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Sommaire 2 Introduction 1- Approche théorique sur la propagation des ondes 2-Les instruments de la radionavigation a)V.O.R b)A.D.F c)D.M.E d)G.P.S 3-Application.

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2 Sommaire 2 Introduction 1- Approche théorique sur la propagation des ondes 2-Les instruments de la radionavigation a)V.O.R b)A.D.F c)D.M.E d)G.P.S 3-Application à laéronautique Conclusion 11/11/2013Stage F.I Avril 2010

3 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 lorigine ce type de positionnement était utilisé par les navires en Atlantique Nord pour se positionner en utilisant les radiophares. La détermination dun point se fait par triangulation en mesurant les différentes direction des émetteurs. Evolution majeure à la fin de la seconde guerre mondiale avec larrivée du DECCA, système de positionnement hyperbolique. Apparition du GPS, depuis plusieurs années vient progressivement remplacer les moyens de navigation classiques. 311/11/2013Stage F.I Avril 2010

4 Approche théorique sur la propagation des ondes : Utilisation dondes radioélectriques, qui sont des ondes électromagnétiques dont : Fréquence < 3000GHz Ondes radios classées en fonction de leur fréquence : 11/11/2013Stage F.I Avril AppellationGamme de fréquence Application Ultra Haute Fréquence 300MHz et 3 GHzG.P.S / D.M.E Très Haute Fréquence 30 et 300 MHzV.O.R Basse et Moyenne Fréquences 30 KHz et 3MHzA.D.F

5 Vitesse et mode de propagation : Les ondes radio se propagent dans lespace vide à la vitesse de la lumière. Dans latmosphère elles subissent des atténuations liées aux précipitations et peuvent être réfléchies ou guidées par la partie haute de latmosphère appelée ionosphère. 11/11/2013Stage F.I Avril 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 lionisation de la couche E de lionosphère (110km daltitude)

6 Les instruments de la radionavigation: Le V.O.R VHF Omnidirectional Range Fréquences VHF de 108 à 117,95 MHz Puissance de 200 W Précision est de lordre de 5° Portée est dite optique (antenne réceptrice soit en « vue » de lémetteur pour obtenir le signal, il ne faut pas quil y ait dobstacles.) Type de signal : a. Composé dune porteuse (signal de référence) b. Et dune 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 limage directe du relèvement de la balise 11/11/2013Stage F.I Avril 20106

7 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 sagit du code morse indicatif de la station. 11/11/2013Stage F.I Avril 20107

8 Le positionnement se fait par rapport à la station émettrice et est exprimé par rapport au Nord magnétique. A tout moment lavion est capable de savoir sur quel radial il se trouve par rapport à la balise. Il est également capable de savoir sil est en rapprochement ou en éloignement de la balise. « TO » « FROM » 11/11/2013Stage F.I Avril Cône de silence à la verticale balise

9 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 dinfo 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. 11/11/2013Stage F.I Avril Chaque point représente 2 degrés de déviation par rapport à la course désirée. Instrument à bord

10 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. pas uniquement optique Portée pas uniquement optique 50W et 5kW Puissance entre 50W et 5kW Signal suit la courbure de la terre 50 et 300 Nm Portée varie entre 50 et 300 Nm. Précision denviron 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 londe au voisinage des côtes (Exemple au Havre) et des montagnes Lidentification de la balise Lidentification de la balise est également très importante car le signal est soumis à la propagation ionosphérique des ondes principalement la nuit, ce qui peut provoquer des erreurs avec dautres NDB lointaines ayant la même fréquence. Durant cette phase de réception du code morse le signal est également perturbé. 11/11/2013Stage F.I Avril

11 Locator Aux abords des aérodromes, balises appelées Locator. Portée est inférieure. Support pour les procédures I.F.R sur les terrains. deux types démission en toute transparence Le récepteur présent à bord, ADF, permet la réception des deux types démission en toute transparence pour lutilisateur. message omnidirectionnel La balise au sol émet un message omnidirectionnel contenant un signal et un indicatif. plus fort mesuré Linstrument à bord, saccorde sur la fréquence et mesure la force du signal. La direction de la balise correspond au signal le plus fort mesuré. Notion de gisement : Contrairement au VOR Relèvement, lADF gisement. gisementl'axe longitudinal d'un aéronef avec la direction d'un point extérieur En navigation, le gisement est l'angle formé par l'axe longitudinal d'un aéronef avec la direction d'un point extérieur (balise NDB). direction relative Il s'agit donc d'une direction 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. 11/11/2013Stage F.I Avril

12 Pour éviter les calculs il est possible de superposer linformation lue sur lADF à celle du conservateur de cap, ce qui permet dobtenir directement la lecture du relèvement de la balise. Exemple : En superposant linformation de lADF à celle du directionnel on voit donc directement que le relèvement est le 265° environ ( soit un gisement de 60° à gauche). Cest donc cette route quil faudrait prendre pour se diriger vers la balise. La notion de radial existe également et nous lirons le radial sur la queue de laiguille soit le 085° dans cet exemple 11/11/2013Stage F.I Avril

13 Attention aux effets du vent : Ne pas négliger laffichage de la dérive. 11/11/2013Stage F.I Avril

14 Le D.M.E (Distance Measuring Equipment) Mesure la distance oblique entre lavion et une station souvent co-implantée avec un VOR, un TACAN, un ILS, ou un MLS. fréquence de 960 à 1215 MHz Signal gamme UHF sur fréquence de 960 à 1215 MHz, fonctionne en impulsions, cette bande de fréquence est divisée en 126 canaux à lémission et à la réception. Lindicatif Morse de la station DME est transmis toutes les 30s sur la fréquence 1350 Hz fréquence 1350 Hz. La puissance démission par la station terrestre est généralement aux environs d1 kW, mais cela peut être inférieur dans les cas du DME de lILS. mesure du temps Mesure de la distance par 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 décalage de 63 MHz par le sol à cause dun décalage 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 11/11/2013Stage F.I Avril

15 11/11/2013Stage F.I Avril Emission F1 Délai de 50µs Réception, F2 = F1 +/- 63 MHz Temps mesuré : Tm = (2D/c)+ 50µs Avec c = 3*10^8 DME

16 Généralement, le DME ne nécessite pas daction particulière pour sa mise en fonctionnement, soit laffichage de la fréquence sur le récepteur VOR (Fonction Remote sur Nav 1 par exemple) lui suffit, soit celle-ci doit être sélectionnée à partir dun boîtier annexe. pilote affiche la fréquence VHF du VOR Le DME fonctionne en UHF mais le pilote affiche la fréquence VHF du VOR. la vitesse sol temps pour rejoindre la station La distance obtenue sera en NM par rapport à la station et grâce à un calculateur incorporé, il fournit également la vitesse sol (en kt) et le temps pour rejoindre la station. Limites dutilisation : précision du DME est de lordre de 0,2 NM + 1,25 % de la distance nombre limité davion en simultané La précision du DME est de lordre de 0,2 NM + 1,25 % de la distance. Il ne peut répondre quà un nombre limité davion 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. 11/11/2013Stage F.I Avril

17 11/11/2013Stage F.I Avril Les indications de vitesse sol et de temps pour rejoindre la station ne sont valables que si lavion se dirige vers le DME ou sen éloigne. Si lavion passe à travers le DME, la distance à lémetteur 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 lavion.

18 Le G.P.S (Global Positioning System) Origine : 1960 : Projet de larmée américaine 1978 : Premiers satellites GPS envoyés dans lespace 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 lURSS. 11/11/2013Stage F.I Avril

19 Composition: Le segment spatial Le segment de contrôle Le segment utilisateur 11/11/2013Stage F.I Avril

20 11/11/2013Stage F.I Avril Principe de fonctionnement : Mesure de distance entre satellite et récepteur. Satellites constitués d1 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 démission de la trame o Almanach de la constellation o Ephémérides o Coefficient du modèle ionosphérique o Niveau de performance du satellite o Ecart entre temps GPS et UTC avec précision de 0,1µs

21 11/11/2013Stage F.I Avril Mesure de la pseudo-distance Le calcul ne prend pas en compte les erreurs dhorloge distance inexacte, doù le nom de pseudo distance ( 1 micro-seconde = 300 mètres)

22 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 dobtenir une précision dans la position. Le système déquation permettant lobtention de la position est : (X-α)² + (Y-β)² + (Z-δ)² = (R-CB)² 11/11/2013Stage F.I Avril X,Y,Z : position du satellite α,β, δ : coordonnées du récepteur (inconnues) R : pseudo-distance CB : écart dû à lécart horloge récepteur par rapport au temps GPS

23 11/11/2013Stage F.I Avril Récapitulatif sur les sources derreurs Ephémérides 2,5m Traversée atmosphérique 5m pour lionosphère 0,5m pour la troposphère Multi-trajet 0,6m Bruit interne du récepteur 0,3m Horloge interne du satellite 1,5m Dilution de précisionConfiguration géométrique des satellites

24 WGS 84 : Référentiel utilisé par le récepteur GPS pour fournir la position Terre nest pas une sphère doù : 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 léllipsoïde 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 11/11/2013Stage F.I Avril Ellipsoïde de référence Géoïde WGS 84 Relief terrestre

25 Application à laéronautique : Utilisation du VOR sur une Navigation VFR à destination de Blois : Lutilisation judicieuse des moyens radios permet de lever le doute sur la position réelle de lavion : 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) 11/11/2013Stage F.I Avril

26 11/11/2013Stage F.I Avril Axe 1 Axe2 D = 16 Nm

27 11/11/2013Stage F.I Avril D = 24 Nm Je ne sais plus trop où je suis ??? Me voilà recalé !

28 11/11/2013Stage F.I Avril Possibilité davoir les deux informations sur un même un instrument, le R.M.I

29 11/11/2013Stage F.I Avril Anticipation des moyens de contrôle au moment de la préparation : Log de Navigation Log de Navigation :

30 11/11/2013Stage F.I Avril Utilisation du GPS :

31 Stage F.I Avril Il est possible de voyager en régime VFR au dessus dune couche soudée de nuage, donc sans voir le sol, mais en demeurant hors des nuages. VFR ON TOP Le vol VFR ON TOP nest possible quau dessus de la surface S (Cf. visibilité et distance minimales par rapport aux nuages). Lavion doit être équipé : dun moyen de radionavigation (VOR, ADF ou GPS de classe A B ou C), dun moyen de radiocommunication (VHF), très minutieuse 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 minutieuse. 11/11/2013

32 Conclusion Utilisation 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. 11/11/2013Stage F.I Avril

33 Bibliographie Wikipédia Radionavigation, Institut Mermoz, Daniel Dubuis 11/11/2013Stage F.I Avril


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