Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son.

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1 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 A Probabistic Approach to handle Cumulative Effects of Personal Electronic Devices inside Aircraft EADS CCR Environmental Modelling Fabien Mangeant

2 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Outlines Context of the study and general considerations Presentation of the electromagnetic problem Methodology to evaluate the vulnerability of a system Application of the methodologies to an aircraft Possible Electromagnetic Protections for Aircraft Conclusion and Perspectives

3 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Context of the study European Project EMHAZ FP5 (G4RD – CT – 1999 – 00093) : 2000 2004 Eurocae WG58 on PED : On-going

4 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Goal : To evaluate the electromagnetic threat due to Personal Electronic Devices (PEDs) located inside a cavity on different systems (radio communication systems, electronic equipments…) Electromagnetic problem (1/3) Remaining questions : Which data to characterize the vulnerability? How to obtain these data?

5 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Physical problem split into three parts: EMISSION of the source(s) (PED) COUPLING between source and receiver SUSCEPTIBILITY of the receiver Electromagnetic problem (2/3)

6 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Electromagnetic problem (3/3) Key Features of « PED environment inside aircraft» Wide frequency band (mobile phones, laptop, electronic games, …) Many avionics systems impacted (different failure modes) Hypothesis used within this study Dimensions of the sources small compared to the size of the cavity Re radiating currents neglected « Failure mode addressed » : coupling on radio communication systems (analogic signal) by radiated field through apertures of the aircraft

7 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Methodology to evaluate the vulnerability of a system EMISSION Random variable: E f electric field at one meter at the frequency f in free space (first approach) Event: E choice of one PED and one orientation Mathematical definition of the random variable E f : Population:

8 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Methodology to evaluate the vulnerability of a system COUPLING Random variable: C f transfer function between emitter and receiver at the frequency f Event: C choice of one position and one orientation of the emitter Mathematical definition of the random variable C f : Population:

9 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Methodology to evaluate the vulnerability of a system SUSCEPTIBILITY Random variable: S f level of susceptibility in electric field at the frequency f Event: S choice of one receiver and one orientation Mathematical definition of the random variable S f : Population:

10 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Methodology to evaluate the vulnerability of a system VULNERABILITY Random variable: Z f safety margin between the transmitted power to the receiver by the PED via the system Mathematical definition of the random variable Z f :

11 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 one electromagnetic source emits an electromagnetic field events E, C, S are not mutually excluded independence of the random variables Methodology to evaluate the vulnerability of a system STATISTICAL HYPOTHESIS

12 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Emission max(E f ) Coupling max(C f ) Susceptibility min(S f ) The safety margin in the worst-case approach is equal to: The criterion of interference is the following : Methodology to evaluate the vulnerability of a system WORST- CASE APPROACH

13 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Limit state: Safety domain: Domain of interference: Methodology to evaluate the vulnerability of a system PROBABILISTIC APPROACH

14 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Probability of interference Methodology to evaluate the vulnerability of a system PROBABILISTIC APPROACH : EFFET OF ONE PED

15 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Interferences due to several PEDs => incoherent sources (no relation between the phase over the time) => coherent sources (difference of phase is constant over the time) Methodology to evaluate the vulnerability of a system PROBABILISTIC APPROACH : CUMULATIVE EFFECT OF PEDs

16 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Methodology to evaluate the vulnerability of a system PROBABILISTIC APPROACH : CUMULATIVE EFFECT OF PEDs Probability of interference Limit State Function Coherent sourcesIncoherent sources

17 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Application of the methodologies to an aircraft Data necessary: Worst case approach: extremum values of E f, C f, S f Probabilistic approach: law of distribution of Z f => How to generate these data?

18 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 EMISSION / WORST-CASE APPROACH Application of the methodologies to an aircraft EMISSION Global envelop of emission EMHAZ

19 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Numerical model of A 319 Application of the methodologies to an aircraft COUPLING

20 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Probabilistic Approach Worst-case Application of the methodologies to an aircraft COUPLING Computations with ASERIS-BE

21 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Application of the methodologies to an aircraft COUPLING

22 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Application of the methodologies to an aircraft SUMMARY Susceptibility of the receivers not yet studied => Data to be provided to finish the analysis On-going work on Coupling Models (analytical formulas taking into account Good behavorial representativeness of the model Relative analysis possible Dynamics of simulation smaller than dynamics of measurement in the case of a generic mock-up Importance of the apertures (doors, windows, slot)

23 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Conclusion Problems split into three parts Emission Coupling Susceptibility Data Random variables with marginal laws Two approaches of the vulnerability Worst case approach Probabilistic approach

24 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Possible Electromagnetic Protections For Aircraft Attenuation of different samples at 50 cm SHIELDED WINDOWS

25 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Possible Electromagnetic Protections For Aircraft VOLUMIC ABSORBERS Emerson Cuming Eccosorb AN : Carbon loaded, laminate polyurethane sheets (open-cell foam absorber) Frequency range 600 MHz - 40 GHz

26 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 20 dB attenuation for the mock-up on VHF – UHF – ATC band Possible Electromagnetic Protections For Aircraft Seal Only Seal + Shielded Windows No Protection

27 Ce document est la propriété d EADS CCR ; il ne peut être communiqué à des tiers et/ou reproduit sans lautorisation préalable écrite d EADS CCR et son contenu ne peut être divulgué © EADS CCR 2004 Future works Interferences due to several PEDs => decorrelated sources (no relation between the phase) => correlated sources (difference of phase is constant over the time) => Link to be made with realistic data Statistical Data and hypothesis to be precised Correlation between the different random variables Better Methods to be used (Mode Stirring Chambers, Probabilistic Methods, …)