La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour empêcher l'émission d'au moins certaines alertes par un système anticolli- sion monté à bord d'un avion, lors d'une manœuvre de changement d'altitude, ainsi qu'un avion pourvu d'un tel dispositif.

On sait que la plupart des avions de ligne sont équipés de systèmes anticollision (généralement appelés systèmes TCAS pour Traffic Collision Avoidance Systems) qui permettent d'assurer la sécurité du trafic aérien en prévenant les risques de collision en vol.

Ainsi, lorsque deux avions convergent l'un vers l'autre, leurs systèmes anticollision calculent une estimation du temps de collision et émettent une alerte informant les équipages de chaque avion d'une possible future collision : une telle alerte est généralement appelée «avis de trafic» ou «alerte TA» de premier type. Le cas échéant, lesdits systèmes anticollision émettent de plus, à l'attention de l'équipage, un ordre de manœuvre d'évitement dans le plan vertical afin de sortir de la situation de possibilité de collision : un tel ordre de manœuvre d'évitement est généralement appelé «avis de résolution» ou «alerte RA» de second type. Les alertes de premier type TA et de second type RA sont matérialisées par des messages vocaux et par l'affichage d'informations dans les cabines de pilotage.

En pratique, un système anticollision embarqué calcule un temps de collision dans le plan horizontal (rapport entre la distance horizontale séparant deux avions et leur vitesse horizontale relative) et un temps de collision dans le plan vertical (rapport entre la hauteur verticale des deux avions et leur vitesse verticale relative) . Lesdits temps de collision ainsi calculés sont comparés à des seuils d'alerte pour les alertes TA et pour les alertes RA (lesdits seuils d'alertes étant fonction de l'altitude de l'avion le plus haut) et les alertes sont déclenchées lorsque les temps de collision calculés sont inférieurs aux seuils d'alerte correspondants.

Par ailleurs, on sait qu'il est fréquent qu'un avion doive capturer (en montant ou en descendant) un niveau d'altitude stabilisé (appelé ni- veau d'altitude de consigne) voisin d'un autre niveau d'altitude attribué à un autre avion et que, selon les règles de navigation aérienne, deux niveaux d'altitude stabilisés voisins ne sont séparés que de 300 m ( 1000 pieds) .

Aussi, à cause de cette faible différence d'altitude entre les ni- veaux d'altitude stabilisés, de la vitesse verticale élevée des avions modernes et de l'importance du trafic aérien, les systèmes anticollision engendrent de nombreuses alertes TA et RA, alors même qu'un avion, évoluant verticalement pour changer d'altitude, manœuvre correctement sans risque de collision avec un autre avion. Ces alertes induisent beaucoup de stress pour les pilotes et sont jugées opérationnellement inutiles par ces derniers, puisque la manœuvre de changement d'altitude est correcte et que la prise en compte de ces alertes conduit dans la plupart des cas à une perturbation du trafic aérien.

De plus, les alertes RA de second type durant les phases de capture d'altitude sont très nombreuses et on estime qu'elles représentent actuellement plus de 50% du total de ces alertes dans l'espace européen, ce pourcentage étant amené à augmenter dans le futur par suite du développement du trafic aérien.

Aussi, pour pallier ces inconvénients, on a décrit, dans la demande de brevet français FR-08/0521 1 déposée le 23 septembre 2008 par la Demanderesse, des moyens pour limiter le nombre d'alertes émises par le système anticollision d'un avion. En particulier, de tels moyens sont aptes à adapter une manœuvre de changement d'altitude par un contrôle de la vitesse verticale de l'avion, de manière à maintenir le temps de collision calculé dans le plan vertical par le système anticollision TCAS au-dessus des seuils de déclenchement des alertes TA et/ou RA.

Cependant, la réduction de la vitesse verticale de l'avion, effectuée lors de l'adaptation d'une manœuvre de changement d'altitude, conduit à allonger le délai d'exécution de cette dernière et, donc, à augmenter le temps passé par un avion entre deux niveaux d'altitude.

En outre, dans certains cas, une telle réduction de la vitesse verticale peut également précipiter ou provoquer l'émission d'une alerte TA et/ou RA. Ainsi, par exemple, lorsque deux avions sont en phase de mon- tée, lors d'une manœuvre de changement d'altitude, et sont en convergence l'un vers l'autre, une réduction de la vitesse verticale peut rapprocher les deux avions l'un de l'autre, ce qui entraîne l'émission d'une alerte par le système anticollision.

La présente invention a pour objet de perfectionner les moyens d'adaptation d'une manœuvre de changement d'altitude précités.

A cette fin, selon l'invention, le procédé pour empêcher l'émission d'au moins certaines alertes par un système anticollision monté à bord d'un avion lors d'une manœuvre de changement d'altitude comportant une phase de capture d'un niveau d'altitude de consigne, ledit système anticol- lision étant apte à détecter au moins un aéronef intrus se trouvant dans l'environnement aérien dudit avion, à calculer un temps de collision théorique entre ledit avion et ledit aéronef intrus et à émettre des alertes de premier type et des alertes de second type, lorsque ce temps de collision théorique est inférieur respectivement à un premier seuil et un second seuil, ledit procédé étant susceptible de mettre en œuvre une étape d'adaptation de ladite manœuvre de changement d'altitude par un contrôle de la vitesse verticale dudit avion afin d'éviter l'émission d'au moins certaines desdites alertes,

est remarquable en ce que : A/ on détecte préalablement, lors de ladite manœuvre de changement d'altitude, l'émission d'une alerte de premier type ;

B/ on détermine ledit premier seuil d'alerte à partir de l'altitude dudit avion à l'instant de l'émission de ladite alerte de premier type et dudit niveau d'altitude de consigne ; et

C/ on établit un seuil de hauteur d'activation à partir dudit premier seuil d'alerte déterminé et de la vitesse verticale dudit avion à l'instant d'émission de ladite alerte de premier type, de sorte que :

lorsque la hauteur séparant ledit avion dudit niveau d'altitude de consigne, à l'instant d'émission de ladite alerte de premier type, est au plus égale audit seuil de hauteur déterminé, ladite étape d'adaptation est apte à être mise en œuvre afin d'empêcher l'émission de nouvelles alertes ; et

lorsque la hauteur séparant ledit avion dudit niveau d'altitude de consigne, à l'instant d'émission de ladite alerte de premier type, est strictement supérieure audit seuil de hauteur, ladite étape d'adaptation de la manœuvre de changement d'altitude est inhibée.

Ainsi, grâce à l'invention, on restreint l'exécution de l'adaptation d'une manœuvre de changement d'altitude aux situations de rencontre entre l'avion et un aéronef intrus jugées opportunes, afin de ne pas pénaliser inutilement les autres situations par une réduction anticipée de la vitesse verticale et ainsi, par exemple, précipiter ou provoquer l'émission d'alertes RA. En effet, grâce à l'invention, on peut déterminer si, à partir de l'information d'émission d'une alerte TA, la situation en cours de rencontre de l'avion et d'un aéronef intrus est éligible pour une adaptation de la manœuvre de changement d'altitude. Le seuil de hauteur d'activation déterminé correspond à la distance maximale, séparant l'avion du niveau d'altitude de consigne, à partir de laquelle une adaptation de la manœuvre peut être effectuée, par exemple automatiquement, par un contrôle de la vitesse verticale de l'avion en cas d'émission d'une alerte TA, afin notamment d'éviter l'émission d'alertes RA. Dans le cas où une alerte TA survient à une hauteur séparant l'avion du niveau de consigne strictement supérieure au seuil de hauteur, l'adaptation précitée de la manœuvre est inhibée, de sorte qu'aucune adaptation n'est réalisée, y compris lors du franchissement du seuil de hauteur par l'avion en l'absence d'émission d'une nouvelle alerte TA.

De préférence, ledit seuil de hauteur d'activation est défini par la

1

relation : ha = Sld.lVz \ +— g.\nz\.Sld

^{1 1} 2 ^{1 1}

dans laquelle :

- ha est ledit seuil de hauteur d'activation déterminé ;

- Vz est la vitesse verticale dudit avion à l'instant de l'émission de ladite alerte de premier type ;

- g .lnzl est l'accélération verticale constante au cours de ladite phase de capture ; et

- S1 d est ledit premier seuil d'alerte déterminé lors de l'étape B/.

De préférence, lors de l'étape B/ :

- on détermine l'altitude maximale entre l'altitude dudit avion à l'instant de l'émission de ladite alerte de premier type et ledit niveau d'altitude de consigne ; et

- on associe audit premier seuil d'alerte, en fonction de ladite altitude maximale déterminée, une valeur de seuil d'alerte prédéfinie appartenant à un ensemble prédéfini de valeurs de seuil d'alerte, chacune des- dites valeurs étant associée à une altitude donnée.

Avantageusement, ledit ensemble peut comporter des valeurs de référence prédéterminées et des valeurs approximées, obtenues par une approximation linéaire d'au moins certaines desdites valeurs de référence. La présente invention concerne en outre un dispositif pour empêcher l'émission d'au moins certaines alertes par un système anticollision monté à bord d'un avion lors d'une manœuvre de changement d'altitude comportant une phase de capture d'un niveau d'altitude de consigne, ledit système anticollision étant apte à détecter au moins un aéronef intrus se trouvant dans l'environnement aérien dudit avion, à calculer un temps de collision théorique entre ledit avion et ledit aéronef intrus et à émettre des alertes de premier type et des alertes de second type, lorsque ce temps de collision théorique est inférieur respectivement à un premier seuil et un second seuil, ledit dispositif comportant des moyens aptes à adapter ladite manœuvre de changement d'altitude par un contrôle de la vitesse verticale dudit avion afin d'éviter l'émission d'au moins certaines desdites alertes. Selon l'invention, ledit dispositif comporte en outre :

- des moyens pour détecter préalablement, lors de ladite manœuvre de changement d'altitude, l'émission d'une alerte de premier type ;

- des moyens pour déterminer ledit premier seuil d'alerte à partir de l'altitude dudit avion à l'instant de l'émission de ladite alerte de premier type et dudit niveau d'altitude de consigne ; et

- des moyens pour établir un seuil de hauteur d'activation à partir dudit premier seuil d'alerte déterminé et de la vitesse verticale dudit avion à l'instant de l'émission de ladite alerte de premier type, de sorte que : lorsque la hauteur séparant ledit avion dudit niveau d'altitude de consigne, à l'instant d'émission de ladite alerte de premier type, est au plus égale audit seuil de hauteur déterminé, lesdits moyens d'adaptation sont activés afin d'être aptes à adapter ladite manœuvre de changement d'altitude ; et

lorsque la hauteur séparant ledit avion dudit niveau d'altitude de consigne, à l'instant d'émission de ladite alerte de premier type, est strictement supérieure audit seuil de hauteur, lesdits moyens d'adaptation sont désactivés.

La présente invention concerne, de plus, un aéronef qui comporte un dispositif du type de celui décrit ci-dessus.

Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables.

La figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif conforme à la présente invention permettant d'éviter l'émission de certaines alertes par un système anticollision monté à bord d'un avion, lors d'une manœuvre de changement d'altitude.

Les figures 2 et 3 représentent chacune un exemple d'une situation de rencontre éligible pour l'activation des moyens d'adaptation du dispositif de la figure 1 , sous réserve de l'émission d'une alerte TA pour une hau- teur de l'avion le séparant d'un niveau d'altitude de consigne au plus égale à un seuil de hauteur déterminé.

La figure 4 est un diagramme sur lequel sont représentées, d'une part, évolution du premier seuil d'alerte en fonction d'une altitude maximale déterminée et, d'autre part, une approximation linéaire de l'évolution dudit premier seuil d'alerte en fonction de ladite altitude maximale déterminée.

Sur la figure 1 , on a représenté sous forme synoptique un dispositif 1 , conforme à l'invention, embarqué à bord d'un avion AC. Un tel dispositif 1 est destiné à éviter l'émission de certaines alertes TA et/ou RA par un système anticollision TCAS 2 monté à bord de l'avion AC, lorsque ce dernier effectue une manœuvre de changement d'altitude pour capturer un niveau de consigne Zc.

L'avion AC est en outre équipé d'un système de pilotage automatique 3 qui commande, notamment, la vitesse verticale Vz de celui-ci. Le système de pilotage automatique 3 peut comporter au moins certains des moyens 5 à 8 du dispositif 1 décrits par la suite.

Sur cette figure, le système anticollision 2 et le système de pilotage automatique 3 sont représentés à l'extérieur de l'avion AC, alors que, en réalité, ils sont montés à bord de ce dernier.

De façon connue, le système anticollision 2 est apte à détecter un aéronef intrus Al dans l'environnement aérien de l'avion AC, à calculer un temps de collision théorique dans le plan vertical entre celui-ci et ledit aéronef intrus Al et à émettre des alertes TA de premier type et des alertes RA de second type à l'attention de l'équipage de l'avion AC dans le cas où ledit temps de collision théorique est inférieur respectivement à un premier seuil et un second seuil d'alerte.

En outre, la manœuvre de changement d'altitude est définie par les trois phases successives suivantes :

- une phase d'approche (montée ou descente), au cours de laquelle la trajectoire d'approche de l'avion AC est sensiblement rectiligne et est parcourue à une vitesse verticale Vz sensiblement constante jusqu'à une hauteur de capture hc séparant l'avion du niveau de consigne Zc à rejoindre ;

- une phase de capture d'altitude, qui débute lorsque la hauteur h de l'avion AC par rapport au niveau d'altitude de consigne Zc est au plus égale à la hauteur de capture hc (soit h < hc) . Au cours de la phase de capture, la trajectoire de l'avion AC est arrondie, par exemple parabolique, et vient tangenter le niveau de consigne Zc. La hauteur de capture

Vz ¹

hc est définie par la relation suivante : hc =— :— , dans laquelle g est

2g. «z

l'accélération gravitationnelle et nz est le facteur de charge vertical constant de l'avion AC ; et - une phase de stabilisation, au cours de laquelle la trajectoire de l'avion AC suit ledit niveau de consigne Zc.

Selon l'invention, comme le montre la figure 1 , le dispositif 1 comporte :

- des moyens 4 (par exemple du type de ceux décrits dans la demande de brevet français FR-08/0521 1 déposée le 23 septembre 2008 par la Demanderesse) aptes à adapter, par exemple automatiquement, une manœuvre de changement d'altitude par un contrôle de la vitesse verticale Vz de l'avion AC et à prévenir l'émission d'alertes de collision TA et/ou RA en maintenant le temps de collision calculé dans le plan vertical, par le système anticollision 2, au-dessus des seuils d'alerte correspondants. Ces moyens 4 sont reliés au système anticollision 2 par une liaison L1 ;

- des moyens 5 pour détecter, lors d'une manœuvre de changement d'altitude de l'avion AC, l'émission d'une alerte TA par le système anticollision 2. Ces moyens 5 sont reliés au système anticollision 2 par la liaison L1 ;

- des moyens 6 pour déterminer la valeur du premier seuil d'alerte à partir de l'altitude Za de l'avion AC lors de l'émission d'une alerte TA de pre- mier type et du niveau d'altitude de consigne Zc. Les moyens 6 sont aptes à recevoir des moyens de détection 5, par une liaison L2, une information d'émission d'une telle alerte TA;et

- des moyens 7 pour établir un seuil de hauteur d'activation ha à partir du premier seuil d'alerte déterminé par les moyens 6 et reçu par une liaison L3 et de la vitesse verticale dudit avion à l'instant de l'émission de ladite alerte de premier type, de sorte que :

lorsque la hauteur h séparant l'avion AC du niveau d'altitude de consigne Zc, à l'instant d'émission d'une alerte TA, est au plus égale au seuil de hauteur d'activation déterminé ha, les moyens d'adaptation 4 sont activés afin d'être apte à adapter la manœuvre de changement d'altitude ; et

lorsque la hauteur h séparant l'avion AC du niveau d'altitude de consigne Zc, à l'instant d'émission de l'alerte TA, est strictement supérieure au seuil de hauteur ha, les moyens d'adaptation 4 sont désactivés. Aucune adaptation ne sera réalisée par les moyens 4.

Les moyens 7 sont aptes à transmettre, par une liaison L4, un ordre d'activation ou de désactivation des moyens 4.

Ainsi, grâce à l'invention, le dispositif 1 peut déterminer si, à partir de l'information d'émission d'une alerte TA, la situation en cours de rencontre de l'avion AC (effectuant une manœuvre de changement d'altitude) et d'un aéronef intrus Al est éligible pour l'activation des moyens d'adaptation 4.

Le seuil de hauteur d'activation ha correspond donc à la distance maximale, séparant l'avion AC du niveau d'altitude de consigne Zc, à partir de laquelle les moyens d'adaptation 4 sont opérationnels et effectuent automatiquement une adaptation de la manœuvre de changement d'altitude par un contrôle de la vitesse verticale Vz de l'avion AC, en cas d'émission d'une alerte TA.

Dans le cas où une alerte TA survient à une hauteur h séparant l'avion AC du niveau de consigne Zc strictement supérieure à ha (soit h > ha), les moyens d'adaptation 4 sont désactivés, de sorte qu'aucune adaptation de la manœuvre n'est réalisée, y compris lors du franchisse- ment du seuil de hauteur ha par l'avion AC (c'est-à-dire pour h < ha) en l'absence d'émission d'une nouvelle alerte TA.

Sur la figure 2, on a représenté un premier exemple de situation de rencontre éligible pour l'activation des moyens 4, sous réserve de l'émission d'une alerte TA pour une hauteur h de l'avion AC au plus égale au seuil ha déterminé. Dans cet exemple, l'avion AC effectue une manœuvre de changement d'altitude pour atteindre un niveau de consigne Zc supérieur, lorsqu'un aéronef intrus Al, volant à un niveau d'altitude Zi au- dessus de Zc, est identifié par le système anticollision 2.

Dans le second exemple de situation éligible de la figure 3, l'avion

AC, qui effectue une manœuvre de changement d'altitude pour atteindre un niveau d'altitude de consigne inférieur, est en descente, lorsque le système anticollision 2 détecte un aéronef intrus Al, effectuant également une manœuvre de changement d'altitude pour atteindre un niveau d'altitude Zi au-dessous de Zc. L'activation des moyens 4 sera effectuée, sous réserve de l'émission d'une alerte TA pour une hauteur h de l'avion AC au plus égale au seuil ha déterminé.

Dans les deux exemples précités, une alerte TA est fortement susceptible d'être émise par le système anticollision 2 de l'avion AC au cours de la manœuvre de changement d'altitude.

Selon l'invention, le seuil de hauteur d'activation ha, déterminé par les moyens 7, est défini ar la relation :

dans laquelle :

- Vz est la vitesse verticale de l'avion AC à l'instant de l'émission d'une alerte TA ;

- g .lnzl est l'accélération verticale constante au cours de la phase de capture d'une manœuvre de changement d'altitude ; et

- S1 d est le premier seuil d'alerte déterminé par les moyens 6.

En effet, dans le plan vertical, le temps de collision τ , déterminé par le système anticollision 2, est défini par la relation suivante :

Zi - Z

τ =

Vzi - Vz dans laquelle :

- Z et Zi sont respectivement l'altitude de l'avion AC et celle de l'aéronef intrus Al ; et

- Vz et Vzi sont respectivement la vitesse verticale de l'avion AC et celle de l'aéronef Al .

Une alerte TA survient donc lorsque le temps de collision est égal au premier seuil d'alerte (fonction de l'altitude de l'avion AC ou de l'aéronef intrus Al le plus haut) . On obtient les égalités suivantes :

soit h = S\\Vz\ + (s\\Vzi\ - hi) (R2)

dans lesquelles :

- S1 est le premier seuil d'alerte ;

- hi est la hauteur verticale entre l'aéronef intrus Al et le niveau d'altitude de consigne à atteindre Zc.

Dans le cadre de la présente invention, le seuil de hauteur d'activation ha est une estimation de la hauteur maximale séparant l'avion AC du niveau de consigne Zc à partir duquel une alerte TA peut être émise, dans le cas où un aéronef intrus Al réalise une manœuvre de changement d'altitude vers un niveau de vol au moins égal au niveau d'altitude de consigne Zc. L'alerte TA a lieu plus loin du niveau de consigne Zc lorsque l'aéronef intrus Al est plus près de ce dernier, avec une vitesse verticale maximale. Dans le cas d'une capture de niveau d'altitude par l'aéronef intrus Al, sa vitesse verticale est limitée à celle imposée lors de la phase de capture d'altitude, dont la hauteur de capture hc est définie

Vz ²

par hc =— :— , .

2g. | En remplaçant hi par hc dans la relation R2, on obtient un polynôme du second degré en fonction de Vzi que l'on peut majorer pour obtenir la hauteur maximale hmax alors définie par :

Dans un mode de réalisation particulier de la présente invention, on considère que le système de pilotage automatique de l'avion AC ne fait, bien qu'il pourrait en être autrement, l'acquisition d'aucune information en provenance du système anticollision 2, excepté celle relative au déclenchement d'une alerte TA de premier type. Ainsi, le premier seuil d'alerte, qui dépend par définition de l'altitude de l'avion AC ou de l'aéronef intrus Al le plus haut, ne peut être déterminé dans certains cas, du fait que l'altitude de l'aéronef intrus Al n'est pas fournie au système de pilotage automatique 3. On peut citer, à titre d'exemple, le cas où l'aéronef intrus Al est au-dessus de l'avion AC.

Pour y remédier, dès réception d'une information d'émission d'une alerte TA par le système anticollision 2, les moyens 6 sont aptes :

- à déterminer l'altitude maximale entre l'altitude Za de l'avion AC, à l'instant de l'émission de l'alerte TA, et le niveau d'altitude de consigne Zc. En effet, comme l'altitude de l'avion AC ou de l'aéronef intrus Al le plus haut n'est pas connue par le système de pilotage automatique 3, on considère l'altitude maximale Zmax entre l'altitude Za de l'avion AC et le niveau d'altitude de consigne Zc. Si l'aéronef intrus Al est au- dessus de l'avion AC, il se situe à une altitude au moins égale au niveau d'altitude de consigne Zc. En revanche, si l'aéronef intrus Al est en- dessous de l'avion AC, l'altitude maximale Zmax est celle de l'avion AC ; et

- à associer au premier seuil d'alerte, en fonction de l'altitude maximale déterminée Zmax, une valeur de seuil d'alerte prédéfinie appartenant à un ensemble prédéfini de valeurs de seuil d'alerte, chacune desdites valeurs étant associée à une altitude donnée. Les valeurs de seuil d'alerte dudit ensemble sont par exemple sauvegardées dans une mémoire (non représentée sur les figures) .

Parmi les valeurs dudit ensemble, figurent des valeurs de référence prédéterminées, associées à un niveau de vol prédéfini, et des valeurs ap- proximées, obtenues par approximation linéaire des valeurs de référence.

Le tableau ci-après présente, à titre d'exemple illustratif et non limitatif, des valeurs de référence prédéterminées dudit ensemble associées à un niveau de vol donné.

Sur le diagramme de la figure 4, on a représenté, par la courbe C 1 , évolution du premier seuil d'alerte en fonction de l'altitude maximale Zmax déterminé, à partir des valeurs du tableau précédent.

Sur cette même figure, la courbe C2 représente une approximation linéaire des valeurs du premier seuil d'alerte TA en fonction de l'altitude maximale Zmax, permettant d'obtenir une continuité des valeurs du premier seuil d'alerte TA.

Ainsi, en remplaçant dans l'égalité R2, la valeur S 1 d (correspondant à une valeur de référence ou estimée) du premier seuil d'altitude, détermi- née par les moyens 6 pour l'altitude maximale Zmax obtenue, on aboutit au seuil de hauteur d'activation ha défini par la relation R 1 précitée, à sa-

I I 1 I I 9

voir ha = Sld.\Vz\ +— g.\nz\.Sld . Lorsque les moyens 4 sont activés et réalisent une adaptation d'une manœuvre de changement d'altitude, ils émettent, par une liaison L5, des ordres de vitesse verticale à l'attention d'un calculateur de vol 8 embarqué. Sur réception de ces ordres de vitesse, le calculateur 8 est apte à délivrer des ordres de commande correspondants qui sont par exemple transmis, par des liaisons L6, aux actionneurs des surfaces permettant le contrôle longitudinal de l'avion AC (gouvernes de profondeur, aérofreins) et/ou aux moteurs dudit avion, de manière à appliquer les ordres de vitesse verticale déterminés par les moyens 4.