TITRE : Détermination d’une trajectoire raccourcie d’un mobile évoluant dans un corridor

DOMAINE DE L’INVENTION

[0001 ] L’invention concerne le domaine des systèmes de gestion de déplacement de mobiles, et plus particulièrement celui de l’aide au pilotage de mobiles, tels des aéronefs, hélicoptères ou drones, (on parle alors de système de gestion de vol) mais également des bateaux ou des sous-marins, voir des véhicules à moteur se déplaçant dans un environnement autorisant une certaine liberté de déplacement (véhicules se déplaçant dans un désert ou sur une piste très large par exemple). Il s’agit de déterminer une trajectoire raccourcie par rapport à celle communément calculée par les systèmes de gestion de déplacement.

ETAT DE LA TECHNIQUE

[0002] L’état de la technique du calcul d’une trajectoire est ici rappelé pour les mobiles volants, et plus précisément les aéronefs civils.

[0003] En aéronautique le plan de vol est couramment géré à bord des avions civils par un système désigné par la terminologie anglo-saxonne de «Flight Management System», que l’on appellera FMS par la suite qui met la route à suivre à disposition du personnel de bord et à disposition des autres systèmes embarqués. Ces systèmes permettent entre autre une aide à la navigation, par l'affichage d'informations utiles aux pilotes, ou bien par la communication de paramètres de vol à un système de pilotage automatique. Le plan de vol est entré par le pilote, ou bien par liaison de données, à partir de données contenues dans une base de données de navigation.

[0004] Les systèmes d’aide à la navigation connus disposent de moyens de calcul de trajectoires entre des points de passage définis dans un plan du vol. Les trajectoires, calculées en début de vol et éventuellement remises à jour au cours du vol, sont un support pour les manoeuvres de l’aéronef, qu’elles soient décidées par le pilote ou par un système de pilotage automatique. Une architecture fonctionnelle d’un FMS est schématisée sur la figure 1. Conformément à la norme ARINC 702, ils assurent notamment les fonctions de :

- Navigation LOCNAV, 170, pour effectuer la localisation optimale de l’aéronef en fonction des moyens de géo-localisation tels des capteurs embarqués 17 (GPS, GALILEO, balises radios VFIF, centrales inertielles, etc...)

- Plan de vol FPLN, 1 10, pour saisir les éléments géographiques constituant le squelette de la route à suivre (procédures de départ et d’arrivée, points de passages, etc...), - Base de données de navigation NAVDB 130, pour construire des routes géographiques et des procédures à partir de données incluses dans les bases (points, balises, legs d’interception ou d’altitude...)

- Base de données de performance, PERF DB 150, contenant les paramètres aérodynamiques et moteurs de l’appareil,

- Trajectoire latérale TRAJ, 120, pour construire une trajectoire continue à partir des points du plan de vol, respectant les performances avion et les contraintes de confinement,

- Prédictions PRED, 140, pour construire un profil vertical optimisé sur la trajectoire latérale, tenant compte d’éventuelles contraintes d’altitude, de vitesse et de temps. Pour cela, le système FMS dispose de tables de performances PERF DB, qui définissent la modélisation de l'aérodynamique et des moteurs. La fonction de prédiction PRED implémente les équations de la dynamique de l’aéronef. Ces équations se basent numériquement sur des valeurs contenues dans les tables de performances pour calculer traînée, portance, et poussée. Par double intégration, on en déduit le vecteur vitesse et le vecteur position de l'avion.

- Guidage, GUID 200, pour guider dans les plans latéraux et verticaux l’aéronef sur sa trajectoire 3D, tout en optimisant la vitesse. Il est en relation avec un pilote automatique 1 1.

- Liaison de donnée numérique DATALINK, 180 pour communiquer avec les centres de contrôle et les autres aéronefs 18.

[0005] Le FMS communique avec le pilote à l’aide d’IHM 12.

[0006] Une trajectoire se calcule à partir du plan de vol, qui est la description détaillée de la route à suivre par un mobile dans le cadre d’un vol planifié. Le plan de vol est élaboré à partir de la liste de points de navigation et de procédures (départ, arrivée, airways, missions) stockées dans la base de données de navigation. Le pilote saisit ensuite les paramètres de l'aéronef : masse, plan de vol, plage de niveaux de croisière, ainsi que un ou une pluralité de critères d'optimisation, tels que le Cl.

[0007] Le plan de vol comprend une série ordonnée de segments (appelés couramment LEG) définis par une norme aéronautique. Un segment correspond à une consigne pour calculer une trajectoire élémentaire. La trajectoire issue du plan de vol PV se construit de proche en proche d’un segment à l’autre à partir des consignes contenues dans chaque segment (géométrie entre les points de passage définie par ces segments), des performances de l’avion, de contraintes de tout type (altitude, vitesse, temps, pente) et des consignes de poussée et de vitesse. En aéronautique commerciale, la norme internationale ARINC 424 définit différents types de « LEG » ou segment, chaque type correspondant à une nature de données nécessaires au calcul de la trajectoire élémentaire correspondant au type, par exemple des consignes à suivre en terme de position, d’altitude, de cap ou de route.

[0008] A partir du plan de vol le FMS calcule la trajectoire latérale et le profil vertical, c'est-à-dire le profil de vol en termes d'altitude et de vitesse, qui par exemple minimise le critère d'optimisation. Chaque segment génère ainsi une portion de trajectoire ou trajectoire élémentaire. Cette trajectoire élémentaire correspond à un élément géométrique qui peut être un tronçon de droite, un arc, typiquement un arc de cercle, ou des combinaisons de tronçon de droite et d’arcs. Le FMS peut, sur instruction du pilote, fournir les éléments nécessaires pour asservir automatiquement l’aéronef sur la trajectoire calculée. Le FMS fournit les écarts par rapport à la trajectoire à suivre, et le Pilote Automatique assure l’asservissement sur les écarts.

[0009] A partir du calcul complet de la trajectoire, le FMS détermine des «prédictions» qui correspondent à des valeurs de paramètres clés de trajectoire le long de celle-ci, c'est-à-dire pour différentes valeurs de l’abscisse curviligne x de la trajectoire. Typiquement ces paramètres sont : vitesse de l’aéronef par rapport à la masse d’air environnante dénommée CAS (pour Calibrated Air Speed en Anglais), Altitude de l’aéronef, Vent (défini par vecteur). Les « prédictions » incluent également le calcul de la distance totale parcourue, du temps de vol et de la quantité de fuel consommée.

[0010] Différents types de transitions sont possibles pour passer d’un point de navigation à un autre. Une transition de type « Fly over » impose de passer à la verticale d’un point de navigation WP0, l’aéronef effectuant ensuite un virage pour rejoindre la trajectoire reliant WP0 au point de navigation suivant WP1. Lorsqu’il n’y a pas de demande de passer sur le point, le système calcule une transition dite « Fly by » entre le segment précédent le segment courant et le segment suivant, telle qu’illustrée figure 2. Pour les transitions «Fly by», la trajectoire produite 13 est prédictible, mais non répétable car le chemin suivi est fonction de la vitesse de l’avion et de l’angle de gite choisi. Classiquement une transition « Fly by » utilise une aire de transition 14. L’avion doit rester dans cette aire 14 lorsqu’il effectue la transition « Fly by ». D’autres contraintes caractérisent les transitions « Fly by ». La Norme D0283 impose (i) une initialisation du virage autrement dit le début d’une transition qui ne doit pas commencer avant 20NM du point et (ii) classiquement un angle de gite de 5 degrés, qui est utilisé avec la plus grande vitesse possible en haute altitude pour définir l’aire de transition, ce qui produit un virage très long et une aire à protéger très large. Il est en conséquence recommandé d’utiliser des angles de gite supérieurs pour les transitions en haute altitude pour réduire l’espace aérien utilisé et les risques de conflits. Ainsi une trajectoire volable de l’aéronef est calculée en tenant compte de contraintes associées aux procédures de navigation accompagnant les points de navigation, telle le « fly over » ou le » fly by » associé à une transition.

[0011 ] Par ailleurs le calcul de la trajectoire d’un mobile doit généralement respecter des contraintes liées à l’occupation de l’espace disponible.

[0012] La performance de navigation requise ou RNP (Required Navigation Performance en anglais) est définie pour des portions de vol. Tel qu’illustré sur la figure 3, la RNP varie selon que l’aéronef 19 est sur une portion de vol de type Oceanic’ 20 ou‘Enroute’ 21 , ou Terminal Area’ 22 ou encore‘Approach’ 23 juste avant la piste 24. Ainsi une procédure avec une certaine performance requise se réfère à un bloc d’espace spécifique. Le niveau de performance requis se traduit par la largeur d’un corridor selon le bloc d’espace. Par exemple, un bloc d’espace océanique peut avoir un corridor de largeur allant de 4 à 10Nm où le symbole Nm correspondant au mile marin et 1 mile marin équivaut à 1852 m.

[0013] En phase approche vers un aéroport où beaucoup d’aéronefs coexistent dans un espace réduit, le niveau de performance requise traduit en largeur du corridor vaut généralement 1 Nm en début d’approche, descend jusqu’à 0.5 Nm pour les approches de non-précision, 0.3 Nm pour les approches de précision et jusqu’à 0.1 Nm pour les approches spéciales dites‘RNP AR’. La variabilité du niveau de performance requise permet de définir une trajectoire en trois dimensions composée de lignes droites et de courbes, dans un environnement à densité de circulation élevée, autour de zones sensibles au bruit ou à travers un terrain difficile.

[0014] Ce niveau RNP peut être défini par un fichier de configuration, par entrée pilote ou suivant une base de données dans le système de gestion du vol ou par défaut selon l’espace aérien (Océanique, En Route, Approche).

[0015] Typiquement les contours de la zone RNP sont calculés de sorte que les transitions entre portions de vol présentent une forme d’entonnoir.

[0016] Pour pouvoir suivre les exigences de la procédure RNP, les moyens de navigation de l’aéronef doivent être capables de calculer la position de l’aéronef selon la performance requise sur l’espace survolé. Ainsi, une procédure avec une certaine performance requise signifie que les systèmes de navigation de l’aéronef doivent être capables de garantir que la position de l’aéronef est à l’intérieur d’un cercle de rayon xx Nm. Par exemple, pour une procédure ayant une performance requise RNP de 5 Nm, le système de navigation de l’aéronef doit être capable de calculer la position de l’aéronef dans un cercle de rayon 5 Nm. [0017] Le système de pilotage automatique doit aussi garantir qu’il saura guider l’aéronef avec la même précision.

[0018] Le niveau de précision du guidage est fixe et connu, alors que la précision du calcul de la position peut varier le long du vol (couvertures GPS différentes, dérives des centrales inertielles, couverture des moyens de radio navigation plus ou moins dense)

[0019] Pour pouvoir suivre les exigences de la procédure RNP, les moyens de navigation de l’aéronef, typiquement le FMS, doivent être capables de calculer la position de l’aéronef selon la performance requise sur l’espace survolé. Sur certains aéronefs, tel A350, c’est le système ADI RU qui opère la fonction localisation de l’avion.

[0020] Ces systèmes fournissent une estimation de l’erreur de calcul dite (EPE) pour «Estimation Position Error», parfois appelée (EPU) pour « Estimation Position Uncertainty », deux dénominations qui représentent la même information. Cette information est ainsi représentative d’un niveau de performance estimée par rapport à un niveau de performance requise.

[0021 ] Les documents US9983009 et US15/642248 décrivent un système qui calcule le niveau de performance estimé et le niveau de performance requis pour tout le plan de vol et produit une liste de segments avec contingences de navigation définies. Un exemple de corridor 30 de navigation prenant en compte les prédictions de performance requise RNP et estimée EPU calculées pour une même liste de segments, est illustré figure 4. Par exemple la larguer du corridor, symétrique par rapport au chemin de référence 31 (trait plein) reliant les points de navigation du plan de vol par des segments de droite, présente pour chaque segment, c’est-à-dire chaque tronçon allant d’un point de navigation à un autre, une largeur égale à RNP-EPU.

[0022] Typiquement ce corridor peut être affiché à l’aide d’un dispositif d’affichage qui peut être un écran classique du cockpit comme un « Navigation Display » (ND) ou un écran « Primary Flight Display » (PFD) avec une capacité « Synthetic Visual System » (SVS). Pour un opérateur sol, ces informations peuvent être affichées sur un écran du poste de commande.

[0023] Le corridor 30 ou trajectoire « ruban » est construit de manière à ne jamais sortir de la contingence ou contrainte (largeur du corridor) par rapport au chemin de référence 31 correspondant à la liste de segments initiaux du plan de vol.

[0024] A partir des points de navigations reliés selon le chemin de référence 31 , et des types de transition, on construit une trajectoire de référence 32, illustrée figure 3 avec l’hypothèse de transitions de type Fly bye. On constate que la trajectoire 32 n’est pas optimisée en terme de longueur, la trajectoire de référence 32 n’utilisant pas tout l’espace autorisé du corridor 30.

[0025] Un but de la présente invention est de surmonter les inconvénients précités en proposant un calcul d’une trajectoire latérale raccourcie pour tout mobile évoluant dans un espace contraint défini par un corridor, la trajectoire raccourcie utilisant au mieux l’espace autorisé. Un exemple application est un calcul de trajectoire pour les aéronefs civils respectant les prédictions de performances requises et/ou estimées.

DESCRIPTION DE L’INVENTION

[0026] L’invention concerne un procédé de calcul d’une trajectoire raccourcie d’un mobile à partir d’une route comprenant une succession ordonnée de points de navigations et de segments, un espace représentatif des contraintes de navigation délimité par un contour étant associé à chaque segment de la route et définissant un tronçon d’un corridor dans lequel le mobile est autorisé à évoluer, le procédé étant mis en oeuvre par une plateforme de calcul pour mobile embarquée et comprenant les étapes consistant à :

-déterminer un chemin final comprenant une liste ordonnée de points de passage reliés entre eux, comprenant les étapes consistant à :

I initialiser un chemin courant par un chemin initial CH0 reliant rectilignement un point de navigation de la route dit point de navigation d’entrée et un autre point de navigation de la route dit point de navigation de sortie,

II réaliser par itération les étapes suivantes, une itération étant indicée i à partir de i=1 :

a. déterminer le ou les points d’intersection entre le chemin courant et le contour du corridor s’ils existent,

-s’il n’y a pas de points d’intersection terminer l’itération, la liste des points de passage du chemin final (CHf) est constituée du point de navigation d’entrée (E), du ou des points de passage déterminés aux itérations précédentes et du point de navigation de sortie (S),

-s’il existe au moins un point d’intersection :

b. identifier un point d’intersection courant li défini comme le point d’intersection situé sur le contour le plus proche du point de navigation d’entrée, dénommé contour courant

c. déterminer, à partir du point d’intersection courant li, au moins un point de passage à insérer dans une liste de points de passage du chemin courant, de manière à générer un nouveau chemin CHi,

puis réitérer avec le nouveau chemin comme chemin courant, -déterminer (200) une trajectoire exécutable par ledit mobile dite trajectoire raccourcie (Traj/sh) à partir du chemin final et des paramètres du mobile.

[0027] Selon un mode de réalisation un segment est indicé par un nombre entier r variant de 1 à N dénommé rang et présente un type droit ou courbe (RF) de rayon de courbure constant, une liaison entre deux points de passage consécutifs du chemin courant s’opère de manière rectiligne ou le cas échéant en suivant une fraction d’un contour courbe du corridor, dans l’étape b. le contour courant présente un rang dénommé q, et la l’étape c. comprend les sous étapes consistant à :

c1. déterminer un point de passage courant Pi situé sur le même contour courant, en aval du point d’intersection courant li et à l’extrémité du contour courant, et déterminer les points de passage du chemin courant dénommés Pq et Pq+1 , respectivement situés en amont et en aval de Pi,

c2.

lorsque le point d’intersection courant li est disposé sur un segment droit, on insère dans la liste du chemin courant le point de passage courant Pi entre Pq et Pq+1 , ou on remplace Pq par le point de passage courant Pi, selon un premier critère, sauf pour la première itération i=1 pour laquelle on insère le point de passage P1 entre le point de navigation d’entrée (E) et le point de navigation de sortie (S) sans considération du premier critère,

lorsque le point d’intersection courant li est situé sur un segment courbe, on détermine un ou deux points de tangence Pi’, Pi” disposé(s) sur le contour courant courbe de sorte que le nouveau chemin corresponde au plus court chemin inclus dans le corridor jusqu’à Pq+1 , et on insère le ou les deux points de tangence dans le chemin courant, le nouveau chemin suivant le contour courant courbe entre les deux points de tangence ou en amont ou en aval du point de tangence.

[0028] Selon un mode de réalisation l’étape c. comprend en outre une sous étape c3 consistant à éliminer, le cas échéant, le ou les points de passage inutiles du nouveau chemin, un point de passage inutile étant tel que la droite reliant rectilignement le point de passage précédent et le point de passage suivant le point inutile est comprise dans le corridor.

[0029] Selon un mode de réalisation le premier critère consiste à déterminer si le point d’intersection courant li est disposé entre l’avant-dernier point de passage et le point de navigation de sortie du chemin courant, dans l’affirmative on procède au remplacement, dans le cas contraire on procède à l’insertion.

[0030] Selon un mode de réalisation, lorsque le point d’intersection courant li identifié à l’étape b et le point de passage Pq sont tous deux situés sur un contour courant courbe, et lorsque le premier critère est vérifié, alors on insère Pi entre Pq et Pq+1.

[0031 ] Selon un mode de réalisation le procédé selon l’invention comprend en outre une étape consistant à afficher la trajectoire exécutable à un pilote du mobile.

[0032] Selon une variante le procédé selon l’invention comprend une étape de validation de ladite trajectoire raccourcie par le pilote et, lorsque la trajectoire raccourcie est validée, une étape de guidage du mobile sur la trajectoire raccourcie, via soit un ensemble d’information communiquées au pilote lui permettant d’exécuter la trajectoire raccourcie, soit un pilote automatique.

[0033] Selon un mode de réalisation le procédé selon l’invention comprend une étape d’affichage en temps réel de la distance du mobile jusqu’au contour du corridor.

[0034] Selon une variante le procédé selon l’invention comprend en outre :

-une étape de détermination d’une trajectoire de référence déterminée à partir du chemin constitué de la liste des points de navigation de la route entre le point de navigation d’entrée et le point de navigation de sortie et des paramètres du mobile, -une étape de calcul d’au moins une grandeur économisée, à partir de la comparaison entre une valeur prédite de ladite grandeur pour la trajectoire de référence et une valeur prédite de la ladite grandeur pour la trajectoire raccourcie -une étape d’affichage à un pilote dudit mobile de ladite grandeur économisée.

[0035] Selon un mode de réalisation la grandeur est déterminée à partir d’une longueur et/ou d’une quantité de fuel consommée et /ou d’un temps de vol.

[0036] Selon une variante le mobile est un aéronef, la route est un plan de vol et les segments du plan de vol sont définis par une norme aéronautique, et dans lequel ledit corridor est calculé à partir de prédictions de performance de navigation requises et/ ou estimées.

[0037] Selon un autre aspect l’invention concerne une plateforme de calcul pour mobile pour calculer une trajectoire raccourcie d’un mobile comprenant:

-un module (20) apte recevoir une route (R) comprenant une succession ordonnée de points de navigations et de segments, un espace représentatif des contraintes de navigation délimité par un contour étant associé à chaque segment de la route et définissant un tronçon d’un corridor (CORR) dans lequel le mobile est autorisé à évoluer,

-un module de détermination du corridor (PN),

-un module (30) de détermination d’un chemin final (CHf) comprenant une liste ordonnée de points de passage reliés entre eux, le chemin final étant déterminé par un calcul itératif comprenant les étapes consistant à : I initialiser un chemin courant par un chemin initial CHO reliant rectilignement le un point de navigation de la route dit point de navigation d’entrée (E) et un autre point de navigation de la route dit point de navigation de sortie (S),

II réaliser par itération les étapes suivantes, une itération étant indicée i à partir de i=1 :

a. déterminer le ou les points d’intersection entre le chemin courant et le contour du corridor s’ils existent,

-s’il n’y a pas de points d’intersection terminer l’itération, la liste des points de passage du chemin final (CHf) est constituée du point de navigation d’entrée (E), du ou des points de passage déterminés aux itérations précédentes et du point de navigation de sortie (S),

-s’il existe au moins un point d’intersection :

b. identifier un point d’intersection courant li défini comme le point d’intersection situé sur le contour le plus proche du point de navigation d’entrée, dénommé contour courant,

c. déterminer, à partir du point d’intersection Pi, au moins un point de passage à insérer dans une liste de points de passage du chemin courant, de manière à générer un nouveau chemin CHi,

puis réitérer avec le nouveau chemin comme chemin courant,

-un module (40) de détermination d’une trajectoire exécutable par ledit mobile dite trajectoire raccourcie (Traj/sh) à partir du chemin final et des paramètres du mobile comprenant des données stockées dans au moins une base de donnée (BD) et des informations issues d’au moins un capteur embarqué (CE) sur le mobile,

-au moins une base de données (BD).

[0038] Selon un autre aspect l’invention concerne un produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes du procédé selon l’invention, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.

[0039] La description suivante présente plusieurs exemples de réalisation du dispositif de l’invention: ces exemples sont non limitatifs de la portée de l’invention. Ces exemples de réalisation présentent à la fois les caractéristiques essentielles de l’invention ainsi que des caractéristiques additionnelles liées aux modes de réalisation considérés.

[0040] L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques, buts et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :

[0041 ] [Fig 1 ] La figure 1 déjà citée décrit une architecture fonctionnelle d’un FMS.

[0042] [Fig 2] La figure 2 déjà citée illustre une transition dite « Fly by ». [0043] [Fig 3] La figure 3 déjà citée illustre la performance de navigation requise ou RNP pour un aéronef en phase d’atterrissage.

[0044] [Fig 4] La figure 4 déjà citée illustre un exemple de corridor de navigation prenant en compte les prédictions de performance requise et estimée calculées pour une même liste de segments.

[0045] [fig 5] La figure 5 illustre un exemple de situation de départ à laquelle s’applique le procédé selon l’invention.

[0046] [Fig 6] La figure 6 illustre le principe de construction du corridor pour le cas d’un aéronef effectuant une transition entre deux segments présentant un RNP différent.

[0047] [Fig 7] La figure 7 décrit le procédé selon l’invention.

[0048] [Fig 7bis] La figure 7bis décrit un mode de réalisation du procédé selon l’invention.

[0049] [Fig 8] La figure 8 illustre l’itération i=1 d’un exemple de calcul itératif pour déterminer le chemin final.

[0050] [Fig 9] La figure 9 illustre l’itération i=2 d’un exemple de calcul itératif pour déterminer le chemin final.

[0051 ] [Fig 10] La figure 10 illustre l’itération i=3 d’un exemple de calcul itératif pour déterminer le chemin final.

[0052] [Fig 1 1 ] La figure 1 1 illustre l’itération i=4 d’un exemple de calcul itératif pour déterminer le chemin final.

[0053] [Fig 12] La figure 12 illustre l’itération i=5 d’un exemple de calcul itératif pour déterminer le chemin final.

[0054] [Fig 13] La figure 13 illustre l’itération i=8 pour déterminer le chemin final.

[0055] [Fig 14] La figure 14 illustre chemin final CHf obtenu après 18 itérations pour l’exemple de la figure 5.

[0056] [Fig 15] La figure 15 illustre une variante du procédé selon l’invention.

[0057] [Fig 16] La figure 16 illustre une autre variante du procédé 10 selon l’invention qui peut être combinée à la variante de la figure 15.

[0058] [Fig 17] La figure 17 illustre une plateforme de calcul pour mobile pour calculer une trajectoire raccourcie Traj/sh d’un mobile selon l’invention.

[0059] Par souci de clarté les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION

[0060] Un exemple de la situation de départ à laquelle s’applique le procédé selon l’invention est illustré figure 5. Un mobile en vol se déplace ou prévoit de se déplacer selon une route comprenant une succession ordonnée de points de navigations WP et de segments. Dans la route on choisit un point de navigation d’entrée E et un point de navigation de sortie S, préférentiellement situés au centre du ruban formé par le corridor. Un segment SEGr est typiquement indicé par un nombre entier r variant de 1 à N allant de E à S dénommé rang, et présente un type droit TF ou courbe RF de rayon de courbure constant.

[0061 ] A chaque segment SEGr de la route est associé un espace représentatif des contraintes de navigation délimité par un contour CONTr qui définit un tronçon d’un corridor CORR, également dénommé conteneur, dans lequel le mobile est autorisé à évoluer.

[0062] Le procédé selon l’invention est mis en oeuvre par une plateforme de calcul pour mobile. Le mobile peut être un aéronef, et dans ce cas la plateforme de calcul est un système de gestion de vol ou FMS, tel que le FMS adapté à l’aviation civile décrit précédemment. Le mobile peut être également un hélicoptère ou un drone, ou un véhicule évoluant dans un espace contraint.

[0063] Le procédé selon l’invention consiste à déterminer une trajectoire raccourcie dénommée Traj/sh correspondant à une trajectoire « tirée à la corde » dans l’espace disponible du corridor CORR. Par la suite seuls les contours successifs CONTr du corridor seront pris en compte pour la détermination de la trajectoire raccourcie, qui comprend de nouveaux points de passages, différents des points de navigations initiaux WP, à l’exception de E et S.

[0064] Pour le cas d’un aéronef effectuant une transition entre deux segments présentant un RNP différent, la figure 6 illustre le principe de construction du corridor : on établit une jonction continue entre les deux contours. En effet, le contour est, par définition, composé de deux frontières continues.

[0065] Dans la construction de la trajectoire on utilise deux représentations.

[0066] D’abord une représentation sous la forme d’un chemin constitué d’une suite ordonnée de points de passages déterminés par la méthode selon l’invention, situés entre le point E et le point S. Ces points de passage sont par construction situés sur un contour du corridor, deux points de passage successifs étant reliés entre eux par un tronçon de droite ou, le cas échéant en suivant une fraction d’un contour courbe du corridor. Par exemple le chemin suit la portion de contour courbe entre deux points de passage typiquement lorsque deux points de passage consécutifs sont disposés sur un contour courbe.

[0067] Puis une représentation sous forme de trajectoire volable par le mobile, calculée par la plateforme de calcul typiquement embarquée sur le mobile, à partir d’une part du chemin et d’autre part des paramètres associés au mobile.

[0068] Un premier type de paramètres correspond aux données issues de capteurs embarqué (positon GPS, données météo, attitude, masse totale ...). Un deuxième type de paramètres correspond à des paramètres issus d’au moins une base de données (BD), typiquement une BD performance pour les données de type modélisation du comportement du mobile (par exemple, pour un aéronef l'aérodynamique et les moteurs), et une BD de navigation comprenant des informations pour construire des routes géographiques et des procédures (par exemple, pour un aéronef, des altitudes de survol minimales, des vitesses maximales ...).

[0069] Le procédé 10 selon l’invention est illustré figure 7.

[0070] Il comprend une première étape 100 de détermination, par un calcul itératif, d’un chemin final CHf comprenant une liste ordonnée de points de passage reliés entre eux. Préférentiellement une liaison entre deux points de passage consécutifs s’opère de manière rectiligne ou le cas échéant en suivant une fraction d’un contour courbe du corridor.

[0071 ] Le calcul itératif comprend une première sous étape I consistant à initialiser un chemin courant par un chemin initial CH0 reliant rectilignement un point de navigation de la route choisi dit point de navigation d’entrée E et un autre point de navigation de la route dit point de navigation de sortie S.

[0072] Dans une sous étape II on réalise par itération les étapes ci-dessous. Une itération étant indicée i à partir de i=1. Le chemin courant au début de l’itération i (chemin de départ) est le chemin CHi-1 et à la fin de l’itération i on a calculé le nouveau chemin CHi. Par exemple dans l’itération 1 le chemin de départ est CH0 et à la fin de l’itération 1 on a déterminé CH1.

[0073] Les figures 8 à 14 illustrent différentes itérations explicitant un exemple de calcul du chemin final.

[0074] Dans une première étape a on détermine le ou les points d’intersection entre le chemin courant CHi-1 et le contour du corridor CORR s’ils existent.

[0075] S’il n’y a pas de points d’intersection on termine l’itération, la liste des points de passage du chemin final CHf est constituée du point de navigation d’entrée E, du ou des points de passage déterminés aux itérations précédentes, et du point de navigation de sortie S.

[0076] S’il existe au moins un point d’intersection on réalise les étapes b et c.

[0077] Dans l’étape b on identifie le point d’intersection courant li défini comme le point d’intersection situé sur le contour le plus proche du point de navigation d’entrée. Ce contour est le contour associé au point d’intersection qui présente le rang le plus bas. On dénomme ce contour contour courant CONTq, avec le rang du contour courant dénommé q.

[0078] Dans l’étape c on détermine à partir du point d’intersection courant li, au moins un point de passage à insérer dans la liste de points de passage du chemin courant, de manière à générer un nouveau chemin Chi. Par construction, comme il sera vu plus loin dans l’exemple des figures 8 à 14, le ou les points de passage insérés au chemin courant à chaque itération sont situés sur le contour courant.

[0079] Puis le calcul II est réitéré avec le nouveau chemin CHi de l’étape i comme chemin courant CHi-1 de l’itération i+1.

[0080] Une fois le chemin final CHf calculé, à l’étape 200 on détermine une trajectoire exécutable par le mobile, dite trajectoire raccourcie Traj/sh, à partir du chemin final (géométrique) et des paramètres du mobile. Il s’agit à partir du chemin géométrique constitué de points de passages reliés entre eux de déterminer une trajectoire réelle que le mobile peut suivre. Comme expliqué plus haut les paramètres du mobile utilisés sont typiquement des paramètres issus de capteurs embarqués et des paramètres issus d’une base de données de navigation.

[0081 ] Selon un mode de réalisation illustré figure 7bis l’étape c. comprend plusieurs sous étapes.

[0082] Dans une sous étape c1 on détermine un point de passage courant Pi situé sur le même contour courant, en aval du point d’intersection courant li et à l’extrémité du contour courant CONTq, et on détermine les points de passage du chemin courant dénommés Pq et Pq+1 , respectivement situés en amont et en aval de Pi. A partir de là deux cas sont possibles.

[0083] Dans le premier cas le point d’intersection courant li est disposé sur un segment droit. Alors on insère dans la liste du chemin courant le point de passage courant Pi. Cette insertion de Pi s’effectue entre Pq et Pq+1 ou en remplacement de Pq, selon un premier critère. On génère ainsi un nouveau chemin CHi. Un exemple de premier critère est explicité plus bas.

[0084] On applique le premier critère sauf pour la première itération i=1 pour laquelle on insère le point de passage P1 entre le point de navigation d’entrée E et le point de navigation de sortie S sans considération du premier critère. La première itération i=1 est illustrée figure 8. Le tracé du chemin de départ ou chemin courant CHi-1 , ici CH0 ={E,S} , est illustré avec des points creux et celui du nouveau chemin CH1 est illustré avec des points pleins. On détermine le point d’intersection 11 , qui est disposé sur le contour du segment 1 , et donc q=1 , puis P1 sur le même contour que 11 en aval et à l’extrémité du contour. On attribue à P1 le même rang 1.

[0085] De manière générale le point de passage Pi est de même rang que li car situé sur le même segment, sauf lorsque li est situé à l’extrémité aval d’un segment q, c’est-à-dire à la fois à la fin du segment q et au début du segment q+1 : dans ce cas Pi, situé à l’autre extrémité du segment q+1 , est de rang q+1 (voir exemple plus loin). [0086] Le point Pq est E et le point Pq+1 est S. Le nouveau chemin CH1 est donc égal à :

CH1 = {E, P1 , S}

[0087] Selon un mode de réalisation l’étape c comprend également une sous étape c3 dans laquelle on élimine le cas échéant le ou les points de passage inutiles du nouveau chemin. Un point de passage inutile est tel que la droite reliant rectilignement le point de passage précédent et le point de passage suivant le point inutile est comprise dans le corridor.

[0088] Typiquement le premier critère est fonction de la position du point d’intersection courant li dans le chemin courant. Par exemple le premier critère consiste à déterminer si le point d’intersection courant li est disposé entre l’avant- dernier point de passage et le point de navigation de sortie S du chemin courant. Dans l’affirmative on procède au remplacement, dans le cas contraire on procède à l’insertion.

[0089] Dans le deuxième cas le point d’intersection courant est situé sur un segment courbe (et le point de passage Pq est situé sur un contour courant droit). On détermine un ou deux points de tangence Pi’, Pi” disposé(s) sur le contour courant courbe de sorte que le nouveau chemin corresponde au plus court chemin inclus dans le corridor jusqu’à Pq+1 , et on insère le ou les deux points de tangence dans le chemin courant. Le nouveau chemin suit alors le contour courant courbe entre les deux points de tangence (lorsqu’il y en a deux) ou en amont ou en aval du point de tangence (lorsqu’il y en a un seul).

[0090] Les figures 9 à 12 illustrent différents cas de construction géométrique du chemin courant, pour les itérations i=2 à i=5.

[0091 ] Dans la figure 9 le chemin de départ est le chemin CH1 rappelé avec un tracé à points creux. Le point d’intersection le plus amont est I2 (étapes a et b) situé sur le contour du segment 2 et donc q=2. Compte tenu du rang de I2 par rapport aux rangs des points du chemin courant, on a Pq=P1 et Pq+1 =S, et l’avant dernier point de passage du chemin de départ est P1. A partir de I2 on détermine P2 également de rang 2. P2 (rang 2) se situe entre P1 (Pq) et S (Pq+1 ). Pour décider si on insère P2 entre P1 et S ou si celui-ci remplace P1 on applique le premier critère. Ici P2 est bien disposé entre P1 et S et donc il convient de remplacer P1 par P2. Le nouveau chemin CH2 est donc :

CH2 = [E, P2, S} qui est le nouveau chemin définitif car le chemin [E, P2, S} ne présente pas de points inutiles.

[0092] La figure 10 illustre l’itération i=3, avec un chemin de départ CH2. On détermine I3 sur le contour du segment 1 , et donc q=1 , avec Pq= E et Pq+1 = P2, et P2 avant dernier point de passage du chemin de départ. On détermine P3 (=P1 ) en aval de I3 sur le même contour également de rang 1. P3 doit être placé entre E (Pq) et P2 (Pq+1 ). En vertu du premier critère I3 n’est pas disposé entre P2 et S, donc on procède à l’insertion. Le nouveau chemin CH3 (tracé avec des points pleins) est donc :

CH3={E, P3, P2, S}

[0093] Selon un cas particulier lorsque le point d’intersection courant li déterminé à l’étape b et le point de passage Pq sont tous deux situés sur un contour courant courbe, et lorsque le premier critère est vérifié alors, on insère Pi entre Pq et Pq+1.

[0094] Ce cas particulier est illustré figure 1 1 , qui décrit l’itération i=4, avec un chemin de départ CH3. On détermine I4 (=P2) de rang q=2, avec Pq=P2(rang 2) et Pq+1 = S, et P2 avant dernier point de passage du chemin de départ. I2 est situé à la fin du segment 2 qui est également le début du segment 3. On détermine P4 à l’autre extrémité du segment 3 (de rang 3) qui doit être placé entre P2 et S. I4 et P2 (qui sont ici égaux) sont tous les deux sur le contour courbe du segment 3 SEG3. I4 est disposé entre P2 et S, le premier critère est vérifié. On procède à l’insertion de P4. Le nouveau chemin à la fin de l’étape c2 est E/P3,P2,P4/S. Ici l’étape c3 trouve à s’appliquer, le point P2 étant un point dit inutile. Le nouveau chemin CH4 après l’étape c3 est :

CH4={E, P3, P4, S}

[0095] La figure 12 illustre l’itération i=5, avec un chemin de départ CH4. On détermine I5 (=P4) de rang q=3, avec Pq=P4 et Pq+1 = S, et P4 avant dernier point de passage du chemin de départ. I5 est disposé entre P4 et S, le premier critère est vérifié. I5 est disposé à la fin du segment 3 qui est également le début du segment 4. On détermine P5 à l’autre extrémité du segment 4. On réalise l’étape c2 avec un remplacement P4 par P5. Le nouveau chemin CH4 (pas d’étape c3) est :

CH5={E, P3, P5, S}

[0096] On poursuit ainsi la construction des chemins suivants par itération successive.

[0097] La figure 13 illustre un exemple du deuxième cas, correspondant à l’itération i=8. Le chemin courant de départ CH7 est tracé avec les points creux et est égal à :

CH7={E, P7, P6, S}

[0098] On détermine I8 = P7, avec I8 situé sur un segment courbe, Pq = P7 et Pq+1 = P6. [0099] On détermine deux points de tangence P8’, P8” de sorte que le tracé soit le plus court possible jusqu’à P6, induisant l’élimination de PI. Le nouveau chemin CH8 est égal à :

CH8={E, P8’, P8”,P6, S} avec un segment courbe reliant P8’ et P8” correspondant à la fraction du contour CONT3 entre P8’ et P8”.

[0100] La figure 14 illustre le chemin final CHf obtenu après 18 itérations.

[0101 ] Comme expliqué plus haut à partir du chemin final on détermine Traj/sh, trajectoire exécutable par le mobile en tenant compte de ses paramètres, et on affiche cette trajectoire raccourcie.

[0102] On entend par point de navigation d’entrée et point de navigation de sortie respectivement le point de départ de l’algorithme et le point d’arrivée de l’algorithme, et la numérotation des segments par l’indice r s’effectue du départ vers l’arrivée. Dans l’exemple de parcours de l’algorithme illustré figures 8 à 14 et destiné à déterminer le chemin final CHf, le point de départ est E est le point d’arrivée est S, les segments étant numérotés de E vers S. Mais on peut également parcourir l’algorithme « à l’envers » en considérant que le point de départ de l’algorithme est le point S et le point d’arrivée est le point E. Les segments sont alors numérotés de S vers E. Le procédé selon l’invention est mis en oeuvre de manière identique que décrit précédemment, mais en partant du point S et en construisant le chemin final itérativement à partir de S jusqu’à E. Le chemin final déterminé en parcourant l’algorithme de S vers E est identique à celui obtenu en parcourant l’algorithme de E vers S. Les points de départ et d’arrivée de l’algorithme sont donc indépendants de la position du mobile en condition opérationnelle. Si l’algorithme est parcouru de S vers E, avec un mobile qui entre dans le corridor par le point E. Il convient pour le calcul de la trajectoire exécutable de bien réordonner les points de passage du chemin final à partir du point d’entrée de l’aéronef dans le corridor.

[0103] Selon un mode de réalisation dans une étape 300 on affiche la trajectoire exécutable à un pilote du mobile. Cette trajectoire raccourcie est par exemple une alternative possible à une trajectoire effectivement suivie par le mobile qui passe par la route prédéfinie entre E et S.

[0104] Nous allons à présent décrire des variantes de situations opérationnelles dans lesquelles le procédé 10 selon l’invention trouve à s’appliquer.

[0105] Dans une variante illustrée figure 15 le procédé comprend une étape de validation 400 de la trajectoire raccourcie Traj/sh par le pilote et, lorsque la trajectoire raccourcie est validée, une étape 500 de guidage du mobile sur la trajectoire raccourcie. Le guidage peut s’effectuer de deux façons : -soit en communiquant au pilote un ensemble d’informations lui permettant d’exécuter la trajectoire raccourcie. Ces informations peuvent être les écarts latéraux ou verticaux ainsi que ceux de vitesse horizontale ou verticale. Ces informations peuvent être présentées sous forme de « target » à atteindre ou sous forme de valeur numérique à saisir auprès des équipements de pilotage (PA en mode sélecté par exemple).

-soit via un pilote automatique directement couplé à la plateforme de calcul délivrant la trajectoire.

[0106] Selon un mode de réalisation la procédé 10 comprend une étape d’affichage en temps réel de la distance du mobile jusqu’au contour du corridor.

[0107] Selon une variante illustrée figure 16 le procédé 10 de calcul d’une trajectoire raccourcie selon l’invention comprend en outre une étape 320 de détermination d’une trajectoire de référence Traj/ref déterminée à partir du chemin constitué de la liste des points de navigation de la route initiale entre le point de navigation d’entrée et le point de navigation de sortie et des paramètres du mobile. Cette trajectoire de référence est par exemple la trajectoire en train d’être exécutée par le mobile au moment où le pilote lance le procédé selon l’invention.

[0108] Basé sur le calcul de cette trajectoire on effectue ensuite une étape 340 de calcul d’au moins une grandeur économisée G, à partir de la comparaison entre une valeur prédite de la grandeur pour la trajectoire de référence VP[traj/ref] et une valeur prédite de la ladite grandeur pour la trajectoire raccourcie VP[traj/sh]

[0109] Enfin dans une étape 360 on affiche à un pilote du mobile de la grandeur économisée G.

[01 10] La grandeur G est déterminée à partir d’une longueur et/ou d’une quantité de fuel consommée et /ou d’un temps de vol. La grandeur G peut donc être un de ces éléments (une longueur, une quantité de fuel ou un temps économisé) ou une combinaison de deux ou de ces trois éléments.

[01 11 ] Bien entendu les deux variantes peuvent être combinées. Par exemple le procédé réalise d’abord les étapes 320, 340 et 360. Après avoir pris connaissance de la valeur de G, le pilote réalise ensuite les étapes 400 et 500 du procédé.

[01 12] Le procédé selon l’invention trouve à s’appliquer à tout type de mobile volant ou véhicule se déplaçant sur une surface.

[01 13] Selon un mode de réalisation le mobile est un aéronef, la route est un plan de vol et les segments du plan de vol sont définis par une norme aéronautique. Le corridor est par exemple calculé à partir de prédictions de performance de navigation requises RNP et/ou estimées ET (voir documents de l’état de la technique précités). [01 14] Selon un autre aspect l’invention concerne une plateforme de calcul pour mobile CP pour calculer une trajectoire raccourcie Traj/sh d’un mobile illustrée figure 17. Dans le cas d’un aéronef, la plateforme est un système de gestion de vol ou FMS.

[01 15] La plateforme comprend un module 20 apte recevoir une route R telle que décrite précédemment et un corridor PN tel que décrit précédemment.

[01 16] La plateforme comprend également un module 30 de détermination d’un chemin final CHf reliant une liste ordonnée de points de passage, une liaison entre deux points de passage consécutifs s’opérant de manière rectiligne ou la cas échéant en suivant une fraction d’un contour courbe du corridor. Le chemin final est déterminé par un calcul itératif comprenant les étapes I et II a, b, c, d, e telles que décrites précédemment.

[01 17] La plateforme comprend également un module 40 de détermination d’une trajectoire exécutable par le mobile dite trajectoire raccourcie Traj/sh à partir du chemin final CHf et des paramètres du mobile comprenant des données stockées dans au moins une base de donnée BD et des informations issues d’au moins un capteur embarqué CE sur le mobile.

[01 18] La plateforme comprend enfin au moins une base de données BD et typiquement une interface homme machine 60 configurée par exemple pour afficher la trajectoire exécutable à un pilote du mobile et/ou la grandeur économisée.

[01 19] Selon un dernier aspect l’invention concerne un produit programme d’ordinateur, ledit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes du procédé selon l’invention, lorsque le programme est exécuté sur un ordinateur.