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

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

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) : Eurocae WG58 on PED : On-going

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?

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)

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

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:

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:

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:

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 :

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

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

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

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

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

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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)

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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 dB attenuation for the mock-up on VHF – UHF – ATC band Possible Electromagnetic Protections For Aircraft Seal Only Seal + Shielded Windows No Protection

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, …)