INSTRUMENTS   DE   RADIONAVIGATION

DISTANCE MEASURING EQUIPMENT


Introduction

LE DME permet de mesurer la distance qui sépare un aéronef d'une balise au sol en chronométrant le temps que met une impulsion radioélectrique UHF pour faire le trajet aller et retour entre l'avion et la station sol. Cette distance est une distance oblique et non réelle. Donc lorsque l'aéronef survole la verticale de la station sol l'instrument à bord indique la hauteur de l'aéronef.
La portée d'un DME est une portée optique soit environ 200Nm et sa précision est d'environ 0,25 Nm soit (+/- 0,25 % de la distance).

DME survol station

Station sol

Actuellement on peut considérer qu'il existe deux types d'installation de DME :
a) - DME/N : ce système répond principalement aux exigences opérationnelles de la navigation en route.
La lettre N ( “Narrow”) signifie spectre étroit.
b) - DME/P : ce système est développé pour être utilisé avec un système d‟atterrissage MLS. Les caractéristiques de spectre sont les mêmes que celles du DME/N.
Le P signifie : mesure précise de la distance et il utilise le codage de type Y.
Ci-dessous une station sol DME appelée également transponder en anglais, à ne pas confondre avec l'instrument de bord transpondeur utilisé pour le radar secondaire.

DME antenne station

Principe de fonctionnement

Un émetteur/récepteur à bord de l’aéronef envoie des paires impulsions codées vers la station au sol sur une fréquence. Après un retard de 50µs pour le canal X et 56µs pour la canal Y la balise sol transmet à son tour des paires impulsions sur une fréquence décalée de 63MKz. Le temps nécessaire pour le voyage aller-retour de cet échange de signal est mesuré par l’instrument DME de l’aéronef puis est traduit et affiché en distance (miles nautiques).
Exemple:   Si l'aéronef envoie à t 0 une interrogation et reçoit à t 1 la réponse,
le temps mesuré de l'aller et retour est de:
DME Formule temps
et la distance oblique de l'aéronef à la balise sol:
DME Formule distance
Le DME fonctionne dans la gamme des fréquences UHF entre 962 et 1150 MHz pour l'interrogation et entre de 962 et 1213 MHz pour la réponse. L'espacement entre deux canaux est de 1 MHz et pour éviter les interférences entre interrogation et réponse, les fréquences d'interrogation (avion) et réponse (station sol) diffèrent de 63 MHz.
Exemple:   - l'interrogation se fait sur la fréquence 965 MHz
                   - la réponse se fera sur la fréquence 965 + 63 = 1028 Mhz.
Ce couple de fréquences est appelé canal.
L'IFF (Identification friend or foe) ayant le même principe de fonctionnement utilise les fréquences 1030MHz pour l'interrogation et 1090 pour la réponse. Ces deux fréquences sont réservées et ne sont pas disponibles pour l'aviation.

Les impulsions

Toutes les impulsions, calibrées et modulées sont espacées d'un certain temps entre elles. Il est donc possible d'émettre sur plusieurs canaux différents en jouant sur l'espacement des deux impulsions d'une même paire.
Deux formats de canaux sont actuellement utilisés le Mode X et le Mode Y
Mode X l'espacement entre 2 impulsions est de 12µs

DME shema des impulsions

Mode Y l'espacement entre 2 impulsions est de 36µs en interrogation et 30µs en retour


DME shema des impulsions

Un utilisant les 2 modes on obtient 256 canaux disponibles. Les nouvelles stations sol peuvent répondre à 100 voire 200 interrogateurs en même temps, c'est à dire 2700 à 4800 paires d'impulsions par seconde. Alors que les anciens équipements DME au sol sont généralement limités à 100 interrogateurs soit 2700 paires.
En réalité les impulsions émises par l’avion et par la station sol sont de forme gaussienne et doivent respecter des normes strictes édictées par l'OACI.
    - Tm Temps de montée 2,5µs
    - Ti   Largeur de l'impulsion à mi-amplitude 3,5µs
    - Td  Temps de chute 2,5µs
Avec une tolérance de plus ou moins 0,5µs

DME impulsions Gausse

Fontionnement du DME

Après l'affichage d'une fréquence manuelle ou automatique, l'interrogateur passe en phase recherche et émet environ entre 120 et 150 paires impulsions (interrogations) de manière à déterminer un intervalle de temps constant entre l'émission et le retour du signal. La récurrence des impulsions d'interrogation est affectée de fluctuations aléatoires propres à chaque équipement de bord, dans le but de pouvoir distinguer parmi toutes les impulsions reçues à bord celles qui sont synchrones des impulsions d'interrogation. Après la transmission de l'impulsion le récepteur écoute les répliques sur une période de 2466µs.
Lorsque plus de 50% des paires d'impulsions envoyées sont identifiées en retour par le récepteur de bord, ce dernier calcule la distance et passe en mode poursuite.
Dans le mode poursuite 20 ou 30 paires d'impulsions sont émises par secondes de façon à actualiser les calculs de distance.

Le DME a un rayonnement omnidirectionnel et sa portée correspond à une portée optique donc elle augmente avec l'altitude de l'aéronef, mais elle dépasse rarement les 200Nm (370Km) sur la plupart des appareils.
Sa précision est de l'ordre de 0,2 Nm et il est quasi insensible aux perturbations atmosphériques.
Rarement implanté seul le DME est généralement couplé à un VOR ou à un ILS , dans ce cas l'utilisateur affiche uniquement la fréquence du VOR ou de l'ILS. Le DME peut également être associé à un locator (ADF) pour une approche sur un aérodrome.
Chaque DME a son propre indicatif en trois lettres. Celui-ci est émis en morse sur la fréquence de 1350 Hz tous les 40 secondes. Toutefois, lorsqu'il s'agit d'une station jumelée VOR/DME, VORTAC ou ILS/DME l'identification est identique.

Emetteur - Récepteur

Station sol

Deux versions de station sol DME existent. L'une dite « DME en route » souvent associée à un VOR, possède une puissance d'émission de 1 KW . L'autre version « DME atterrissage » généralement associée à un ILS possède une puissance de 100W obtenus par la suppression de l'amplificateur 1 KW et de son modulateur.
L'antenne de la station de l'émetteur et du récepteur est commune. Un contrôle permanent des fréquences d'émission et de réception est effectué afin d'éviter tout dysfonctionnement pouvant entraîner des erreurs.

DME shema station qu sol

Instrument de bord

- Interface antenne: permet de dissocier la transmission et la réception du signal hertzien support de l'information et assure la conversion "hertzien-électrique".
- Chaîne d'émission: élabore les signaux modulant et modulé et amplifie le signal modulé.
- Chaîne de réception: effectue un changement de fréquence du signal UHF reçu et le démodule.
- Synthétiseur de fréquence: élabore les porteuses d'émission et de réception ainsi que les signaux de commande nécessaires à la détermination des stations recherchées.
-Calcul et contrôle: cette fonction élabore (calcul, correction) et transmet les informations à l’afficheur, le signal audio, les informations nécessaires au contrôle et à la neutralisation de la chaîne de réception et le signal d’horloge nécessaire au pilotage du synthétiseur.

DME shema Instrument de bord

Boîtier de commande

Ci-dessous un boitier DME indépendant avec sélection des fréquences, affichage de la distance, de la vitesse sol et du temps pour rejoindre la station sol. Attention la vitesse sol et le temps ne seront valables que si l'aéronef se rapproche ou s'éloigne sur un radial constant de la station et qu'il se trouve à une distance raisonnable (mesure oblique).

DME boitier Tab de bord

Présentation des informations

Dans le cas d'un VOR et d'un DME implantés sur le même site, la fréquence VHF pour le VOR et la fréquence UHF pour le DME sont toujours appariées. L'indication de distance DME peut alors être affichée sur le HSI (horizontal situation indicator) ou sur le RMI (Radio Magnetic Indicator).

Ecran VOR DME et RMI

Affichage sur un écran EFIS Navigation Display. En Europe la couverture VOR/DME étant très dense, certains aéronefs équipés de FMS (Flight Management System) utilisent automatiquement par l'intermédiaire des FMC (Flight Management Computers) les VOR/DME en faisant des points de triangulation pour la gestion de leur navigation. Ce système remplace les centrales à inertie.

DME Navig Display

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