RADARS ET TRANSPONDEURS
LES TRANSPONDEURS
Introduction
Un transpondeur (contraction des mots anglais transmitter – responder) est un dispositif qui émet une réponse lorsqu'il reçoit une interrogation par radiofréquence. Il s'agit de la partie embarquée du système RADAR de surveillance secondaire. En aéronautique, les avions possèdent des transpondeurs pour aider à leur identification par les radars de l'ATC (contrôleurs aériens) mais aussi comme système anti-collision avec les autres avions. Certaines balises de détresse installées sur les aéronefs se déclenchent en cas de crash et fonctionnent également selon ce principe.
Un peu d’histoire
Les premiers systèmes de transpondeurs ont été développés en aéronautique par les armées britanniques au cours de la Seconde Guerre mondiale. Ce système permettait de reconnaître l'écho radar d'un appareil ami et ainsi pouvoir le différencier d'un appareil ennemi. Les États-Unis ont adopté ce système et l'ont appelé "Identification of Friend or Foe" ou IFF, un terme encore utilisé par les militaires aujourd'hui. Ce concept était au centre de la technologie du NORAD dans la défense de l'Amérique du Nord au cours de la Guerre froide.
Le système est adapté pour le contrôle aérien de l'aviation civile dans les années 1950, en utilisant un radar secondaire.
Les boitiers de commandes
Sur un avion de tourisme, un transpondeur ressemble généralement à la photo ci-dessous. Il regroupe la partie contrôle, affichage et électronique dans un seul bloc.
Sur les avions de tansport Boeing ou Airbus, les constructeurs ont placé le boitier de contrôle du transpondeur sur la console centrale.
Les transpondeurs doivent avoir 4096 capacités. Le nombre 4096 provient du nombre de codes différents que l'on peut créer à partir de 7 chiffres différents par groupes de 4.
Selon le mode d'interrogation, les transpondeurs peuvent fournir le code d'identification, la position de l'avion, l'altitude pression, l'indicatif d'appel et d'autres informations.
CONTRÔLES DES TRANSPONDEURS
Les modes de fonctionnement des transpondeurs sont les suivants :
- STBY,
- AUTO,
- ON.
En outre, l'équipage de conduite peut régler la fonction de rapport d'altitude sur OFF ou ON.
En mode AUTO, lorsque l'avion est au sol, le transpondeur inhibe les réponses des modes A et C et les réponses à tous les appels du mode S. Mais les réponses en mode S sélectif et les squitters (y compris ADS-B OUT) sont toujours actifs.
Un squitter est une transmission non sollicitée. Le DME (Distance Measuring Equipment) a été le premier équipement à utiliser des squitters. Dans les opérations ADS-B, un squitter désigne l'ensemble des données de surveillance diffusées par un transpondeur Mode S capable d'émettre en ADS-B OUT. Les squitters des transpondeurs Mode S sont de deux types : courts (56 bits) ou étendus (112 bits).
Principe de fonctionnement
Les principaux modes de transpondeur
Pour l'aviation civile, il existe 4 principaux modes.
Mode A (Alpha)
C’est le plus basique et le plus ancien des modes. Le transpondeur en mode Alpha transmet une seule information au radar secondaire son code SSR de quatre chiffres entre 0 et 7 inclus. Seule sa position (gisement et distance par rapport à l'antenne) pourra être affichée sur le radar.
Mode C (Charlie)
Le transpondeur fonctionne tout comme le A, mais il transmet en plus de son code SSR une information sur l'altitude de l'aéronef. Celle-ci est déterminée par rapport au calage standard 1013 hPa et se fait par incréments de 100 pieds.
Mode S (Sierra)
L'expansion du trafic aérien a rendu la limite 4096 codes très pénalisante, et il est devenu de plus en plus difficile d'assigner un code unique dans une région de contôle de vol. Pour éviter ce problème chaque transpondeur possède un identifiant unique de 24 bits, sur les 16 777 214 possibles, qui sera attribué par l’OACI ou l’autorité régionale aérienne compétente. Les identificateurs commencent par une séquence de bits reliés à l’autorité locale émettrice (pour la France 0011 10 ) et qui sera suivie d’une série unique de bits pour chaque transpondeur.
Le Mode S permet donc d'établir une interrogation sélective dans laquelle les données comme l'immatriculation ou l'indicatif de l'avion, son altitude ou n'importe quelle autre donnée (vitesse, cap ....) pourront être transmises.
Le Mode S comporte deux modes :
- Le mode élémentaire ELS c'est l'utilisation des informations Aircraft Indentification (ACID) et du code 24 bits par le systéme de gestion des vols.
Ces messages transmettent des paramètres tels que :
- l'adresse 24 bits de l'avion,
- le numéro du vol,
- L'altitude de l'avion,
- Le rapport du RA, etc.
- Le mode enrichi EHS c'est l'enrichissement des applications de surveillance avec les paramètres de bord. Ce mode fait référence à l'ensemble des messages de liaison de données de la surveillance élémentaire ELS plus un ensemble supplémentaire de messages de liaison de données.
Ces messages supplémentaires transmettent des paramètres tels que :
- L'altitude choisie,
- Le réglage de la pression barométrique,
- L'angle de roulis,
- Le taux d'angle de piste,
- Le véritable angle de la piste,
- La vitesse au sol,
- La vraie vitesse de l'air,
- Le cap magnétique,
- La vitesse indiquée,
- Le nombre de Mach, etc.
Ci-dessus: Réponse d’un transpondeur en mode S (cible du bas) et celle en mode A/C (cible en haut)
En Mode S chaque aéronef dispose d’un code d’identification composé de 24 bits ( parmi 56 bits en ELS ou 112 bits en modes EHS)
- Code du Pays 14 bits
- Code de la compagnie 4 bits
- Code de l'aéronef 6 bits
Trois principes fondamentaux de Coopération existent
Surveillance non coopérative Indépendante
- Position aéronef calculée au sol, ne nécessite aucune avionique ;
- Systèmes : Radar primaire (PSR), SMR (radar de détection de mouvement de Surface), MSPSR (PSR multistatique).
Surveillance Coopérative Indépendante
- Position aéronef calculée au sol, aéronef équipé d’un transpondeur fournissant des informations
- Position de l’avion déterminée par les moyens sol ;
- Systèmes : Radar secondaire (MSSR), Multilateration étendue, (WAM), Multilateration de surface (MLAT)
Surveillance Coopérative Dépendante.
- L’aéronef envoie sa position calculée à bord vers le sol via une liaison de donnée ;
- Système : ADS-B et ADS-C Voir ci-dessous
Les différents codes de tanspondeurs
Codes classiques
- 2000 : IFR non contrôlés
- 7000 : standard VFR Europe
- 7066 : ballons sondes
- 7070 : activités de parachutage
- 7076 : Canadair
- 7500 : détournement
- 7600 : panne radio
- 7700 : détresse
Tous les transpondeurs en mode A, C et S comprennent un bouton "IDENT" pour "IDENTIFIER". En appuyant dessus, un bit supplémentaire sera envoyé sur la réponse à l’interrogation, et fera clignoter le plot radar sur l’écran du contrôleur aérien. Dans un espace avec beaucoup de trafic, il n’est pas rare qu’un contrôleur demande à un pilote de faire "transpondeur ident" ou "Squawk ident" pour localiser rapidement l'aéronef parmi les autres.
Ci-dessous: Écran radar de contrôle aérien.
Note - En aviation, nous n'utilisons presque jamais le mot "code". Nous appelons plutôt les quatre chiffres un "squawk". En effet, le mot "squawk" est à la fois un nom et un verbe. Par exemple, si l'ATC décide que vous devez changer votre code transpondeur actuel pour 2641, voici ce que vous entendrez à la radio : squawk 2-6-4-1. Remarquez que les chiffres sont énoncés individuellement. On n'entendrait jamais un squawk donné comme "deux mille six cent quarante et un".
Mode S Transponders (ADS-B)
L'ADS-B (Automatic Dependent Surveillance - Broadcast) est un système de surveillance coopératif pour le contrôle du trafic aérien et d'autres applications connexes.
Mode ADS-B "Out"
Un avion équipé de l'ADS-B détermine sa position par un système de positionnement par satellite GNSS et envoie périodiquement cette position et d'autres informations aux stations sol et aux autres appareils équipés de l'ADS-B "Out" évoluant dans la zone. En outre, votre avion peut recevoir la position d'autres avions dans votre région grâce à leur équipement ADS-B "In" .
En ADS-B c’est le transpondeur qui envoie les données de l’avion tout autour de lui, chaque seconde. La collecte des messages émis à 1 090 MHz peut se faire par une réception au sol ou par les satellites de la constellation IridiumNext.
Pour décongestionner la fréquence 1 090 MHz des radars secondaires, la diffusion périodique du message ADS-B peut aussi se faire, notamment aux Etats-Unis, sur le canal 978 MHz (universal access transceiver : UAT).
Il transmet des informations telles que :
• Sa vitesse indiquée
• Sa position GPS (ou à défaut sa position calculée par centrale inertielle, moins précise)
• Son cap magnétique
• Son altitude
• Sa vitesse verticale
• Son altitude cible sélectée (ADS-B V2)
• etc…
L'ADS-B améliore la sécurité des vols et la prévention des collisions. Les avions équipés de l'ADS-B Out fournissent aux contrôleurs aériens des données de position et d'information de vol très précises.
Cela permet un suivi plus précis des aéronefs par rapport à la technologie radar, qui balaie les informations de position toutes les 5 à 12 secondes.
Mode ADS-B "In"
L'ADS-B "In" reçoit les signaux des seuls avions équipés ADS-B dans la zone et de la station au sol directement sur les instruments de bord. Pour cette raison, la FAA a développé un service appelé TIS-B qui permet au sol d'envoyer à bord des avions la position des avions non équipés ADS-B, mais détectés par les radars au sol. Les aéronefs équipés de l'Mode ADS-B "In" ont accès aux affichages graphiques des conditions météorologiques ainsi qu'aux avis textuels, y compris les activités météorologiques importantes.
Information de trafic sur un Navigation Display.
Antenne sol d'un ADS-B
L’ ADS-B lui-même se décline en plusieurs versions, et peut intégrer plus ou moins de fonctions.
Les réglementations rendant obligatoire l’équipement ADS-B ont déjà été mises en application dans le monde entier, avec prise d’effet aux États-Unis en janvier 2020 et en Europe en juin 2020. D’autres pays sont en train de préparer des mandats pour sa mise en œuvre dans les prochaines années.
Les stations terrestresADS-B sont plus petites et plus adaptables que les tours radar et peuvent être placées à des endroits où le radar ne peut pas l'être. Grâce aux stations terrestres installées dans tout le pays, même dans les zones difficiles à atteindre, l'ADS-B offre une meilleure visibilité, quel que soit le terrain ou les autres obstacles.
Ci dessous Architecture de l'avionique.
