Titre de l’invention : Système de vision de vol (EFVS) pour un aéronef, comprenant un radar millimétrique (RDRMM)

[0001 ] L'invention porte sur un système de vision de vol (ou EFVS pour acronyme de "Enhanced Flight Vision System" en langue anglaise) pour un aéronef, comprenant un radar millimétrique.

[0002] On entend par radar millimétrique, un radar à extrêmement hautes fréquences comprises entre 30 et 300 GHz.

[0003] Les systèmes de vision de vol, ou EFVS, actuels se basent sur l'utilisation d'un capteur optique, généralement infrarouge ou multispectral, monté sur l'aéronef embarquant l'EFVS, qui permet, dans certaines conditions météorologiques dégradées, de fournir à l’équipage une image de meilleure qualité que celle vue par le pilote.

[0004] En permettant de voir la piste d'atterrissage (dans certaines conditions de brouillard ou de visibilité réduite) et donc de poursuivre l’atterrissage, le système de vision de vol EFVS diminue les taux d’annulation et les déroutements en cas de conditions météorologiques dégradées.

[0005] Au niveau opérationnel, lors de l’approche, à l’altitude ou hauteur de décision l’équipage est autorisé à poursuivre l’approche si les références visuelles (lampes de piste ou d’approche), non présentes en vision naturelles, sont présentes dans l’image fournie par le capteur de l'EFVS. L’approche peut alors se poursuivre :

- Jusqu’à 100 pieds du sol, pour l’EFVS-1 OOft (FAA) ou EFVS-A (EASA) hauteur à laquelle l’équipage doit voir les références de piste en vision naturelle pour terminer l’atterrissage ; ou

- Jusqu’au sol pour l’EFVS to land (FAA) ou EFVS-L (EASA).

[0006] Les opérations EFVS 10Oft existent depuis plusieurs années en Europe et aux Etats-Unis. Des solutions EFVS certifiées existent.

[0007] Les opérations EFVS to land sont autorisées par la FAA ("Federal Aviation Administration") depuis fin 2016 et en Europe depuis 2022. [0008] Les opérations EFVS se limitent actuellement à l’aviation d’affaire à cause du coût du capteur. En outre, les performances des capteurs actuels ne permettent pas de voir dans toutes les conditions météo, car parfois le pilote voit mieux que le capteur.

[0009] Les systèmes de vision de vol EFVS actuellement sur le marché utilisent des capteurs optiques (infra-rouges ou multi spectraux) dont les performances ne sont pas satisfaisantes dans certaines conditions météorologiques, par exemple de brouillard ou de pluie.

[0010] De plus, le remplacement progressif, sur les pistes d'atterrissage, des lampes d’approche à incandescence par des lampes d'approche à LED (pour des raisons de fiabilité et de consommation) va rendre ces capteurs de moins en moins performants, car les capteurs infra-rouges sont inefficaces avec des lampes à LED dont le rayonnement dans la bande IR est très inférieur à celui des traditionnelles lampes à incandescence.

[0011] Un but de l'invention est de pallier les problèmes précédemment cités, et notamment de fournir un système amélioré de vision de vol (EFVS) pour un aéronef.

[0012] Il est proposé, selon un aspect de l'invention, un système de vision de vol pour un aéronef, comprenant un radar millimétrique et une unité de commande électronique configurée pour gérer, lors d'une phase d'atterrissage sur une piste d'atterrissage, un élargissement en ouverture horizontale (ou en azimut) du champ de vision du radar millimétrique autour d'une ouverture horizontale (ou largeur) de champ de vision prédéfinie dépendant de la dérive de l'aéronef, lorsque la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage devient inférieure à un seuil d'élargissement.

[0013] Selon un mode de réalisation, l'unité de commande électronique est configurée pour gérer, lors d'une phase d'atterrissage sur une piste d'atterrissage, un élargissement d'ouverture verticale (ou en hauteur) du champ de vision du radar millimétrique autour d'une ouverture verticale (ou hauteur) de champ de vision prédéfinie, lorsque la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage devient inférieure au seuil d'élargissement. [0014] Dans un mode de réalisation, l'unité de commande électronique est configurée pour calculer la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage à partir d’une altitude par rapport au niveau de la mer. L'altitude par rapport au niveau de la mer est calculée à partir de la pression atmosphérique mesurée par un baromètre, et/ou d'une altitude par rapport au sol mesurée par un radioaltimètre et/ou d'une distance au seuil de piste mesurée par un dispositif de mesure de distance.

[0015] Selon un mode de réalisation, l'unité de commande électronique est configurée pour élargir l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie à une ouverture horizontale supérieure constante lorsque la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement.

[0016] En variante, l'unité de commande électronique est configurée pour élargir de manière progressive l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie à une ouverture horizontale supérieure dépendant de la hauteur de l'aéronef, lorsque la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement.

[0017] Dans un mode de réalisation, l'unité de commande électronique est configurée pour élargir de manière progressive l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie à une ouverture horizontale supérieure dépendant de la hauteur de l'aéronef, lorsque la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement, en tenant compte de la position de l'aéronef et de la largeur de piste fournie par une base de données.

[0018] En variante ou en combinaison l'unité de commande électronique est configurée pour élargir de manière progressive l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie à une ouverture horizontale supérieure dépendant de la hauteur de l'aéronef, lorsque la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement, en tenant compte de données représentatives des précisions des paramètres comprenant l'attitude, et/ou la dérive, et/ou la position de l'aéronef.

[0019] En variante ou en combinaison, l'unité de commande électronique est configurée pour élargir de manière progressive l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie à une ouverture horizontale supérieure dépendant de la hauteur de l'aéronef, lorsque la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement, en tenant compte d'une donnée caractéristique de la stabilité en lacet de l'aéronef.

[0020] Selon un mode de réalisation, l'unité de commande électronique est configurée pour modifier la forme d'onde du radar millimétrique lorsque la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage devient inférieure à un seuil de modification.

[0021] Par exemple, le seuil de modification est égal au seuil d'élargissement.

[0022] En variante, l'unité de commande électronique est configurée pour élargir l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, et/ou pour modifier la forme d'onde du radar millimétrique, en fonction d'une commande manuelle du pilote de l'aéronef.

[0023] L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels :

[0024] [Fig.1 ] illustre schématiquement un système de vision de vol pour un aéronef selon un aspect de l'invention ; et

[0025] [Fig.2] illustre schématiquement, le fonctionnement du système de la [Fig.1 ], selon un aspect de l'invention ;

[0026] Sur l'ensemble des figures, les éléments ayant des références identiques sont similaires.

[0027] La [Fig.1 ] représente schématiquement un système de vision de vol EFVS pour un aéronef, comprenant un radar millimétrique RDRMM et une unité de commande électronique UCE. L'unité de commande électronique UCE est configurée pour gérer, lors d'une phase d'atterrissage sur une piste d'atterrissage, un élargissement en azimut ou l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique RDRMM autour d'une ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie LP dépendant de la dérive de l'aéronef, lorsque la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage devient inférieure à un seuil d'élargissement SE.

[0028] Par exemple, le seuil d'élargissement SE vaut 200 pieds ou ft, comme illustré sur la [Fig.2],

[0029] La présente invention décrit la logique de configuration automatique ou manuelle d’un certain nombre de paramètres génériques d’un radar millimétrique embarqué afin d’optimiser au mieux son utilisation dans différents cas d’usage.

[0030] Un radar à balayage électronique millimétrique RDRMM se caractérise par un certain nombre de paramètres.

[0031] Certains paramètres sont en général figés au moment de la conception en fonction de l’utilisation souhaitée du radar, notamment :

La fréquence porteuse : cette fréquence est un paramètre clef dans la conception d’un radar. Elle détermine à la fois la résolution angulaire accessible, conjointement avec la taille du radar. Elle est aussi liée aux technologies disponibles et à leurs performances (notamment puissance d’émission et facteur de bruit accessibles) en termes de bilan de portée du radar. La fréquence porteuse choisie est également liée aux paramètres physiques de la scène et de son environnement : coefficients de rétrodiffusion des surfaces au sol, des éléments de la piste et de ses abords, absorption et diffusion par l’atmosphère sous différentes conditions météorologiques. La fréquence porteuse du radar est donc un paramètre dimensionnant et le plus souvent déterminé dans une bande de fréquence donnée lors de la conception du radar. La réalisation de radar multi-bandes étant généralement bien trop coûteuse pour les applications visées.

La puissance d’émission est un facteur prépondérant car il va déterminer directement la portée efficace du radar mais va aussi impacter sa consommation et donc son coût.

[0032] D’autres paramètres peuvent être modifiés en temps réel afin d’adapter les caractéristiques du radar en fonction des conditions, notamment : La forme d’onde ou modulation : il s’agit du signal qui va moduler la fréquence porteuse et permettre la détection. La forme d'onde inclut des modifications de phase, d’amplitude ou de fréquence en fonction du temps. Chaque forme d’onde est adaptée à une utilisation particulière et consiste en un compromis entre différents paramètres (résistance aux interférences ou multitrajets, résolution en distance et en vitesse, portée et domaine vitesse instrumentés,... ) le diagramme d’antenne : sur un radar à balayage électronique qui comporte de nombreux éléments rayonnants, le diagramme d’antenne dépend de la combinaison de ces différents éléments ; l’ajout de déphaseurs permet en effet de créer artificiellement un domaine de balayage radar plus ou moins large orienté dans une direction privilégiée sans aucune modification mécanique du radar.

Le temps d’intégration et les traitements réalisés en post traitement : ils sont aussi adaptés à ce que l’on cherche à détecter (filtrage doppler pour la recherche d’une cible en mouvement, suppression du fouillis de sol pour rechercher des cibles particulières... )

[0033] L’utilisation d’un radar millimétrique pour les opérations d'un système de vision de vol EFVS nécessite que le radar puisse, à tout moment, fournir au pilote le meilleur compromis de performance possible, sans intervention de l’équipage qui doit se concentrer sur le maintien de la trajectoire d’approche.

[0034] Il importe de présenter à l’équipage de l'aéronef :

- à l’altitude de décision une visibilité optimale des feux d’approche (il faut donc concentrer toute la puissance du radar sur la zone d’intérêt). Dans cette phase de vol le champ de vision est réduit afin de garantir la détection des éléments visuels nécessaires à la distance maximale.

- en dessous de l’altitude de décision :

- un champ de vision de plus en plus large de manière à lui permettre de voir la piste dans sa totalité au fur et à mesure qu’elle se rapproche. Le champ de vision latéral ou en azimut (et éventuellement vertical) pourra être peu à peu élargi sans impact sur la visibilité des lampes d’approches, la puissance nécessaire étant moindre. - une résolution améliorée pour détecter de manière plus fine les lampes et le contraste de la piste : la forme d’onde pourra être adaptée pour privilégier la résolution à la portée.

[0035] L'unité de commande électronique (UCE) est configurée pour calculer la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage à partir d’une altitude par rapport au niveau de la mer calculée à partir de la pression atmosphérique mesurée par un baromètre, et/ou d'une altitude par rapport au sol mesurée par un radioaltimètre et/ou d'une distance au seuil de piste calculée par exemple à partir de la position de l’aéronef et des coordonnées du seuil de piste ou à partir d’une mesure radar.

[0036] Par exemple, pour déterminer la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage à partir d'une distance D au seuil de piste sachant que l’aéronef suit une approche publiée dont la pente est connue (souvent de l’ordre de 3°) il est facile de recalculer la hauteur à partir de la formule H= D*tan(pente).

[0037] Pour déterminer la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage à partir d’une altitude par rapport au niveau de la mer, il suffit de soustraire à l’altitude de l’aéronef, référencée par rapport au niveau de la mer, l’altitude de la piste elle aussi référencée par rapport au niveau de la mer et fournie dans les cartes d’approche.

[0038] L'unité de commande électronique UCE peut être également configurée pour élargir l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique RDRMM, en fonction d'une commande manuelle du pilote de l'aéronef.

[0039] L'unité de commande électronique UCE peut être configurée pour élargir l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie LP à une ouverture horizontale supérieure constante lorsque la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement SE.

[0040] L'unité de commande électronique UCE configurée pour gérer, lors d'une phase d'atterrissage sur une piste d'atterrissage, un élargissement en hauteur ou d'ouverture verticale du champ de vision CVh du radar millimétrique RDRMM autour d'une hauteur ou ouverture verticale de champ de vision prédéfinie HP, lorsque la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage devient inférieure à un seuil d'élargissement SE.

[0041] En variante, l'unité de commande électronique UCE peut être configurée pour élargir de manière progressive l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie LP à une ouverture horizontale supérieure dépendant de la hauteur H de l'aéronef, lorsque la hauteur de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement SE.

[0042] Par exemple, l'élargissement de l'ouverture horizontale du champ de vision peut être linéaire depuis la valeur prédéfinie LP au seuil d’élargissement SE jusqu’à son maximum, par exemple atteint à une hauteur de l’aéronef égale 100 pieds.

[0043] En outre, l'élargissement progressif du domaine de balayage du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie LP à une ouverture horizontale supérieure dépendant de la hauteur H de l'aéronef, lorsque la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement SE, peut tenir compte de la position de l'aéronef et de la largeur de piste fournie par une base de données.

[0044] L’objectif est de pouvoir garantir que toute la largeur de la piste reste visible le plus longtemps possible dans le radar. Par exemple, à 100 pieds du sol et sur une pente à 3°, une piste de 40 m de large apparaît au pilote avec un angle de +/- 4°. Il faut donc que la largeur de balayage soit au moins égale à 8° à 100 pieds du sol.

[0045] L'unité de commande électronique UCE peut être configurée pour élargir de manière progressive l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie LP à une ouverture horizontale supérieure dépendant de la hauteur H de l'aéronef, lorsque la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement SE, en tenant compte de données représentatives des précisions des paramètres comprenant l'attitude, et/ou la dérive, et/ou la position de l'aéronef.

[0046] L'unité de commande électronique UCE est configurée pour élargir de manière progressive l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique, de l'ouverture horizontale de champ de vision prédéfinie LP à une ouverture horizontale supérieure dépendant de la hauteur H de l'aéronef, lorsque la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage passe sous le seuil d'élargissement SE, en tenant compte d'une donnée caractéristique de la stabilité en lacet de l'aéronef.

[0047] L'unité de commandé électronique UCE peut être configurée pour modifier la forme d'onde du radar millimétrique RDRMM lorsque la hauteur H de l'aéronef par rapport au seuil de la piste d'atterrissage devient inférieure à un seuil de modification SM.

[0048] Le seuil de modification SM peut être égal au seuil d'élargissement SE, comme représenté sur l'exemple de la [Fig.2],

[0049] La modification de la forme d'onde peut être quelconque, par exemple passer à une autre valeur constante, ou être modifiée continûment, ou modifiées par succession de valeurs constantes par intervalles successifs d'altitudes.

[0050] L'unité de commande électronique UCE peut être configurée pour élargir l'ouverture horizontale du champ de vision du radar millimétrique RDRMM, et/ou pour modifier la forme d'onde du radar millimétrique RDRMM, en fonction d'une commande manuelle du pilote de l'aéronef.