9-8 Bases radionavigation et radar (motoplaneurs)
Radiogoniométrie au sol Le principe est de déterminer la direction d'une émission radioélectrique. Au sol, ce principe est utilisé par les services de la Circulation Aérienne pour déterminer d'où provient l'onde radioélectrique de l'aéronef qui est en train de parler. Pour eux, c'est une aide importante pour comprendre la situation rapidement. Pour le pilote planeur, l'information de QDR (Relèvement magnétique en code Q) peut être obtenue sur simple demande par radio :
- Avec le QDR provenant de deux organismes de contrôles différents et une carte, il est possible d'obtenir sa position.
- Avec le QDR provenant d'un contrôleur d'aérodrome, il est possible de calculer une route pour prendre la direction de l'aérodrome (QDM en code Q). Le QDM est l’inverse du QDR (QDM = QDR +/-180°).
En France, tous les organismes de contrôle aérien disposent normalement d'un Radiogoniomètre. Dès qu'une communication radio est établie (portée optique), il est possible d'obtenir un QDR ou un QDM. Voici un exemple de demande à faire par radio :
- "Orléans info du motoplaneur F-CCUY, je suis égaré, pouvez vous me donner un QDR par rapport à l'aérodrome d'Orléans?"
- "F-CCUY de Orléans info, vous êtes dans le relèvement magnétique 145°"
- "Orléans info du F-CCUY, 145°, je vous remercie"
La précision des systèmes de radiogoniométrie moderne est bonne.
NDB/ADF (Radiocompas)
Le radiocompas est un système basé sur la radiogoniométrie. Des balises au sol placées aux points clefs des trajectoires des aéronefs émettent en permanence sur une fréquence comprise entre 190 et 1 750 kHz (en France, principalement entre 280 et 450 kHz). A bord de l'aéronef, un système de radiogoniométrie permet de mesurer l'angle entre la balise et l'axe longitudinal de l'aéronef.
- NDB : Non Directional Beacon en anglais, Balise Non Directionnelle en français. Il s'agit du nom de la balise au sol.
- ADF : Automatic Directional Finder en anglais, Radiocompas en français. Il s'agit du nom de l'instrument implanté à bord de l'aéronef.
La fréquence utilisée permet la propagation en onde de sol. La portée n'est donc pas limité par l'horizon. Seule la puissance émettrice de la balise limite la portée.
Limitations du système ADF : le signal est affecté par les conditions atmosphériques, les terrains montagneux, la réfraction côtière et les orages, notamment sur les longues distances.
Utilisation :
- Le pilote souhaite exploitée une balise indiquée par sa carte;
- Il entre la fréquence de la balise sur son radiocompas;
- Pour vérifier que la bonne balise est sélectionnée, il écoute le message en morse qu'émet la balise toute les 15 secondes (3 lettres indiquées sur la carte);
- Le radiocompas pointe en direction de la balise.
Antenne NDB "NKR" à Leimen-Ochsenbach, Allemagne
Le symbole du NDB sur une carte. la fréquence de la balise est 428KHz, CTX est son identifiant émit en morse
radiocompas
VOR
Un système VOR (VHF Omnidirectional Range en anglais) permet de déterminer un relèvement magnétique par rapport à une station au sol (balise émetteur VOR dont la position est connue), et donc le radial sur lequel l'aéronef est situé. Par déduction, il permet de suivre n'importe quelle route passant par la station (en rapprochement ou en éloignement de celle-ci), ou même de déterminer la position exacte de l'avion en utilisant deux balises VOR (intersection de radiaux) ou un DME (intersection d'un radial et d'un arc DME).
La station au sol utilise la gamme de fréquences VHF de 108 à 117,95 MHz (donc une portée optique). Plus intéressant que le radiocompas, le VOR est moins soumis aux perturbations extérieures, telles celle de l'ionosphère ou simplement les nuages.
L'indicateur à bord qui permet de lire les indications du VOR se nome OBI (Omnidirectional Bearing Indicator en anglais). Il est composé de plusieurs indicateurs :
- le FLAG qui permet de savoir si on reçoit ou non le signal de la station VOR
- un bouton OBS (Omnidirectional Bearing Selector) pour choisir le radial auquel on souhaite se comparer
- une aiguille de déviation qui indique le résultat de la comparaison : si on se trouve à droite, à gauche ou sur le radial choisi
- derrière l'aiguille, une échelle indique l'amplitude de l'écart. Chaque point représente un écart de 2° soit une indication de 10° max de chaque côté
- un indicateur TO / FROM qui permet de savoir si on est en situation de rapprochement ou d’éloignement de la station sol
Utilisation :
- Le pilote souhaite exploitée une balise VOR indiquée par sa carte;
- Il entre la fréquence de la balise sur son instrument;
- Pour vérifier que la bonne balise est sélectionnée et qu'elle est opérationnelle, il écoute le message en morse qu'émet la balise (3 lettres indiquées sur la carte);
- Si le pilote souhaite intercepter un radial donné, il choisi le radial souhaité avec le bouton OBS et l'intercepte lorsque l'aiguille de déviation n'indique plus d'écart
- Si le pilote souhaite connaître le radial sur lequel il se trouve, il tourne le bouton OBS jusqu'a ce que l'aiguille de déviation n'indique plus déviation. L'indicateut TO/FROM lui permet de lever le doute entre QDR et QDM.
Vue aérienne d'un ensemble d'antenne d'une balise VOR de Sprimont "SPI" en Belgique
Le symbole du VOR sur une carte. la fréquence de la balise est 110.2MHz, DVL est son identifiant émit en morse
Omnidirectional Bearing Indicator. L'aiguille de déviation est au centre (5 graduations de chaque côté). L'indicateur TO/FROM indique FROM. Le radial sélectionné est le 252°.
DME
Un système DME (Distance Measuring Equipment en anglais) permet de connaître la distance oblique qui sépare un aéronef d'une station au sol en mesurant le temps que met une impulsion radioélectrique pour faire un aller-retour.
- Une station sol DME est typiquement implantée avec un VOR. On parle alors de station sol VOR/DME.
- Le DME est fonctionnellement identique au composant distance du TACAN, c'est dire qu'un utilisateur de DME peut exploiter les stations sol TACAN.
- Une station sol DME basse puissance peut être implantée avec un ILS pour mesurer la distance par rapport au seuil de piste lors d'une finale sans visibilité.
La station au sol utilise la gamme de fréquences UHF de 962 à 1 213 MHz (donc une portée optique) qui sont appariées à celles des VOR et des ILS : c'est à dire que la fréquence du DME est automatiquement sélectionnée lorsque le pilote renseigne la fréquence du VOR ou le l'ILS. A noter que c'est la distance oblique qui est mesurée, donc si l'aéronef passe à la verticale de la station sol, le DME indiquera la hauteur de l'aéronef.
l'OACI préconise une précision minimum de ±(0,25 milles nautiques + 1,25 % de la distance). Une station sol peut gérer environ 100 aéronefs. Au delà, elle ignore les aéronefs les plus loin.
Utilisation :
- Le pilote souhaite exploitée une balise VOR/DME indiquée par sa carte;
- Il entre la fréquence de la balise VOR sur son instrument;
- Pour vérifier que la bonne balise est sélectionnée et qu'elle est opérationnelle, il écoute le message en morse qu'émet la balise un peu plus aigüe que le code du VOR (3 lettres indiquées sur la carte);
- La distance oblique s'affiche à l'écran quelques secondes plus tard.
- Si l'aéronef est très éloigné par rapport à une station sol, il sera dans les premiers à perdre l'information si la balise devient saturée.
Vue d'antenne DME seule.
Le symbole du VOR/DME sur une carte. la fréquence du VOR 116.7MHz doit être sélectionnée pour utiliser le DME appariée, MOU est son identifiant émit en morse
Afficheur DME. En exploitant la variation de la distance en fonction du temps, il peut indiquer une vitesse sol radiale, et le temps restant pour atteindre la balise.
Les Radars
Radar primaire au sol
Le radar (acronyme issu de l'anglais RAdio Detection And Ranging) est un système qui utilise les ondes électromagnétiques pour détecter la présence et déterminer la position des aéronefs. Les ondes envoyées par l'émetteur sont réfléchies par la cible, et les signaux de retour (appelés écho-radar) sont captés et analysés par le récepteur. La distance est obtenue grâce au temps aller/retour du signal, la direction grâce à la position angulaire de l'antenne. L'altitude ne peut pas être mesurée, bien que les systèmes modernes et plus élaborés parviennent à donner une indication d'altitude.
Ce principe de Radar ne nécessite aucun instrument à bord de l'aéronef et est appelé Radar primaire. La fréquence utilisée est choisie pour être réfléchies par les aéronefs sans être (trop) perturbée par les phénomènes météo. La portée est la portée optique. Les puissances émises sont très importantes car l'onde doit faire le voyage aller, être partiellement réfléchie par l'aéronef, et faire le voyage retour.
Généralement, le radar est aveugle au dessus de lui (l'antenne n’émet pas verticalement), et proche de lui (impossibilité de recevoir le signal tant que l'antenne émet). Comme le système est à portée optique, un aéronef en basse altitude masqué par un relief n'est pas visible. Ce type de radar n'est pas forcement disponible par tous les centres de contrôles.
Utilisation :
- le radar balaye le ciel autour de lui grâce à la rotation de l'antenne.
- les échos-radar s'affichent sur l'écran du contrôleur aérien, mais le système ne donne aucune information sur ces plots radar.
- classiquement, le radar primaire ne permet pas de connaître l'altitude de l'aéronef
Principe du radar primaire.
Antenne du radar primaire, dans un couple radar primaire + radar secondaire.
Type d'écran de radar primaire non filtré avec tous les échos-radar parasites.
Radar de surveillance secondaire
Le radar secondaire (ou SSR pour Secondary Surveillance RADAR en anglais), est un dispositif radar de contrôle aérien qui « interroge » les aéronefs équipés d'un transpondeurs qui sont à sa portée. Les transpondeurs interrogés répondent au radar en envoyant le code à 4 chiffre entré par le pilote (ce code est communiqué par le contrôle aérien par radio). Les réponses des avions sont captées et analysées par le récepteur. Comme pour le radar primaire, la distance est obtenue grâce au temps aller/retour du signal, la direction grâce à la position angulaire de l'antenne, et l'altitude ne peut pas être mesurée. L’intérêt du radar secondaire est que chaque plot radar est identifié par le code à 4 chiffres permettant au contrôle aérien d'identifier sans ambiguïté qui est qui.
Pour être visible du contrôle aérien, il est impératif d'avoir un transpondeur en fonctionnement à bord de l'aéronef. La fréquence utilisée est de 1030MHz (interrogations radar sol) et 1090MHz (réponse du transpondeur). La portée est la portée optique (donc un aéronef en basse altitude masqué par un relief n'est pas visible). Les puissances émises sont moins importantes qu'un radar primaire car l'onde ne doit faire que le voyage aller. Le voyage retour est fait l'onde émise par le transpondeur.
Le radar est aveugle au dessus de lui (l'antenne n’émet pas verticalement), ou proche de lui (technologie de Suppression des Lobes Secondaires) mais la zone est généralement couverte par une antenne voisine. Il a été constaté qu'un planeur en spirale peut temporairement disparaitre des écrans radar.
Les technologies de radar secondaire ont évolué au fil du temps :
- Le mode A : Le mode le plus basique. Le transpondeur répond avec le code SSR composé de 4 chiffres de 0 à 7.
- Le mode C : Le transpondeur répond avec le code SSR + l'altitude pression à laquelle se trouve l'aéronef. Sur l'écran du contrôleur, le plot radar apparait avec le code et l'altitude, permettant une gestion fine de la circulation aérienne.
- Le mode S : Le transpondeur répond avec le code SSR + l'altitude + l'immatriculation + d'autres informations...Sur l'écran du contrôleur, le plot radar apparait avec l'immatriculation et l'altitude. Ce mode permet au contrôleur une meilleure réactivité et de donner le même code SSR à plusieurs aéronefs.
En France en 2020, le radar secondaire mode S est disponible dans une majorité de centres de contrôles.
Lors d'un vol sans service ATS, le pilote peut mettre un code de sa propre initiative afin de transmettre un message particulier :
| Liste des codes SSR à connaître | |
|---|---|
| Code | Signification |
| 7000 | Code à utiliser France en l'absence de d'ATS, pour transmettre sa position et améliorer la sécurité. Obligatoire, sauf pour les aéronefs à autonomie électrique limitée (planeurs pur, ballons...) |
| 7500 | Code pour signifier une intervention illicite (détournement...) |
| 7600 | Code pour signifier une panne des moyens de communication radio |
| 7700 | Code pour signifier une situation d'urgence ou d'interception |
Aussi, le système TCAS (implanté généralement à bord des aéronefs de tailles moyennes) interrogent les transpondeurs de tous les autres aéronefs dans un rayon de quelques dizaines de kilomètres. La position des autres aéronefs est connu, permettant de prévenir les collisions.
- le pilote affiche le code 7000, ou un code donné par l'ATS par radio.
- le radar secondaire balaye le ciel autour de lui grâce à la rotation de l'antenne.
- les réponses des transpondeurs s'affichent sur l'écran du contrôleur aérien. En fonction du Mode (A, C ou S), plus ou moins d'informations apparaissent à côté du plot radar.
- Le contrôleur peut demander à un pilote de mettre Transpondeur IDENT. Le pilote doit appuyer sur le bouton IDENT.
- Le plot radar apparait alors en surbrillance pendant quelques minutes, pour aider l'identification par le contrôleur.
Antenne du radar secondaire, dans un couple radar primaire + radar secondaire.
transpondeur à bord. Code actif 7000 (en haut), mode A + C + S. Noter le bouton Ident en haut à droite.
Type d'écran de radar secondaire. Aéronef 1 : mode C, Alt. 700ft, 70kt. Aéronef 2 : mode S, alt. 2600ft, 70kt. Aéronef 3 : mode S, alt. 200ft, 100kt.
