THÈME C DANS LES TÉLÉCOMMUNICATIONS

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1 THÈME C INNOVATIONS DANS LES TÉLÉCOMMUNICATIONS TIONS ET APPLICATIONS AUX DOMAINES MARITIMES ET FLUVIA UVIAUXUX PRÉSIDENT : JEANJ EAN-PIERREIERRE TUBAC, DIRECTEUR SCIENTIFIQUE ADJOINT AU GROUPE DES ÉCOLES DE TÉLÉCOMMUNICATIONS RAPPORTEUR : GUILLAG UILLAUMEUME PENSIER, CHEF DE DÉPAR ARTEMENT AU AU CETMEF Bilan des interventions Guillaume PENSIER, CETMEF Utilisation des radars HF pour la surveillance maritime Florent JANGAL, AL, Stéphane SAILLANTS AILLANT,, ONERA Les procédures APV EGNOS, une réponse performante et sûre au besoin de guidage vertical pour les approches Benoît ROTURIER,, Direction générale de l Aviation Civile Service Technique T de la navigation Aérienne La fonction Search And Rescue dans le programme Galileo Mario HUCTEAU,, Centre National d Etudes Spatiales La Continuité du GPS en Environnement Difficile Nels S AMANA,, Institut National des Télécommunications Système d Appel et d Alerte d Urgence par Radiotéléphone Cellulaire associé au Réseau d Appel d Urgence Marc HEDDEBAUT,, Mourad LAOUFI,, Jean RIOULT, INRETS-LEOST Quelques applications des réseaux de capteurs (Some applications of wireless sensor networks) Luigi IANNONE,, Farid F BENBADIS, Marcelo DIAS DE AMORIM,, Serge FDIDA,, LIP6/CNRS JST

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3 BIL AN Cette session, d une grande qualité par la densité scientifique des exposés, nous aura permis d établir quelques pistes quant aux applications potentielles des nouvelles techniques/technologies des télécommunications à nos environnements maritimes et fluviaux. I Les nouvelles générations de capteurs En premier lieu, je souhaiterais revenir sur les perspectives prometteuses offertes par les nouvelles générations de radars, terrestres ou embarqués. Les radars HF permettront d améliorer sensiblement la zone couverte par les radars côtiers, sous réserve d éliminer les phénomènes liés au fouillis ionosphérique ou les raies de Bragg. Leur mise en œuvre nécessite toutefois un linéaire côtier important parfois difficile à obtenir sur les côtes françaises. Ces problèmes peuvent être évités en implantant ces radars HF sur des bouées dont on s attacher à limiter la dérive ; ce dispositif prometteur déjà installé à Singapour devrait permettre une réduction des actes de piraterie en Asie du Sud-Est. Les radars satellitaires à ouverture synthétique (RSAR) présentent également un spectre d applications potentielles considérable : mesure de la vitesse du vent, de la hauteur des vagues, des sillages de bateaux, de la dérive des nappes de polluants. Leurs couplage avec des systèmes automatisés comme l AIS laisse augurer une sensible amélioration de la surveillance de l espace maritime. S agissant des systèmes de géolocalisation, la communauté maritime et portuaire en est déjà utilisatrice (GPS/D, AIS) et les premières applications apparaissent en milieu fluvial : optimisation des mouvements de barges sur le parcours Lille/Anvers avec d importants gains de productivité pour les chargeurs et les ports, qui témoignent de la souplesse d utilisation de la voie fluviale. VNF trouve également grand intérêt à visualiser en temps réel l état du trafic ; l expérimentation confiée à la société Novacom à ainsi montré la faisabilité d une architecture couplant le GPS et le rapatriement des données par GPRS. Les nouveau systèmes Européens Egnos et Galiléo focalisent notre attention, car ils sont porteurs d une amélioration des performances (intégrité, précision) intéressant au plus haut point les transports. La mise en service opérationnel d Egnos est désormais imminente et des expérimentations concluantes (Nauplios) ont été menées. Le secteur du transport aérien estime qu Egnos et Galiléo permettront de mieux sécuriser les approches, en particulier le guidage vertical ; il en ira sans doute de même en milieu portuaire. En milieu maritime, le CNES nous a expliqué que Galiléo permettrait d améliorer notablement la fonction SAR, grâce à l utilisation de la voie retour satellitaire pour délivrer un accusé de réception. Une des limitations des systèmes de géolocalisation repose sur le manque de continuité du signal satellitaire lorsqu un objet (bâtiment, pont, tunnel, ) fait obstacle. L INT a mis au point dans ses locaux un démonstrateur permettant d assurer cette continuité, grâce à l emploi de répéteurs à la surface du bâtiment couplés à des amplificateurs. Ce système serait sans doute transposable au signal Galiléo. II Amélioration des communications La fonction SAR essentielle en milieu maritime, présente également une grande acuité le long des voies de communications terrestres (fluviales ou routières) le couplage du réseau des PAU avec l infrastructure GSM, moyennant l utilisation de nanorépéteurs faible puissance permet de mieux localiser l usager en détresse et diffuser sur zone des messages d alerte. Cette solution permettrait de réactiver l intérêt du réseau d appels d urgences et pourrait être transposée à des sections de voies fluviales à fort risque accidentologique.- La gestion du temps de crise est l une des préoccupations essentielles des autorités publiques en charge des infrastructures portuaires ou fluviales. Le projet Européen Widens, que nous a présenté Thalès Commmunication, jette les bases d un réseau intégré déployable en «bulle» sur les lieux de la crise, déployable et reconfigurable très rapidement JST

4 ; ce projet débouchera sur un prototypage contribuant à l initiative euro-américaine MESA, les spécifications ayant été établies en septembre Il est en effet crucial que les autorités puissent continuer à communiquer alors que les réseaux publics ne fonctionnement plus. Le SPN, en charge de la maîtrise d ouvrage des programmes navals, nous a présenté le projet Spationav, visant à améliorer l efficacité des moyens de la marine, mais associant étroitement les acteurs civils du domaine maritimes (DAMGM, SG Mer, douanes), favorisant l optimisation et l interopérabilité des moyens. Spationav permettra de rassembler et de partager les données issues de capteurs et d établir une situation des approches maritimes : après une phase initiale EVO) sur la couverture méditerranée, la version V1 de Spationav devrait couvrir l ensemble des côtes françaises ainsi que les Antilles et la Guyane (marché à notifier début 2005). Cette opération associant étroitement la marine, la DGA, la DAMGM et le Cetmef est exemplaire d une coopération harmonieuse entre services publics maritimes. Ce programme met en œuvre des technologies civiles de type Internet. De plus en plus fréquemment utilisées, les architectures Internet recèlent de nombreuses vulnérabilités résiduelles. diversifiées dans le domaine maritime et fluvial, le contrôle de l eau, la circulation portuaire, les applications sous-marines. Une expérimentation a été menée avec succès en mer Baltique. En France, le projet RECAP fédère différents laboratoires universitaires, mais recherche des applications concrètes. En conclusion, je voudrais à nouveau mettre l accent sur la richesse de nos échanges de ce jour, qui nous ont permis d entrevoir à quel point les nouvelles technologies de télécommunications trouveraient des débouchés naturels dans l environnement maritime et fluviale. Je souhaite ici exprimer ma gratitude à notre président, Jean-Pierre Tubach, qui a bien voulu présider nos travaux de ce jour, bien que son parcours professionnel au GET se soit achevé voilà quelques semaines et qui m a prodigué des conseils particulièrement avisés dans le choix des sujets abordés de cette session. Je remercie chaleureusement les conférenciers qui nous ont fait des exposés tout à fait captivants et enfin je salue le public, qui tout au long de cette journée, nous a permis d enrichir nos échanges grâce à la pertinence des questions posées. Encore une fois, merci à tous! Le spectre de la menace est très large et augmente en relation avec la taille des systèmes d exploitation, les attaques étant le plus souvent automatisées. Il n existe pas de parade miracle, mais quelques précautions simples dans la configuration des systèmes permettent de réduire les risques. Des équipes se mettent en place pour apporter une réponse immédiate aux incidents réseau et échangent leurs expériences : en France, le CERTA est la structure chargée de coordonnés la protection des réseaux de l Etat, il assiste utilement les services publics à faire face à d éventuelles attaques informatiques. La mise en réseau de capteurs permet d améliorer leurs efficacité et de sécurisé leurs emploi, grâce à la reconfiguration du système en cas de défaillance d un capteur (systèmes WSN). Les applications potentielles des WSN sont très Guillaume PENSIER 204 JST 2004

5 UTILISATION TION DES RADARS HF POUR L A SURVEILL ANCE MARITIME Florent JANGAL, Stéphane SAILLANT ONERA 1. Introduction La surveillance maritime est un enjeu majeur pour les états tant pour la lutte contre les activités illicites que pour la gestion du trafic. L observation des déplacements dans la zone économique exclusive (jusqu à 200 miles soit 370km des lignes de côtes) ne peut se faire qu en combinant les systèmes radars conventionnels, fonctionnant dans le domaine micro-ondes, avec des moyens aériens et/ou maritimes. En effet, dans le domaine microondes la propagation s effectue en lignes droites. La détection est approximativement limitée à l horizon visible (c est l horizon radioélectrique). Dans le domaine des Hautes Fréquences (HF) c est-à-dire de 3MHz à 30MHz, une partie de l onde radar pénètre dans le sol, elle est ainsi déviée légèrement de sa trajectoire. L onde suit alors la surface de la terre d où le terme «d ondes de surface» (fig.1). La détection des cibles de basses altitudes (bateaux, avions, missiles, ) n est plus limitée à l horizon radioélectrique, on parle de radar transhorizon. Le radar HF à ondes de surface est une solution économique à la surveillance de la zone exclusive. Alors que l horizon radioélectrique est de l ordre de quelques dizaines de kilomètre, la zone de couverture des radars HF peut être supérieure à 150km. Dans ce résumé nous aborderons les particularités des radars à ondes de surface ou HFSWR (High Frequency Surface Waves Radar), les phénomènes physiques en présence et les aspects matériels du HFSWR. 2. Particularités La fréquence de fonctionnement des radars HF est un atout pour détecter des cibles au-delà de l horizon. En revanche l utilisation de ces fréquences impose quelques contraintes et particularités. 2.1 Aspect système Figure 2 - (en haut) antenne d'émission (hauteur : 19m, rayon : 20m, poids : 82kg, 6kW admissible, bande : 4-20Mhz) ; (à droite) antenne de réception (bande 4-10Mhz, hauteur : 10m.) Figure 1 - l'onde de surface se propage dans le sol et dans l'air. Elle suit la surface de la terre et permet de détecter des cibles au-delà de l'horizon. De manière générale la dimension d une antenne est liée à la longueur d onde de fonctionnement. Une taille classique pour un élément rayonnant est de 0.5*λ (où λ est la longueur d onde). Dans le domaine HF, les longueurs d ondes allant de 10m à 100m, les antennes peuvent mesurer jusqu à quelques dizaines de mètre (fig.2). Cependant l utilisation de dispositifs actifs permet de ramener la taille des antennes au mètre. L utilisation d une seule antenne ne permettrait pas de connaître la position en azimut de la cible. Ainsi, il faut utiliser un réseau d antennes afin de pouvoir, par le calcul, changer la direction d observation (F.F.C. : Formation de Faisceau par le Calcul). La position exacte de la cible est alors donnée par le couple (distance radar/cible ; direction d observation). Plus le réseau est de grande dimension devant la longueur d onde plus le pouvoir de discrimination en azimut est grand. JST

6 L émission ou la réception d ondes de surface nécessite d avoir un sol bon conducteur. C est le cas de la mer. Cependant les Figure 3 - Les antennes sont placées sur la terre, antennes sont en bordure de mer. placées sur la terre (fig.3), en bordure de mer, il est donc nécessaire de placer un plan conducteur sur la terre séparant les antennes de la mer. 2.2 La propagation Plusieurs phénomènes physiques concernant la propagation entrent en compte dans la conception d un radar HF à ondes de surface. On peut citer notamment : la polarisation de l onde, les pertes de propagation et les fréquences claires Polarisation La propagation par ondes de surface s effectue en réalité dans deux milieux : l air et le sol. Des conditions de continuité à l interface des deux milieux imposent que la polarisation de l onde soit verticale Fréquence de travail Une attention particulière doit être portée aux fréquences de travail du radar. Plus la fréquence est Figure 4 - Pertes de propagation élevée plus les pertes de propagation sont grandes (fig.4). En effet la conductivité du sol diminue lorsque la fréquence augmente. Ce phénomène nous incite à préférer la partie basse de la bande HF (4-8Mhz). De la même manière le pourvoir masquant de grands bateaux sur des petits bateaux est moins important aux fréquences faibles (fig.5). Il est donc possible, aux basses fréquences d observer l activité d un navire de petite dimension même s il est «caché». En revanche la surface équivalente vue par le radar (SER) des navires est plus petite aux basses fréquences. 206 JST MHz 8 MHz 12 MHz 25 MHz Atténuation due au "masque" Le spectre HF est très utilisé pour la transmission radio. Les signaux radio indésirables, sont considérés comme des brouilleurs. L encombrement du spectre oblige à faire une recherche de fréquence claire (sans bouilleur) ou à utiliser des techniques d antibrouillage utilisant la polarimétrie par exemple. 2.3 Fouillis de mer et Fouillis ionosphérique De manière générale on peut dire que la position de la cible est déterminée par le retard entre l émission et la réception (distance) et par la direction d observation du radar (azimut). Il est possible d utiliser l effet Doppler pour déterminer la vitesse des cibles : il s agit d une variation de la fréquence de l onde en fonction de la vitesse des cibles. Ainsi pour chaque direction d observation on construit une image donnant la vitesse (fréquence doppler) et la distance des cibles, c est l image Doppler-distance. Le fouillis est un signal indésirable et diffus qui brouille la lecture des images Doppler-distance. La puissance relative de ce fouillis peut masquer des cibles sur l image Doppler-distance ou, à l inverse, donner naissance à des plots isolés identiques à ceux des cibles Fouillis de mer Lorsqu une onde est émise en direction de la mer, les systèmes de vagues présents à sa surface interagissent avec l onde. Une partie de l énergie est alors rétrodiffusée vers le radar, Fo>18 MHz 10 MHz <Fo< 18 MHz 4 MHz < Fo< 10 MHz c est la diffusion de Bragg. Le fouillis est représenté par son spectre Doppler : le spectre de Bragg (fig.6) Distance "cible/masque" Fig. 5 : Atténuation due à un bateau masquant (250 m) sur un bateau cible (6 m) Bruit thermique fo 0.4 fo Niveau de signal (db) Ce spectre peutêtre décomposé en deux partie : le fouillis de premier ordre et le fouillis de second ordre. Le Figure 6 - Spezctre de Bragg Niveau du second ordre Bruit thermique Fréquence doppler (Hz)

7 fouillis de premier ordre, de plus forte puissance, est généré par un système de vagues dont la longueur caractéristique est égale à la demi longueur d onde (fig. 6bis). Ce phénomène de résonance s établit à : fb = ±0.1 f0 où le signe représente le système s éloignant du radar, le signe + le Spectre à la case distance k Fouillis du second ordre système se rapprochant et f 0 est la fréquence du radar comptée en MHz. Le fouillis de second ordre est généré par la multitude des autres systèmes de vagues, il s étend sur : fd = ±0.2 f0 (les signes + et ont la même signification que précédemment). L analyse du spectre de Bragg peut être utilisée pour déterminer l état de la mer (direction du vent, hauteur des vagues, etc.) Il est possible d éliminer le fouillis de mer par filtrage adaptatif (fig.7) afin de détecter les cibles masquées par ce fouillis. On utilise la cohérence du spectre de Bragg. Pour une case distance k le filtre adapté est construit en utilisant les n cases distances (n varie en fonction de l état de mer) précédant et suivant la case k. Le filtre ainsi construit est appliqué à la case k, le spectre de Bragg est très fortement atténué et la cible peut être détectée. Ce procédé, validé sur des données simulées, est en cours de validation sur des données réelles. Raie de Bragg d ordre1 Cible synthétique à détecter FILTRAGE ADAPTATIF Le fouillis ionosphérique Spectre filtré à la case distance k L antenne d émission n étant pas parfaite une partie de l énergie est émise vers le ciel (c est l onde de ciel : fig. 1). L onde de ciel pénètre dans l ionosphère et, sous certaines conditions, est renvoyée vers le radar. Dans l ionosphère les variations «rapides» de l indice de réfraction le long du trajet de l onde vont provoquer un étalement Doppler du signal. L énergie est rétro-diffusée à plusieurs altitudes et selon plusieurs directions. Ainsi le fouillis ionosphérique se caractérise par un Second ordre de Bragg Premier ordre de Bragg Fouillis ionosphérique étalement en Doppler et en distance important (fig. 6bis). Le fouillis ionosphérique est lié à l activité solaire. L émission par le soleil, de rayonnements (UV et X notamment), est responsable de l ionisation de l ionosphère. Les explosions et les tempêtes solaires donnent naissance à l émission de particules et de rayonnements supplémentaires. Les particules arrivant aux pôles donnent naissance aux fameuses aurores boréales et australes ; avec les rayonnements elles créent des modifications du champ magnétique terrestre. Une partie des particules pénétrant dans l ionosphère va se Figure 6 -Les fouillis Particules Rayon UV, X, Figure 8 - le fouillis ionosphérique est lié à l'activité solaire. La diffusion est maximale dans les directions perpendiculaires au champ magnétique terrestre. JST 2004 Cible détectée Figure 7 - élimination du fouillis de mer Diffusion maximale 207

8 propager le long des lignes de champ magnétique et modifier l équilibre du plasma. En fonction des conditions météorologiques il se forme des irrégularités d ionisation. A cause de la mobilité des particules dans l ionosphère ces irrégularités sont fortement alignées sur les lignes de champ magnétique (fig.8). Lorsque l onde émise par le radar se propage dans des directions perpendiculaires aux lignes de champ magnétique une forte rétro-diffusion se produit au passage des irrégularités. Ce signal est la cause du fouillis ionosphérique. Ionosphère Propagation par onde de ciel Émission (polarisation verticale) Une piste envisagée pour éliminer le fouillis ionosphérique est l utilisation de la polarisation de l onde reçue. L onde (de ciel ou de surface) émise par le radar est en polarisation verticale. Dans l ionosphère seuls quatre modes de propagation sont possibles : les modes circulaires droite et gauche et les modes ordinaire et extraordinaire. La répartition de l énergie dans ces modes dépend de l angle relatif entre le c h a m p magnétique terrestre et l onde. A la sortie de l ionosphère les Mode E Mode O Fouillis polarisation rectiligne (verticale+horizontale) Propagation par onde de surface (polarisation verticale) Figure 9 - Polarisation du signal de fouillis Tx Continuous transmitting 50 m 10 / 15 km modes se recombinent. L onde qui revient vers le Vertical polarization radar n est Horizontal polarization plus en polarisation verticale (fig.9). L utilisation d un capteur de fouillis en polarisation horizontale devrait permettre d éliminer le fouillis ionosphérique. Tx Pulsed transmitting Une méthode de suppression du fouillis par traitement d antenne et traitement du signal est aussi envisagée. 3. Aspect matériel. Cette partie à pour but de donner une idée plus concrète du radar HF à onde de surface. 3.1 Généralités Les radar HF à ondes de surface peuvent être mono-statiques (l émission et la réception se font au même endroit) ou bi-statiques (émission et réception sont distantes afin de voir la cible sous des angles différents). Les principales caractéristiques se résument comme suit : - Fréquences d émission : 4MHz à 20MHz. - Code bi-statique : FM-CW (émission en continu avec modulation de fréquence) - Code mono-statique : chirp (impulsion modulée par une rampe de fréquence) - Synchronisation du système par GSP A la réception : - Utilisation de récepteurs numériques - Formation de faisceau par le calcul (FFC) - Traitement des données : antibrouillage, goniométrie, élimination des fouillis, pistages, etc. 3.2 Synoptiques Le radar se décompose en trois éléments répartis sur deux sites (fig.10) : un site d émission bi-statique distant d une dizaine de kilomètre d un site d émission/réception mono-statique comportant une antenne d émission et un réseau de réception. 100 / 200 m Rx 400 / 500 m 200 m RFS WM430 antenna vertical Fouet FIgure 10 - Implantation Le réseau de réception comporte deux bras, l un face à la mer permet de réaliser la FFC et l autre, perpendiculaire au premier, est utilisé pour former le faisceaux en élévation. Le dernier élément du site mono-statique est le capteur de bruit en polarisation horizontale JST 2004

9 Sur le site d émission l antenne émettrice est pilotée par un PC muni d une carte de génération de signaux. La carte est cadencée par une horloge externe. Sur le site de réception les signaux provenant du réseau d antennes sont numérisés et stockés sur un PC. L ensemble du système est synchronisé par GPS et mis en réseau RNIS (fig.11). La mise en réseau doit permettre de piloter et d effectuer un traitement temps réel en utilisant des PC biprocesseurs distants et locaux tout en sauvegardant les données numérisées. varier la configuration du radar (fréquence émise, bande du signal émise, etc.) : l évolution du spectre de Bragg en fonction de l état de la mer, l occurrence du fouillis ionosphérique et sont impact sur la détection et les limites générales de la détection du radar HF à ondes de surface. Ces résultats combinés avec l optimisation des techniques (logiciels et matériels) d élimination des fouillis permettront de valider le concept de radar HF pour la surveillance maritime. 10MHz Synthétiseu Horloge Réseau de réception GPS P Générat ion des formes d onde carte ICS564 Code FM CW ou pulsé A GP 10MH PC de réceptio Synth 4 cartes ICS MH Têtes Top date Top Routeu RNIS Routeur RNIS Figure 11 - Schéma de principe de l émission (à gauche) et de la réception (à droite) 4. Conclusion Les radars HF à ondes de surface permettent l observation de cibles au-delà de l horizon radioélectrique. Cette propriété est un atout majeur de ces radars pour la surveillance maritime. Il est toutefois nécessaire de porter une attention particulière au dimensionnement et aux traitements des signaux de ces radars aux vues des différents phénomènes physiques en présence. Figure 12 - Zone de couverture du démonstrateur Afin d aller plus loin dans ses recherches l ONERA envisage l installation d un démonstrateur en France dans les Landes (fig.12). Ce démonstrateur devrait permettre d observer de manière fine en faisant JST

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11 LES PROCÉDURES APV EGNOS, UNE RÉPONSE PERFORMANTE ET SÛRE AU BESOIN DE GUIDAGE VERTICAL POUR LES APPROCHES Benoît Roturier Direction générale de l Aviation Civile Service Technique T de la navigation Aérienne L objectif de cet article est de donner au lecteur une vue d ensemble de la problématique liée à l introduction, puis au déploiement à grande échelle du guidage vertical pour les approches en navigation de surface (RNAV). Les premières approches RNAV utilisant le système de navigation GPS seront en service opérationnel en France fin Ces approches, dites de type «classique» ou de «non précision», n imposent pas l utilisation d un guidage vertical. Or, on peut observer depuis quelques années un consensus à l OACI et dans la communauté aéronautique mondiale pour remplacer à terme les approches de non précision par des approches RNAV incluant systématiquement un guidage dans le plan vertical. En effet, il a été démontré clairement qu un guidage vertical permet de lutter efficacement contre les accidents de type CFIT (Controlled Flight Into Terrain). Nous présentons ici les différentes technologies qui permettent d assurer ce guidage dans le plan vertical en navigation de surface, puis nous essayons de montrer l intérêt du système GNSS Européen EGNOS dans ce contexte. L accent est mis dans cette présentation sur les applications, de type approche et atterrissage. Enfin, nous aborderons la politique en matière d approches RNAV et GNSS des principaux avionneurs, de la FAA, d Eurocontrol et des autorités de l aviation civile Française. 1. L intérêt du guidage vertical. Quelques rappels sur le GNSS et les autres technologies pour le guidage vertical des procédures d approche et atterrissage aux instruments Les débuts du GNSS. Les recommandations de la communauté aéronautique mondiale lors de la 10iéme Conférence de la Navigation Aérienne en 1991, suivies de celles du conseil de l OACI approuvant, en Février 1994, les conclusions du comité FANS (Future Air Navigation Systems) ont permis de lancer la navigation par satellite. En octobre 1994, la lettre du gouvernement des Etats-Unis à l OACI offrant, sans percevoir de charges directes, un service de positionnement ouvert à l aviation civile, puis, en juin 1996, la lettre de la fédération de Russie proposant un service identique pour GLONASS ont donné une impulsion décisive permettant à l OACI d engager les travaux de standardisation du GNSS, avec pour objectif de définir des systèmes GNSS utilisables pendant toutes les phases de vol, de la navigation océanique aux atterrissages de précision de Catégorie III. Suite à ces décisions, les travaux du groupe d expert GNSS Panel ont permis à l OACI de publier, en Novembre 2002, dans l Annexe 10 à la Convention de Chicago, des standards GNSS couvrant l ensemble des phases de vol jusqu aux approches de Catégorie I. Il fut décidé de s arrêter aux applications de Catégorie I dans cette première version des standards GNSS car les travaux de définition et de validation des standards GNSS avaient montrés qu avec les signaux actuels GPS ou GLONASS (mono-fréquence), il était très difficile d assurer un niveau de performance tel que celui requis pour l ILS ou le MLS Catégorie II/III. Afin d assurer les niveaux requis en matière de précision, d intégrité, de continuité de service et de disponibilité du GNSS pour les différentes phases de vol, les normes GNSS OACI définissent différentes architectures de renforcement des constellations de base (GPS et GLONASS) : - ABAS (AirborneBased AugmentationSystem) - GBAS (Ground Based Augmentation System) - SBAS (Satellite Based Augmentation System) Les systèmes bord de renforcement GNSS Airborne Based Augmentation System (ABAS) Les systèmes GNSS ABAS utilisent uniquement des éléments de redondance interne à la constellation GPS, par exemple la multiplicité des mesures de JST

12 distance à différents satellites, ou la combinaison des mesures GNSS avec celles d autres senseurs de navigation, tels que les centrales à inertie, pour élaborer un contrôle d intégrité. Ce contrôle d intégrité est crucial pour le GNSS car, selon les caractéristiques de défaillance autorisées dans les standards OACI, les satellites GPS peuvent conduire à des erreurs de position très importantes pendant des durées de plusieurs heures. Le renforcement de type ABAS le plus simple est traditionnellement dénommé RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring), il s agit d exploiter les redondances d un nombre de mesures supérieur à quatre nombre minimum pour élaborer une mesure de position. C est l algorithme généralement implémenté dans les récepteurs GNSS de l aviation générale ou d une partie de l aviation d affaire. Pour les avions disposant d une centrale à inertie, il est possible d exploiter les propriétés complémentaires du GNSS et de l inertie pour combiner leurs mesures et élaborer un contrôle d intégrité. Il est à noter que contrairement aux autres renforcements de type GBAS et SBAS, le renforcement ABAS ne permet pas d améliorer la précision de positionnement. En conséquence, compte tenu des exigences de l Annexe 10 pour les opérations utilisant le GNSS, l utilisation des systèmes ABAS est limitée au mieux aux approches de non précision Les systèmes de renforcement GNSS par station sol Ground Based Augmentation System (GBAS) Pour réaliser des opérations de type approche de précision de Catégorie I, il est nécessaire de pouvoir éliminer un certain nombre d erreurs de mesure des signaux transmis par les satellites GNSS, en particulier les erreurs de trajectographie et d horloge ainsi que les erreurs dues à la propagation dans l ionosphère. La méthode la plus classique repose sur une technique appelée différentiel local, où une station de référence située sur un aéroport par exemple, permet de mesurer précisément ces erreurs et donc de les retransmettre à un usager pour qu il puisse les ôter de sa propre mesure. La norme GBAS de l OACI repose sur cette technique via l utilisation d une liaison de données dans la bande de fréquences VHF des systèmes ILS VOR ( MHz). Les autres éléments transmis sur cette liaison VHF sont les données d intégrité des différents satellites en vue, ainsi que la base de données utilisée pour le segment d approche final. Pour une station GBAS, la couverture est d environ une trentaine de km, donc typiquement une zone d approche associée à un aéroport, et une seule station GBAS peut fournir des approches à toutes les pistes de cet aéroport. Les standards OACI les plus récents prévoient qu il soit possible d interconnecter des stations GBAS pour former un réseau diffusant des corrections différentielles à grande échelle, un tel système étant identifié plus précisément par l acronyme GRAS (Ground Regional Augmentation System). Figure 1 - Système GBAS Les systèmes de renforcement GNSS par satellite géostationnaire Satellite Based Augmentation System (SBAS) Le SBAS transmet, comme le GBAS, des corrections différentielles et des messages d intégrité pour les satellites de navigation qui sont en vue d un réseau de stations de référence, typiquement déployées à l échelle d un continent entier. En fonction de l architecture du système et du niveau de performance visé, il faut de 20 à 35 stations sol pour couvrir un continent. Il y a trois différences importantes par rapport au GBAS. Tout d abord, la bande de fréquence de la liaison de données est identique à celle des signaux GPS (autour de 1575 MHz), ce qui permet d utiliser les étages d entrée standards de récepteur GPS. Ensuite, l utilisation de satellites géostationnaire permet de diffuser les messages sur de très vastes zones. Enfin, on peut également faire des mesures de positionnement sur ces satellites géostationnaires, comme s il s agissait de satellites GPS, ce qui a pour effet d augmenter d autant le nombre de satellites de navigation en vue. Par contre, compte tenu de la limitation du nombre de stations de référence au sol afin de maîtriser les coûts de déploiement et d opération, on considère que le meilleur niveau de performance atteignable actuellement par les GNSS SBAS correspond aux approches de performance APV I ou II qui sont présentées plus en détail dans la suite de cet article. Figure 2 - Système SBAS - Architecture d EGNOs 212 JST 2004

13 1.2. La problématique du guidage vertical En parallèle à la définition du GNSS à l OACI, de nombreuses études avaient montré que, dans le domaine des approches, il était crucial de réduire le taux d accident causés par des CFITs (Controlled Flight Into Terrain), ceux-ci représentant un pourcentage important. En particulier, une étude statistique de Flight Safety Foundation publiée en 2001 avait permis de quantifier qu en moyenne le risque d incident grave ou d accident est 7 à 8 fois plus élevé sur une approche de non précision (ou approche classique) que sur une approche de précision, l augmentation du facteur de risque étant principalement due à l absence de guidage vertical. On peut d ailleurs rappeler ici que l accident majeur survenu en France lors de la dernière décennie corroborait ces analyses (accident du Mont Saint Odile à Strasbourg): il s agissait bien d un cas de CFIT sur une approche de non précision, sans guidage vertical. Or, pour des raisons économiques évidentes, il n était pas possible à l OACI de recommander aux Etats de déployer massivement des systèmes d approche de précision (ILS Cat I ou GNSS GBAS Cat I) sur les aéroports pour assurer un guidage vertical sur l ensemble des pistes d atterrissage. Par ailleurs, le point important pour améliorer la sécurité étant la présence d un guidage vertical stabilisé, mais, pas nécessairement l exigence d un niveau de précision comparable à l ILS, l OACI décida, de façon pragmatique, d introduire dans la classification des approches de l Annexe 6 à la Convention de Chicago une nouvelle catégorie d approches de navigation de surface (RNAV): l APV (APproach with Vertical guidance). Cette catégorie intermédiaire entre les approches de non précision et les approches de précision visait donc à permettre d utiliser des systèmes de précision inférieure à l ILS tout en assurant un guidage vertical stabilisé. Figure 3 - Classification OACI des approches 1.3. Une première réponse au besoin de déploiement du guidage vertical à grande échelle, les systèmes BaroVNAV. Bien avant la définition par l OACI du GNSS et des approches APV, les constructeurs aéronautiques majeurs avaient pris conscience des risques amenés par des trajectoires complexes dans le plan vertical de certaines procédures d approche de non précision. Il s agissait en particulier des approches utilisant une succession de paliers et de phases de mise en descente dans le but d éviter certains obstacles. Ils avaient donc eu l idée de concevoir des systèmes de navigation dans le plan vertical basés sur un senseur barométrique qui, traité par le système de gestion du vol (FMS), permettait d indiquer au pilote des déviations par rapport à un plan de descente continu et stabilisé. Ces systèmes de navigation dans le plan vertical, classiquement dénommés BaroVNAV (pour Barometric Vertical Navigation), avaient pour objectif initial de permettre d effectuer une approche finale en descente continue à plan constant jusqu aux minima opérationnels des approches de non précision. Aux Etats-Unis notamment, où il y a beaucoup de pistes de non précision, donc une forte exposition au risque mentionné ci-dessus, la FAA décida de certifier et d approuver opérationnellement ces premières applications de navigation dans le plan vertical avec des systèmes BaroVNAV, au travers d une circulaire publiée dés 1988 (AC Airworthiness approval of Vertical navigation Systems for use in the U.S. National Airspace System (NAS) and Alaska). Il est important de noter que l utilisation des systèmes BaroVNAV telle que définie dans cette circulaire était autorisée à titre consultatif (advisory) uniquement, l équipage devant continuer à contrôler en permanence sa navigation dans le plan vertical par rapport aux informations de l altimètre. Les premières utilisations opérationnelles des systèmes BaroVNAV démarrèrent donc à la fin des années 1980 en visant, à améliorer la sécurité des approches de non précision, pour les usagers équipés, les avions gros porteurs principalement. Ce type d opération BaroVNAV est aujourd hui approuvée par les autorités de l aviation civile Française L APV BaroVNAV, une seconde étape dans l utilisation des systèmes BaroVNAV? Les travaux de standardisation des procédures APV/BaroVNAV On aurait pu s en tenir à cette utilisation des systèmes BaroVNAV dans le contexte opérationnel bien précis des approches de non-précision ; mais la flotte étant bien équipée à la fin des années 1990 JST

14 (on peut estimer aujourd hui que 80 % des avions se posant à Roissy sont équipés de systèmes BaroVNAV), il était tentant de proposer des critères de conception de procédures basées sur l utilisation de ces mêmes systèmes BaroVNAV, et répondant à la nouvelle catégorie d approches définie par l OACI, les APV (APproach with Vertical guidance). Le groupe d experts OCP (Obstacle Clearance Panel) de l OACI se mit donc au travail sur ce sujet, et les premiers critères de conception de procédures APV furent publiés dans les documents PANS-OPS de l OACI avec une date d applicabilité en Novembre Toutefois les surfaces d évaluation d obstacle retenues pour ces nouvelles procédures avaient initialement été définies de façon très prudente, et les minima associés étaient assez élevés, parfois même plus élevés que pour les procédures d approche de non-précision existantes. L OCP travailla donc sur de nouveaux critères plus performants, approuvés récemment par l OACI avec une date d applicabilité en Novembre L OCP a également proposé que les minima correspondant à ces approches APV/ BaroVNAV soient identifiés sur les fiches d approches par le terme LNAV/VNAV (Lateral Navigation/Vertical Navigation), alors que les minima des approches de non précision sont identifiés seulement par le terme LNAV. Le guidage latéral de ces APV/BaroVNAV peut être assuré par certains systèmes de navigation de surface (RNAV) déjà standardisés pour évoluer dans le plan horizontal en approche de non-précision. Il s agit en particulier des systèmes comme le GNSS avec renforcement ABAS, ou bien des systèmes de navigation de surface RNAV DME/DME. Bien que la flotte soit relativement bien équipée, la mise en œuvre des procédures APV BaroVNAV par les Etats reste actuellement un sujet très controversé. En effet, si dans un contexte d approche de non précision l utilisation des systèmes BaroVNAV visant à améliorer la sécurité sans changer les minima opérationnels, ne semble pas poser de problèmes majeurs, l utilisation de ces mêmes systèmes BaroVNAV pour profiter de minima plus performants, et en particulier réduire les marges de franchissement d obstacle a été remise en question récemment par plusieurs Etats Européens dont la France Les difficultés liées à l approbation opérationnelle de l APV/BaroVNAV par les Etats Il y a plusieurs raisons à ces difficultés. Tout d abord, le principal règlement de certification est toujours aujourd hui la circulaire US de 1988 mentionnée ci-dessus et reconnaissant aux systèmes bord BaroVNAV un statut consultatif (advisory). Or les approches APV/BaroVNAV sont conçues comme des approches faisant appel à un système de navigation primaire, il n est donc pas évident que les systèmes conformes à l AC possèdent le niveau de sécurité requis. Un problème clef est en particulier lié à l intégrité des bases de données de navigation, leur corruption par des FMS ne possédant pas les niveaux de sécurité requis pouvant avoir des conséquences catastrophiques. D autre part, pour tous les autres types d approches avec guidage vertical standardisés par l OACI (ILS, MLS, GBAS, SBAS, etc..), il existe une possibilité d effectuer une vérification croisée de la pente d approche du système transmettant le guidage vertical avec l altitude ou la hauteur barométrique au passage d un point sol particulier de l approche. Cette procédure est importante car elle permet de vérifier qu il n y a pas d erreur grossière, soit sur la pente d approche du système de guidage radioélectrique soit sur le calage altimétrique sur lequel le pilote doit se baser pour l identification des minima opérationnels. Il existe dans le passé d innombrables exemples où cette procédure de vérification croisée a permis de détecter des variations du plan d approche ILS, causées par exemple par des quantités importantes de neige, un changement de nature du sol (végétation, humidité, etc ),, ou bien des erreurs de calage altimétrique du pilote, un cas fréquent étant l oubli du passage du calage QNE 1013 au QNH à l altitude de transition. Or pour les approches APV/Baro-VNAV, le baromètre est la source commune d information pour le guidage vertical et de l altimétrie. Il existe donc la possibilité d un mode commun de défaillance, par exemple une erreur grossière de calage altimétrique pourrait impacter simultanément la pente d approche et les minima opérationnels, sans possibilité de vérification croisée. A cet effet, le document PANS OPS de l OACI sur les procédures pour les équipages signale la nécessité de mettre en œuvre des moyens complémentaires pour limiter l impact sur la sécurité des erreurs grossières (blunder errors) de calage altimétrique provenant du sol ou du bord ; mais il n existe pas aujourd hui de méthode standardisée, et certains Etats, dont la France pensent que des travaux complémentaires de l OACI sont donc nécessaires. Pour ces raisons, les critères PANS OPS APV/BaroVNAV ne sont pas transcrits dans la réglementation nationale pour les approches, et les difficultés mentionnées ci-dessus devront être résolues avant de pouvoir l envisager. Figure 4 - Différentes utilisations des systèmes BaroVNAV 214 JST 2004

15 1.5. Les APV GNSS, des approches sûres et performantes Les principales caractéristiques des APV I - II A contrario des APV/BaroVNAV, la standardisation des systèmes GNSS GBAS et SBAS par l OACI et l industrie des équipements de bord EUROCAE/RTCA, a intégré dés le départ les principales caractéristiques des approches de précision, telles que fournies aujourd hui par l ILS. Lors des travaux de définition des exigences applicables aux divers systèmes GNSS, deux nouveaux niveaux de performance ont été définis : les niveaux d approche avec guidage vertical APV-I et APV-II. Bien que ces niveaux de performance soient à priori indépendants d un renforcement GNSS particulier, il a été vérifié que les GNSS à couverture à grande échelle, en particulier les renforcements par satellite géostationnaire SBAS, permettaient d être compatibles APV I ou II. A titre indicatif, le système SBAS qui couvre les Etats-Unis (WAAS) a aujourd hui un niveau de performance compatible APV-I, alors que le système Européen EGNOS ainsi que le futur système Galileo, ont été définis pour assurer un niveau de performance APV II. Ces exigences APV-I et APV-II ont été dérivées des exigences applicables à la Catégorie I, à l exception de celle relative au guidage vertical qui demande dans 95% des cas une précision de 20 m pour l APV-I, et une précision de 8 m pour l APV-II au lieu des 6 m requis pour la Cat-I. On peut noter que l ensemble des autres exigences (précision, intégrité, continuité de service) sont identiques à celles requises pour la Catégorie I, en particulier celles relatives au guidage latéral. Pour cette raison, il a été un temps envisagé de référencer ces niveaux de performance comme des approches de précision, de catégorie inférieure à la Catégorie I mais, lorsque la classification de l OACI a été étendue aux APV, il est paru plus simple d utiliser cette nouvelle classe d approches. Une autre caractéristique importante des approches SBAS APV-I ou II est la standardisation d un block de données protégeant par un mécanisme de type CRC (Cyclic Redundancy Check) toute la base de données nécessaire pour le segment d approche final. Ceci assure que la base de données SBAS pourra être garantie avec un très haut niveau d intégrité lors de son cheminement du fournisseur de données à l utilisateur et qu elle ne pourra pas être corrompue sans détection par l avionique, à contrario des bases de données utilisées pour les approches RNAV de non précision et APV/BaroVNAV. Par ailleurs, le concept opérationnel dit «ILS look alike» a été retenu pour les approches SBAS par l OACI et le comité de standardisation RTCA. En pratique, ceci signifie que pour les pilotes les approches APV SBAS seront très semblables à des approches ILS. Ceci a conduit la FAA à définir ce nouveau type d approches GNSS comme des approches LPV, ce qui signifie Localizer Precision with Vertical guidance. En utilisant les caractéristiques de performance APV-I et II décrites dans l Annexe 10 et le concept opérationnel ILS Look alike, le groupe OACI OCP (Obstacle Clearance Panel) a donc récemment défini des critères de conception de procédures d approche avec guidage vertical APV I et II utilisant le SBAS. Ceux-ci seront applicables en Novembre Les minima correspondant à ces approches APV I ou II seront identifiés sur les fiches d approches par le terme LPV (Localizer Precision with Vertical guidance), qui a été explicité ci-dessus. En résumé, la principale caractéristique des approches GNSS basées sur les niveaux de performance APV-I et II est donc de fournir un guidage géométrique et indépendant de l altimètre, comparable à celui fourni par un ILS. La seule différence résidant dans la moindre précision du guidage vertical, il a été décidé de limiter les minima à 250 ft au lieu de 200 ft pour la Cat. I Les difficultés liées au taux d équipement des flottes Ces caractéristiques techniques sont très intéressantes en pratique, car elles permettent aux Etats d envisager l introduction du guidage vertical avec des conditions de sécurité bien meilleures que celles fournies par les systèmes BaroVNAV et d améliorer l accessibilité aux aéroports grâce à des minima réduits ; l étude DGAC présentée plus loin l a confirmé. Par ailleurs, contrairement aux systèmes BaroVNAV qui sont réservés à certains avions équipés de FMS, les récepteurs SBAS ont été standardisés pour pouvoir être installés sur tous types d appareils, des monomoteurs de l aviation générale aux quadriréacteurs équipés de récepteurs Multimode (MMR). La 11iéme Conférence de la Navigation Aérienne de l OACI qui s est tenue en Septembre 2003 a validé ces bénéfices potentiels des approches APV GNSS en recommandant le déploiement d approches utilisant le niveau de performance APV-I au plan mondial, en utilisant notamment dans un premier temps les systèmes GNSS SBAS. Dans la même ligne, la nouvelle Stratégie Approche & Atterrissage de l Annexe 10 de l OACI (Normes et pratiques recommandées pour les systèmes de JST

16 Télécommunications Aéronautiques Volume I, Systèmes de radionavigation), qui sera applicable en Novembre 2005, signale que la stratégie mondiale consiste à «encourager les opérations avec APV, en particulier celles qui comportent un guidage vertical GNSS, pour améliorer la sécurité et l accessibilité». Le principal problème qui se pose aujourd hui pour réaliser ces bénéfices opérationnels est lié au taux d équipement des flottes. En effet, comme pour toute nouvelle technologie, une phase de transition pour mettre à niveau les équipements de bord est nécessaire. Pour un usager équipé d un récepteur GNSS ABAS il faut au minimum une mise à jour du logiciel pour décoder les signaux des satellites géostationnaires du SBAS. De plus, pour réaliser des approches APV I ou II conçues comme des approches de précision, un niveau de sécurité du logiciel et des taux de rafraîchissement des données en sortie des récepteurs plus importants que ceux généralement prévus pour les récepteurs ABAS sont nécessaires. En conséquence, il faut prévoir une nouvelle carte et une certification spécifique de la fonction SBAS dans le récepteur multi mode (MMR) de tout avion équipé. A ce point de la discussion, il faut également mentionner qu il existe, dans la communauté des usagers, une certaine confusion liée à la dénomination commune sous le sigle «APV» des approches APV/baroVNAV et des approches APV I ou II GNSS. Les avionneurs et les compagnies ayant équipés leurs flottes de systèmes barovnav sont plus enclins, pour des raison de retour sur investissement évidentes, à essayer de maximiser l utilisation des systèmes de bord existants plutôt que d en installer de nouveaux. Comme l a montré cet article, les caractéristiques des APV/baroVNAV et des APV I ou II GNSS sont en fait très différentes, mais la communauté aéronautique n en est pas forcément très consciente et on peut noter jusqu à présent une certaine opposition à l équipement en senseurs SBAS de la part des usagers les mieux équipés en senseurs barovnav aujourd hui. Pour toutes ces raisons, la mise à niveau du parc des usagers prendra du temps, et il est important d être actif en développant des procédures APV I ou II, pour créer une dynamique positive. C est actuellement la stratégie de la FAA et également celle des autorités de l aviation civile Française Les APV GNSS, une voie d avenir Rappelons également que les APV GNSS ne sont pas limitées au SBAS. En effet les systèmes SBAS, en particulier EGNOS et WAAS, sont les premiers GNSS à avoir été conçus pour pouvoir assurer des approches avec guidage vertical répondant aux exigences APV-I ou II, mais d autres systèmes GNSS pourront également fournir à terme ces niveaux de performance. On peut par exemple citer un nouveau système de renforcement à couverture étendue, conçu comme un réseau interconnecté de stations GBAS, et qui pourrait être opérationnel en Australie dans quelques années, le GRAS (Ground Regional Augmentation System). De même le projet Européen de constellation Galileo est actuellement conçu pour être compatible APV-II, avec une couverture mondiale associée à ce niveau de service. Les travaux engagés aujourd hui à l OACI, aux Etats-Unis et en Europe pour mettre en œuvre opérationnellement les APV I ou II SBAS bénéficieront donc également à la mise en œuvre d APV I ou II qui pourront être assurés par d autres renforcements GNSS. C est, entre-autres, pour cette raison que la Commission Européenne a décidé d intégrer EGNOS au sein du programme Galileo, puisqu il est estimé que la mise en œuvre opérationnelle des APV EGNOS permettra de faire gagner quelques années sur la mise en service des APV Galileo. Figure 5 - Constellation Galileo 2. Les travaux du groupe APV DGAC Compte tenu des éléments introduits précédemment, lors de la réunion «Stratégie Navigation» du 14 mai 2002, la Direction de la Navigation Aérienne (DNA) a confirmé son soutien au projet European GNSS Navigation Overlay Service (EGNOS) et à son utilisation pour les approches de type APV répondant aux niveaux de performance APV- I ou II. Figure 4 - Récepteur Gamin compatible APV I&II 216 JST 2004

17 Afin d étudier les bénéfices opérationnels liés à l amélioration de la sécurité et de l accessibilité aux aéroports et de promouvoir les nouvelles approches avec guidage vertical (APV) qui pourront être assurées par EGNOS, la DNA a confié au Service Technique de la Navigation Aérienne l animation d un groupe de travail sur les procédures APV I ou II. Ce groupe de travail comprenait des experts de différents services de la DGAC (DNA, STNA, SIA, SFACT, ENAC, DAC-SE) ainsi que de la DIRCAM. Eurocontrol et l ASECNA ont également contribués aux activités du groupe. Ces travaux ont aboutis à la publication d un rapport d étude qui a été publié en Mars 2004 (Etude DGAC sur les bénéfices opérationnels des approches APV EGNOS en France rapport du groupe DGAC, V 2.0 du 30 mars 2004) Dans un premier temps, le groupe de travail DGAC APV a établi une liste d une vingtaine d aérodromes français pour lesquels des procédures APV EGNOS présenteraient un intérêt potentiel pour résoudre des problèmes opérationnels existants aujourd hui. Il ne s agit pas d une liste définitive et complète des terrains Français sur lesquels des procédures APV EGNOS pourraient être publiées à terme, mais elle représente un échantillonnage des aérodromes IFR de France pour lesquels l établissement de procédures APV permettrait d améliorer la situation existante vis à vis de divers critères opérationnels. Les terrains retenus pour l étude étaient très divers : aéroports à très forte densité de trafic (ex : Roissy Charles de Gaulle), aéroports de moyenne importance (ex. Lille) ou aéroports à faible trafic. Quelque terrains Outre-Mer, comme Fort de France, qui pourraient être couverts à plus long terme par une extension du WAAS, ou une extension d EGNOS vers l Afrique (St Denis de la Réunion) ont également été étudiés. L étude des bénéfices pour les aérodromes concernés a été menée en collaboration avec les DAC Centre-Est, Nord, Nord-Est, Ouest, Sud et Sud-Ouest, la Direction Régionale de l Aviation Civile Antilles Guyane et le Service de l Aviation Civile de la Réunion ainsi qu avec Aéroports de Paris. L objectif opérationnel à atteindre pour chacun des aérodromes a été identifié, on peut notamment citer : - Abaisser la pente de la finale - Créer une approche directe aujourd hui inexistante avec les moyens de navigation classique - Améliorer la procédure en proposant un guidage vertical - amélioration de la sécurité - et un abaissement des hauteurs de franchissement d obstacle (OCH). - Proposer une procédure avec guidage vertical et hauteur de franchissement d obstacle (OCH) faible en secours de l ILS - Proposer une procédure avec guidage vertical et hauteur de franchissement d obstacle (OCH) faible sur des aérodromes qui développent des activités commerciales - Améliorer le guidage latéral et proposer un guidage vertical pour répondre à des besoins environnementaux. En parallèle à la réalisation de ces objectifs opérationnels, une analyse de performance des procédures APV EGNOS a été réalisée. Il a été convenu que cette analyse se ferait au travers du calcul du paramètre Obstacle Clearance Height (OCH) qui représente la hauteur minimale au dessus du niveau du seuil à laquelle une procédure d approche interrompue doit être amorcée afin de respecter les critères de franchissement d obstacles. Elle a été déterminée en tenant compte de tous les obstacles qui dépassent les surfaces d évaluation d obstacles de la procédure APV. Les résultats de l étude ont montré que les APV EGNOS améliorent non seulement le contexte opérationnel en approche (introduction d un guidage vertical GNSS, limitation de la pente, introduction d une approche directe, etc ) mais peuvent également conduire à un abaissement des minima requis grâce à la diminution de la limite de franchissement d obstacle (OCH). Dans un second temps, le groupe a examiné l ensemble des éléments nécessaires à la définition de procédures pour une mise en œuvre opérationnelle des approches APV EGNOS. Les principaux points discutés ont porté sur: la certification des systèmes sol et bord, les besoins en infrastructure sol sur les aérodromes, l information aéronautique relative au système EGNOS, l intégrité des bases de données de navigation. Ces travaux coordonnés avec des experts DGAC de compétence diverses et complémentaires ont permis de construire un niveau d expertise élevé en France sur le sujet nouveau des APV. Ceci a notamment permis d alimenter positivement les discussions dans ce domaine au sein des groupes Eurocontrol et OACI. Les actions recommandées par le groupe DGAC APV sur ces éléments ont été examinées par la DNA JST

18 en Septembre 2004 et elles ont été validées et intégrées dans le programme des tâches du groupe de pilotage pour la mise en œuvre des approches GNSS dont la présidence est assurée conjointement par la DNA et le SFACT, dans l organisation actuelle de la DGAC, et sera reprise par la Direction du Contrôle de la Sécurité et la Direction des Services de la Navigation Aérienne dés janvier Synthèse : Quelques éléments de réflexion 3.1. La position actuelle des principaux avionneurs sur les APV et le GNSS SBAS Airbus et Boeing ont fait le choix, au cours de la décennie précédente d investir dans les technologies GNSS ABAS (Airborne Based Augmentation Systemavec BaroVNAV) et GBAS (Ground Based Augmentation System). Ceci a conduit naturellement l industrie aéronautique a une promotion forte de ces deux systèmes, en particulier vers l OACI, ainsi que vers Eurocontrol et la FAA. Or, comme nous l avons vu, si l utilisation du GNSS ABAS avec navigation verticale de type BaroVNAV présente un intérêt certain pour améliorer la sécurité des approches de non précision, l extension de l utilisation des systèmes BaroVNAV dans un contexte opérationnel APV, visant notamment à réduire les marges de franchissement pour atteindre des minima opérationnels plus faibles, soulève bien des questions liées à la sécurité de ces approches. Ces questions ont été mises sur la table de l OACI par les experts Français participants aux principaux groupes qui interviennent dans le domaine : l Obstacle Clearance Panel, chargé de définir les critères de conception de procédure ; l Operations Panel, chargé de définir les procédures opérationnelles des équipages, et le Navigation Systems Panel, chargé de définir les normes et pratiques recommandées pour les systèmes de navigation. Il a notamment été demandé à l OACI de coordonner les travaux de ces groupes afin d arriver à définir, et éventuellement standardiser des moyens d atténuation des risques introduits par les défaillances potentielles de la BaroVNAV en APV. Mais ceci prendra du temps, compte tenu notamment de la grande disparité des systèmes actuellement déployés. Par ailleurs le GBAS qui semblait promis à un avenir brillant en tant que successeur désigné de l ILS, il y a une dizaine d années, souffre actuellement de la conjonction de plusieurs facteurs : 1) il existe toujours une forte densité de moyens conventionnels Cat I, en particulier des ILS, et leur démantèlement n est pas prévu dans un avenir proche, 2) si les ILS sont maintenus, l APV I ou II SBAS est aujourd hui un moyen complémentaire performant et concurrent au système GBAS, comme Galileo le sera demain, 3) le GBAS Cat I devait être une première étape vers le GBAS Cat II/III, or il existe aujourd hui certains doutes quant au planning Cat II/III (la mise en œuvre internationale du GBAS Cat II/III n est aujourd hui pas prévue avant 2015) et à son architecture future. Il n est donc pas certain que les clients d Airbus et Boeing puissent tirer pleinement parti des bénéfices promis par les deux technologies ABAS BaroVNAV et GBAS, du moins dans un avenir prédictible. D un autre coté, les signaux SBAS sont approuvés IFR aux Etats-Unis depuis 2003 et doivent l être en 2006 en Europe ; d autres projets SBAS se développent : la couverture du WAAS est étendue au Canada et au Mexique, MSAS au Japon, GAGAN en Inde, extension d EGNOS en Afrique, etc. Malgré tous ces éléments, Boeing semble toujours se positionner en adversaire du SBAS en justifiant que l APV BaroVNAV donne un niveau de performance équivalent. Comme déjà expliqué dans cet article, ce point de vue n est pas partagé par les experts DGAC. Airbus, de son coté, a lancé une étude pour identifier les bénéfices potentiels du SBAS et chiffrer l impact de l intégration du SBAS dans le récepteur multi mode MMR (Multi Mode Receiver). Si l intégration de récepteurs SBAS à bord de l aviation générale et de l aviation d affaire est assez simple à réaliser, il est aujourd hui assez vraisemblable que, compte tenu du retard pris, l intégration du SBAS à bord des avions gros porteurs, pourrait être conduite principalement avec la migration des senseurs GPS actuels vers les senseurs de nouvelle génération qui seront multi-constellation (Galileo/GPS) et multi-fréquence, tout en incluant de base la fonctionnalité SBAS, apportant ainsi une robustesse accrue et de meilleurs niveaux de performance. Ces senseurs de nouvelle génération sont actuellement étudiés par le groupe 62 de l Eurocae (en coordination avec le groupe SC 159 du RTCA) et les premiers standards sont prévus pour La position actuelle des principaux fournisseurs de service Européen sur le SBAS Les principaux fournisseurs de service de navigation Européen (DNA France, AENA Espagne, NATS Royaume-Uni, DFS Allemagne, ENAV Italie, skyguide Suisse, NAV EP Portugal) se sont coordonnés sur le sujet des approches GNSS 218 JST 2004

19 en 2004 à l occasion de la définition de ces activités dans le domaine navigation d Eurocontrol. Les vues qui ont été soumises à Eurocontrol sont semblables à celles qui ont été exposées dans cet article, à savoir en particulier un fort intérêt pour la mise en œuvre des approches APV EGNOS en complément des ILS Le déploiement des approches SBAS (WAAS) aux Etats-Unis La mise en œuvre des approches utilisant le GPS (avec un renforcement du type GNSS ABAS) est déjà une histoire assez ancienne aux Etats-Unis, puisque les premières approches ont été publiées en Aujourd hui, la plupart des pistes qualifiées IFR disposent d une procédure d approche de nonprécision GNSS, soit environ 3300 pistes ce qui est considérable. Environ 700 de ces pistes sont munies également de la possibilité de faire une approche APV/BaroVNAV, avec des minima réduits (Les Etat- Unis utilisent des critéres de conception de procédure particuliers, différents des PANS OPS de l OACI). Le système WAAS a été approuvé pour une utilisation en IFR par la FAA en Juin Il existe actuellement environ 40 procédures basées sur le niveau de performance APV I fourni par WAAS, avec un objectif de 100 procédures pour 2005, puis une montée en puissance visant à terme la couverture de l ensembles des pistes US, avec des minima proches de 250 ft. La FAA a également approuvé l utilisation des récepteurs WAAS pour effectuer les 700 approches APV/BaroVNAV existantes, avec des minima proches de 350 ft. Ceci permet de proposer une large palette d approches aux usagers qui s équiperaient de récepteurs WAAS aujourd hui. Aux Etats-Unis l aviation générale est aujourd hui la communauté d usagers la plus intéressée par ces nouvelles approches, WAAS permettant d améliorer la sécurité et l accessibilité aux aéroports via un guidage vertical performant, et pour un coût d installation de bord réduit Le déploiement des approches SBAS (EGNOS) en France et en Europe Les activités visant au déploiement des approches GNSS en Europe ont jusqu à présent, en comparaison avec les Etats-Unis notamment, été assez limitées. Ceci peut s expliquer par la forte densité de moyen conventionnels en Europe, donc un besoin moins fort qu outre Atlantique et par des raisons conjoncturelles liées à l organisation d Eurocontrol qui, dans le passé, comprenait deux entités GNSS et Navigation séparées. En 2003/2004, la fusion de ces deux domaines et la prise en compte des orientations souhaitées par les principaux fournisseurs de service Européens ont permis de progresser sur ces sujets. Ceci s est notamment traduit par la définition d objectifs de convergence de type ECIP (European Convergence and Implementation Plan) pour le plan 2005 portant sur les différents types possibles d approches GNSS (NPA, APV, et Cat I). Par ailleurs, la commission Européenne a décidé, en 2004, de financer 50 % des activités d Eurocontrol liées à la préparation de la mise en œuvre opérationnelle des APV EGNOS, au travers d un contrat TEN (Trans European Networks) devant démarrer en 2005, sur trois ans. Les activités identifiées par le groupe DGAC APV EGNOS ont été intégrées dans ce projet, ainsi que des activités liées à la certification d EGNOS et des actions de promotion vers les usagers (par exemple vers des compagnies régionales) En France, la stratégie approuvée aujourd hui par la DNA et le SFACT pour la mise en œuvre des approches basées sur la navigation de surface (RNAV) GNSS et l introduction du guidage vertical APV repose sur deux étapes : 1) Dans un premier temps, des approches de non précision basé sur le GNSS ABAS pour le guidage latéral seront publiées. Le guidage vertical pourra être effectué par les systèmes BaroVNAV pour les avions équipés, jusqu aux minima des approches de non-précision. La première procédure sera publiée à Lille fin 2004, elle sera suivie par une quarantaine de procédures sur des terrains en France Métropolitaine et Outre-Mer. 2) Dans un second temps, les approches APV seront introduites pour l ensemble des usagers avec les APV I ou II EGNOS, ce qui permettra une amélioration de la sécurité et des minima par rapport aux approches de non-précision (NPA). Tant que les questions liées à la sécurité des approches APV/BaroVNAV signalées dans cet article n auront pas été réglées par l OACI, il n est pas prévu d autoriser ce type d approche dans l espace aérien Français. Par ailleurs, un GBAS Cat I est actuellement déployé sur le terrain de Toulouse-Blagnac afin de permettre la certification des Airbus. Il pourrait être envisagé de déployer d autres stations GBAS sur quelques autres sites, en particulier Outre-Mer (hors couverture SBAS). On notera en particulier qu il est nécessaire de mettre en œuvre opérationnellement le GBAS Cat I si l on souhaite préparer correctement la standardisation du GBAS Cat III. Enfin, c est le groupe national de pilotage pour la mise en œuvre des approches GNSS qui fixera le programme de travail et le rythme de déploiement des approches GNSS, donc en particulier les APV EGNOS, dans les prochaines années. JST

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