système d'aide à l'atterrissage ils...

B.T.S. ELECTRONIQUE SESSION 2004 ETUDE D'UN SYSTEME TECHNIQUE

Système d'aide à l'atterrissage: Dossier Technique. DT 1/48 ELEST

B.T.S. ELECTRONIQUE

SESSION 2004

ETUDE D'UN SYSTEME TECHNIQUE

Système d'aide à l'atterrissage

ILS

Dossier de Présentationdu Système Technique:

Ce dossier comporte 48 pages.

ñ



Sommaire :

A. Introduction : .....................................................................................................................................3B. Description de quelques systèmes d’aide à l’atterrissage implantés au sol .................................................3

B.1. VOR (« VHF omnidirectional range »).........................................................................................3B.2. DME ( « distance measuring equipment » ) .................................................................................4B.3. ILS (« Instruments Landing System ») ........................................................................................5B.4. Markers (« beacons » - balises) ..................................................................................................6B.5. MLS (« Microwave landing system »)...........................................................................................7B.6. GPS (« Global Positioning system »)............................................................................................7

C. Présentation fonctionnelle : Systèmes d’aide à l’atterrissage...................................................................8C.1. Diagramme sagittal du système technique...................................................................................9C.1.1. Descriptif ............................................................................................... 10

C.1.1.a. Aéroport :.......................................................................................... 10 Figure 1 : guidage vertical / plan de descente (« glide slope : pente de glissement ») . 10 Figure 2 : guidage horizontal / axe de la piste (« localizer : alignement ») ................ 11C.1.1.b. Interactions : ..................................................................................... 14C.1.1.c. Aéronef (descriptif partiel ): ................................................................. 15C.1.1.d. Quelques interactions : ........................................................................ 16

C.2. Schéma fonctionnel de niveau 2................................................................................................ 17C.3. Schéma fonctionnel de degré 1 du récepteur ILS ....................................................................... 18C.4. Schémas fonctionnels de degré 2 :............................................................................................ 22

Degré 2 de FP1: Mesurer l’écart de « pente » et «d’alignement » .......................................... 22Degré 2 de FP2: Gérer les entrées/sorties............................................................................. 23Degré 2 de FP5: Recevoir les paramètres cap-alignement , identifiant piste : LOCALISER........ 24Degré 2 de FP6: Accorder la réception sur le canal « cap-alignement »................................... 25Degré 2 de FP7: Démoduler l’identifiant de la piste d’atterrissage........................................... 26Degré 2 de FP9: Transmettre : Driver de BUS ARINC............................................................. 27

D. Bus avioniques ................................................................................................................................... 28D.1. Définition: ............................................................................................................................... 28D.2. ARINC 429 : ............................................................................................................................ 28D.2.1. description :........................................................................................... 28D.2.2. Support physique .................................................................................... 28D.2.3. Niveau liaison ......................................................................................... 29

D.2.3.a. Format des mots :............................................................................... 29D.2.3.b. Ordre de transmission:......................................................................... 29D.2.3.c. Exemple de codage des mots de 32 bits :................................................ 30D.2.3.d. Trame numérique ................................................................................ 31

D.3. Résumé: l'ARINC 429 (Aeronautical Radio Incorporated 429 ): ................................................... 32E. Identifiant des balises ILS Aéroport Charles de Gaulle – Roissy............................................................... 32F. Extrait d’un document d'approche piste 26 R , Paris Ch. de Gaulle: "appoach final chart"................... 33G. Utilisation du code d'épellation radiophonique international et du code................................................... 34H. Exemple : information modulant code MORSE....................................................................................... 35I. Codage ASCII ................................................................................................................................... 36J. Tableau 1 : Canaux d’accord du récepteur ILS ....................................................................................... 37K. Principe du DDM.................................................................................................................................. 38

K.1. locDDM pour l’émetteur « localizer , cap , alignement ».............................................................. 38K.2. glideDDM pour l’émetteur « glide , pente »................................................................................ 38

L. Description partielle de FP1 : Mesurer l’écart de « pente » et «d’alignement (cap) » ................................ 38M. Schéma structurel de FP1 : DSP. Mesurer l’écart de « pente » et «d’alignement (cap) ».................... 39N. Schéma structurel de FP5 et FP7 : partiel, 2ème étage du récepteur localizer ........................................ 41O. Schéma structurel de FP6 : Synthétiseur « alignement »........................................................................ 43P. Schéma structurel de FP8 et FS2, FS6 et FS9 partiel : BITE + ident Morse .............................................. 45Q. Schéma structurel du premier étage du récepteur « localizer » FS5-1, FS5-2 et « Self Test » FP10........... 47



Systèmes d’aide à l’atterrissageA. Introduction :

Lorsqu’un avion entame la phase d’approche finale de la piste d’atterrissage, le pilotedoit gérer un certain nombre de paramètres ; ceux-ci dépendent du type de l’aéronef etdes différentes installations de l’ aéroport («ground facilities»).

Ces paramètres comportent :- plan de l’aéroport et caractéristiques des pistes («approach final chart»-support

papier)- informations transmises par la tour de contrôle ( référence de la piste

d’atterrissage, consignes d’atterrissage, attente éventuelle)- consignes d’alignement vertical (pente) et horizontal (cap), distances, transmises

par les installations au sol, par voie hertzienne- caractéristiques et performances de l’avion- conditions météorologiques- paramètres visuels

B. Description de quelques systèmes d’aide à l’atterrissage implantés au sol

B.1. VOR (« VHF omnidirectional range »)

Les T VOR sont des VOR de navigation à courte distance et sont utilisés comme supportà une procédure d'approche. Leur portée est de 25 NM (Nautic Mile = mille marin =1852m, soit 25 NM= 46.2 km). La puissance rayonnée par les balises T VOR est de 50 W.L'émetteur T VOR émet une porteuse VHF dans la bande 108 – 112 MHz. L'émetteur luifait transporter deux modulants. Le signal de phase de référence émet dans toutes lesdirections. Un second signal de phase variable balaie dans un rayon de 360 degrés commele faisceau d'un phare. Les deux signaux sont en phase chaque fois que le signal variableest à 000 degrés (par rapport au nord magnétique) ; ils sont déphasés de 180 degréschaque fois que le signal rotatif est à 180 degrés. A bord de l'avion, un comparateur dephase mesure la différence de phase entre les deux signaux, nécessaire au calcul del’azimut.

Toutes les 30 secondes, une modulation à 1020 Hz se superpose permettant latransmission de l'indicatif de la balise en morse (3 lettres).

Balise-radiophare

(360°)

La balise est omnidirectionnelle ; elleémet sur 360° ; elle transmet àl’avion l’azimut (angle formé entre lenord magnétique (0°) et la droitereliant la balise à l’avion, ex. : 135°sur la figure ci-contre). Chaquepiste possède une caractéristique enazimut : il suffit donc à l’avion des’aligner sur celui-ci.



B.2. DME ( « distance measuring equipment » )

Le DME est un ensemble comprenant un élément interrogateur embarqué et, au sol, unélément répondeur, « une balise », généralement associé à un VOR ou à un ILS. Il donneune information de distance oblique (et non pas de distance réelle) en milles nautiques(NM) par rapport à la balise au sol grâce à la mesure du temps de réponse. Un calculateurintégré au DME embarqué permet également d'obtenir la vitesse sol de l'avion en nœuds(avec : 1 KT = 1 nœud= 1 mille marin/heure = 1852 m/h ) et le temps en minutespour rejoindre la station, l’émetteur DME. En passant à la verticale d'une station DME,l'instrument indique l’altitude, au-dessus de la balise.

Pour cet exemple ci-contre:

Distance: 5,1 NMVitesse: 80 KTTemps estimé: 4 MINutes

Le DME fonctionne dans la gamme des ultra hautes fréquences (UHF de 962 MHz à1213 MHz) et sa portée correspond à la portée optique, soit 200 NM (370 km) sur laplupart des appareils embarqués. Le principe du DME consiste à mesurer le temps quis'écoule entre l'émission d'un signal radioélectrique codé en provenance de l'avion et laréponse émise par la balise au sol. Ces deux signaux utilisent un couple de fréquencesdifférentes appelé canal. Le canal utilisable correspond à des fréquences UHF coupléesselon les normes OACI (Organisation de l'Aviation Civile Internationale) à des fréquencesVHF (107,95 MHz à 111,95 MHz) correspondant aux fréquences des balises VOR ou ILSaffichables sur l'appareil. La fréquence du DME est appariée de façon automatique à lafréquence VHF du VOR ou de l'ILS auquel il est associé. L'avion émet des pairesd'impulsions (12 µs pour le mode X ou 36 µs pour le mode Y) d'interrogation espacées demanière aléatoire sur une fréquence donnée. La balise au sol va renvoyer le signal sur unefréquence décalée de ± 63 MHz (selon la fréquence d'interrogation) ce qui permetd'éliminer les échos sol, les interrogations des autres avions et de régénérer le signal. Lerécepteur de bord capte les impulsions de réponse (le temps écoulé entre l'envoi del'impulsion d'interrogation et la réception de l'impulsion réponse est transformé endistance). En général, les avions sont équipés de deux systèmes DME distincts.

DME

Distance horizontale

Distance oblique



B.3. ILS (« Instruments Landing System »)

L'ILS est un système d'aide à l'atterrissage aux instruments. Il informe le pilote de laposition de l’avion par rapport à une consigne de trajectoire de descente aboutissant àune piste d’aéroport.

Les informations délivrées au pilote sont une information d'écart latéral par rapport àl'axe de la piste (Localizer-cap-alignement) et une information d'écart vertical parrapport au plan de descente idéal (Glide Path-pente) qui est généralement de l'ordre de3° , soit une pente de 5,2%. (voir page DT12)

Une information discontinue de distance par rapport au seuil de piste est donnée par lesmarkers et permet également un contrôle de la trajectoire.

Une information continue de distance peut être obtenue si l'ILS est couplé à un DME.

Le localizer de l’ILS fonctionne dans la gamme très hautes fréquences VHF de 107,95à 111,95 MHz par 1/10 de MHz impairs. Le Glide Path fonctionne lui dans la gammeultra hautes fréquences UHF de 329 MHz à 336 MHz. Mais, les fréquences associées auglide sont appariées aux fréquences du localizer. Lors de l'utilisation, on affiche doncuniquement la fréquence du localizer, obtenant ainsi la réception du glide directement(page DT37). Six fois par minute, une modulation à 1020 Hz en code morse est émise surla fréquence VHF du localizer permettant la transmission de l'indicatif de l'ILS (codé enmorse sur 3 lettres) et son identification par le pilote.

On distingue plusieurs catégories d'ILS selon la hauteur de décision (HD) permise(hauteur à laquelle le pilote remet les gaz s'il ne voit pas la piste) ainsi que la portéevisuelle de piste (RVR) minimale autorisée :

* catégorie I (CAT I) : HD minimale de 200 ft (60,96 mètres) et RVR minimale de 550 mètres.

* catégorie II (CAT II) : HD minimale de 100 ft et RVR minimale de 300 mètres.

* catégorie III/A (CAT III/A) : HD inférieure à 100 ft et RVR minimale de 200 mètres.

* catégorie III/B (CAT III/B) : HD inférieure à 50 ft et RVR minimale de 75 mètres.

Rappel : 1 ft = 1 feet = 1 pieds = 30,48 cm = 0,3048 mètres.

L'afficheur de l'ILS :Le rond central

représente la position del'avion, l'aiguille verticalereprésente le localizer etl'aiguille horizontalereprésente le glide. Dans lecas représenté ici, l'avionest à droite de l'axe et au-dessus du plan de descente.



B.4. Markers (« beacons » - balises)

I M M M O M

Les markers sont des radio-bornes à rayonnement vertical. Ils constituent une aide à lanavigation à courte et moyenne distance. Les markers sont généralement placés sur l'axed'approche finale. Toutefois, certains servent comme points de report en route (fanmarkers). Un ILS est presque toujours associé à des markers. Sur un axe de percée ILS,on distingue l'Outer Marker (balise extérieure OM), le Middle Marker (balise médiane MM)et l'Inner Marker (balise intérieure IM). Ces balises fournissent une informationdiscontinue de distance par rapport au seuil de piste et jalonnent l'axe d'approche (parfois,seulement une ou deux balises sont implantées sur la trajectoire d'approche).

L'appareillage de bord est constitué d'un boîtier unique. Au passage à la verticale de labalise, la lampe du marker concerné clignote et un signal sonore émis en morse retentit.L'intensité lumineuse et sonore est maximale à la verticale de la balise. Les markersfonctionnent dans la gamme des très hautes fréquences VHF 75 MHz et ne diffèrent entreeux que par leur modulation. La puissance rayonnée est de 3 à 5 W. En approche finale, lepilote vérifie qu'étant bien aligné sur son plan (ILS), il passe les markers à la bonnehauteur, conformément à la fiche de percée («approach final chart» page DT33). Celapermet d'éviter d'intercepter des « faux glides ».

IdentifiantMorse



B.5. MLS (« Microwave landing system »)

C'est un système d'aide à l'atterrissage censé prochainement remplacer l'ILS etfournissant des informations d'azimut, d'élévation et de distance. Comme l'ILS, il permetau pilote de maintenir son aéronef dans la trajectoire idéale de descente. Le principeutilisé repose sur le balayage de 2 faisceaux en site et en azimut. Ce balayage s'effectue àl'intérieur de 2 secteurs déterminés. Le récepteur de bord reçoit 2 impulsions par balayagealler-retour. L'intervalle de temps mesuré entre ces deux impulsions est proportionnel àl'azimut ou au site de l'avion. Le MLS assure aussi un guidage en Back Beam (axe inverse,approche interrompue ou décollage). Le battement des 2 faisceaux s'effectue à vitesseangulaire constante. Le MLS permet d'effectuer des approches courbes et segmentées. Ilfonctionne dans la bande C (5 GHz avec 200 canaux utilisables).

B.6. GPS (« Global Positioning system »)

Ce système permet de fournir au pilote la position, la vitesse sol et l’altitude del’aéronef. L’installation GPS aéroportée comprend une antenne et un récepteur. Celui-cireçoit les signaux transmis par une constellation de vingt-quatre satellites (un signal L1 de1575,42 MHz avec codes d’acquisition et de précision, un signal L2 de 1227,6 MHz aveccode de précision), les traite et par triangulation détermine la position de l’aéronef dansl’espace (donc sa position géographique et son altitude). Ayant mémoriser les positionsprécédentes et disposant d’une horloge interne, il calcule et fournit la vitesse. Pour évitertoutes erreurs provenant des satellites, les signaux transmis sont surveillés et peuventêtre corrigés par des stations terrestres.



C. Présentation fonctionnelle : Systèmes d’aide à l’atterrissage.

Le système retenu associe un avion et l’aéroport où il doit atterrir ; l’étude porteraprincipalement sur les structures de réception de l’aéronef qui participent à la procédured’atterrissage en particulier l’alignement, « localizer » du système ILS.

L’objet de l’étude, lors de cette épreuve,portera sur les systèmes d’aide à l’atterrissage eten particulier sur le récepteur du système ILS.

Localisation de quelques antennes sur l’AVION CARGOT AIRBUS A300-600:



C.1. Diagramme sagittal du système technique

SYSTEMES D’AIDE A L’ATTERRISSAGE



C.1.1. Descriptif

C.1.1.a. Aéroport :

• Tour de contrôle : elle gère le trafic aérien (atterrissages, décollages, mouvementsdes aéronefs sur les pistes et dans l’espace aérien ) .

• Aérogare : ensemble des bâtiments d’un aéroport réservés aux voyageurs et auxmarchandises .

• Pistes : l’aéroport possède une ou plusieurs pistes, possédant chacune un coded’identification (identifiant) et un ensemble d’émetteurs des informations « cap,identifiant et pente ». (page DT32)

• Emetteurs « alignement, identifiant piste et pente » : chaque piste possèdedeux émetteurs placés respectivement à chaque extrémité de la piste (cf. fig. 1 et2) ; ils transmettent à l’aéronef, par voie hertzienne, des informations luipermettant d’identifier la piste et les consignes à suivre lui garantissant unatterrissage sans « casse », notamment lorsque la visibilité est réduite. (page DT5)

Figure 1 : guidage vertical / plan de descente (« glide slope : pente de glissement »)



Figure 2 : guidage horizontal / axe de la piste (« localizer : alignement »)

• Balise « VOR » : cet émetteur omnidirectionnel transmet à l’aéronef, deux OEM(ondes électromagnétiques) lui permettant de calculer son azimut , ceci, de manière àce qu’il puisse s’aligner dans l’axe de la piste d’atterrissage.



• Balise « DME »(Distance Measuring Equipment) : cet émetteur-récepteur, situé àproximité de l’émetteur « localizer », transmet à l’aéronef par voie hertzienne uneinformation qui lui permet de calculer en mille marin (nautic mile, NM) la distanceoblique qui le sépare de la piste .

Lors d’une approche aux instruments ILS, l’angle α de la pente de consigne est de 3 degréspar rapport au sol. La distance oblique DO, mesurée par le système DME, est sensiblementégale à la distance au sol DS.

Notons H l’altitude, perpendiculaire au sol. (généralement exprimée en pieds, « feet »).Exprimons DO, DS et H avec la même unité, par exemple en NM ( Nautic Mile, Mille marin)

Plan de descende, Glide, α = 3°

On a une pente tg α = H / DS ≈ 5,24%

Alors (Pythagore) , DS2 + H2 = DO2

et DS = DO cos α H = DO sin α = DO

donc, cos α = 0,998629 et on a bien DO ≈ DS à 1- cos α = (DO-DS)/DO = 0,137% près.



• Balise « markers » : ces émetteurs placés au sol, indiquent à l’aéronef qu’il vient defranchir des distances de seuil de décision, ce qui, associées aux informations decap et de pente permettront au pilote de poursuivre ou non la procédured’atterrissage. (cf. page DT6 et figure 3 ci-desous)



C.1.1.b. Interactions :

Ø a : l’identifiant de la piste et le cap (« localizer ») sont transmis par uneporteuse modulée en amplitude située dans la bande VHF (108,1 MHz –111,95 MHz) ; cette bande comporte 40 canaux ; de plus, un canal 0 « SelfTEST » est réservé à 107,95 MHz (cf. tableau page DT37) ; à chaque canal« alignement » est apparié un canal « pente » . L’identifiant, codé enMORSE sur 3 lettres, ( cf. tableau page DT33 ) permet à l’aéronef dereconnaître la piste sur laquelle il doit atterrir. Au modulant « alignement »sont associées deux fréquences, 90 Hz (« trop à gauche ») et 150 Hz(« trop à droite ») – ( cf. page DT5 et figure 5 ci-dessous ).

Ø b : la pente (« glide ») est une consigne qui est transmise par uneporteuse modulée en amplitude dans la bande UHF ( 329,15 MHz – 335,15MHz ) ; cette bande comporte aussi 40 canaux (cf. tableau page DT37 ) ; aumodulant « pente » sont associées deux fréquences, 90Hz (« trop haut »)et 150Hz (« trop bas ») .



Ø f : image en « visuel » de la piste.

Ø g : distance entre l’aéronef et la piste (DME) ; OEM déphasées (VOR)

Ø h : la balise reçoit en provenance de l’aéronef, une fréquence« d’interrogation » ; elle lui réexpédie une fréquence « réponse » décaléede 63 MHz ; le temps mis par l’onde pour faire l’aller-retour permet àl’aéronef de calculer la distance « oblique ».

Ø i : cf. figure 3. (page DT13)

Ø j : informations échangées oralement entre le pilote et le personnel de latour de contrôle de l’aéroport .

Ø k : aéronefs, passagers et personnels.

Ø l : passagers, personnels.

Ø x : personnels.

C.1.1.c. Aéronef (descriptif partiel ):

• Récepteur ILS : ce récepteur est accordé par le pilote sur les canaux« alignement » et « pente », via le tableau de bord et l’ordinateur de bord ; aprèsavoir reçu les données « identifiant piste »,« alignement » et « pente », le récepteurles identifie, les contrôle, les adapte en vue de les transmettre à l’ordinateur centralpuis de les afficher sur le tableau de bord ; ceci afin d’aider le pilote à caler satrajectoire de descente sur la consigne émise par l’aéroport .

• Tableau de bord : c’est l’interface entre le pilote et les paramètres de pilotage,décrite ici de façon non exhaustive:

o Il affiche les différents paramètres de vol ;

o Il permet de sonoriser des informations spécifiques (code morse caractérisantl’identifiant de la piste, ou tout autre code morse émis d’une balise tel quecelle des « marker » survolés) ;

o il permet au pilote d’activer les différentes commandes et d’entrer lesparamètres associés (ex. : canal de réception ILS, page DT37).

• Ordinateur de bord : il gère l’ensemble des tâches permettant d’amener l’aéronefd’un point A à un point B. Ces tâches regroupent la mesure des différentsparamètres externes et internes , leur traitement et la commande des différentsorganes effecteurs.

• Pilote : il gère les différentes commandes de l’appareil et contrôle son bonfonctionnement . Pour ce qui est de l’atterrissage, il communique avec la tour decontrôle qui lui transmet le « nom » de la piste ; il accorde le récepteur ILS ensélectionnant le canal des fréquences associées à la piste ; il identifie le code morse(3 lettres) caractérisant l’identifiant de la piste ; il lie sur les instruments la positionde l’appareil (cf. fig.5) par rapport à la consigne émise par l’aéroport et corrige lesécarts éventuels (« alignement » et « pente ») en agissant sur les commandesappropriées.



• Capteurs et chaînes d’acquisition : ces structures mesurent les différentsparamètres nécessaires au bon fonctionnement de l’appareil et donc à la sécuritédes passagers ; citons en particulier les paramètres « air » (ex. : vitesse relative del’avion / air permettant d’éviter le décrochage à absence de portance où l’avionchute comme une pierre).

• Emetteur-récepteur : il assure la communication entre la tour de contrôle et lepilote ; il assure l’émission et la réception des paramètres nécessaires au calcul dela distance de l’avion par rapport à la piste, DME ;il reçoit du VOR, deux OEM, dontle déphasage lui permet de calculer son azimut ; il assure la réception desdistances de seuils de décision provenant des « markers ».

• Radar : il permet à l’aéronef de connaître son altitude par rapport au sol ; il luipermet aussi de « lire » son environnement et en particulier de connaître la positiondes autres aéronefs.

C.1.1.d. Quelques interactions :

Ø c : paramètres « alignement » et « pente » sous forme numérique,destinés à commander l’affichage du tableau de bord ; ces paramètres sonttransmis en série par un protocole ARINC 429 (page DT28); cette liaisonvéhicule aussi , codé en Morse (page DT34), l’identifiant de la piste destiné àêtre écouté et reconnu par le pilote.

Ø d : données destinées à contrôler la validité des données reçues et donc àsécuriser le vol.

Ø e : paramètres de vol visuels et sonores.

Ø n : paramètres « air » (température, pression, vitesse et direction du vent).

Ø q : paramètres nécessaires au calcul de la distance qui sépare l’aéronef de lapiste d’atterrissage ; paramètres nécessaires à la prise de décision d’atterrir.

Ø w : paramètres de contrôle et d’affichage transmis par un bus ARINC429.

--------



C.2. Schéma fonctionnel de niveau 2

Fonction d’usage

Le récepteur ILS placé dans l’aéronef permet :

Ø D’acquérir et d’identifier :• Les consignes de pente et d’alignement (cap) émises

par l’aéroport ; ces consignes définissent la trajectoireidéale à suivre par l’aéronef lui permettant d’atterrirdans les meilleures conditions.

• Le code d’identification de la piste d’atterrissage

Ø De communiquer les informations reçues à l’ordinateur de bord,aux instruments du tableau de bord et au pilote

Ø De sécuriser l’atterrissage en contrôlant le bon fonctionnementdu récepteur.

Matière d’œuvre : INFORMATIONNELLE.

B.T

.S. E

LEC

TR

ON

IQU

ESESSIO

N 2

004

ETU

DE D

'UN

SYSTEM

E T

EC

HN

IQU

E

Systèm

e d'aid

e à l'atterrissage: D

ossier Tech

niq

ue.

DT

18

/4

8ELES

T

C.3

. S

chém

a fon

ction

nel d

e deg

ré 1 du

récepteu

r ILS



Descriptif du schéma fonctionnel du 1er degré

FP1 : Mesurer l’écart de « pente » et «d’alignement (cap) »

Cette fonction permet de quantifier les écarts respectifs de la pente et de l’alignementde la trajectoire d’atterrissage par rapport à une consigne préétablie par l’aéroport - ceci,dans le but de pouvoir corriger cette trajectoire. Ce calcul d’écart, DDM ( voir page DT38 ),est réalisé par une structure bâtie autour de « processeurs de signaux » (DSP 77C25).

• Entrées E : voir FP3G : voir FP5

• Sorties I : trame de 8 octets (bytes) transmis sur un bus parallèle (8 fils) respectantla chronologie indiquée dans le document intitulé « trame numérique », page DT31. Ces octets quantifient la déviation de trajectoire ( aéronef / consigne) par rapport à laconsigne pente ( glide slope) et la consigne d’alignement (cap – localizer). Les niveauxélectriques sont compatibles avec la famille « 74HC » alimentée en 5v.

• Entrée/sortie R : signaux logiques de contrôle (« 74HC »alimenté en 5v) permettant :- de gérer le transfert de données (DMA request handshaking) vers

FP2 (gérer les E/S) et cadencer la transmission (Clock).- d’autoriser ou d’inhiber la transmission des données par le bus

« ARINC » vers la périphérie de l’objet technique « récepteur ILS ».

FP2 : Gérer les entrées/sorties

Cette fonction gère les échanges entre les objets techniques périphériques (ordinateurde bord, tableau de bord) et la structure à base de DSP qui calcule les écarts detrajectoire. Elle transmet à la chaîne de réception des paramètres, pente et alignement,ainsi que le canal de réception sélectionné par le pilote.

• Entrées I : voir FP1J : données numériques (bus 8 bits) caractérisant :

- le code d’identification de la piste- les commandes de test .

K : données numériques caractérisant la fréquence d’accord ; format 32 bits, mode de transmission série (cf. document intitulé « Codage des mots 32 bits » page DT30 ).

• Sorties J : données numériques caractérisant des erreurs (ex. : données non valides) ou des données de contrôle.N : commande d’accord ;voir fonction FP4K : données numériques caractérisant l’écart de « pente » ou« d’alignement » ; format 32 bits, mode série .S : signal de contrôle du mode Self TEST du récepteur ILS ; voir fonction FP10.

FP3 : Recevoir le paramètre « pente de glissement» - glide slope –

Lorsque la structure réalisant cette fonction est accordée sur le canal de réceptioncorrespondant à la piste d’atterrissage, elle reçoit dans la bande UHF un signal modulé enamplitude par les paramètres « trop haut » (90Hz) et « trop bas » (150HZ) dont lesniveaux respectifs permettront de quantifier ultérieurement l’écart par rapport à laconsigne « pente » (DDM : difference depth of modulation, page DT38).

• Entrées B : OEM (onde électromagnétique) modulée en amplitude par deuxmodulants à 90Hz (haut) et 150Hz (bas) – taux de modulation : 40%pour chaque modulant sur le plan de consigne. Taux maximum 80%.

Porteuse comprise dans la bande UHF, 329 MHz – 336 MHz . Sensibilité : - 89 dBm.



M : fréquence hétérodyne générée par un synthétiseur de fréquences : plagede fréquence de 352,35 MHz à 356,55 MHz ; Ce signal est mélangé (récepteur superhétérodyne) au signal reçu en B en vued’effectuer une transposition fréquentielle à 21,4 MHz (1ère fréquence intermédiaire Fi1).

• Sortie E : signal BF démodulé (enveloppe) comportant les composantes 90Hz et150Hz, images de l’écart entre la pente de la trajectoire de consigneet la pente réelle.

FP4 : Accorder la réception sur le canal « pente »

Cette fonction permet d’accorder la réception sur un canal fréquentiel compatible avecl’émetteur du paramètre « pente » installé au sol, à proximité de la piste d’atterrissage. La fonctionest réalisée par un synthétiseur de fréquences bâti autour d’un OCT (VCO) .

• Entrée N : mot binaire de 6 bits permettant de régler le rapport de division dusynthétiseur de fréquences afin d’accorder le récepteur sur un canal parmi 40( cf. document intitulé «canaux d’accord » page DT37 ).

• Sortie M : fréquence hétérodyne destinée à être mélangée au signal reçu surl’antenne UHF ; gamme de fréquences : 352,35 MHz - 356,55 MHz.

FP5 : Recevoir les paramètres « cap-alignement » et « identifiantpiste » - Localizer –

Lorsque la structure réalisant cette fonction est accordée sur le canal de réceptioncorrespondant à la piste d’atterrissage, elle reçoit dans la bande VHF un signal modulé enamplitude par les paramètres « trop à gauche » (90Hz) et « trop à droite » (150HZ) dont lesniveaux respectifs permettront de quantifier ultérieurement l’écart par rapport à la consigne« alignement ».

• Entrées A : OEM (onde électromagnétique) modulée en amplitude par :- deux modulants à 90Hz (gauche) et à 150Hz (droite) avec un

taux de modulation AM de 20% sur le plan de consigne pour chacun des2 modulants. La variation du taux de modulation 90Hz et 150Hz estsymétrique de part et d’autre du plan de la piste . Le 90 Hz estprédominant à gauche, le 150 Hz à droite. Taux maximum 40%.(page DT38)

- un modulant à 1020Hz (modulation ASK : 1020 Hz et « silence »)permettant de coder l’identifiant de la piste en MORSE.Taux de modulation 10%.

- Porteuse comprise dans la bande VHF, 108MHz – 112MHz .- Sensibilité : - 99 dBm.

F : signal généré par un synthétiseur de fréquences dans la plage 86,55 MHz-90,55 MHz ; ce signal est mélangé au signal reçu en A, puis filtré, en vued’effectuer une transposition fréquentielle à 21,4MHz ( 1ère fréquence intermédiaireFi1 ). Récepteur Superhétérodyne (double changement de fréquence).

• Sorties G : signal BF démodulé (enveloppe) comportant les modulants 90Hz et150Hz, images de l’écart d’alignement (cap) entre la trajectoire de consigne etla trajectoire de l’aéronef.

P : signal BF filtré (enveloppe) comportant le modulant à 1020Hz véhiculant le code morse de l’identifiant de la piste (cf. document intitulé «Identifiantpiste » page DT33 ).



FP6 : Accorder la réception sur le canal « cap-alignement »

Cette fonction permet d’accorder la réception sur un canal fréquentiel compatible avecl’émetteur du paramètre «cap-alignement » installé au sol, au bout de la piste sur laquelle l’aéronefdoit atterrir. La fonction est réalisée par un synthétiseur de fréquences bâti autour d’un OCT (VCO)qui est contrôlé par la phase de deux signaux à « 50 kHz »Il est à noter que chaque canal « cap-alignement » (parmi les 40 sélectionnables + 1 Self TEST) estapparié avec un canal « pente ». On dispose de plus d’une fréquence pour le test de l’équipement.

• Entrée N : voir FP4• Sortie F : fréquence hétérodyne destinée à être mélangée au signal reçu sur

l’antenne VHF ; gamme de fréquences : 86,55 MHz - 90,55 MHz

FP7 : Démoduler l’identifiant de la piste d’atterrissage

Cette fonction permet d’extraire d’un signal modulé en « tout ou rien » (modulation ASK) parune porteuse à 1020Hz, l’identifiant de la piste, codé en morse (« Identifiant de la piste » page DT33 ).

• Entrée P : voir FP5• Sorties O : signal audio, codé en morse, dirigé vers le casque du pilote ou un

haut-parleur dans le cockpit.H : signal numérique deux états (niveaux 0 – 5v) véhiculant le code morsede l’identifiant caractérisé en général par 3 lettres.

FP8 : Contrôler, tester : BITE ( Build In Test Equipement )

Cette fonction permet de sécuriser l’atterrissage en contrôlant et testant le bon fonctionnementdu récepteur. Elle contrôle aussi la validité des paramètres reçus. (par exemple :contrôle del’identifiant de la piste).

• Entrées H : voir fonction FP7• Entrées/sorties J : voir fonction FP2

L : données numériques série destinées à la maintenance .

FP9 : Transmettre : Driver de BUS ARINC.

Cette fonction permet d’assurer la communication du récepteur ILS avec les structurespériphériques par une transmission série asynchrone respectant le protocole ARINC 429.

• Entrées/sorties R : voir FP1 K : voir FP2

L : voir FP8C: données numériques véhiculant les paramètres mesurés

« pente », « cap » et « fréquence d’accord » ; ces données, formatées en mots de 32bits, sont transmises en série en respectant le protocole ARINC 429 ; les signauxsont codés RZ (retour à 0) – cf. doc. Intitulé « Bus avioniques » page DT28.

D : identiques à C à la différence que les données numériquesvéhiculent des paramètres de test.

FP10 : Elaborer les signaux de TEST : schéma structurel page DT47.

Cette fonction permet d’élaborer les signaux de test du récepteur, notamment le canal 0 :• Entrées S, S’ : voir fonction FP2, sélection et configuration du mode Self TEST.• sorties Testn, Test5 : Fréquences du canal 0 générées dans l’avion pour le test du

récepteur ILS, en mode Self TEST, moduléés par un signal de référence (90Hz et 150Hzet leurs harmoniques impairs) pour émuler le signal Glide et Localiser. (voir page DT47)

----------------



C.4. Schémas fonctionnels de degré 2 :

B.T

.S. E

LEC

TR

ON

IQU

ESESSIO

N 2

004

ETU

DE D

'UN

SYSTEM

E T

EC

HN

IQU

E

Systèm

e d'aid


ossier Tech

niq

ue.

DT

24

/4

8ELES

T

B.T

.S. E

LEC

TR

ON

IQU

ESESSIO

N 2

004

ETU

DE D

'UN

SYSTEM

E T

EC

HN

IQU

E

Systèm

e d'aid


ossier Tech

niq

ue.

DT

25

/4

8ELES

T

/ N(l6)

VCO



a10

a10

b10 c10

B.T

.S. E

LEC

TR

ON

IQU

ESESSIO

N 2

004

ETU

DE D

'UN

SYSTEM

E T

EC

HN

IQU

E

Systèm

e d'aid


ossier Tech

niq

ue.

DT

27

/4

8ELES

T



Bus avionique ARINC 429 .

D. Bus avioniques

D.1. Définition:L'avionique est l'électronique appliquée aux techniques

aéronautiques et spatiales.

D.2. ARINC 429 :

D.2.1. description :L’ARINC 429 est un des plus anciens bus avionique. Développé par l’Aeronautical

Radio INCorporation en 1977, il est encore utilisé aujourd’hui sur des nouvelles plates-formes même si d’autres bus plus récents sont plus fréquemment retenus.Ce bus est un bus de données simple utilisant un seul émetteur et de 1 à 20 récepteurspar bus.

On le retrouve dans des avions tels que les Airbus A310 /A340 et dans de nombreuxautres systèmes avioniques.

Figure 1: Architecture du bus ARINC 429

D.2.2. Support physique

Il s’agit d’une structure point à point. La communication est unidirectionnelle et pourune communication bidirectionnelle entre les systèmes, on utilise deux bus, un danschaque direction. Un bus ARINC 429 utilise deux fils pour transmettre un encodagebipolaire avec Retour à Zéro, dit "RZ". Les mots de 32 bits sont séparés par 4bits-time NULL, il n’y a donc pas besoin d’un 3ème fil pour le signal d’horloge. Le busunidirectionnel utilise une paire torsadée.

Le bus ARINC 429 supporte deux types de débit : un haut débit de 100Kbps pour les‘hautes’ données (1% des données) et un faible débit variant entre 12Kbps et 14,5Kbpspour les ‘basses’ données.

EmetteurARINC

429

RécepteurARINC

429

RécepteurARINC

429

RécepteurARINC

429

BusARINC 429



D.2.3. Niveau liaisonLes données sont transférées sur les bus séries ARINC 429 par des mots de 32 bits.

Chaque mot est séparé par un ‘trou inter-mots’ de 4 bits (bit-time NULL).

Nous sommes ici dans le cas d’une liaison point à point, donc le système de contrôle estaussi point à point. Trois protocoles sont définis dans ARINC 429 pour les donnéesnumériques, discrètes ou fichiers.

Les transferts de données numériques ou discrètes sont effectuées en utilisant unchamp SAL (System Address Label) unique pour identifier la donnée contenue danschaque mot.

Le label définit le type de donnée du mot. Le Bit de parité permet de vérifier la validitéde la transmission.

D.2.3.a. Format des mots :

P SSM MSB Données LSB SDI LSB LABEL MSB32 31 30 29 28 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

P : bit de parité (impaire) , bit 32.SSM : Sign/Status Matrix , bit 31 (MSB) et bit30 (LSB).Données: bits 11 à 29.SDI : Source/Destination Identifier , bit 10 (MSB) et bit 9 (LSB).LABEL : identifiant des données , MSB bit 1 à LSB bit8.

De par la simplicité de sa topologie et des protocoles utilisés, ce bus est d’une trèsgrande fiabilité. Et comme il n’y a qu’un seul émetteur par paire de fils, l’ARINC 429est bien évidemment déterministe.

D.2.3.b. Ordre de transmission:

Le bit de poids faible est transmis en premier. Le LABEL est transmis en entête du mot,soit les huis premiers bits.

On a donc, sur le bus ARINC, l’ordre de transmission des 32 bits suivant :

8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 9, 10, 11, 12, 13 … 32.



D.2.3.c. Exemple de codage des mots de 32 bits :

Frequency control word bit assignments

Le label, codé en octal, est une étiquette qui permet d’identifier le type de données qui suit.Label 033 : « frequency word ».Le bit de parité permet de contrôler la validité de la donnée transmise.La fréquence est codée en BCD.



D.2.3.d. Trame numérique ( extraite de la notice de maintenance ) voir page DT38.

Chronologie de la transmission des 8 octets véhiculantles écarts de « pente » et « d’alignement » :

Début Byte 0 ( label 11 en hexadécimal )

Byte 1 (« pente » low byte data)

(« pente » high byte data) Byte 2

Byte 3 (« pente » status byte)

(« localiser » low byte data) Byte 4

Byte 5 (« localizer » high byte data)

( « localiser » status byte) Byte 6

Byte 7 ( checksum byte)

Fin

On précise: 0.0001DDM = 0,01% et 0.2000DDM = 20%

Bit Description Byte11 0.0002 DDM LSB2 0.0004 DDM3 0.0008 DDM4 0.0016 DDM5 0.0031 DDM6 0.0063 DDM7 0.0125 DDM8 0.0250 DDM

Bit Description Byte 21 0.0500 DDM2 0.1000 DDM3 0.2000 DDM4 0.4000 DDM MSB Glide5 deviation polarity (1 neg.)6 SSM7 SSM8 not used

Bit Description Byte 31 GS level valid 0=good2 GS # level valid 0=good3 Arinc output valid 0=good4 GS 90Hz present 0=good5 GS 150Hz present 0=good6-8 not used

Bit Description Byte 41 0.0001 DDM LSB2 0.0002 DDM3 0.0004 DDM4 0.0008 DDM5 0.0016 DDM6 0.0031 DDM7 0.0063 DDM8 0.0125 DDM

Bit Description Byte 51 0.0250 DDM2 0.0500 DDM3 0.1000 DDM4 0.2000 DDM MSB Loc5 deviation polarity (1 neg.)6 SSM7 SSM8 not used

Bit Description Byte 61 GS level valid 0=good2 GS # level valid 0=good3 Arinc output valid 0=good4 GS 90Hz present 0=good5 GS 150Hz present 0=good6-8 not used

Bit Description Byte 71 LSB

2-7 Hex digit8 MSB



D.3. Résumé: l'ARINC 429 (Aeronautical Radio Incorporated 429):

Catégorie : BUS AVIONIQUEExemple d'utilisation: Airbus A310,.. A340, Boeing du 727 au 767 ….Débit: Deux débits sont normalisés:

* Lo speed 12.5 kbits/seconde. * High speed 100 kbits/seconde.

Support physique: Paires torsadées.Codage RZ Bipolaire avec retour à zéro.Format d’un mot : 32 bitsNiveaux de tension par rapport à la masse « ground » : +5V, 0V, -5V : AOUT et BOUT

Niveaux de tension de sortie différentielle : +10V, 0V, -10V : (AOUT - BOUT )Niveaux logique RZ : 1 , NULL, 0

L'Arinc 429 est un bus doté d'une liaison point à point. La communication est unidirectionnelle. Il peut y avoir plusieurs récepteur pour chaque émetteur. Les messages sont émis et reçu sur des ports distincts, ce qui nécessite deux bus pour unecommunication bidirectionnelle.

E. Identifiant des balises ILS Aéroport Charles de Gaulle – Roissy

Aujourd'hui, la plupart des aéroports sont équipés du système d'aide à l'atterrissage, ILS.

Chaque pistes d'aéroport possèdent une fréquence FL de guidage, Selected LocFreq, qui va de pair avec la fréquence FG de pente, Paired Gs Freq. ( voir tableau pageDT37 : canaux d’accord ILS ).

A chaque émetteur, correspond un identifiant à trois lettres qui est transmis encode MORSE (tableau page DT34) sur la porteuse du LOCALIZER et traité par lemicrocontrôleur BITE, puis transmis sur le bus ARINC en code ASCII.

A l'approche de l'aéroport, la Tour de contrôle informe le pilote de l'aéronef par radio,sur le nom de la piste à empruntée, en alphabet international (tableau page DT34) : alors,le pilote règle les paramètres de cette balise ILS associée à la piste. Il écoute dans soncasque et vérifie que le code MORSE de cette balise corresponde bien à la consigne.

L'aéroport Charles de Gaulle - Roissy, près de Paris, possède 8 pistes et donc autant depaire de fréquence pour le guidage ILS.



Le tableau ci-dessous identifie partiellement ces 8 pistes:

Nom de laPiste

Identifiant FLMHz

FGMHz

Morse AlphabetInternational

ILS 08 L DSE 108,55 329,75 _ . . . . . . Delta…Sierra…EchoILS 08 R GLE 108,70 Golf…Lima…EchoILS 09 L PNE 109,35ILS 09 R CGE 110,10 334,40ILS 26 L DSU 108,35ILS 26 R GAU 109,10ILS 27 L CGW 110,70ILS 27 R PNW 110,35

F. Extrait d’un document d'approche piste 26 R , Paris Ch. de Gaulle

Approach Final Chart



G. Utilisation du code d'épellation radiophonique international et du codeMORSE lors de communications radio.

LETTRE CODEINTERNATIONAL

CodeMORSE

A ALPHA . _

B BRAVO _ . . .

C CHARLIE _ . _ .

D DELTA _ . .

E ECHO .

F FOX TROTT . . _ .

G GOLF _ _ .

H HOTEL . . . .

I INDIA . .

J JULIETT . _ _ _

K KILO _ . _

L LIMA . _ . .

M MIKE _ _

N NOVEMBER _ .

O OSCAR _ _ _

P PAPA . _ _ .

Q QUEBEC _ _ . _

R ROMEO . _ .

S SIERRA . . .

T TANGO _

U UNIFORM . . _

V VICTOR . . . _

W WISKY . _ _

X X RAY _ . . _

Y YANKEE _ . _ _

Z ZOULOU _ _ . .

SEPARATIF Tous les éléments de ponctuation sontremplacés par le terme "séparatif".

ACCENT Aucun accent n'est prononcé.

Durées associées :point (dot) à 150ms ;trait (dash) à 450ms ;espace (space) à 150ms ;espace entre lettres à 450ms ;espace entre mots à 5 à 10s.



H. Exemple : information modulant code MORSE

Extrait de la notice demaintenance :



I. Codage ASCII



J. Tableau 1 : Canaux d’accord du récepteur ILS : (extrait de la notice de maintenance)

Selected PairedNuméro N

du localizer glide slopeCanal ILS frequency FL frequency FG

( MHz ) ( MHz )

0 Self Test 107.95 335.151 108.10 334.702 108.15 334.553 108.30 334.104 108.35 333.955 108.50 329.906 108.55 329.757 108.70 330.508 108.75 330.359 108.90 329.30

10 108.95 329.1511 109.10 331.4012 109.15 331.2513 109.30 332.0014 109.35 331.8515 109.50 332.6016 109.55 332.4517 109.70 333.2018 109.75 333.0519 109.90 333.8020 109.95 333.6521 110.10 334.4022 110.15 334.2523 110.30 335.0024 110.35 334.8525 110.50 329.6026 110.55 329.4527 110.70 330.2028 110.75 330.0529 110.90 330.8030 110.95 330.6531 111.10 331.7032 111.15 331.5533 111.30 332.3034 111.35 332.1535 111.50 332.9036 111.55 332.7537 111.70 333.5038 111.75 333.3539 111.90 331.1040 111.95 330.95

N, numéro du canal, N∈[0 : 40]et N=0 pour la fréquence de Self TEST (Loc 107,95 MHz et Glide 335,15 MHz ).



K. Principe du DDM« Difference in Depth of Modulation »Différence de profondeur de modulation.

La grandeur DDM ( généralement exprimée en % ) est la différence des taux de modulation AMdes 2 fréquences de consignes 9O Hz et 150 Hz.

K.1. locDDM pour l’émetteur « localizer , cap , alignement »

Pour le « cap », localizer, notons cette « différence de profondeur de modulation » locDDM.Les deux modulants, 90Hz à gauche et 150Hz à droite, ont un taux de modulation AM de

20% sur le plan de consigne pour chacun des 2 modulants.On a donc locDDM= 0 sur le plan de consigne.

Si l’aéronef est suffisamment proche du plan de consigne, on suppose que la variation du tauxde modulation 90Hz et 150Hz est symétrique de part et d’autre du plan de consigne. Le tauxmaximum d’un modulant est donc de 40% quand l’autre modulant est à 0%. On obtient unedéviation maximale de 40% pour la variable locDDM.

• locDDM= 0 sur le plan de consigne.• locDDM maximale = 40% = 0,4 DDM.

K.2. glideDDM pour l’émetteur « glide , pente »

Pour la « pente », glide, notons cette « différence de profondeur de modulation » glideDDM.De même, pour la grandeur DDM du signal pente, « glide », on retrouve facilement :

• Taux AM 40 % pour chacun des modulants « glide », 90 Hz et 150 Hz sur le plan de consigne.• glideDDM= 0 sur le plan de consigne.• glideDDM maximale = 80% = 0,8 DDM.

L. Description partielle de FP1 : Mesurer l’écart de « pente » et «d’alignement (cap) »

Pour le récepteur ILS étudié, la DDM est calculée sur 12 bits par chacun des 2 processeurs designaux, DSP, (fonction FP1 pages DT22 et DT39).

Les signaux modulants décelés, images de la pente et de l’alignement de piste, sont transmis àdes filtres « Passe-Bas » qui conditionnent les signaux avant leur numérisation par desconvertisseurs A/N 8 bits.

Les signaux numériques images des modulants 90 et 150Hz sont séparés par deux filtresnumériques mis en œuvre dans un DSP. L’écart de position DDM peut maintenant être calculé avecl’amplitude des signaux « 90 et 150Hz » ; ceci est réalisé par deux processeurs de signaux DSP : leDSP primaire (FS1-5) et le DSP de contrôle (FS1-10) qui élaborent séparément l’écart de position,mais de la même manière.

La fonction FP2 contrôle l’égalité des mesures effectuées par ces deux DSP.La variable DDM est transmise (byte 0 à byte 7) par les processeurs DSP à la fonction FP2

(Gérer les entrées/sorties ), dans une trame numérique décrite page DT31.Dans cette trame, l’information binaire « polarity bit », permet de définir lequel des deux

modulants est prédominant ( c’est à dire que ce bit indique si la trajectoire est « trop à gauche » ou« trop à droite » pour le localizer et « trop en bas » ou « trop en haut » pour le glide)



M. Schéma structurel de FP1 : DSP. Mesurer l’écart de « pente » et «d’alignement (cap) »

I



PAGE BLANCHE



N. Schéma structurel de FP5 et FP7 : partiel, 2ème étage du récepteur localizer



PAGE BLANCHE



O. Schéma structurel de FP6 : Synthétiseur « alignement »



PAGE BLANCHE



P. Schéma structurel de FP8 et FS2, FS6 et FS9 partiel : BITE + ident Morse

BITE

FP8



PAGE BLANCHE



Q. Schéma structurel du premier étage du récepteur « localizer » FS5-1, FS5-2 et « Self Test » FP10

Ci-contre, exemples d’oscillogrammes relevés aux points TP9 et TP10,en mode Self TEST.

Les signaux à 90 Hz et 150 Hz sont mélangés avec des amplitudesdifférentes de façon à émuler une position de l’aéronef par rapport à latrajectoire de consigne, soit :* DownRight : en Bas et à Droite de la trajectoire de consigne.* UpLeft : en Haut et à Gauche. S’=0 DownRight Self TEST S’=1 UpLeft Self TEST



_______________________________________________Fin du Dossier Technique : Récepteur ILS.

_______________________________________________

système d'aide à l'atterrissage ils...

Documents