Procédé de génération et système météorologique à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'u n porteur.

L'invention concerne un procédé de génération à prédiction progressive de données relatives à la situation météorologique autour d'un porteur. L'invention a aussi pour objet un système météorologique embarqué à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'un porteur. En particulier, l'invention s'applique aux systèmes météorologiques embarqués sur des aéronefs comportant un radar météorologique permettant la prédiction de l'évolution de formations nuageuses.

Les systèmes météorologiques embarqués dans les aéronefs permettent notamment de cartographier les formations nuageuses à proximité de l'appareil, par exemple à l'aide d'un radar météorologique. Ainsi, dans le rayon d'action du système météorologique embarqué, il est possible de détecter et localiser les formations nuageuses pouvant être désagréables pour les passagers, voire dangereuses. Généralement, le système météorologique dispose d'un écran synthétisant la situation météorologique actuelle par une image. Le pilote doit anticiper les risques éventuels en corrélation avec la trajectoire future de l'aéronef, fournie par exemple par un système de gestion du vol.

Cependant, l'interprétation humaine de telles images dans le temps est particulièrement complexe. D'une part, les images présentées sur l'écran du système météorologique ne permettent pas au pilote d'appréhender l'évolution des formations nuageuses. Pour résoudre ce problème, on connaît par exemple du brevet EP 0962890 publié le 8 décembre 1999 un procédé de suivi dynamique de l'évolution de milieux déformables et de prédiction de leur évolution, permettant notamment d'établir une prévision à un horizon temporel donné des évolutions des différentes formations nuageuses. D'autre part, le pilote doit pouvoir ajuster si possible la trajectoire de l'aéronef en fonction de la localisation des formations nuageuses. Une solution connue à ce problème est de générer deux cartes distinctes : une première carte comportant des représentations de formations nuageuses à un instant donné et une seconde carte comportant des représentations de formations nuageuses telles qu'elles ont été prédites à un horizon temporel donné. Certains systèmes proposent de générer sur une

même carte les représentations des formations nuageuses à un instant donné et les représentations des formations nuageuses prédites à un horizon temporel donné.

Or, les cartes ainsi générées n'intègrent pas la trajectoire de l'aéronef. La localisation géographique future des formations nuageuses prédites affichées ne tient donc pas compte de la trajectoire de l'aéronef : le pilote qui lit la carte ainsi générée doit donc intégrer mentalement les mouvements de l'aéronef afin de pouvoir exploiter utilement la carte générée.

Cette tâche peut s'avérer particulièrement délicate lorsque la trajectoire de l'aéronef est complexe. En outre, en raison de la concentration demandée au pilote pour effectuer cette tâche, des erreurs d'interprétation nuisibles à la sécurité de l'aéronef peuvent donc se produire.

L'invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités. L'invention a notamment pour objet un procédé de génération à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'un porteur. Le procédé comporte les étapes suivantes :

(a) une étape de lecture de données relatives à la vitesse dudit porteur ;

(b) une étape de lecture de données relatives aux formations nuageuses présentes autour dudit porteur ;

(c) des étapes de calcul pour chaque formation nuageuse de la position géographique et du vecteur des paramètres volumiques prédits à un horizon temporel donné, ledit horizon temporel étant fonction pour chaque formation nuageuse de la vitesse dudit porteur et de la distance séparant la formation nuageuse du porteur;

(d) une étape de génération d'une cartographie comportant une représentation correspondant à la position géographique et à la topologie calculées à l'étape (c) de chaque formation nuageuse.

Dans un mode de réalisation, à partir de la position géographique, de la distance au porteur et du vecteur de vitesse d'advection de chaque formation nuageuse, le module de la vitesse du porteur étant extrait des données relatives à la vitesse du porteur, la position de chaque formation nuageuse prédites à un horizon temporel donné est calculée en utilisant la relation mathématique suivante :

DN

PN _^ = PN + Va x

Dans un mode de réalisation, à partir du vecteur des paramètres volumique, de la distance au porteur et du vecteur de vitesse de convection de chaque formation nuageuse, le module de la vitesse du porteur étant extrait des données relatives à la vitesse du porteur, le vecteur des paramètres volumiques prédit à un horizon temporel donné est calculée en utilisant la relation mathématique suivante :

VN _carte = VN + Vc x ^ . Vp

Avantageusement, le vecteur des paramètres volumiques comporte au moins un squelette de contours fermés, modélisant la topologie de ladite formation nuageuse.

L'invention a encore pour objet un système à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'un porteur comportant au moins un calculateur et au moins un dispositif d'affichage. Le calculateur comporte une ou plusieurs interfaces et/ou bus de données lui permettant d'accéder à la vitesse du porteur et aux informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur. Le calculateur calcule la position géographique et le vecteur des paramètres volumiques prédits à un horizon temporel donné de chaque formation nuageuse. L'horizon temporel est fonction pour chaque formation nuageuse de la vitesse du porteur et de la distance séparant la formation nuageuse du porteur. Le dispositif d'affichage comporte au moins un écran de navigation sur lequel est affichée une cartographie comportant une représentation correspondant à la position géographique et à la topologie calculées par le calculateur.

Dans un mode de réalisation, à partir de la position géographique, de la distance au porteur et du vecteur de vitesse d'advection de chaque formation nuageuse, le module de la vitesse du porteur étant extrait des données relatives à la vitesse du porteur, la position de chaque formation nuageuse prédites à un horizon temporel donné est calculée par le calculateur en utilisant la relation mathématique suivante :

DN

PN _^ = PN + Va x

Dans un mode de réalisation, à partir du vecteur des paramètres volumique, de la distance au porteur et du vecteur de vitesse de convection de chaque formation nuageuse, le module de la vitesse du porteur étant extrait des données relatives à la vitesse du porteur, le vecteur des paramètres volumiques prédit à un horizon temporel donné est calculée par le calculateur en utilisant la relation mathématique suivante :

VN _carte = VN + Vc x ^ . Vp Le vecteur des paramètres volumiques peut comporter au moins un squelette de contours fermés, modélisant la topologie de ladite formation nuageuse.

Avantageusement, la vitesse du porteur peut être extraite d'un système de gestion du vol.

Avantageusement, les informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur sont par exemple construites à partir des informations délivrées par un ou plusieurs radar météorologique. Le dispositif d'affichage peut en outre être partagé avec d'autres dispositifs embarqués dans le porteur.

L'invention a notamment pour avantages qu'elle permet de ne pas avoir d'impacts négatifs sur la sûreté de fonctionnement du système météorologique selon l'invention, les formations nuageuses prédites à proximité de l'aéronef étant calculées à un horizon temporel proche.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent :

• la figure 1 , une cartographie produite par un système météorologique selon l'état de l'art ;

• la figure 2, un système météorologique selon l'invention à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'un porteur ;

• la figure 3, un synoptique des étapes du procédé selon l'invention de génération à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'un porteur ;

• la figure 4, un mode de réalisation d'un dispositif d'affichage selon l'invention.

La figure 1 montre une cartographie produite par un système météorologique selon l'état de l'art. Les systèmes météorologiques embarqués sur des porteurs, comme par exemple des aéronefs, comportent généralement un ou plusieurs dispositifs d'affichage de la situation météorologique 1 à un horizon temporel donné. Aussi, à l'aide notamment des informations issues d'un radar météorologique embarqué à bord du porteur, un calculateur génère une représentation des formations nuageuses autour du porteur. Pour certains systèmes météorologiques, le dispositif d'affichage de la situation météorologique 1 n'affiche que la représentation des formations nuageuses observées 2, c'est-à-dire l'ensemble des formations nuageuses observées par le radar météorologique à un instant donné dans une zone géographique autour du porteur délimitée. Pour d'autres systèmes météorologiques, le dispositif d'affichage de la situation météorologique 1 affiche en plus de la représentation des formations nuageuses observées 2, la représentation des formations nuageuses prédites 3. La représentation des formations nuageuses prédites 3 peut notamment être générée à partir d'un procédé de suivi dynamique de l'évolution de milieux déformables et de prédiction de leur évolution. A titre d'exemple, le brevet EP 0962890 publié le 8 décembre 1999 décrit un procédé permettant notamment d'établir une prévision à un horizon temporel donné des évolutions des différentes formations nuageuses.

La figure 2 montre un système météorologique selon l'invention à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'un porteur. Sur la figure 2, le système météorologique 10 selon l'invention comporte au

moins un calculateur 12 et au moins un dispositif d'affichage 13. Le calculateur 12 a en outre pour fonction de mettre en œuvre le procédé selon l'invention de génération à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'un porteur, décrit ultérieurement notamment à l'aide des figures 3 et 4. Le calculateur 12 peut être un calculateur numérique, disposant par exemple d'un ou plusieurs processeurs adaptés aux calculs numériques. Le calculateur 12 dispose en outre d'une ou plusieurs interfaces et/ou bus de données lui permettant d'accéder d'une part à la vitesse ou plus généralement à la trajectoire du porteur et d'autre part aux informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur. La trajectoire du porteur peut par exemple être issue d'un système de gestion du vol 14 (ou selon l'expression anglo-saxonne Flight Management System). La trajectoire du porteur, c'est-à-dire au moins la vitesse du porteur, peut cependant être délivrée par n'importe quel autre dispositif délivrant des informations complètes ou partielles de trajectoire ou des informations qui permettent de déduire ces informations. Ces informations peuvent encore être délivrées par plusieurs dispositifs en combinaison. A titre d'exemple, on peut citer comme source d'informations de trajectoire les centrales inertielles ou encore les systèmes de navigations par satellite. La situation météorologique autour du porteur peut notamment être construite à partir des informations délivrées par un ou plusieurs radar météorologique 1 1. Le radar météorologique 1 1 a notamment pour fonction de détecter et localiser les formations nuageuses à proximité de l'appareil et donc de fournir des informations permettant d'établir la situation météorologique autour du porteur. La situation météorologique autour du porteur peut cependant être fournie au calculateur par un autre type de dispositif adapté à cette fonction : on peut notamment penser à un dispositif recevant des informations météorologiques en provenance d'un autre porteur, de stations météorologiques au sol et/ou encore de satellite météorologique ou de communications.

Le calculateur 12 à partir notamment des informations recueillies relatives à la trajectoire du porteur et à la situation météorologique autour du porteur génère à l'aide du procédé selon l'invention de génération à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'un porteur une cartographie comportant des formations nuageuses prédites en fonction de

la trajectoire du porteur. Le dispositif d'affichage 13 reçoit et affiche la cartographie comportant des formations nuageuses prédites en fonction de la trajectoire du porteur. Le dispositif d'affichage 13 peut notamment être un afficheur standard, comportant un ou plusieurs écrans. Le dispositif d'affichage 13 peut en outre être partagé avec d'autres dispositifs embarqués dans le porteur. Le dispositif d'affichage 13 est rafraîchit à un rythme compatible avec la vitesse du porteur.

La figure 3 montre par un synoptique les étapes du procédé selon l'invention de génération à prédiction progressive de situations météorologiques autour d'un porteur. Les éléments identiques aux éléments déjà présentés sur les autres figures portent les mêmes références. Dans une étape 20, les données relatives à la vitesse du porteur 26 ou plus généralement des données relatives à la trajectoire du porteur comportant au moins la valeur absolue de la vitesse dudit porteur sont lues. Parmi les données relatives à la trajectoire du porteur 26, on peut notamment citer outre la vitesse du porteur des informations permettant de déduire la vitesse du porteur. Cependant, les informations concernant le cap du porteur ne sont pas nécessaires. Les données relatives à la trajectoire du porteur 26 peuvent être fournies par un système de gestion du vol 14. Dans une étape 21 , des informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur 27 sont lues. Les informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur 27 peuvent être fournies par un radar météorologique 1 1. Les informations relatives aux formations nuageuses peuvent par exemple comporter des informations sur la topologie, la vitesse instantané, les échos radar des formations nuageuses. Dans une étape facultative 22, le pilote du porteur donne une consigne 28 aboutissant à la sélection d'un horizon temporel limite, c'est-à-dire à l'horizon temporal le plus grand à inclure sur la cartographie. L'horizon temporel correspond au temps que va mettre le porteur pour atteindre une zone géographique donnée. Si cette étape 22 n'est pas effectuée, alors une valeur par défaut est assignée à l'horizon temporel limite.

Dans des étapes 23 et 24 du procédé selon l'invention, la position géographique PN _C artθ et la topologie VN _C artθ prédites à un horizon temporel donné de chaque formation nuageuse sont calculées, l'horizon temporel

étant fonction pour chaque formation nuageuse de la vitesse Vp dudit porteur et de la distance DN séparant la formation nuageuse du porteur.

Ainsi, dans l'étape 23, à partir des informations reçues à l'issue de l'étape 20 de lecture des données relatives à la trajectoire du porteur 26, de l'étape 21 de lecture des informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur, et éventuellement de l'étape 22 de sélection d'un horizon temporel donné, les positions des formations nuageuses à inclure sur la cartographie sont calculées. Cette étape est par exemple mise en œuvre par un calculateur 12. Ainsi, à partir notamment des informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur, pour chaque formation nuageuse, on connaît la position géographique PN de ladite formation nuageuse considérée et la distance DN de ladite formation nuageuse considérée au porteur. Pour chaque formation nuageuse, le vecteur de vitesse d'advection Va est soit calculé soit reçu d'un autre dispositif adapté au calcul des vecteurs d'advection Va. Le vecteur d'advection Va correspond à la vitesse de déplacement géographique de la formation nuageuse. Le vecteur d'advection Va donne le déplacement relatif d'une formation nuageuse dans l'espace pour une unité de temps. Le vecteur d'advection Va d'une formation nuageuse donnée peut être calculée à partir des informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur délivré par exemple par un radar météorologique à l'aide par exemple du procédé de suivi dynamique de révolution de milieux déformables et de prédiction de leur évolution décrit dans le brevet EP 0962890 publié le 8 décembre 1999. Le module de la vitesse du porteur Vp est extrait des données relatives à la trajectoire du porteur 26. La position de chaque formation nuageuse PN _ca rtθ à intégrer sur la cartographie est calculée en utilisant la relation mathématique suivante :

PN c _^ arte = PN + Va ^{χ DN}

Vp

Dans l'étape 24, à partir des informations reçues à l'issues de l'étape 20 de lecture des données relatives à la trajectoire du porteur 26, de l'étape 21 de lecture des informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur, et éventuellement de l'étape 22 de sélection d'un horizon temporel donné, la topologie des formations nuageuses à inclure sur la cartographie sont calculés. Cette étape est par exemple mise en œuvre par un calculateur 12. Ainsi, à partir notamment des informations relatives aux

formations nuageuses autour du porteur, pour chaque formation nuageuse, on connaît le vecteur des paramètres volumique VN de ladite formation nuageuse considérée (aussi appelé topologie) et la distance DN de ladite formation nuageuse considérée au porteur. Pour chaque formation nuageuse, le vecteur des paramètres volumiques VN est soit calculé soit reçu d'un autre dispositif adapté au calcul des vecteurs des paramètres volumiques. Le vecteur des paramètres volumique VN correspond à un vecteur comportant l'ensemble des paramètres permettant de décrire la topologie de la formation nuageuse. Le vecteur des paramètres volumiques VN peut par exemple prendre la forme d'une description d'au moins un squelette de contours fermés modélisant la topologie de ladite formation nuageuse. Pour déterminer le ou les squelettes, on peut par exemple mettre en œuvre l'algorithme de Danielson. Pour chaque formation nuageuse, le vecteur de vitesse de convection Vc (qui peut aussi être désigné par le terme de vecteur d'expansion) est soit calculé soit reçu d'un autre dispositif adapté au calcul des vecteurs de convection Vc. Le vecteur de convection Vc correspond à la vitesse de variation volumique de la formation nuageuse. Le vecteur de convection Vc donne le déplacement relatif des paramètres volumiques d'une formation nuageuse dans l'espace pour une unité de temps. Dans le cas où un ou plusieurs squelettes sont utilisés pour décrire la topologie d'une formation nuageuse, le vecteur de convection Vc décrit révolution des paramètres décrivant le ou les squelettes pour une unité de temps. Le vecteur de convection Vc d'une formation nuageuse donnée peut être calculé à partir des informations relatives aux formations nuageuses autour du porteur délivré par exemple par un radar météorologique à l'aide par exemple du procédé de suivi dynamique de l'évolution de milieux déformables et de prédiction de leur évolution décrit dans le brevet EP 0962890 publié le 8 décembre 1999. Le vecteur des paramètres volumiques VNcatiθ (appelé aussi topologie) de chaque formation nuageuse à intégrer sur la cartographie est calculé en utilisant la relation mathématique suivante : ^DN

Dans une étape 25 de génération de la cartographie des formations nuageuses, une fois la position PN _ca rtθ et le vecteur des paramètres volumiques VN _ca rtθ de chaque formation nuageuse calculé, une

cartographie comportant une représentation de chaque formation nuageuse correspondant à sa position PN _C artθ et ses paramètres volumiques VN _C artθ est générée. Cette cartographie ainsi générée peut ensuite être transmise pour y être notamment affichée par le dispositif d'affichage 13. Cette cartographie peut en outre comporter d'autre représentation permettant par exemple d'améliorer l'intelligibilité de la carte. En outre, différents codes de couleurs en fonction par exemple de la dangerosité des différentes formations nuageuses peut être employée. La dangerosité des formations nuageuse peut par exemple être déterminer en fonction de la distance du nuage considéré par rapport au porteur et/ou par le vecteur de convection Vc. Accessoirement, la position ainsi que la topologie actuelle des formations nuageuses peuvent être affichées parallèlement, par exemple en surimpression.

La figure 3 illustre un mode de réalisation d'un dispositif d'affichage selon l'invention. Les éléments identiques aux éléments déjà présentés sur les autres figures portent les mêmes références. Le dispositif d'affichage 13 comporte au moins un écran de navigation 30. L'écran de navigation 30 a notamment pour fonction d'afficher la cartographie des formations nuageuses générée par le procédé selon l'invention. La position du porteur 31 est située au centre du côté bas de l'écran de navigation 30. Le demi-cercle 32 représente le lieu de prédiction sur un horizon de temps t égal à — , la distance D _p étant égale au rayon du demi-cercle 32. Le demi- Vp cercle 32 montre l'ensemble des points où la position et la topologie des formations nuageuses affichées sont prédites sur la base d'un même horizon temporel donné, c'est-à-dire prédite à un même instant futur donné.