INSTRUMENTS DE RADIONAVIGATION
RADIOALTIMÈTRE
Introduction
Le radioaltimètre ou radio-sonde ou radar altimètre permet de mesurer la hauteur d'un aéronef par rapport au sol ou la surface de l'eau. C'est une aide autonome à la navigation dans les phases d'approche et d'atterrissage.
La hauteur 0 correspond à la position de l’appareil au moment précis où, lors de l’atterrissage, les roues entrent en contact avec le sol.
Le radioaltimètre a un rôle très important dans les approches de précision ILS .
- c’est à partir de la DH (hauteur de décision) affichée sur le radioaltimètre que la décision de remise de gaz ou de poursuivre l’atterrissage est prise.
- en atterrissage automatique (CAT III) c’est le radioaltimètre qui en fonction de la hauteur réelle par rapport au seuil de la piste donne l’ordre au pilote automatique de passer en mode arrondi et réduire la puissance pour l’atterrissage.
Généralement un avion de transport embarque deux ou trois équipements complets de radioaltimètres en fonction de son classement en CAT pour l'atterrissage.
Le radioaltimètre peut être couplé à un système avertisseur de proximité du sol GPWS (Ground Proximity Warning System).
Chaque équipement comprend :
- un émetteur/récepteur installé en soute centrale
- deux antennes identiques, une pour l'émission et l'autre pour la réception placées sous le fuselage à proximité des émetteurs/récepteurs.
Pour mesurer la hauteur de l'aéronef, le radioaltimètre mesure le temps de propagation de signaux radioélectriques émis à bord, et reçus après réflexion au sol reflection(en anglais). Pour cela il utilise le principe de la modulation de fréquence.
Rappel: Principe de la modulation de fréquence
Un signal (porteuse) à amplitude constante mais dont la fréquence varie en fonction de la valeur d’un autre signal (modulant), se transforme en signal modulé en fréquence. Comme dans tous les cas de modulation, le message est un signal basse fréquence BF et la porteuse un signal haute fréquence HF.
Lorsque la tension du signal modulant augmente, la fréquence de la porteuse augmente ; lorsque la tension du signal modulant diminue, la fréquence de la porteuse diminue.
La modulation de fréquence présente comme avantages :
- une puissance d'émission constante
- une meilleure fidélité
- une sélectivité accrue.
- une insensibilité aux parasites.
Principe de fonctionnement
Le radioaltimètre mesure la hauteur vraie de l’avion en mesurant le temps de propagation de signaux radioélectriques émis à bord, et reçus après réflexion au sol.
Le radioaltimètre travaille dans la bande SHF de 4300 MHz, mais les limites protégées de la bande vont de 4200 MHz à 4400 MHz.
L'onde modulée en fréquence par un signal de modulation en dents de scie est émise sans interruption et verticalement vers le sol.
Après réflexion sur le sol, cette onde reçue par l’avion est différente d'une quantité Fb de l'onde émise, car pendant son parcours d'aller/retour la fréquence de l’onde émise a continué à se modifier selon la loi de variation imposée par la modulation.
`Fe =` Fréquence d'émission
`Fr =` Fréquence de réception
`Fb =` Fréquence de battement
`∂F =` Variation maximale de fréquence
`τ =` Durée de l'aller et retour
`Tm =` Période du signal de modulation constante
La mesure consiste à comparer, à chaque instant `t_0`, la valeur de la fréquence de l’onde émise à `t_0 (Fe)` à la valeur de la fréquence de l’onde reçue à `t_0 (Fr)` mais qui a été émise à `t_0 - τ`.
Fréquence de battement : `Fb = Fe-Fr`
On obtient la relation : ` \frac{∂F}{Fb} = \frac{Tm}{τ}`
La hauteur de l'aéronef est alors donnée par :
`h = \frac{Tm.c.Fb}{2.∂F}`
Modes de fonctionnement
Les radioaltimètres utilisent généralement trois modes de fonctionnement :
Le mode recherche
Si le signal reçu ne permet pas une mesure valide, le radioaltimètre passera automatiquement en mode recherche, afin d'explorer en partant de zéro successivement diverses altitudes. Après avoir obtenu une mesure valide il repasse en mode poursuite. Si pendant la recherche aucune mesure valide est obtenue, une alarme apparaitra sur l'instrument de bord.
Le mode poursuite
C'est le mode normal. Le signal reçu permet d'obtenir une mesure valide.
Le mode contrôle
Le radioaltimètre envoie périodiquement des signaux test, puis contrôle les résultats ainsi obtenus pour s'assurer en permanence l'intégrité de son fonctionnement. En cas de défaut une alarme apparait sur l'instrument de bord.
Schéma de principe
Bien que les antennes d'émission et de réception soient à proximité du boîtier électronique, la vitesse de propagation dans les câbles n'est pas la même que dans l'air libre il en résulte donc des erreurs. Pour corriger ces erreurs le calculateur du radioaltimètre est calibré en tenant compte d'un délai prédéterminé, appelé AID (Aircraft Installation Delay).
La précision du radioaltimètre est de plus ou moins 2 % de la hauteur.
Présentation des informations
Ci-dessous un instrument de radioaltimètre classique. En bas à gauche le bouton pour afficher la DH (hauteur de décision), l'index est placé sur 200 ft. L'échelle de ce radioaltimètre est de 0 à 2500 ft avec une dilatation de l'échelle de 0 à 500 ft. Le voyant ambre en haut à gauche s'allume lorsque la DH est atteinte et restera allumé jusqu'au sol. En cas de panne un drapeau (FLAG) apparait.
Sur les aéronefs équipés d'instruments EFIS (Electronic Flight Instrument System) la sélection de DH ainsi que le mode s'effectue sur le panneau "Control Panel" situé sur le bandeau du tableau de bord. Sur l'image ci-dessous la DH est reportée sur le PFD (Primary Flight Display) en bas à droite. Lorsque l'aéronef arrivera à DH un voyant ambre en bas au centre clignotera 3 secondes puis restera allumé jusqu'à l'atterrissage.
Zone d'exploitation du radioaltimètre
Une aire de fonctionnement du radioaltimètre devrait être établie dans l'aire de pré-seuil d'une piste d'approche de précision de catégorie II et III et, lorsque cela est possible, dans l'aire de pré-seuil d'une piste d'approche de précision de catégorie I.
- Longueur de la zone :
L'aire de fonctionnement du radioaltimètre doit s'étendre avant le seuil sur une distance d'au moins 300 m.
- Largeur de l'aire :
L'aire d'utilisation du radioaltimètre doit s'étendre latéralement, de chaque côté du prolongement de l'axe de la piste, sur une distance de 60 m, sauf que, lorsque des circonstances particulières le justifient, la distance peut être réduite à 30 m au moins si une évaluation de la sécurité indique que cette réduction ne compromet pas la sécurité de l'exploitation des aéronefs.
