Le rôle des satellites dans l’aviation générale

par Elena Psyllou, Ph. D., Imperial College London et coresponsable du Single Pilot Resource Management and Emerging Technologies Working Group (Groupe de travail sur la Gestion des ressources à bord d’un aéronef monopilote (SRM) et les nouvelles technologies)

Quels sont ces satellites?

Le système mondial de navigation par satellite (GNSS) est une constellation de satellites qui fournissent de l’espace des signaux de positionnement et de synchronisation aux récepteurs GNSS . Les récepteurs utilisent les données pour déterminer leur emplacement. Il y a divers GNSS  : le système de positionnement global (GPS) NAVSTAR des États-Unis (É.-U.), le système Galileo européen, le système GLONASS russe, etc.

Le rendement d’un GNSS est évalué en fonction de l’exactitude, de l’intégrité, de la continuité et de la disponibilité. On peut améliorer le rendement au moyen des systèmes régionaux de renforcement satellitaire^{Note de bas de page 1}. La Federal Aviation Administration (FAA) des É.-U. a élaboré le système de renforcement à couverture étendue (WAAS) pour apporter des corrections au GPS et assurer un niveau certifié d’intégrité pour l’industrie aéronautique. Les corrections sont aussi offertes sans frais aux utilisateurs civils en Amérique du Nord.

Le rendement du GNSS est évalué en fonction de l’exactitude, de l’intégrité, de la continuité et de la disponibilité

Un récepteur GNSS calcule la distance depuis chaque satellite dont il reçoit le signal (figure 1) et détermine ainsi sa position en trois dimensions (latitude, longitude, altitude). Par conséquent, les mesures fiables dépendent autant du récepteur que du GNSS .

Incapacité technique

Les GNSS font preuve d’une fiabilité exceptionnelle, mais ils ne sont pas à l’abri de défaillances techniques. Par exemple, Galileo a subi une panne d’une semaine en juillet 2019. Pendant cette période, les utilisateurs ne pouvaient pas se fier au système pour naviguer ou connaître l’heure et leur emplacement. Puisqu’un récepteur peut se fier à plus d’un GNSS , les utilisateurs de récepteurs compatibles avec Galileo n’ont pas nécessairement eu conscience de ces problèmes. Par contre, la localisation pouvait être moins précise et les récepteurs pouvaient être plus exposés au brouillage. Même si un récepteur produisait des mesures pendant la panne, celles-ci n’étaient pas sans erreurs. Une autre défaillance technique en 2016^{Note de bas de page 2}, lorsque le GPS avait diffusé la mauvaise heure pendant plusieurs heures après la mise hors service d’un ancien satellite, ce qui avait causé des problèmes pour les réseaux cellulaires et les radiodiffuseurs numériques.

Voici les principales préoccupations relatives au rendement technique des GNSS  :

• Disponibilité de satellites : le récepteur doit voir plusieurs satellites pour déterminer son emplacement. Le nombre de satellites dépend de la précision et de l’intégrité requises pour une opération. En général, il faut au moins quatre satellites.
• Géométrie : des satellites visibles qui présentent un faible angle de séparation ne permettent pas une grande précision.
• Effet d’écran du relief : les satellites peuvent ne pas être visibles à un récepteur entouré d’élévations ou d’obstacles, ce qui causerait une perte de signal ou un manque de précision.
• Réflexions par voies multiples : le signal peut être reflété par des collines ou des structures avant d’arriver au récepteur, ce qui entraîne des erreurs de localisation de l’aéronef.
• Interférence et brouillage : le signal satellitaire est vulnérable à l’interférence de diverses sources, y compris des émissions radio dans les bandes voisines, un brouillage intentionnel ou non et des conditions météorologiques spatiales naturelles (p. ex., tempêtes solaires).
• Facteurs externes : le propriétaire du GNSS (p. ex., le ministère de la Défense des É.-U. dans le cas du GPS ) pourrait modifier son système ou même le fermer. Par exemple, un satellite pourrait être déplacé pour améliorer la couverture à un endroit, ce qui réduirait la disponibilité ailleurs.

Saviez-vous que les satellites peuvent être invisibles au récepteur, ce qui produit des erreurs?

Comment utilise-t-on les satellites en aviation générale (AG)?

Détermination de l’emplacement de l’aéronef
En aviation générale, on utilise principalement les systèmes GNSS pour établir la position de l’aéronef, c.-à-d. celle du récepteur, mais on peut aussi les utiliser pour communiquer la position de l’aéronef à d’autres utilisateurs, comme les aéronefs et les services de la circulation aérienne.

En navigation selon les règles de vol à vue (VFR), le pilote surveille la trajectoire de vol en fonction de la latitude, de la longitude et de l’altitude estimées par le récepteur. Voici des exemples des types de technologie (figure 2) :

• Récepteurs emboîtables : ils peuvent intégrer à la fois le système de navigation et de communication et afficher l’information sur un écran (G1000, GTN^TM 650);
• Récepteurs portatifs externes : ils peuvent soit être branchés par câble (p. ex., Bad Elf) ou sans fil à un ordinateur à bord;
• Récepteur intégré à une tablette ou un téléphone mobile.

Un récepteur portatif externe peut être monté n’importe où dans le poste de pilotage, à condition que le récepteur puisse voir les satellites (vue dégagée de l’antenne) et que le pilote puisse voir l’écran du récepteur. Par exemple, l’antenne du récepteur GPS Bluetooth Bad Elf est située sous le logo et l’appareil obtient une meilleure réception lorsqu’il est dirigé vers le ciel avec une vue dégagée. Par conséquent, le récepteur doit être monté sur le dos, l’écran vers le ciel et perpendiculaire au sol, afin de bien voir les satellites. Le pilote doit néanmoins voir l’écran depuis son siège.

Où doit-on monter le récepteur pour assurer une vue dégagée des satellites?

De la même manière, il est tentant de placer une tablette sur ses genoux, comme pour les cartes papier sur la planche à genoux (figure 3). Par contre, cela peut réduire la fiabilité du récepteur GNSS , puisque le signal du récepteur au satellite peut être obstrué par la structure de l’aéronef. On peut éviter ce problème en branchant la tablette à un récepteur externe monté de manière à améliorer son rendement.

Échange des renseignements sur la position
Les pilotes de l’AG peuvent aussi communiquer leur position à d’autres utilisateurs, comme les aéronefs et les services de la circulation aérienne. En navigation selon les règles de vol aux instruments (IFR) dans un espace aérien contrôlé, on communique les mesures de localisation aux services de la circulation aérienne. La surveillance dépendante automatique en mode diffusion (ADS-B) est aussi fondée sur l’échange des renseignements entre appareils et entre un appareil et les services de la circulation aérienne.

Technologies de détection du trafic
En supposant une utilisation à grande échelle de la navigation par satellite, la technologie peut permettre aux appareils de voir et d’être vus autrement que par la détection visuelle. L’ADS-B est un exemple de cette technologie. La technologie FLARM, même si elle est fondée sur les radars plutôt que sur les satellites, démontre les avantages de la détection du trafic dans le cas du planeur. FLARM^{Note de bas de page 3} est un système de détection du trafic et d’évitement des collisions qui est principalement utilisée sur des planeurs. Il permet à un pilote de détecter les planeurs à proximité au moyen des signaux radars diffusés à partir de l’aéronef. Un appareil en métal ou en fibre de carbone bloquerait le signal. L’aéronef doit aussi être équipé du système.

Facteurs humains

Comme nous l’avons vu, les récepteurs GNSS évaluent la position de l’aéronef, mais les mesures peuvent comporter des erreurs. Il revient à l’utilisateur, c.-à-d. au pilote d’ AG , de s’assurer que le récepteur a une vue directe du nombre minimal de satellites et qu’aucune panne n’a été signalée. En cas de rendement réduit du récepteur, le pilote doit quand même se rendre à destination au moyen d’autres méthodes de navigation (p. ex., reconnaissance visuelle de repères). Il ne faut pas oublier qu’un appareil ne fait qu’estimer la position qui est présentée directement au pilote en longitude, latitude, altitude ou est fournie à un logiciel (p. ex., ForeFlight) qui présente la position de l’aéronef sur une carte dynamique. Ces technologies semblent complètes, mais elles ne peuvent aider le pilote pour ce qui suit :

1. choisir les points de cheminement pour vous;
2. observer l’environnement (ne pas fixer l’écran);
3. changer de cap;
4. tenir compte du trafic;
5. choisir une route en fonction de la météo;
6. reconnaître votre état de fatigue.