Les systèmes de radionavigation. Les systèmes de radionavigation. Les systèmes de radionavigation. Principes de base

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1 Les systèmes de radionavigation Navigation à vue -> Difficile, impossible lorsque les conditions atm. sont mauvaises ou dès que l'avion dépasse une vitesse. Les 1 ièrs usagers de la radio ont réalisé son utilité pour naviguer. Les systèmes de radionavigation Les 1 ières applications de la radionavigation -> Prise de relevés directionnels des transmissions radios de l'avion par des stations terrestres qui pouvaient, Partriangulation, dét. la position de l'avion, puis en informer le pilote. Mais après la 2 ième guerre mondiale, la radionavigation est une nécessité pour l'évolution commerciale de l'aviation. 1 2 Les systèmes de radionavigation - Le radiogoniomètre automatique ADF - Le radiophare omnidirectionnel VOR - L'équipement de mesure de distance DME - Le système d'atterrissage aux instruments ILS - Le système d'atterrissage micro-ondes MLS - Le radioaltimètre - Le radar météo 3 4 Principes de base Onde EM Mvt ondulatoire transversal créé par la variation d'un courant électrique. 2 composantes: 1) Champ électrique (E) et 2) Champ magnétique (H). Les 2champs E et H sont alternatifs en phase, perpendiculaires entre eux et à la dir. de propagation de l'onde

2 3 types d ondes EM Fréquence et longueur d'onde 1) Ondes radioactives (rayons cosmiques, gamma et X) 2) Ondes lumineuses et 3) Ondes hertziennes -> Onde EM caractérisée par: Fréquence < Hertz (Hz) > ou en cycles/sec., Longueur d'onde < m > Vitesse lumière = Fréquence * Longueur d onde 7 8 Ondes Hz Ondes Hz : Fréquences = 1 khz GHz Le spectre Hz est subdivisé en bandes. Figure dans les notes -> Identification des bandes de fréquences 9 10 Les phénomènes liés à la propagation Les ondes EM se propagent à travers l'atmosphère -> Phénomènes -> Performance des systèmes de navigation et de communication. Ces phénomènes sont : L'interférence, La réflexion et la réfraction, La diffraction. L interférence L'interaction de 2 ou plusieurs ondes EM Cette interférence est : constructive (ondes en phase) destructive (ondes déphasées -> Déphasage max = < π rad > ) 2 ondes de même fréquence s'annulent

3 L interférence 2 signaux de fréquences différentes interfèrent -> Battement. Signaux que l'on désire transmettre par radio -> fréq. impossibles à transmettre directement sous formes d'ondes Hz. En superposant le signal d'intérêt avec l onde appelée porteuse - modulation -> Transmettre le signal à distance et sans brouillage. Figure Phénomène de battement L interférence 3 formes de modulation 1) En amplitude, où le signal d'intérêt changera l'amplitude de l'onde porteuse 2) En fréquence, où le signal d'intérêt changera la fréquence de l'onde porteuse 3) En impulsion, où l'onde porteuse sera transmise par impulsion. La réfraction et la réflexion Lorsqu'une onde rencontre un milieu d'indice de réfraction différent -> l onde se propage. Une partie de l'énergie du signal sera réfléchie, tandis que l'autre continuera son chemin, mais avec une déviation dépendante de la sévérité du changement d'indice de réfraction La diffraction Ce phénomène permet à une onde de suivre la courbure d'une surface. L'habileté de profiter de ce phénomène dépend du matériau dont la surface est constituée et la fréquence de l'onde. La propagation des ondes Les phénomènes de propagation vont créer 3 types d'ondes EM 1) L onde directe (ou l onde d'espace), 2) L onde ionosphérique (ou l onde de ciel), 3) L onde de diffraction (ou l onde de sol)

4 Onde directe Onde directe L'onde qui circule en ligne droite entre 2 points sans avoir à affronter d'obstacles -> Difficile Cette onde -> Meilleure stabilité et L'atténuation de la puissance du signal en cours est réduite. La courbure de la terre présente donc une limite ultime quant à la portée de l'onde directe. En tenant compte que l'un des postes radio serait situé au sol, cette portée peut être calculée à l'aide de la figure dans les notes de cours L'onde de sol (ou OS) Se produit aux plus basses fréquences (VLF et LF/MF) et Sa portée est fonction de: puissance de l'émetteur, de la fréq. du signal, de la nature (i.e. conductivité), du sol (plus faible si la fréquence est basse et sur mer). Les fréquences < 1700 khz adaptées à la radiogoniométrie car elles seront peu affectées par les interférences, et ont une bonne OS. 21 L onde ionosphérique (OC) Sous l influence des rayons solaires -> Les hautes couches de l atm sont ionisées et réfléchissent les ondes EM La portée de l OC se produit en fonction de la: fréquence (HF), niveau d ionisation qui varie du jour à la nuit et des saisons -> Son utilisation difficile 22 Phénomène de Fading Les bruits EM s OS et l'onde ionosphérique d'un signal interfèrent et provoque le Phénomène de Fading. Aux fréquences moyennes -> Zone de Fading peut s'étendre de 200 à 500 km de l'émetteur. Lorsqu'un récepteur reçoit 1 ou plusieurs ondes Hz, il reçoit une quantité de bruit EM. Pour pouvoir opérer correctement -> Puissance de l'onde reçue va dépasser le niveau de bruit ambiant par un rapport min

5 Les bruits EM s Sources de bruit EM s incluent : Bruits internes causés par le récepteur ou le système luimême - Bruits de provenance externe naturelles tels que les bruits parasites, ou ceux causés par la foudre, - Bruits parasites électriques causés par l'avion, - Brouillage provenant d'émissions sur des fréquences voisines à celles utilisées par le système, ou des harmoniques de ces signaux. Figure -> Position des antennes sur le RJ L ADF Principe d'opération L ADF - Doyen des instruments de radionavigation et le plus simple. Outil de la navigation aux instruments. Mesure le gisement d'une émission provenant d'un radiophare omnidirectionnel (NDB), d'une radiobalise (Locator) / d'un poste AM opérant dans la bande MF. L ADF Principe d'opération (suite) - Gisement mesure la pos. d'un point par rapport à un plan vert. aligné (dit en azimut) avec l'axe long. de l'avion qui repr. le gisement de 0 0 mesuré dans le sens horaire. - Le relèvement mesure la position en azimut d'un point par rapport au N m L ADF L ADF

6 Le système ADF 1) Récepteur ADF 2) Antenne à cadres 3) Antenne de lever de doute 4) Indicateur de gisement Antenne de lever de doute - Fil de 2-5 m sur le dessus de l avion - A l isolateur sur le dessus du fuselage -> Se prolonge jusqu à l empennage Antenne à cadres Antenne à cadres ancienne - Perçoit le gisement R m de l'avion vers la station - Tourner à la main pour Capter les signaux max et min d une station Antenne à cadres - Anneau de metal -> - Bobinages de fils isolés -> - Dans un carénage, sous le fuselage, à l avant Antennes de l ADF L'antenne de lever de doute -> L onde RF sous forme omnidirectionnelle - Saisir le champ vertical électrostatique E

7 Antennes de l ADF L'antenne à cadres (suite) - L onde RF sous forme bidirectionnelle (8) - Saisir le champ horizontal électrostatique H - Combinaison des : Antennes à cadres et Antennes de lever de doute -> Antenne sous forme de lame -> Montée sur le dessus du fuselage Récepteur ADF digital -> Sélection rapide et précise de la station choisie -> Reçoivent les stations réparties sur LF et MF Récepteur ADF (suite) - Reçoit et convertit l info de l antenne -> déplacement de l aiguille de l I.G - Sélecteur de fonctions à 5 positions : EXR, ADF, REC, BFO, OFF Récepteur ADF (suite) Récepteur ADF (suite) Position REC (ANT) -> -> L'antenne de lever de doute (en circuit) L'antenne à cadre et l'i.g. (hors circuit) Position REC (ANT) suite -> - Fonctionne comme un récepteur L/MF - Capte émissions en phonie de la station affichée -> - L identification et à l écoute des stations

8 Position ADF -> Récepteur ADF (suite) - L antenne à cadres (mise en circuit) - L antenne de lever de doute (signal reçu par) Reception audio de la pos. REC retenue -> Pilote baisse le volume -> L identification positive de la station -> Radio ralliement Position EXR -> - Choisir une portée accrue - Pour la réception nette et puissante de signaux émis par stations très éloignées. 45 Position BFO -> ( Oscillateur de battement ) - Utiliser pour l accord de signaux non-modulés - Signaux émis par stations des pays étrangers - Pas conçue pour être utilisée avec signaux modules émis par stations de radiodiffusion commerciale et stations aéro LF ( Canada & USA). 46 Position BFO -> L indicateur de gisement - Permet d entendre l indicatif en morse à travers la tonalité du signal non modulé - 1 fois la station réglée et identifiée -> Sélecteur de fonction remis sur ADF 47 Aiguilles et Cadran d azimut gradué de 0 0 -> ) Indicateur à limbe fixe 2) Indicateur à limbe mobile 48 8

9 L indicateur de gisement à limbe fixe - Nez de l avion orienté sur le 0 (indép. du C m ) Indicateur de gisement L indicateur de gisement à limbe mobile - Pilote tourne le cadran d azimut -> au cap de l avion indiqué par le conservateur de cap et le compas magnétique L antenne à cadres qui détecte R m de la station -> Alignée sur l axe longitudinal de l avion L'ADF -> Dans un avion qui suit C m = L antenne à cadres mesure, en sens horaire, le nr. de deg. (l axe long. de l avion et la station) = GR RM ( QDM ) = CM + GR 51 L'IG à limbe fixe -> GR = p.r. à l avion -> QDM = L'IG à limbe mobile -> - Afficher R m de la station 9 12 GR = > R m = Navigation à l'adf IG à limbe fixe Station Nez Queue Station Station Station

10 Navigation à l'adf (suite) IG à limbe mobile - L avion suit C m = Station Nez Queue Navigation à l'adf (suite) Avion -> Suivi d une route -> Verticale de la station sur l ADF Sur le cap de rapprochement -> L aiguille -> Station Station Station 55 Dès le passage de la station -> L aiguille -> Navigation à l'adf (suite) Avion -> Route -> - Passe la station au bout de l'aile droite Avion s'approche / dépasse la station -> - L aiguille passe de > L avion conserve un cap constant -> Interception d'une route ADF Le pilote désire suivre une route -> Station ADF / NDB à plusieurs milles de l'aéroport Route à intercepter par le pilote -> - Le prolongement de la R m (NDB-> l'aéroport) -> Suivre -> Au - dessus de la station au cap -> Aéroport - L'aiguille ne pointe pas vers Interception d'une route ADF (suite) Après avoir affiche la station -> Le pilote choisit le C m -> L'interception de la route pour rallier l'instal. ADF Interception d'une route ADF (suite) GR = RM CM -> Calculer GR Affiché sur l ADF -> Intercepter la route désirée

11 Interception d'une route ADF (suite) Route intercepté pour rallier le NDB R m = C m pour l interception = > GR = (par l ADF) Interception d'une route ADF (suite) Sur le point d intercepter la route -> Pilote fait un virage -> IG -> > Pilote conserve l aiguille sur > Verticale de la station Interception d'une route ADF (suite) Comment le pilote doit s'en prendre pour choisir le bon cap à suivre? Interception d'une route ADF (suite) - Le pilote va prendre le cap -> L'établir sur la route parallèle à la route voulue - Vérifier l indicateur de l ADF -> Angle d interception = Double Interception d'une route ADF (suite) On va intercepter une route -> Station ADF R m en rapprochement = Prendre le cap = Notez sur l'indicateur de l'adf -> Station à votre droite -> GR = Interception d'une route ADF (suite) -> Angle d'interception = et Suivi de la R m = IG -> GR = > Intercepter route désirée

12 Positionnement à l ADF Calculer sa position avec de radiophares ADF Affichage de la fréquence de la station -> GR de la station NDB ou de la station de radiodiffusion commerciale en dehors de la route L'aiguille de l'indicateur ADF -> Direction où se trouve la station p.r. au cap / l'axe longitudinal de l'avion -> GR partant de l'avion -> station Tracer une ligne de position sur la carte aéronautique - R m de la station -> R v (Appliquer la déviation et la déclinaison) => Fig. 14 Figure -> GR de la station à partir de l'avion = 30 0 C c de l'avion = > QDM de la station = Déviation = 5 0 Ouest ; Déclinaison = 10 0 Ouest -> R v = R v -> Ligne de position sur la carte aéronautique Tracer sur la carte -> Ligne avec l origine = station (Utiliser la réciproque du relèvement) Cette Ligne = Ligne de position sur laquelle se trouve l'avion au moment où R a été fait 2 ou plusieurs R pris à partir des stations différentes Tracer les lignes de position sur la carte -> Position exacte de l'avion (par triangulation)

13 Figure 14 -> L'angle entre les lignes de position > 30 0 Installation ADF double 2 radiocompas automatiques Le pilote -> 2 relèvements simultanés à partir de 2 stations distinctes 73 Rallier une station -> Gisement continu -> Permet de connaître sa position en tout temps 74 Pilote affiche le 1 er ADF sur station avant Pilote affiche le 2 ième ADF sur station arrière Vent déporte l'avion à gauche de la route 2 aiguilles ne pointent plus sur R réciproques Pilote change de cap vers la droite Aiguilles soient de nouveau alignées -> lui indiquant qu il a regagné sa route 75 Pour le reste du vol -> -Pilote maintient le cap -> -Garder aiguilles sur caps réciproques Installation double -> -Pour correction de la dérive lors du radioralliement 76 Correction de la dérive -> Afficher la fréquence d'une station à l'avant et d'une station à l'arrière Cap ajusté -> Garder 2 aiguilles alignées sur R réciproques Installation double -> Utile au pilote exécutant des circuits d'attente aux instruments au-dessus d'un NDB Maintenir trajectoire d'approche -> Piste

14 Erreurs du système ADF 1) Erreur quadrantale Erreurs du système ADF 1) Erreur quadrantale (suite) Erreur semblable à la déviation du C m Causée par la réfraction Déformation des ondes radio -> Structure métallique de l'avion Minimale aux points cardinaux Maximale aux points intermédiaires Majorité des récepteurs ADF prévus pour - Effectuer la correction de l'erreur L'antenne à cadres -> - Installe dans un endroit ou Facteur correctif intégré dans l équipement = L erreur quadrantale causée par l avion Calcul de l erreur quadrantale par régulation au sol et en vol L erreur < 10 0 et Système aux points cardinaux -> L'erreur n'affecte pas le fonctionnement de l'adf ) Oscillation de l'aiguille Fluctuations causées par : 1) Mauvaise interférence statique 2) Signal faible 3) Avion à mi - chemin entre 2 stations qui émettent sur la même fréquence 83 2) Oscillation de l'aiguille (suite) Quand l oscillation est importante / L aiguille semble courir -> Moyenne des oscillations -> Cap moyen 84 14

15 3) Effet de nuit Bandes de fréquences LF/MF -> Ondes d'espace et des ondes de surface ADF réagit aux ondes de surface 85 3) Effet de nuit (suite) La nuit -> Ondes d'espace plus fortes que le jour Ondes d'espace arrivent de n'importe quelle dir. (dépendent de la façon et de l'endroit) -> Erreurs instr. 86 3) Effet de nuit (suite) IG se déplace -> L'onde d'espace change Plus la station est éloignée -> 3) Effet de nuit (suite) A dist. min. de la station = m.m.-> L'effet de nuit disparaît. L'effet de nuit plus prononcé aux fréquences plus élevées. Plus l'effet de nuit prononcé ) Effet de nuit (suite) Radioralliement -> à une station de radio comm. Plus affecté que le radioralliement à partir de NDB Minimiser l'effet de nuit -> Choisir une station de LF pour le radioralliement 4) Effet de terrain 4.1) Effet de côté 4.2) Effet de relief 4.3) Dépôts de minerais

16 4.1) Effet de côté - Changement de direction de la trajectoire des ondes radio (Terre -> Mer) 4.1) Effet de côté (suite) Angles plus grands -> Déviation négligeable -> R pris sur une station terrestre depuis un avion au-dessus de l eau sont imprécis -> Lorsque R effectués au-dessus de l eau -> Stations sur la côte (Stations marins) Stations -> R à des angles > 30 0 p.r. au littoral Angle inf. à 30 0 p.r. à la côte ) Effet de relief Terrain montagneux -> Signal réfléchi par versants Signal parvient à l'antenne à cadres ADF -> Provient de la station ) Effet de relief suite R erronés / incertains -> Enregistrés sur l'ig ADF 4.3) Dépôts de minerais Faire dévier l'aiguille de l'adf 94 5) Glace et neige fondante - Sur les antennes -> Causer lectures d'aiguille erronées Affaiblir puissance des signaux 6) Parasites atmosphériques - Se rencontrer sur les bandes LF/MF au cours des vols dans la pluie / neige -> Imp. -> Gêner le bon fonctionnement de l'aiguille qui pointera dans mauvaise dir

17 Réception du signal sonore -> Mauvaise -> Impossible d'identifier la station Atténuer effets nuisibles des parasites -> Réduire vitesse de l'avion Orages -> Électricité statique Gênent ondes radio LF/MF et Occasionnent lectures erronées sur l'adf 97 17