Sommaire

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Introduction La radionavigation : technique de navigation utilisant des ondes

radioélectriques pour déterminer sa position ou un lieu de position. Les points obtenus sont indépendants des conditions de visibilité.

A l’origine ce type de positionnement était utilisé par les navires en Atlantique Nord pour se positionner en utilisant les radiophares. La détermination d’un point se fait par triangulation en mesurant les différentes direction des émetteurs.

Evolution majeure à la fin de la seconde guerre mondiale avec l’arrivée du DECCA, système de positionnement hyperbolique.

Apparition du GPS, depuis plusieurs années vient progressivement remplacer les moyens de navigation classiques.

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Approche théorique sur la propagation des ondes :

Utilisation d’ondes radioélectriques, qui sont des ondes électromagnétiques dont :

Fréquence < 3000GHz Ondes radios classées en fonction de leur fréquence :

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Appellation Gamme de fréquence

Application

Ultra Haute Fréquence

300MHz et 3 GHz G.P.S / D.M.E

Très Haute Fréquence

30 et 300 MHz V.O.R

Basse et Moyenne Fréquences

30 KHz et 3MHz A.D.F

Vitesse et mode de propagation :Les ondes radio se propagent dans l’espace vide à la vitesse de la lumière. Dans l’atmosphère elles subissent des atténuations liées aux précipitations et peuvent être réfléchies ou guidées par la partie haute de l’atmosphère appelée ionosphère.

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Onde de sol : B&M Fréquences = A.D.F

Onde directe : VHF = V.O.R

Portée ≈ 500 km

Portée optique, peut être augmentée par onde de ciel à titre exceptionnel en fonction de l’ionisation de la couche E de l’ionosphère (110km d’altitude)

Les instruments de la radionavigation:Le V.O.RVHF Omnidirectional Range Fréquences VHF de 108 à 117,95 MHz Puissance de 200 WPrécision est de l’ordre de 5°Portée est dite optique (antenne réceptrice soit en « vue » de l’émetteur pour obtenir le signal, il ne faut pas qu’il y ait d’obstacles.)

Type de signal :a. Composé d’une porteuse (signal de référence)b. Et d’une sous-porteuse (signal de position)Ces deux émissions ont une même fréquence 30Hz ce qui permet de faire une comparaison de phases entre les deux signaux.Cet écart de phase est l’image directe du relèvement de la balise

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Elle peut évoluer de 0 ° à 360 °. Signal de référence omnidirectionnelle Signal de position directionnel tournant

avec une vitesse de rotation de 30 t/s. Déphasage et relèvement est nul pour

un avion situé dans le nord magnétique de la station

Exemple :Si nous étions au sud du VOR, (donc à 180

degrés), le signal de référence de 30 hertz et le signal de position seraient en opposition de phase, (par conséquent déphasées de 180 degré).

Rq : Toutes les 30 secondes une modulation de 1020Hz se superpose au signal VOR, il s’agit du code morse indicatif de la station.

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Le positionnement se fait par rapport à la station émettrice et est exprimé par rapport au Nord magnétique. A tout moment l’avion est capable de savoir sur quel radial il se trouve par rapport à la balise. Il est également capable de savoir s’il est en rapprochement ou en éloignement de la balise. « TO » « FROM »

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Cône de silence à la verticale balise

A : Le pilote sélectionne le radial de référence désirée par l'OBS (Omni Bearing Selector) ce qui fait tourner la rosace autour du cadran graduée de 0 à 360 degré.

B : Le bouton sélecteur de direction, OBS, utilisé pour sélectionner le radial que l'on veut intercepter et qui fait tourner la couronne "A".

C : Indicateur "TO-FROM". Le triangle blanc pointe vers le bas pour indiquer "FROM" (venant de), il pointe vers le haut pour indiquer "TO" (aller vers)."flag" rouge si pas d’info

D : Le CDI (Course Deviation Indicator). C'est la barre verticale qui se déplace vers la gauche ou vers la droite, et qui indique au pilote quelle direction il faut suivre pour rejoindre le radial choisi avec l'OBS.

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• Chaque point représente 2 degrés de déviation par rapport à la course désirée.

Instrument à bord

L’ A.D.F (Automatic Direction Finder) balise NDB balise NDB (Non Directionnal Beacon) au sol, émet un signal

radioélectrique de basses et moyennes fréquences de 190 kHz à 1750kHz. Portée pas uniquement optiquepas uniquement optique Puissance entre 50W et 5kW 50W et 5kW Signal suit la courbure de la terre Portée varie entre 50 et 300 Nm50 et 300 Nm. Précision d’environ 10° Signal est très sensible aux charges électrostatiques et

inutilisables dans les orages, tout nuage chargé en électricité perturbe la réception (Détecteur de Cb)

Forte déviation de l’onde au voisinage des côtes (Exemple au Havre) et des montagnes

L’identification de la balise L’identification de la balise est également très importante car le signal est soumis à la propagation ionosphérique des ondesprincipalement la nuit, ce qui peut provoquer des erreurs avec d’autres NDB lointaines ayant la même fréquence. Durant cette phase de réception du code morse le signal est également perturbé.

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Aux abords des aérodromes, balises appelées LocatorLocator. Portée est inférieure. Support pour les procédures I.F.R sur les terrains.

Le récepteur présent à bord, ADF, permet la réception des deux types d’émission en toute deux types d’émission en toute transparencetransparence pour l’utilisateur.

La balise au sol émet un message omnidirectionnel message omnidirectionnel contenant un signal et un indicatif. L’instrument à bord, s’accorde sur la fréquence et mesure la force du signal. La direction de la balise correspond au signal le plus fort mesuréplus fort mesuré.

Notion de gisement :Contrairement au VOR →Relèvement, l’ADF → gisement.

En navigation, le gisementgisement est l'angle formé par l'axe longitudinal d'un aéronef avec la l'axe longitudinal d'un aéronef avec la direction d'un point extérieurdirection d'un point extérieur (balise NDB). Il s'agit donc d'une direction relativedirection relative, indépendante de la direction du nord géographique et magnétique.Le gisement est mesuré en degrés, de 0° à 180°, depuis la ligne de foi, à droite ou à gauche. (le gisement 180° indique donc l'arrière).

Z = Cm + Gt

Z est le relèvement, Cm étant le cap magnétique, et le gisement, Gt, étant compté positivement à droite et négativement à gauche.

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Pour éviter les calculs il est possible de superposer l’information lue sur l’ADF à celle du conservateur de cap, ce qui permet d’obtenir directement la lecture du relèvement de la balise.

Exemple :

En superposant l’information de l’ADF à celle du directionnel on voit donc directement que le relèvement est le 265° environ ( soit un gisement de 60° à gauche). C’est donc cette route qu’il faudrait prendre pour se diriger vers la balise. La notion de radial existe également et nous lirons le radial sur la queue de l’aiguille soit le 085° dans cet exemple

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Attention aux effets du vent :

Ne pas négliger l’affichage de la dérive.Ne pas négliger l’affichage de la dérive.

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Le D.M.E (Distance Measuring Equipment) Mesure la distance oblique entre l’avion et une station souvent co-implantée avec un

VOR, un TACAN, un ILS, ou un MLS. Signal gamme UHF sur fréquence de 960 à 1215 MHzfréquence de 960 à 1215 MHz, fonctionne en

impulsions, cette bande de fréquence est divisée en 126 canaux à l’émission et à la réception.

L’indicatif Morse de la station DME est transmis toutes les 30s sur la fréquence 1350 Hzfréquence 1350 Hz. La puissance d’émission par la station terrestre est généralement aux environs d’1 kW, mais cela peut être inférieur dans les cas du DME de l’ILS.

Mesure de la distance par mesure du temps mesure du temps entre interrogation et réponse. Portée Optique,Portée Optique, sans toutefois dépasser les 200 NM Le DME ne peut pas se verrouiller sur ses propres interrogations réfléchies

par le sol à cause d’un décalage de 63 MHzdécalage de 63 MHz en plus ou en moins entre interrogation et réponse.

Si espace entre impulsions est de 12µs alors la réponse F2 = F1 -63MHz Si espace entre impulsions est de 36µs alors la réponse F2 = F1+63MHz

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Emission F1

Délai de 50µs

Réception, F2 = F1 +/- 63 MHz Temps mesuré :

Tm = (2D/c)+ 50µs

Avec c = 3*10^8

DME

Généralement, le DME ne nécessite pas d’action particulière pour sa mise en fonctionnement, soit l’affichage de la fréquence sur le récepteur VOR (Fonction Remote sur Nav 1 par exemple) lui suffit, soit celle-ci doit être sélectionnée à partir d’un boîtier annexe.

Le DME fonctionne en UHF mais le pilote affiche la fréquence VHF du VORpilote affiche la fréquence VHF du VOR. La distance obtenue sera en NM par rapport à la station et grâce à un calculateur incorporé, il

fournit également la vitesse sol la vitesse sol (en kt) et le temps pour rejoindre la stationtemps pour rejoindre la station.

Limites d’utilisation : La précision du DME est de l’ordre de 0,2 NM + 1,25 % de la distanceprécision du DME est de l’ordre de 0,2 NM + 1,25 % de la distance. Il ne peut répondre qu’à

un nombre limité d’avion en simultané nombre limité d’avion en simultané (entre 100 et 200), si ce nombre est dépassé, le transpondeur sol va limiter sa sensibilité et les signaux les plus faibles seront ignorés afin de privilégier les signaux les plus forts.

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Les indications de vitesse sol et de temps pour rejoindre la station ne sont valables que si l’avion se dirige vers le DME ou s’en éloigne. Si l’avion passe à travers le DME, la distance à l’émetteur ne varie pratiquement pas et la vitesse déterminée par le calculateur du récepteur DME sera voisine de zéro et le temps pour rejoindre la station infini.

La distance mesurée étant une distance oblique, au passage à la verticale de la balise, le DME indiquera la hauteur de l’avion.

Le G.P.S (Global Positioning System)

Origine : 1960 : Projet de l’armée américaine 1978 : Premiers satellites GPS envoyés dans l’espace 1983 : Reagan annonce que la technologie GPS sera disponible gratuitement aux

civils suite à la mort des 269 passagers du vol 007 de Korean Airlines abattu par l‘URSS.

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Composition:

Le segment spatial

Le segment de contrôle

Le segment utilisateur

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Principe de fonctionnement :

• Mesure de distance entre satellite et récepteur.• Satellites constitués d’1 emetteur, 1 récepteur et de 4 horloges atomiques

• Descriptif du signal :

o 2 fréquences, L1 : 1575,42 MHz et L2 : 1227,6 MHz , ondes UHF

• Contenu du message de navigation émis par satellite :o Heure d’émission de la trameo Almanach de la constellationo Ephémérideso Coefficient du modèle ionosphériqueo Niveau de performance du satelliteo Ecart entre temps GPS et UTC avec précision de 0,1µs

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Mesure de la pseudo-distance

Le calcul ne prend pas en compte les erreurs d’horloge distance inexacte, d’où le nom de pseudo distance ( 1 micro-seconde = 300 mètres)

Comment être plus précis ? Avec une pseudo- distance 1 lieu de position Avec deux pseudo-distances 1 cercle Avec trois pseudo-distances 2 points

Solution : Une quatrième mesure permet d’obtenir une précision dans la position.

Le système d’équation permettant l’obtention de la position est : Le système d’équation permettant l’obtention de la position est :

(X-(X-αα)² + (Y-)² + (Y-ββ)² + (Z-)² + (Z-δδ)² = (R-CB)²)² = (R-CB)²

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X,Y,Z : position du satelliteα,β, δ : coordonnées du récepteur (inconnues)R : pseudo-distanceCB : écart dû à l’écart horloge récepteur par rapport au temps GPS

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Récapitulatif sur les sources d’erreurs

Ephémérides 2,5m

Traversée atmosphérique

5m pour l’ionosphère5m pour l’ionosphère0,5m pour la troposphère

Multi-trajet 0,6m

Bruit interne du récepteur 0,3m

Horloge interne du satellite 1,5m

Dilution de précision Configuration géométrique des satellites

WGS 84 :

Référentiel utilisé par le récepteur GPS pour fournir la position

Terre n’est pas une sphère d’où :Nécessité de standardiser le système géodésique : Avènement du WGS84, qui est le modèle conventionnel de représentation géométrique de la Terre. (données géométriques et gravitationnelles)

Indication GPS en vertical : Calcul GPS donne H, hauteur

orthométrique par rapport à l’éllipsoïde de référence. Connaissant la position Lat / Long, le récepteur cherche dans la base de données le facteur N permettant de déterminer h au dessus du géoïde

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Ellipsoïde de référence

Géoïde WGS 84

Relief terrestre

Application à l’aéronautique : Utilisation du VOR sur une Navigation VFR à destination de Blois :

L’utilisation judicieuse des moyens radios permet de lever le doute sur la position réelle de l’avion : flanquement

Le moyen radio peut également servir de support au suivi de la route : VOR directeur

Importance du respect de la boucle Radio :Fréquence / Axe / Identification (Au sol)

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Axe 1

Axe2 D =

16

Nm

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D = 24 Nm

Je ne sais plus trop où je suis ???

Me voilà recalé !

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Possibilité d’avoir les deux informations sur un même un instrument, le R.M.I

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Anticipation des moyens de contrôle au moment de la préparation :

Log de Navigation Log de Navigation :

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Utilisation du GPS :

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Il est possible de voyager en régime VFR au dessus d’une couche soudée de nuage, donc sans voir le sol, mais en demeurant hors des nuages.Le vol VFR ON TOP VFR ON TOP n’est possible qu’au dessus de la surface S (Cf. visibilité et distance minimales par rapport aux nuages).

L’avion doit être équipé :d’un moyen de radionavigation (VOR, ADF ou GPS de classe A B ou C),d’un moyen de radiocommunication (VHF), Surtout, les conditions météorologiques doivent permettre de monter et descendre sans perdre les conditions VMC. La préparation de la météo du vol doit donc être très minutieusetrès minutieuse.

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ConclusionUtilisation des moyens de radionavigations en VFR ≠

Vol IFR.Risque de négliger la carte et la surveillance des zones

survolées car rassuré par : vol de VOR à VOR ou sur le trait du GPS.

Excellent moyen de lever un doute sur la position.Couplage facile au pilote automatique.

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Bibliographie Wikipédia http://www.americanflyers.net/aviationlibrary http://www.f6ddr.fr/aero/navigation/radio_nav.htm Radionavigation, Institut Mermoz, Daniel Dubuis

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