GPS Nav [PDF]

Zitiervorschau

LE G.P.S       

Historique Principe et systèmes Précision Intégrité Réglementation Utilisation pratique Evolutions Jean Mermoz Formation PN

1

Historique • De nouveaux systèmes de navigation par satellites font leur apparition sous l’appellation G.N.S.S (Global Navigation Satellite System ) • Il existe 2 systèmes à ce jour : – un système militaire américain appelé NAV.S.T.A.R / G.P.S – un système soviétique appelé GLO.NA.S.S Jean Mermoz Formation PN

2

NAVSTAR / GPS NAV S T A R G P S

---> ---> ---> ---> ---> ---> ---> --->

NAVigation System Time And Ranging Global Positionning System

Jean Mermoz Formation PN

3

GLO.NA.S.S GLO

--->

GLO bal

NA S S

---> ---> --->

NA vigation Satellite System

sommaire

Jean Mermoz Formation PN

4

Structure d ’un système G.N.S.S Segment Spatial (satellites)

Segment de Contrôle

Segment Utilisateur ( récepteur GPS )

Jean Mermoz Formation PN

5

Le Segment Spatial  6 plans d ’orbites circulaires inclinées à 55° par

rapport à l’équateur.  chaque orbite contient ( en nominal ) 4 satellites.  période orbitale de 12 heures.  altitude des satellites autour de 20000 km.  Chaque satellites est équipé de 4 horloges atomiques ultra-stables Jean Mermoz Formation PN

6

Constellation de satellites L ’organisation de cette constellation est telle qu’en tout point de la terre on puisse voir le nombre minimal de satellites, c’est à dire 4. Jean Mermoz Formation PN

7

Le Segment de Contrôle Il comprend 4 stations de surveillance et de transmission ( Hawai,Ascencion Island,Diego Garcia,Kwajalein ) 1 station de contrôle principale à Colorado Springs ( USA )

Jean Mermoz Formation PN

8

Le Segment Utilisateur Les différents types de récepteurs classés par nombre de canaux de réception Le nombre de canaux n’influençant pas la précision mais la rapidité de calcul La nature du mouvement du mobile impose le nombre de canaux Jean Mermoz Formation PN

9

Principe de Positionnement... Basé sur la triangulation à partir du temps de transmission d ’un signal émis par un certain nombre de satellites. Le récepteur sélectionne les 4 meilleurs satellites du moment. Jean Mermoz Formation PN

10

Principe de Positionnement… Le récepteur détermine une position unique par rapport à ces 4 satellites.

sommaire

Jean Mermoz Formation PN

11

Précision... Il existe 2 types de prestations fournies par le GPS :  une prestation précise réservée aux usagers autorisés dite « PPS » PPS  une prestation accessible à tous sans restrictions dite « SPS »  SPS Jean Mermoz Formation PN

12

Précision… ...de positionnement : 15 mètres en PPS

100 mètres en SPS

…de navigation : 0.1 à 1 m/s en PPS

non garantie en SPS

Jean Mermoz Formation PN

13

Précision …en pratique • On retiendra : – 100 mètres dans 95 % des cas – 300 mètres dans 99,9 % des cas

• Cette précision étant largement suffisante en VFR, celui ci se pratiquant avec une visibilité minimale d ’au moins 1500 mètres sommaire

Jean Mermoz Formation PN

14

Intégrité Capacité d’un système à avertir l’utilisateur de la dégradation d’une performance.

CONFIANCE

INTEGRITE

Jean Mermoz Formation PN

15

Intégrité... • C ’est le problème majeur des systèmes NAVSTAR/GPS. • Le segment de contrôle peut mettre plusieurs heures pour déclarer hors service un satellite défaillant

Jean Mermoz Formation PN

16

Intégrité Il existe plusieurs solutions pour augmenter l’intégrité de ce système . Ces solutions peuvent être :

 internes et autonomes  externes et centrales

Jean Mermoz Formation PN

17

Intégrité : solution interne • Il s ’agit de la fonction R.A.I.M ou encore Receiver Autonomous Integrity Monitoring • C ’est une fonction remplie par un logiciel intégré au récepteur comprenant 2 parties : – une partie identification ( F.D.I ) – une partie exclusion ( F.D.E ) Jean Mermoz Formation PN

18

F.D.I F  Fault D  Detection I  Identification  Cette fonction nécessite au moins 5 satellites en « vue ».  Elle informe l ’utilisateur sur la validité du calcul de position

Jean Mermoz Formation PN

19

F.D.E F  Fault D  Detection E  Exclusion  

Cette fonction nécessite au moins 6 satellites en « vue ». Elle élimine le satellite défectueux des calculs de position. Remarque : il n’est pas toujours possible d ’avoir toujours 6 satellites en vue

Jean Mermoz Formation PN

20

Intégrité Conclusion : les GPS installés sur certains avions et ayant été homologués, en particulier disposant de la fonction RAIM/FDE permettent de garantir l’information de navigation à un niveau de probabilité souvent supérieur aux moyens de navigations traditionnels Jean Mermoz Formation PN

21

Intégrité : solution externe Il s ’agit de surveiller la constellation GPS par un ou plusieurs satellites géostationnaires. L ’information de défaut étant directement transmise, après vérification par le segment de contrôle, au différents récepteurs. sommaire

Jean Mermoz Formation PN

22

Réglementation Il existe 4 classes d ’homologation des GPS pour le VFR. – Classes A, B et C qui comportent une fonction R.A.I.M. – Classe V (VFR) sans fonction R.A.I.M. me des m o c s le b ta r o p S P G s nsidère le o c n o e u q ti a r p n E : q tilisé en u Rm re t ê t u e p e n le b ta r o un GPS p s r lo s é D . V e s s la c e d F R. V n GPS o ti a ig v a n e d s e ir a t glemen ré s n e y o m s e d t n e em c rempla Jean Mermoz Formation PN

23

Réglementation Les limites de précision admises par la réglementation dépendent des phases de vol Phase En route  2 Nm Phase Terminale  1 Nm Phase Approche  0.3 Nm Nota : ces valeurs constituent le seuil de déclenchement des alarmes du GPS

Jean Mermoz Formation PN

24

Réglementation La réglementation actuelle permet l’utilisation du GPS comme moyen de navigation primaire uniquement dans le cas de GPS homologués (en particulier répondant à certains critères d’intégrité et de prédiction d’intégrité)

note : moyen de navigation primaire ne veut pas dire moyen unique de navigation.

sommaire

Jean Mermoz Formation PN

25

Utilisation pratique Le GPS apporte une « aide » à la navigation en particulier :  sur le positionnement plus précis que les moyens de radionavigation classique  sur le calcul des « estimées » par une connaissance précise de la vitesse sol. Rmq : Le GPS complète les moyens classiques de navigation comme l ’estime et le cheminement ainsi que l’utilisation des moyens de radionavigation.

Jean Mermoz Formation PN

26

Utilisation pratique  En pratique on retrouve pratiquement toujours les mêmes pages sur les récepteurs GPS, à savoir :  une page STATUS  une page POSITION  une page MAP  une page NAV  une page MENU Jean Mermoz Formation PN

27

PAGE POSITION Certainement la page la plus utile du récepteur. On y trouve la position dans les 3 dimensions ( latitude, longitude, altitude ). La route suivie ( magnétique ou vraie ) selon la référence choisie. La vitesse sol du moment. Jean Mermoz Formation PN

28

PAGE MAP  Présente sur une carte un environnement en temps réel de la région où se trouve le récepteur( routes, balises, fleuves, aérodromes..)  Dans cette page des fonctions de zoom et de pointage sont disponibles Rmq : L ’environnement présenté dans ce mode provient d ’une base de donnée qui est stockée dans le GPS dont la mise à jour périodique est recommandée. Par ailleurs le pilote peut augmenter cette base de donnée par insertion de nouveaux points. (attention aux erreurs d’insertion) Jean Mermoz Formation PN

29

PAGE NAV Information relative à un point précédemment sélectionné ( relèvement et distance ). Ecart latéral par rapport à la route théoriquement suivie. La route suivie et la vitesse sol. Le temps pour rejoindre le point sélectionné. Jean Mermoz Formation PN

30

PAGE MENU Permet de configurer son récepteur selon ses préférences.  D’effectuer des calculs sur les quantités carburant,les levers et couchers du soleil,les calculs de vent, … De programmer des routes, des waypoints,…

Jean Mermoz Formation PN

31

Utilisation pratique …

M is e

en

ga rd e. ..

Le GPS peut entraîner :  des erreurs dans les indications du compas magnétique. le suivi d’une fausse route en cas de mauvaise insertion d’un point. des interférences avec les équipements VHF. une « surconfiance » et un relâchement dans le suivi de la navigation.

Attention au risque de perte d’information en cas de panne d’alimentation sur les GPS portables

sommaire

Jean Mermoz Formation PN

32

Evolution LE D.G.P.S ou GPS différentiel Des stations sols en zone terminale surveillent les signaux des satellites et élaborent des signaux spécifiques de correction qui sont envoyés au récepteur GPS. Le support de transmission de ces signaux vers l’avion peut être une fréquence VHF ou via le mode S du transpondeur. Cette amélioration de la précision rendra possible les approches de précision avec un GPS comme moyen primaire de navigation. FIN

Jean Mermoz Formation PN

33

Le T.C.A.S  Système anticollision embarqué entièrement autonome et reposant sur l’utilisation des transpondeurs équipants les différents aéronefs.  TCAS signifie :    

T : Traffic alert C : Collision A : Avoidance S : System Jean Mermoz Formation PN

34

Principe de fonctionnement  Le TCAS interroge le (s) transpondeur (s) situé(s) à proximité.

 Chaque réponse permet au TCAS d ’obtenir :  la distance relative  le gisement  l ’altitude ( si le transpondeur interrogé le permet ) Rmq : ces 3 informations sont visualisées par le pilote de l’avion équipé du TCAS Jean Mermoz Formation PN

35

Volumes de protection du TCAS

On distingue 2 volumes de protection autour de l’avion équipé du TCAS

Un volume intérieur correspondant aux alarmes Un volume extérieur correspondant aux alertes Jean Mermoz Formation PN

36

Principe de fonctionnement A partir de ces informations le TCAS élabore deux types de message qui sont :  soit des avis de trafic ou TA ( Traffic Advisory ) 

soit des avis de résolution ou RA ( Resolution Advisory )

Jean Mermoz Formation PN

37

Avis de trafic… TA  Indique la proximité de l’avion « intrus »  Donne une aide au pilote dans sa recherche visuelle de l’autre aéronef (gisement, distance, altitude* )  Prépare le pilote à une éventuelle action d ’évitement

* si le transpondeur de l ’intrus

transmet cette information

Jean Mermoz Formation PN

38

Avis de résolution…RA  Indique la manœuvre verticale à effectuer pour maintenir ou augmenter la séparation avec l’autre aéronef.  Cette action est matérialisée par une zone de vario autorisés sur le variomètre. t itemen v é ’ d s re Les ord

ent da m e u q i n borés u a l é t n so

Jean Mermoz Formation PN

tical. r e v n a ns le pl

39

Niveau de protection Le niveau de protection assuré par le TCAS est fonction de l’équipement de « l’intrus ». Aucune protection n’est assurée vis à vis des aéronefs sans transpondeur.  Un avis de résolution ne peut être généré que par un « intrus » ayant un transpondeur avec report d ’altitude. Jean Mermoz Formation PN

40

Conclusions  Lorsque l’aéronef est doté d’un transpondeur avec report d’altitude ( mode C ) , celui doit utiliser ce mode en permanence avec le code 7000 en l ’absence de directives particulières.  L’existence du TCAS ne doit pas diminuer la vigilance extérieure. Il doit être considéré comme un outil permettant d’améliorer la sécurité des vols. Fin

Jean Mermoz Formation PN

41