PROCEDE ET SYSTEME D'AIDE AU ROULAGE D'UN AERONEF

La présente invention concerne un procédé et un système d'aide au roulage d'un aéronef.

Actuellement, Ie déplacement d'un aéronef au sol depuis sa zone de parking vers son point fixe avant le décollage, et son retour à sa zone de parking à la suite de l'atterrissage, sont effectués par le pilote. Celui-ci ne dispose que de moyens de contrôle visuels directs pour reconnaître la piste (bords et début de piste) et d'éventuels obstacles interdisant l'accès (véhicule par exemple).

Ainsi, une erreur humaine peut être à l'origine de certaines défaillances lors de cette phase de roulage, qui nécessite une bonne évaluation du terrain autour de l'appareil et qui peut s'avérer dangereuse. C'est pourquoi les pilotes sont demandeurs d'une aide pour le suivi de piste sur les aéroports.

Cela est d'autant plus important lorsque les conditions de visibilité sont mauvaises (brouillard, pluie, neige, etc.). En outre, ces mauvaises conditions imposent généralement une réduction du trafic aérien, ainsi que le déroutage des aéronefs sur les pistes dégagées.

Il existe donc un besoin pour l'aide au roulage par toutes conditions météorologiques entre la zone de parking et la piste de décollage.

En outre, des applications militaires peuvent être confrontées à des problématiques similaires.

Différents procédés et systèmes d'aide au roulage ont déjà été développés.

Un premier type de système met en œuvre des caméras couvrant le domaine visible et s'appuie sur des éclairages additionnels puissants pour les périodes nocturnes. Toutefois, ce type de système montre son inefficacité lorsque les conditions météorologiques sont défavorables (brouillard, pluie intense, etc.).

Un deuxième type de système connu comporte deux capteurs, placés sur l'aéronef, dont les bandes spectrales sont différentes, par exemple un capteur infrarouge et un capteur dans le domaine visible. Deux images distinctes de la piste et de son environnement peuvent ainsi être obtenues. Afin d'obtenir une unique image visible par le pilote, de la meilleure qualité possible, ce deuxième type de système prévoit de choisir une première image comme image de fond puis d'incruster sur celle- ci des fragments (pixels) de l'autre image correspondant à des obstacles tels que des balises. On obtient ainsi une unique image sur laquelle les obstacles sont bien visibles, alors qu'ils n'auraient pas été suffisamment distinguables par le pilote avec la seule première image formant l'image de fond. Toutefois, ce deuxième type de système ne permet pas d'obtenir une bonne qualité d'image pour le pilote lorsque les conditions météorologiques sont très dégradées.

L'invention vise à fournir un procédé et un système d'aide au roulage qui ne présentent pas les inconvénients précités de l'art antérieur.

En particulier, l'invention concerne un procédé et un système d'aide au roulage permettant de fournir au pilote une image fiable, par toutes conditions météorologiques, afin de permettre au pilote de déplacer l'aéronef, à faible allure, sur les bretelles de piste jusqu'à son point fixe ou, après son atterrissage, jusqu'à sa zone de parking.

A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention concerne un procédé d'aide au roulage d'un aéronef, qui comprend les étapes suivantes :

- acquérir un premier signal correspondant à la piste et à son environnement, par des premiers moyens d'acquisition placés sur l'aéronef et comprenant un premier capteur dans une première bande spectrale ;

- acquérir un deuxième signal correspondant à la piste et à son environnement, par des deuxièmes moyens d'acquisition placés sur l'aéronef et comprenant un deuxième capteur dans une deuxième bande spectrale complémentaire de la première bande spectrale ;

- prévoir une base de données contenant les signatures d'éléments appartenant à la piste ou pouvant se trouver sur la piste - tels que balises, engins, personnes - dans les première et deuxième bandes spectrales des capteurs, ainsi qu'une représentation graphique symbolique de ces éléments ;

- analyser les premier et deuxième signaux acquis et, en fonction des résultats de cette analyse, générer, sur un écran visible par le pilote, une image de fond de qualité optimale, à partir de l'un desdits signaux ou d'une combinaison desdits signaux, en fonction des conditions de luminosité et/ou météorologiques ;

- détecter, à partir des premier et/ou deuxième signaux et par corrélation avec les signatures contenues dans la base de données, la présence éventuelle sur la piste d'un ou de plusieurs éléments ;

- incruster sur l'image de fond, sur l'écran, la représentation graphique symbolique du ou des éléments détectés.

Par « complémentaire », on entend que la deuxième bande spectrale est distincte de la première et suffisamment éloignée de celle-ci pour que les deux capteurs fournissent des informations non redondantes. En outre, cela assure qu'un capteur puisse donner un signal exploitable de façon satisfaisante si l'autre capteur ne le permet pas totalement, compte tenu des conditions météorologiques notamment, ou des conditions de luminosité (jour / nuit par exemple).

Le procédé selon l'invention prévoit donc une fusion des données des deux capteurs (au moins). Cette fusion permet d'améliorer le traitement d'image, de réduire le temps de calcul, d'augmenter le seuil de détection et les probabilités de

reconnaissance, la qualité, la vitesse de décision, Ia capacité d'identification. En outre, la fusion évite fatigue et inconfort au pilote.

Ainsi, l'invention permet d'afficher dans le cockpit une image de qualité et fiable pour le pilote, fournissant, sur un unique écran, une information consolidée :

- sur le positionnement de l'aéronef sur les zones de roulage (visualisation de la piste, des balises, du paysage) ;

- sur Ia présence éventuelle d'obstacles répertoriés (engins, personnes) ; d'où une réduction considérable des risques liés au roulage.

Par « image de fond de qualité optimale », on entend l'image qui permet la meilleure visualisation possible par le pilote. Selon les conditions, l'image de fond optimale peut être l'image donnée par l'un ou l'autre des deux signaux (avec éventuellement une optimisation de certains paramètres tels que contraste, etc.), soit une image donnée par une combinaison de ces deux signaux. En général, l'image optimale est obtenue, de jour, via un signal dans le domaine visible ou NIR (proche infrarouge) et lorsque les conditions sont dégradées (de nuit ou par brouillard par exemple), via un signal dans le domaine IR. Un arbitrage peut être opéré en fonction de la saturation. On peut ainsi avoir un signal prioritaire (conduisant à l'image de fond) et un signal complémentaire venant enrichir le signal prioritaire (par l'incrustation d'images).

La représentation graphique symbolique incrustée sur l'image de fond peut notamment comprendre un pictogramme, un texte permettant de clarifier la lecture de l'image globale pour le pilote, etc.

Selon une réalisation possible, la première bande spectrale est dans le domaine de l'infrarouge et la deuxième bande spectrale est dans le domaine du proche infrarouge et/ou du visible.

Par exemple, la première bande spectrale s'étend de 8 à 14 μm, et de préférence de 8 à 12 μm, et/ou la deuxième bande spectrale s'étend de 0,4 à 3 μm, et de préférence de 0,8 à 1 ,1 μm.

Avantageusement, le procédé peut en outre comprendre l'étape consistant à acquérir au moins un troisième signal correspondant à la piste et à son environnement, par au moins des troisièmes moyens d'acquisition placés sur l'aéronef et comprenant un troisième capteur qui est complémentaire des premier et deuxième capteurs, et qui est apte à fournir une information permettant de déterminer la nature d'un éventuel élément détecté parmi différentes possibilités, à partir des signatures d'éléments appartenant à la piste ou pouvant se trouver sur la piste, dans le domaine du troisième capteur, contenues dans la base de données.

Le troisième capteur, étant complémentaire des premier et deuxième capteurs, fournit une information non redondante donc utile. L'analyse du signal fourni par le troisième capteur, en combinaison avec les signatures correspondantes

contenues dans la base de données, permet de confirmer la nature de l'élément détecté ou d'opérer une discrimination par rapport à plusieurs éléments possibles.

Selon une possibilité, au moins troisièmes moyens d'acquisition sont conçus par réaliser l'acquisition d'un signal correspondant à la piste ou à son environnement au travers d'un nuage de gouttelettes en suspension.

Selon une réalisation possible, les troisièmes moyens d'acquisition comprennent, un radar ou/et un troisième capteur dans le domaine visible. Le radar peut permettre d'identifier un engin dont le moteur serait arrêté, et ne possédant donc pas de signature thermique; la bande spectrale du troisième capteur, dans le domaine du visible, peut s'étendre de 0,440 μm à 0,740 μm. La présence d'un capteur assurant l'acquisition de données dans le domaine visible peut s'avérer utile lorsque les conditions de visibilité sont satisfaisante.

Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un système d'aide au roulage d'un aéronef, destiné à être placé sur un aéronef, qui comprend :

- des premiers moyens d'acquisition comprenant un premier capteur dans une première bande spectrale, aptes à fournir un premier signal correspondant à la piste et à son environnement ;

- des deuxièmes moyens d'acquisition comprenant un deuxième capteur dans une deuxième bande spectrale complémentaire de la première bande spectrale, aptes à fournir un deuxième signal correspondant à la piste et à son environnement ;

- une base de données contenant les signatures d'éléments appartenant à la piste ou pouvant se trouver sur la piste - tels que balises, engins, personnes - dans les première et deuxième bandes spectrales des capteurs, ainsi qu'une représentation graphique symbolique de ces éléments ;

- une unité de traitement reliée aux premiers et deuxièmes moyens d'acquisition et à la base de données, apte à :

- acquérir les premier et deuxième signaux ;

- analyser les premier et deuxième signaux acquis et, en fonction des résultats de cette analyse, générer, sur un écran visible par le pilote, une image de fond de qualité optimale, à partir de l'un desdits signaux ou d'une combinaison desdits signaux, en fonction des conditions de luminosité et/ou météorologiques ;

- détecter, à partir des premier et/ou deuxième signaux et par corrélation avec les signatures contenues dans la base de données, la présence éventuelle sur la piste d'un ou de plusieurs éléments ;

- incruster sur l'image de fond, sur l'écran, la représentation graphique symbolique du ou des éléments détectés.

Avantageusement, les premiers et/ou deuxièmes moyens d'acquisition sont équipés d'une optique grand champ, d'au moins 80° selon la direction horizontale et 60° selon la direction verticale.

En outre, afin d'améliorer la dynamique de l'image, les premiers et/ou deuxièmes moyens d'acquisition peuvent comprendre un diaphragme mécanique (shutter) commandé par l'unité de traitement

Les premiers et/ou deuxièmes moyens d'acquisition peuvent également comporter un filtre spectral disposé en amont du capteur correspondant, afin de permettre l'acquisition de signaux sur l'ensemble de la bande spectrale dudit capteur ou sur une portion choisie de ladite bande spectrale.

Avantageusement, le système comprend en outre au moins des troisièmes moyens d'acquisition reliés à l'unité de traitement, comprenant un troisième capteur qui est complémentaire des premier et deuxième capteurs, et qui est apte à fournir un troisième signal correspondant à la piste et à son environnement et permettant de déterminer la nature d'un éventuel élément détecté parmi différentes possibilités, grâce à la base de données qui contient les signatures d'éléments appartenant à la piste ou pouvant se trouver sur la piste, dans le domaine du troisième capteur.

Le système peut en outre comporter un dispositif d'alignement des capteurs permettant d'obtenir un seul et même référentiel pour l'ensemble desdits capteurs.

Par ailleurs, l'unité de traitement peut comprendre :

- des moyens pour déterminer les propriétés du ou des éléments détectés, telles que la nature, la taille, la localisation et/ou la vitesse dudit élément ;

- et/ou des moyens d'acquisition de données propres à l'aéronef, telles que la vitesse, l'altitude et/ou la position ;

- et/ou des moyens d'amélioration de la qualité de l'image de fond et/ou des représentations graphiques symboliques du ou des éléments détectés, telles que le contraste, la luminosité, la résolution et/ou le contraste entre lesdites représentations graphiques et l'image de fond.

On décrit à présent, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs modes de réalisation possibles de l'invention, en référence aux figures annexées :

La figure 1 est une représentation schématique d'un système d'aide au roulage selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

La figure 2 est une représentation schématique d'un système d'aide au roulage selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; et

La figure 3 est une représentation schématique de l'image visible par le pilote, grâce au procédé et au système selon l'invention.

On se rapporte tout d'abord à la figure 1 , qui illustre un premier mode de réalisation de l'invention.

Le système d'aide au roulage est en partie logé dans un boîtier 1 interface sur la peau de l'aéronef, permettant :

- une installation si besoin affleurante (pour minimiser la traînée) ;

- la visée aux travers de hublots dégivrés ;

- l'installation de hublots durcis résistants à l'abrasion, aux projectiles et possédant de bonnes propriétés optiques ;

- l'installation de fenêtres pour d'éventuels capteurs complémentaires possédant de bonnes caractéristiques dans leurs bandes respectives ;

- l'adjonction de déflecteurs si nécessaire, afin d'éviter que les salissures, les insectes, les particules dans l'air ne viennent heurter les hublots ou se déposer sur ceux-ci ;

- une bonne conduction à la masse mécanique (foudre).

Le système comprend des premiers moyens d'acquisition 2 dans une première bande spectrale 3, et des deuxièmes moyens d'acquisition 4 dans une deuxième bande spectrale 5.

Les premiers moyens d'acquisition 2 comprennent un premier hublot 6 ménagé sur le boîtier 1 , un filtre spectral 7, un premier capteur 8 et un premier système optique associé 9. De façon similaire, les deuxièmes moyens d'acquisition 4 comprennent un deuxième hublot 10 ménagé sur le boîtier 1 , un filtre spectral 11 , un deuxième capteur 12 et un deuxième système optique associé 13.

La première bande spectrale 3 est ici dans le domaine IR, par exemple avec une exploitation entre 8 et 12 μm grâce au filtre spectral 7, et peut notamment permettre la détection et la mesure de températures de balises (entre 680 et 1500°), en particulier de jour ; la deuxième bande spectrale 5 est ici dans le domaine NIR, par exemple avec une exploitation entre 0,8 et 1 ,1 μm grâce au filtre spectral 11 , et peut notamment permettre la détection et la mesure de températures de pistes et d'engins sur la piste (de quelques degrés à plusieurs centaines de degrés), y compris de nuit ou par brouillard.

Dans ce cas, le premier hublot 6 est de préférence en germanium, et le deuxième hublot 10 en saphir. Le choix des matériaux est guidé par les propriétés optiques requises (coefficient de transmission dans la bande spectrale considérée), mais également par les propriétés mécaniques (résistance aux chocs, à l'abrasion) et thermiques (conduction du matériau pour la fonction dégivrage).

Le premier capteur 8 est par exemple un capteur de type bolométrique, non refroidi, le premier système optique 9 étant de préférence une caméra bolométrique, de grand champ (au moins 40°), à ouverture fixe de type germanium. Le deuxième capteur 12 est par exemple un capteur CCD. Afin de tenir les performances de résolution, Ie premier capteur 8 et/ou le deuxième capteur 12 peut être constitué d'un ou de plusieurs détecteurs couplés à une même optique.

Le système comprend également une unité de traitement 14, comprenant une unité d'analyse d'image 15 et une unité de visualisation 16, mélangeur et interface homme-machine.

L'unité d'analyse d'image 15 est reliée d'une part aux premiers et deuxièmes moyens d'acquisition 2, 4 et d'autre part à une base de données 17. Cette base de données 17 contient les signatures d'éléments appartenant à la piste ou pouvant se trouver sur la piste - tels que balises, engins, personnes - dans les première et deuxième bandes spectrales 3, 5 des capteurs 8, 12, ainsi qu'une représentation graphique symbolique de ces éléments.

L'unité d'analyse d'image 15 est apte à :

- acquérir les signaux issus des capteurs 8, 12 ;

- acquérir les données issues de l'aéronef (vitesse, altitude, etc.) ;

- fusionner les signaux fournis par les capteurs 8, 12 ;

- détecter les éléments de la scène ;

- corréler les données issues de la détection avec celles de la base de données 17 ;

- confirmer la détection d'éléments de la scène ;

- déterminer les attributs des différents éléments de la scène (localisation objet, taille objet, type d'objet, vitesse objet, etc.) ;

- analyser parmi les capteurs 8, 12, celui qui en fonction des conditions météorologiques et/ou de luminosité permettra de déterminer le fond d'image optimal ou une combinaison optimale des images issues des différents capteurs.

En outre, l'unité d'analyse d'image 15 peut commander, via un moteur, un diaphragme mécanique (shutter) prévu dans le ou les systèmes optiques 9, 13. L'unité d'analyse d'image 15 peut également commander le ou les filtre spectraux 7, 11. Ces filtres contenant une ou plusieurs plages de longueurs d'onde, il est ainsi possible de réaliser des acquisitions dans différentes sous bandes du capteur concerné ou, en position commutée, sur toute la bande spectrale.

L'unité de visualisation 16 est reliée d'une part aux premiers et deuxièmes moyens d'acquisition 2, 4 et d'autre part à l'unité d'analyse d'image 15. L'unité de visualisation 16 est apte à :

- acquérir les attributs des différents éléments de la scène ;

- acquérir les données aéronef ;

- acquérir le choix de l'image de fond à afficher ;

- améliorer l'image de fond (contraste, luminosité, résolution) ;

- améliorer l'image des objets incrustés (contraste, luminosité, résolution intrinsèque et par rapport à l'image de fond) ;

- si nécessaire superposer des symboles, des libellés permettant de clarifier la lecture des images ;

- si nécessaire réaliser une analyse dynamique des différents éléments de la scène et l'affichage associé (danger et nature du danger) ;

- émettre un signal permettant d'afficher sur une visualisation (existante ou dédiée à l'application) les images ainsi construites.

Ainsi, de façon résumée, l'unité d'analyse d'image 15 permet la fusion des signaux issus des deux moyens d'acquisition 2, 4 et l'unité de visualisation 16 permet de réaliser Ia meilleure visualisation possible pour le pilote. Selon l'application, les unités d'analyse d'image 15 et de visualisation 16 peuvent être dissociées ou intégrées au sein d'une même unité. De préférence, ces unités 15, 16 travaillent en temps réel.

Le système comprend de plus un module 18 d'alimentation, gestion du BITE, du dégivrage et du réchauffage, ainsi qu'un connecteur équipement 19. Peut également être prévu un dispositif de santé équipement permettant de déterminer les éléments défectueux.

On se rapporte à présent à la figure 2, qui illustre un deuxième mode de réalisation du système selon l'invention.

On trouve dans le boîtier 1 , en plus des composants décrits en relation avec la figure 1 , des troisièmes moyens d'acquisition comportant un troisième capteur 20, apte à détecter un troisième type d'informations 21. Il peut par exemple s'agir d'un radar connecté, via une antenne 22, à un filtre spectral 23. En variante, il peut s'agir d'un capteur IR avec le système optique associé.

Dans ce deuxième mode de réalisation, l'unité d'analyse d'image 15 et l'unité de visualisation 16 sont également reliées aux troisièmes moyens d'acquisition, et l'unité d'analyse d'image 15 est apte à acquérir les données issues des trois capteurs 8, 12, 20.

La fusion et l'enrichissement des images sont réalisées par la complémentarité des capteurs 8, 12, 20, Ie traitement séparé puis conjoint des signaux afin d'optimiser la restitution pour le pilote.

Les principales étapes du traitement des signaux et de la reconnaissance automatique sont les suivants :

- un filtrage en amont (spatial, temporel, spectral) ;

- la détection et la segmentation, afin d'extraire des objets comme des formes connexes ou des régions plus ou moins homogènes, l'extraction d'attributs pour caractériser les objets segmentés ;

- une phase de filtrage et de confirmation ou de rejet de balises, fournissant des probabilités de reconnaissance ;

- une phase de gestion de l'interface homme-machine, avec formation de l'image de sortie (visible par le pilote), avec gestion de la dynamique d'affichage afin de rendre la vision plus confortable pour le pilote, et insertion de symboles.

L'obtention d'une bonne image aux yeux du pilote passe par une étape de restauration, qui a pour but de compenser les défauts inhérents au capteur ou aux conditions de prise de vue, et donc de former une image aussi fidèle que possible de la signature de l'objet observé. Les traitements d'amélioration d'image permettent de compenser les inhomogénéités de gain et d'offset entre les différents pixels d'un senseur, les bruits d'un détecteur et de l'électronique analogique, les fonctions de transfert spatiales (optique, capteurs).

La figure 3 représente schématiquement l'image 24 visible par le pilote à l'issue des étapes d'acquisition des signaux et de traitement de ceux-ci. L'image 24 comporte :

- d'une part une image de fond 25, correspondant à l'image de la meilleure qualité possible, obtenue à partir de l'un ou l'autre des signaux issus des premier et deuxième capteurs 8, 12 ou d'une combinaison de ces signaux, selon les conditions ;

- d'autre part, le cas échéant, en incrustation sur l'image de fond 25, la représentation graphique symbolique 26 du ou des éléments appartenant à la piste ou pouvant se trouver sur la piste - tels que balises, engins, personnes, bâtiment, bretelle d'accès, etc. Eventuellement, la représentation graphique symbolique 26 peut inclure un texte explicatif 27 rendant l'interprétation de l'image 24 plus aisée pour le pilote.

Les performances du système selon l'invention sont les suivantes :

- portée supérieure à 300 m ;

- grande couverture angulaire (80° en horizontal et 60° en vertical) ;

- visualisation en temps réel (par exemple 30 images par seconde) ;

- fort contraste de la restitution des objets par rapport à la piste, d'où un réel confort pour le pilote (si besoin avec une aide graphique complémentaire) ;

- excellente reconnaissance des balises et des engins quelles que soient les conditions météorologiques.

Le système et le procédé selon l'invention ne nécessitent pas d'infrastructures particulières sur la piste, et peuvent donc peut être utilisés dans tous les aéroports existants, immédiatement et sans surcoût notable. La mise en place sur l'aéronef n'impose pas non plus d'aménagements complexes. Il est toutefois avantageux de réaliser un montage aérodynamique sur le fuselage de l'aéronef, contrairement aux dispositifs connus qui sont engendrent des traînées importantes et donc une consommation accrue.

Parmi les autres avantages de l'invention, on peut citer :

- un gain substantiel en termes de sûreté du transport aérien par l'identification visuelle, par tout temps, des bretelles d'accès, des bâtiments et des zones de parking, et une amélioration importante de la sécurité des plaques tournantes (« hub ») où la circulation des véhicules et des personnes est intense ;

- une amélioration directe de la conduite au sol, et la sauvegarde des biens et des personnes, d'où une autonomie de déplacement au sol qui est particulièrement appréciable.

Il est également à noter que la mis en place du système selon l'invention peut être intégré dans l'architecture générale d'un avion sans aménagements complexes.

Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples mais qu'elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation.

En particulier, on notera que le procédé et le système selon l'invention peuvent également permettre l'aide pour toute phase d'utilisation d'un aéronef et notamment les phases de décollage et d'atterrissage.