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 l’origine ce type de positionnement était utilisé par les navires en
Atlantique Nord pour se positionner en utilisant les radiophares. La
détermination d’un point se fait par triangulation en mesurant les différentes
direction des émetteurs.
Evolution majeure à la fin de la seconde guerre mondiale avec l’arrivée du
DECCA, système de positionnement hyperbolique.
Apparition du GPS, depuis plusieurs années vient progressivement remplacer
les moyens de navigation classiques.
320/04/15 Stage F.I Avril 2010
4. Approche théorique sur la propagation des ondes :
Utilisation d’ondes radioélectriques, qui sont des ondes
électromagnétiques dont :
Fréquence < 3000GHz
Ondes radios classées en fonction de leur fréquence :
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Appellation Gamme de
fréquence
Application
Ultra Haute
Fréquence
300MHz et 3 GHz G.P.S / D.M.E
Très Haute
Fréquence
30 et 300 MHz V.O.R
Basse et Moyenne
Fréquences
30 KHz et 3MHz A.D.F
5. Vitesse et mode de propagation :
Les ondes radio se propagent dans l’espace vide à la vitesse de la lumière. Dans
l’atmosphère elles subissent des atténuations liées aux précipitations et peuvent
être réfléchies ou guidées par la partie haute de l’atmosphère appelée ionosphère.
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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 l’ionisation de la couche E
de l’ionosphère (110km
d’altitude)
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 l’ordre de 5°
Portée est dite optique (antenne réceptrice soit en « vue »
de l’émetteur pour obtenir le signal, il ne faut pas qu’il y ait d’obstacles.)
Type de signal :
a. Composé d’une porteuse (signal de référence)
b. Et d’une 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 l’image directe du relèvement de la balise
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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 s’agit du code morse
indicatif de la station.
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8. Le positionnement se fait par rapport à la station émettrice et est exprimé par rapport
au Nord magnétique. A tout moment l’avion est capable de savoir sur quel radial il se
trouve par rapport à la balise. Il est également capable de savoir s’il est en
rapprochement ou en éloignement de la balise. « TO » « FROM »
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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 d’info
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.
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• 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 NDBbalise NDB (Non Directionnal Beacon) au sol, émet un signal
radioélectrique de basses et moyennes fréquences de 190 kHz à 1750kHz.
Portée pas uniquement optiquepas uniquement optique
Puissance entre 50W et 5kW50W et 5kW
Signal suit la courbure de la terre
Portée varie entre 50 et 300 Nm50 et 300 Nm.
Précision d’environ 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 l’onde au voisinage des côtes (Exemple au
Havre) et des montagnes
L’identification de la baliseL’identification 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 d’autres NDB lointaines ayant la même fréquence.
Durant cette phase de réception du code morse le signal est
également perturbé.
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11. Aux abords des aérodromes, balises appelées LocatorLocator.
Portée est inférieure. Support pour les procédures I.F.R sur les terrains.
Le récepteur présent à bord, ADF, permet la réception des deux types d’émission en toutedeux types d’émission en toute
transparencetransparence pour l’utilisateur.
La balise au sol émet un message omnidirectionnelmessage omnidirectionnel contenant un signal et un indicatif.
L’instrument à bord, s’accorde sur la fréquence et mesure la force du signal. La direction de la balise
correspond au signal le plus fort mesuréplus fort mesuré.
Notion de gisement :
Contrairement au VOR →Relèvement, l’ADF → gisement.
En navigation, le gisementgisement est l'angle formé par l'axe longitudinal d'un aéronef avec lal'axe longitudinal d'un aéronef avec la
direction d'un point extérieurdirection d'un point extérieur (balise NDB).
Il s'agit donc d'une direction relativedirection 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.
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12. Pour éviter les calculs il est possible de superposer l’information lue sur l’ADF à celle du
conservateur de cap, ce qui permet d’obtenir directement la lecture du relèvement de la balise.
Exemple :
En superposant l’information de l’ADF à celle du directionnel on voit donc directement que le
relèvement est le 265° environ ( soit un gisement de 60° à gauche). C’est donc cette route qu’il
faudrait prendre pour se diriger vers la balise. La notion de radial existe également et nous lirons le
radial sur la queue de l’aiguille soit le 085° dans cet exemple
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13. Attention aux effets du vent :
Ne pas négliger l’affichage de la dérive.Ne pas négliger l’affichage de la dérive.
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14. Le D.M.E (Distance Measuring Equipment)
Mesure la distance oblique entre l’avion et une station souvent co-implantée avec un
VOR, un TACAN, un ILS, ou un MLS.
Signal gamme UHF sur fréquence de 960 à 1215 MHzfréquence de 960 à 1215 MHz, fonctionne en
impulsions, cette bande de fréquence est divisée en 126 canaux à l’émission
et à la réception.
L’indicatif Morse de la station DME est transmis toutes les 30s sur la
fréquence 1350 Hzfréquence 1350 Hz. La puissance d’émission par la station terrestre
est généralement aux environs d’1 kW, mais cela peut être inférieur dans
les cas du DME de l’ILS.
Mesure de la distance par mesure du tempsmesure 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
par le sol à cause d’un décalage de 63 MHzdécalage 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
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15. 20/04/15 Stage F.I Avril 2010 15
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 d’action particulière pour sa mise en fonctionnement, soit
l’affichage de la fréquence sur le récepteur VOR (Fonction Remote sur Nav 1 par exemple) lui suffit,
soit celle-ci doit être sélectionnée à partir d’un boîtier annexe.
Le DME fonctionne en UHF mais le pilote affiche la fréquence VHF du VORpilote affiche la fréquence VHF du VOR.
La distance obtenue sera en NM par rapport à la station et grâce à un calculateur incorporé, il
fournit également la vitesse solla vitesse sol (en kt) et le temps pour rejoindre la stationtemps pour rejoindre la station.
Limites d’utilisation :
La précision du DME est de l’ordre de 0,2 NM + 1,25 % de la distanceprécision du DME est de l’ordre de 0,2 NM + 1,25 % de la distance. Il ne peut répondre qu’à
un nombre limité d’avion en simultanénombre limité d’avion 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.
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17. 20/04/15 Stage F.I Avril 2010 17
Les indications de vitesse sol et de temps pour rejoindre la station ne sont valables que si l’avion se
dirige vers le DME ou s’en éloigne. Si l’avion passe à travers le DME, la distance à l’émetteur 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 l’avion.
18. Le G.P.S (Global Positioning System)
Origine :
1960 : Projet de l’armée américaine
1978 : Premiers satellites GPS envoyés dans l’espace
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
l‘URSS.
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19. Composition:
Le segment spatial
Le segment de contrôle
Le segment utilisateur
20/04/15 Stage F.I Avril 2010 19
20. 20/04/15 Stage F.I Avril 2010 20
Principe de fonctionnement :
• Mesure de distance entre satellite et récepteur.
• Satellites constitués d’1 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 d’émission 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. 20/04/15 Stage F.I Avril 2010 21
Mesure de la pseudo-distance
Le calcul ne prend pas en compte
les erreurs d’horloge distance
inexacte, d’où 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 d’obtenir une précision
dans la position.
Le système d’équation permettant l’obtention de la position est :Le système d’équation permettant l’obtention de la position est :
(X-(X-αα)² + (Y-)² + (Y-ββ)² + (Z-)² + (Z-δδ)² = (R-CB)²)² = (R-CB)²
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X,Y,Z : position du satellite
α,β, δ : coordonnées du récepteur (inconnues)
R : pseudo-distance
CB : écart dû à l’écart horloge récepteur par rapport au temps GPS
23. 20/04/15 Stage F.I Avril 2010 23
Récapitulatif sur les sources d’erreurs
Ephémérides 2,5m
Traversée
atmosphérique
5m pour l’ionosphère5m pour l’ionosphère
0,5m pour la troposphère
Multi-trajet 0,6m
Bruit interne du
récepteur 0,3m
Horloge interne du
satellite 1,5m
Dilution de précision Configuration géométrique
des satellites
24. WGS 84 :
Référentiel utilisé par le récepteur
GPS pour fournir la position
Terre n’est pas une sphère d’où :
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
l’éllipsoïde 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
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Ellipsoïde de référence
Géoïde
WGS 84
Relief
terrestre
25. Application à l’aéronautique :
Utilisation du VOR sur une Navigation VFR à destination de Blois :
L’utilisation judicieuse des moyens radios permet de lever le doute sur la
position réelle de l’avion : 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)
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31. Stage F.I Avril 2010 31
Il est possible de voyager en régime VFR
au dessus d’une couche soudée de nuage,
donc sans voir le sol, mais en demeurant
hors des nuages.
Le vol VFR ON TOPVFR ON TOP n’est possible qu’au
dessus de la surface S (Cf. visibilité et
distance minimales par rapport aux
nuages).
L’avion doit être équipé :
d’un moyen de radionavigation (VOR, ADF
ou GPS de classe A B ou C),
d’un moyen de radiocommunication (VHF),
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 minutieusetrès minutieuse.
20/04/15
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.
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