

La première étape a) précitée d'un vol tout temps, est la préparation et la sécurisation de la route par rapport au terrain et aux éventuels obstacles.

Dans cette situation, deux cas de figure peuvent se présenter : - soit la totalité de la route, jusqu'au point d'atterrissage prévu, est définie au sol, avant le vol. Dans ce cas, la préparation de la route est faite à l'aide d'un outil 7 qui peut tre embarqué ou non sur l'aéronef : - soit les premiers tronçons de la route seulement sont définis, de façon à économiser du temps de préparation (missions d'urgence) ou parce que la destination précise n'est pas connue au départ.

Dans ce cas, l'outil interactif 7 de construction de la route est obligatoirement embarqué sur l'aéronef.

Cet outil interactif 7 comporte un moyen de désignation usuel (par exemple une souris, un clavier, un écran tactile) qui peut tre actionné par un opérateur, notamment un pilote de l'aéronef, qui est couplé au calculateur 2, et dont le résultat d'un actionnement est affiché sur un écran, en particulier sur l'écran de visualisation 6.

Selon l'invention, la route construite par le pilote à l'aide de l'outil de construction 7 est introduite dans le calculateur 2 qui superpose alors cette route théorique au modèle de terrain numérique issu de la mémoire 5 pour déterminer les éventuelles interférences, en prenant des marges de sécurité (distances minimales acceptables par rapport au relief, dans le plan vertical et dans le plan horizontal). Ces interférences sont visualisées sur l'écran de visualisation 6 pour que le pilote puisse

modifier la route jusqu'à faire disparaître toute interférence.

En suivant ce processus, le pilote peut construire progressivement la a route sécurisée de son choix et ia mémoriser dans) a mémoire 4 du calculateur 2.

La sécurité du vol est basée sur le suivi précis de la route sécurisée ainsi déterminée.

Le guidage précis de l'aéronef le long de cette route, est assuré de façon usuelle (et non décrite davantage) par le calculateur de navigation 8 de type usuel, De plus, l'écran de visualisation 6 permet de visualiser les positions respectives de l'aéronef et de la route prévue.

Le calculateur de navigation 8 (fonction de navigation 11) guide l'aéronef très précisément au dessus de la route sécurisée. Cependant, la trajectoire réellement effectuée par l'aéronef diffère légèrement de la route théorique. Aussi, pour assurer la meilleure sécurité possible, il est nécessaire, à l'étape c a) précitée, de vérifier la sécurité de la trajectoire effective de l'aéronef.

Pour cela : al) le calculateur 2 vérifie que l'écart entre la route théorique de l'aéronef et la position actuelle de l'aéronef reste acceptable ; a2) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain théorique : et 3) on vérifie que la trajectoire future immédiate de l'aéronef est sécurisée par rapport à un terrain réel.

Dans un mode de réalisation particulier, pour mettre en oeuvre l'étape « l précitée, le calculateur de navigation (fonction de navigation 11) calcule, à partir d'informations issues des moyens d'acquisition 3 et de la route théorique, un écart entre l'aéronef et la route théorique. Si cet écart devient supérieur aux marges de sécurité prédéfinies de la

route théorique, le pilote est alerté par des alarmes, affichées par exemple sur un écran de pilotage du système de pilotage 9.

La sécurisation par rapport au terrain théorique (étape t mise en oeuvre par un système usuel d'évitement des collisions avec le sol, de préférence de type « GCAS » « Ground Collision Avoidance System »).

Ce système GCAS fait partie d'un ensemble 12 de systèmes S1, S2,..., Sn prévus sur l'aéronef. Ledit ensemble 12 est intégré dans le dispositif 1 conforme à l'invention, En outre, la sécurisation par rapport au terrain réel et aux obstacles (étape 3) est assurée par un système usuel de détection et d'évitement d'obstacles, de préférence de type « OWS » ( « Obstacle Warning System »), faisant appel à des capteurs détectant les obstacles et les reliefs dans l'obscurité ou dans de mauvaises conditions météorologiques. Ce système OWS qui est intégré dans l'ensemble 12 comporte un écran de visualisation ou équivalent, qui fournit au pilote une ligne de sécurité au-dessus des obstacles, telle que définie par exemple dans le brevet FR-2712251, et un dispositif d'alerte indiquant la présence d'un obstacle dangereux.

On notera que les systèmes GCAS et OWS précités calculent une trajectoire extrapolée à court terme et la comparent au terrain théorique (cas du système « GCAS ») ou au terrain réel (cas du système « OWS »).

Cette trajectoire est extrapolée uniquement à partir des évolutions immédiates du vecteur vitesse, sans chercher à rejoindre la route programmée, à la différence du processus précité (étape al) mis en oeuvre par le calculateur 2.

Par ailleurs l'étape c) du procédé conforme à l'invention peut tre mise en oeuvre par un système d'évitement des collisions avec des aéronefs, de préférence de type « ACAS » (« Aircraft Collision Avoidance System »), qui détecte la présence et la position des autres aéronefs dans un rayon compatible avec les possibilités de réaction de l'aéronef et du pilote et fournit au pilote une information sur les conflits potentiels

et des consignes de pilotage permettant d'éviter la collision.

Par ailleurs, l'aide à la perception de l'environnement extérieur (étape c ) est mise en oeuvre par des systèmes précisés ci-dessous dudit ensemble 12.

Cette aide est indispensable dans toutes les phases de vol à proximité du sol, aussi bien pour les atterrissages/décollages que pour le vol à très basse altitude. Dans les autres phases de vol, elle renforce le niveau de sécurité du vol en donnant au pilote des informations supplémentaires qui lui permettent d'optimiser ses actions ou réactions.

Les deux familles de systèmes suivants sont nécessaires pour les phases de vol à proximité du sol.

La vision près du sol par mauvaises conditions de visibilité est améliorée par l'utilisation de capteurs tels que des caméras de type « FLIR3 ( « Forward Looking Infra-Red »), de type BNL ( « bas niveau de lumière »), de type « RADAR » ( « Radio Détection and Ranging »), de type « LIDAR » ( « Light Détection and Ranging ») ou tout autre moyen équivalent, dont les images sont superposées à la vue extérieure réelle.

Une autre figuration du relief potentiellement dangereux, est calculée par le système d'évitement d'obstacles « OWS » ( « Obstacle Warning System »), qui fournit au pilote une ligne de sécurité au-dessus des obstacles.

Avantageusement, dans les autres phases de vol, la connaissance de l'environnement de l'aéronef peut tre renforcée au moyen de divers systèmes complémentaires, permettant : - une présentation, sur un écran de navigation usuel de l'aéronef, de l'environnement hypsométrique sous la forme de coupes de terrain et de vues horizontales faisant apparaître les reliefs dangereux autour de l'aéronef ; - une présentation, sur les mmes coupes verticales et horizontales, de l'environnement aéronautique de l'aéronef,

c'est-à-dire des infrastructures matérielles (balise, aéroports,...) et virtuelles (zones aériennes, points de report...) ; et - une présentation des aéronefs détectés dans t'environnement aérien survolé par le système ACAS, qui les qualifie en fonction de leur niveau de danger, Par conséquent, l'ensemble des moyens précités du dispositif 1 conforme à l'invention permet d'assurer toutes les fonctions nécessaires à l'exécution d'un vol en conditions IMC. La fiabilité et la complémentarité des moyens utilisés permettent de réaliser toutes ces fonctions avec un niveau de sécurité au moins aussi bon que lors d'un vol exécuté avec le soutien d'une infrastructure IFR. De plus, comme le vol est exécuté indépendamment de toute infrastructure IFR, il échappe aux restrictions de domaine aérien propres à la couverture IFR. II devient alors possible d'accéder à la totalité du domaine aérien, ce qui rend possibles tous types de missions quelles que soient les conditions météorologiques et la localisation géographique.