Sky Licence
AV — AvioniqueChapitre 6 · 94 questions pratiques

Chapitre 6 : Systèmes de navigation — VOR, ILS, DME, ADF, GPS, GNSS, Transpondeur

Comprend 8 diagrammes animés — voyez-les en direct dans le lecteur de théorie interactif.

1. Aperçu du Chapitre

Ce chapitre couvre les principes fondamentaux, l'installation, le fonctionnement et le dépannage des principaux systèmes de navigation et de surveillance utilisés dans l'aviation générale et commerciale. La maîtrise de ces systèmes est cruciale pour le Technicien d'Entretien d'Aéronefs (TEA), car elle permet de diagnostiquer des pannes complexes, d'effectuer des inspections de vol et de garantir la conformité aux réglementations de navigabilité.

Les systèmes abordés sont :

  • VOR (VHF Omnidirectional Range) : Navigation à courte et moyenne portée.
  • ILS (Instrument Landing System) : Guidage de précision pour l'approche et l'atterrissage.
  • DME (Distance Measuring Equipment) : Mesure de distance oblique.
  • ADF (Automatic Direction Finder) : Radiocompas pour la navigation non directionnelle.
  • GPS/GNSS (Global Positioning System / Global Navigation Satellite System) : Navigation par satellite.
  • Transpondeur (Mode A/C/S) : Identification et surveillance radar.

L'objectif est de comprendre non seulement le fonctionnement de chaque système, mais aussi les interactions entre leurs composants et les causes de défaillance les plus probables lors des tests et inspections.

2. Concepts Clés et Analyse Technique Approfondie

2.1. VOR (VHF Omnidirectional Range)

Le VOR est un système de navigation radio qui fournit un azimut (relèvement) par rapport à une station au sol. Il fonctionne dans la bande VHF (108.00 – 117.95 MHz).

  • Principe de Fonctionnement : La station au sol émet deux signaux :
VOR — comparaison de phase du signal de référence et du signal variable VOR — comparaison de phase du signal de référence et du signal variable STATION AU SOL VOR Signal de référence Omnidirectionnel — FM 9960 Hz Signal variable Directionnel — rotation 30 Hz Émission RÉCEPTEUR VOR DE L'AVION Antenne DÉTECTEUR DE PHASE Compare les phases des deux signaux Défaut de linéarité possible Réf. Var. Δφ RADIAL Δφ ∝ angle radial (0° à 360°) Ex: 090° = 90° Indicateur TO/FROM Logique selon phase Déphasage 180° = inversé ERREURS DE RELÈVEMENT VARIABLES • Défaut de linéarité du détecteur de phase • Erreur varie selon le radial (ex: correct à 360°, erreur de 10° à 30° à 090°, 180°, 270°) • Dérive : l'erreur augmente avec la distance Signal de référence FM 9960 Hz Signal variable 30 Hz Différence de phase = radial Sortie relèvement
  1. Un signal de référence omnidirectionnel, modulé en fréquence (FM) à 9960 Hz.
  2. Un signal variable directionnel, dont la phase varie avec l'angle autour de la station (rotation à 30 Hz).

Le récepteur VOR de l'avion compare la phase de ces deux signaux. La différence de phase est directement proportionnelle au relèvement (radial) de l'avion par rapport à la station.

  • Composants Clés et Pannes Associées :
  • Détecteur de Phase : C'est le cœur du récepteur VOR. Il compare les phases des signaux de référence et variable.
  • Défaut de linéarité : Cause une erreur de relèvement qui varie en fonction du radial. Par exemple, le relèvement peut être correct à 360° mais présenter une erreur de 10°, 20° ou 30° à 090°, 180° ou 270°. C'est la panne la plus fréquente pour des erreurs de relèvement non constantes.
  • Déphasage de 180° : Inverse la logique TO/FROM ou donne un relèvement opposé (erreur de 180°).
  • Dérive : L'erreur de relèvement augmente avec la distance, car le signal est plus faible et le détecteur devient plus sensible aux imperfections.
  • Antenne et Câble : Un désadaptation d'impédance du câble d'antenne entraîne une perte de signal, mais pas une erreur de relèvement spécifique. Un câble d'antenne défectueux peut provoquer des fluctuations du signal.
  • Indicateur TO/FROM : Déterminé par la relation de phase. Un défaut dans le détecteur de phase ou un câblage inversé peut provoquer une indication erronée (ex : "TO" affiché alors que l'avion s'éloigne de la station).
  • Tests et Tolérances :
  • Un test au sol avec un équipement de test VOR est la méthode standard pour vérifier la précision du relèvement.
  • Une erreur de relèvement constante sur tous les radials indique généralement un problème d'étalonnage du récepteur.
  • Une erreur variable avec le radial indique une non-linéarité du détecteur de phase.
Diagramme — Systèmes de navigation — VOR, ILS, DME, ADF, GPS, GNSS, Transpondeur SYSTÈMES DE NAVIGATION AÉRONEF VOR – ILS – DME – ADF – GPS – GNSS – Transpondeur Aides radio au sol VOR VHF Omnidirectionnel 108–118 MHz DME Distance Measuring Equip. 962–1213 MHz ILS Localizer Alignement piste horizontal 108–112 MHz ILS Glideslope Angle de descente 3° 329–335 MHz ADF Automatic Direction Finder 190–1750 kHz Récepteurs de bord NAV Receiver VOR/LOC DME Interrogateur Interrogation sol ADF Récepteur NDB MB Récepteur Marker Beacons Transpondeur Mode A/C/S 1030/1090 MHz GPS / GNSS Constellation satellites L1 1575.42 MHz Calculateurs de bord FMC Flight Management Navigation centralisée IRS / AHRS Inertiel ADC Air Data Computer Radio Altimètre 4.3 GHz TCAS Traffic Collision WXR Météo radar Affichages cockpit PFD Primary Flight Display Attitude, vitesse, altitude ND Navigation Display Plan, arc, VOR/ILS HSI Horizontal Situation Ind. Route, déviation RMI Radio Magnetic Indicator CDU / MCDU Interface FMC Plan de vol, données Aides sol Récepteurs Calculateurs Affichages Schéma fonctionnel — Formation AME Module E-ELECTRONICS

2.2. ILS (Instrument Landing System)

ILS — localizer et glideslope ILS — localizer et glideslope Antenne LOC (108-112 MHz) 90 Hz 150 Hz Axe de piste (DDM=0) Zone de couverture (±35° jusqu'à 10 NM) PISTE Seuil (Threshold) Antenne GS (UHF 329-335 MHz) Plan de descente ~3° 90 Hz (Trop haut) 150 Hz (Trop bas) OM (4-7 NM) MM (~3500 ft) LÉGENDE TECHNIQUE AME: • DDM = Difference in Depth of Modulation • Sur l'axe/pente: 90 Hz = 150 Hz (DDM nul)

L'ILS est un système de guidage de précision pour l'approche finale, composé de deux sous-systèmes principaux : le Localizer (LOC) pour le guidage latéral et le Glideslope (GS) pour le guidage vertical.

  • Localizer (LOC) :
  • Fonction : Fournit un guidage latéral vers l'axe de la piste. Il émet sur une fréquence VHF (108.10 – 111.95 MHz).
  • Principe : Deux lobes de rayonnement sont émis, l'un modulé à 90 Hz, l'autre à 150 Hz. L'avion reçoit un signal équilibré lorsqu'il est sur l'axe. Un déséquilibre indique un écart.
  • Pannes Typiques :
  • Désalignement mécanique de l'antenne : Cause un décalage de l'axe de la piste (erreur d'alignement de cap). Une tolérance typique est de ±0.5°.
  • Défaut de modulation : Un problème dans le circuit de modulation de l'émetteur entraîne un déséquilibre des signaux 90/150 Hz, provoquant une déviation à pleine échelle même sur l'axe.
  • Problème de phasage de l'antenne : Provoque une largeur de faisceau incorrecte ou un signal de "clearance" (signal de guidage en dehors de l'axe principal) défaillant.
  • Glideslope (GS) :
  • Fonction : Fournit un guidage vertical vers la pente d'approche (généralement 3°). Il émet sur une fréquence UHF (329.15 – 335.00 MHz).
  • Principe : Similaire au Localizer, avec deux lobes modulés à 90 Hz et 150 Hz. Le signal est équilibré sur la pente de descente.
  • Pannes Typiques :
  • Désalignement mécanique de l'antenne : Cause une erreur d'angle de pente. Une tolérance typique est de ±0.1° à ±0.2°.
  • Inversion de sens : Un câblage inversé ou un défaut du récepteur peut faire indiquer "montez" alors que l'avion est sous la pente (et vice-versa).
  • Défaut de modulation : Provoque une erreur de profondeur de modulation (tolérance typique de ±5%).
  • Marker Beacon (Balise) :
  • Fonction : Indique la position de l'avion le long de l'axe d'approche (Outer, Middle, Inner Marker) à 75 MHz.
  • Pannes Typiques :
  • Défaut de l'étage audio de sortie : Les voyants fonctionnent, mais l'audio est absent ou déformé.
  • Ampoule grillée : L'audio est présent, mais le voyant ne s'allume pas.
  • Câblage croisé : Le voyant "IM" s'allume au passage de l'Outer Marker.
  • Antenne désaccordée : Provoque une sensibilité réduite.

2.3. DME (Distance Measuring Equipment)

Le DME mesure la distance oblique (slant range) entre l'avion et une station au sol. Il fonctionne dans la bande UHF (962 – 1213 MHz).

  • Principe de Fonctionnement : L'interrogateur de l'avion émet une paire d'impulsions. La station au sol les reçoit et les retransmet après un délai fixe précis (50 microsecondes). Le DME de l'avion mesure le temps aller-retour total, soustrait le délai fixe, et calcule la distance.
DME — mesure du temps aller-retour des impulsions DME — mesure du temps aller-retour des impulsions AVION (interrogateur) Émission : paires d'impulsions Réception : réponse de la station Aller (interrogation) Retour (réponse) STATION AU SOL (transpondeur) Délai fixe : 50 microsecondes Reçoit puis réémet après 50 µs Calcul de la distance oblique D = c × (T_retour − 50 µs) / 2 D = distance oblique · c = vitesse de la lumière Tolérance (FAA AC 20-100B) ±0,25 NM ou ±1,25% de la distance (la plus grande des deux valeurs est retenue) Correction de distance oblique près de la station Près de la station, la distance oblique diffère de la distance horizontale : D_oblique = √(D_horiz² + altitude²) — l'erreur diminue avec l'éloignement Distance horizontale Altitude Distance oblique (mesurée)
  • Pannes Typiques et Diagnostics :
  • Erreur d'étalonnage du délai interne : Cause une erreur de distance constante et proportionnelle (ex : 2% d'erreur sur toutes les distances). C'est la cause la plus fréquente d'une erreur de distance cohérente.
  • Atténuation élevée du câble d'antenne : Réduit le signal, ce qui augmente le temps d'accrochage (lock-on time) et diminue l'efficacité de réponse (reply efficiency).
  • Câble d'antenne débranché ou ouvert : Le DME peut afficher "0" ou "HOLD" (dernière distance valide) car il ne reçoit aucune réponse valide.
  • Blindage du câble d'antenne défectueux : Provoque des fluctuations rapides de la distance, surtout au sol, en raison de l'entrée de bruit.
  • Perte de visibilité directe (Line-of-Sight) : Au sol, des bâtiments ou le terrain peuvent bloquer le signal, faisant passer l'affichage en mode "HOLD".
  • Défaut de l'oscillateur : Une dérive de l'oscillateur local peut empêcher tout verrouillage.
  • Tolérances (FAA AC 20-100B) :
  • La précision typique est de ±0.25 NM ou ±1.25% de la distance, la plus grande des deux étant retenue.
  • Exemple : À 20 NM, 1.25% = 0.25 NM. La tolérance est donc de ±0.25 NM.

2.4. ADF (Automatic Direction Finder)

L'ADF est un radiocompas qui pointe vers une station au sol (NDB - Non-Directional Beacon) fonctionnant dans les bandes LF et MF (190 – 1750 kHz).

  • Principe de Fonctionnement : L'ADF utilise deux antennes :
  1. Antenne-cadre (Loop Antenna) : Directionnelle. Elle est motorisée pour trouver le "null" (point de signal minimum), qui indique la direction de la station.
ADF — antenne-cadre, recherche du null et antenne-sense ADF — antenne-cadre, recherche du null et antenne-sense 1. Antenne-cadre motorisée — recherche du null NULL Le moteur fait tourner la boucle pour trouver le point de signal minimum (null), qui indique la direction de la station NDB. 2. Antenne-sense omnidirectionnelle — lève l'ambiguïté Ambiguïté 180° levée par l'antenne-sense RÉSULTAT Direction vraie L'antenne-sense reçoit le signal de toutes les directions et détermine si la station est devant ou derrière l'avion. Schéma fonctionnel — fonctionnement normal Antenne-cadre (directionnelle) Antenne-sense (omnidirectionnelle) Moteur Récepteur ADF Compare les signaux Indicateur RMI Aiguille → station Le moteur tourne jusqu'à ce que le signal de la boucle soit minimal (null). La phase du signal-sense détermine le sens (0° ou 180°). Pannes typiques du système ADF Panne du moteur Aiguille fixe, ne suit pas le changement de cap Câblage inversé (180°) L'aiguille pointe à l'opposé (vers la queue de l'avion) Antenne-sense déconnectée Ambiguïté 180° non levée — indication aléatoire ou nulle Illustration — erreur de 180° et sens déconnectée N Cap 000° NDB Correct Câblage inversé Sens déconnectée Ambiguïté non levée Le câblage inversé de l'antenne-cadre provoque une erreur constante de 180°. Une antenne-sense déconnectée rend l'indication ambiguë (avant/arrière impossible à distinguer).
  1. Antenne-sense (Sense Antenna) : Omnidirectionnelle. Elle lève l'ambiguïté de 180° du signal de l'antenne-cadre.
  • Pannes Typiques :
  • Panne du moteur d'entraînement de l'antenne-cadre : L'aiguille du relèvement reste pointée dans une direction fixe, quel que soit le cap de l'avion.
  • Moteur bloqué : L'aiguille tourne en continu à 360°.
  • Câblage inversé de l'antenne-cadre : Provoque une erreur de relèvement constante de 180° (l'aiguille pointe vers la queue de l'avion lorsqu'on s'éloigne de la station).
  • Déphasage du câblage de l'antenne-cadre : Provoque une erreur de relèvement fixe (ex : 30°, 90°).
  • Antenne-sense déconnectée : Entraîne une réception médiocre et un relèvement erratique, car l'ambiguïté de 180° ne peut pas être résolue.

2.5. GPS / GNSS (Global Positioning System)

GPS — trilatération par satellites GPS — Trilatération par satellites et géométrie (GDOP) 3 SATELLITES = POSITION 2D Sat A Sat B Sat C Rx Avion Intersection de 3 cercles = Latitude + Longitude 4 SATELLITES = POSITION 3D + TEMPS Sat 1 Sat 2 Sat 3 Sat 4 (t) Rx Avion 4 sphères résolvent Lat, Long, Alt + Erreur Horloge GDOP (Geometric Dilution of Precision) BON GDOP Sats éloignés MAUVAIS GDOP Sats groupés La précision dépend de la géométrie des satellites. Un faible GDOP (<2) indique une haute précision. Un GDOP élevé (>6) dégrade la solution de navigation. CONSTELLATION GPS 24+ Satellites opérationnels (6 plans orbitaux, 55° incl.)

Le GPS est un système de navigation par satellite qui fournit une position tridimensionnelle (latitude, longitude, altitude) et une référence de temps précise.

  • Concepts Clés :
  • RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) : Capacité du récepteur à vérifier l'intégrité des signaux GPS. Nécessite au moins 5 satellites avec une bonne géométrie pour détecter une panne. "RAIM not available" est une condition normale due à une géométrie satellitaire insuffisante.
RAIM — géométrie satellitaire et détection de défauts RAIM — géométrie satellitaire et détection de défauts BONNE GÉOMÉTRIE — DOP FAIBLE AÉRONEF SAT 1 SAT 2 SAT 3 SAT 4 SAT 5 DOP FAIBLE Précision élevée ≥ 5 satellites bien répartis → détection de défauts possible MAUVAISE GÉOMÉTRIE — DOP ÉLEVÉ AÉRONEF SAT 1 SAT 2 SAT 3 SAT 4 MANQUE DOP ÉLEVÉ Précision réduite < 5 satellites ou satellites groupés → détection de défauts impossible DISPONIBILITÉ VARIABLE ✓ RAIM DISPONIBLE Le récepteur peut détecter un satellite défectueux et l'exclure de la solution de navigation. ✗ RAIM NON DISPONIBLE Condition NORMALE de géométrie insuffisante — PAS une panne du récepteur GPS. DISPONIBILITÉ VARIABLE SELON LA LOCALISATION ET LE MOMENT 00h00 06h00 12h00 18h00 00h00 DISPONIBLE NON DISPONIBLE DISPONIBLE DÉGRADÉ DISPONIBLE ■ RAIM disponible (≥ 5 satellites) ■ RAIM non disponible (< 5 satellites) ■ Disponibilité marginale Variation due à la position des satellites en orbite
  • Géométrie Satellitaire (DOP - Dilution of Precision) : La précision de la position dépend de la disposition des satellites dans le ciel. Elle est généralement moins bonne près de l'équateur et à basse latitude.
  • Erreurs de Position :
  • Dépendantes du temps : Une dérive de l'oscillateur interne du récepteur cause une erreur qui augmente avec le temps.
  • Dépendantes de la localisation : Le multitrajets (réflexion des signaux sur des bâtiments) cause des erreurs importantes, surtout à l'arrêt.
  • Dépendantes de l'activité solaire : Le délai ionosphérique est plus important pendant la journée et lors des pics d'activité solaire, augmentant les erreurs.
  • Modes d'Approche : Un message "Approach not available" peut signifier que le mode d'approche n'a pas été armé ou sélectionné par le pilote, même si le RAIM est valide et la base de données à jour.

2.6. Transpondeur (Mode A/C/S)

Le transpondeur est un équipement de surveillance qui répond aux interrogations des radars au sol.

  • Modes de Fonctionnement :
  • Mode A : Répond avec un code d'identification à 4 chiffres (ex: 1200 pour VFR, 7500 pour détournement, 7777 pour militaire).
  • Mode C : Répond avec l'altitude-pression provenant d'un encodeur d'altitude.
  • Mode S : Mode sélectif offrant des capacités améliorées (identification unique, liaison de données).
  • Pannes Typiques et Diagnostics :
  • Problèmes d'Antenne et de Câble :
  • Câble d'antenne ouvert : Le transpondeur réussit son autotest interne mais ne répond pas aux interrogations ATC car le signal n'est pas rayonné.
  • Blindage du câble d'antenne défectueux : Affecte le niveau de signal, la forme des impulsions de réponse, et peut faire échouer les tests de niveau et de diversité (Mode S).
  • Désadaptation d'impédance : Provoque des réflexions et déforme les impulsions de réponse.
  • Problèmes Logiciels (Mode S) : Les fonctions spécifiques du Mode S (surveillance, communication, acquisition, identification, rapport d'altitude, liaison de données) dépendent de la version du logiciel. Une incompatibilité de version logicielle est la cause la plus fréquente d'échec de ces tests.
  • Problèmes d'Encodeur d'Altitude (Mode C/S) : Si l'altimètre est correct mais que le transpondeur rapporte une altitude erronée, l'encodeur d'altitude ou sa connexion est défectueux.
  • Défaut de l'Oscillateur Local : Une dérive de l'oscillateur local entraîne une fréquence de réponse incorrecte.
  • Sensibilité du Récepteur : Une atténuation élevée dans le câble d'antenne réduit la sensibilité du récepteur du transpondeur.

3. Formules, Règlements et Procédures Importantes

  • Précision DME : Tolérance = ±0.25 NM ou ±1.25% de la distance, la plus grande des deux étant retenue (FAA AC 20-100B).
  • Précision Altimétrique (CAR 625, Appendice B) : Pour un altimètre en service à 5 000 ft, l'erreur admissible est de ±35 ft.
  • Exigences d'Alignement ILS :
  • Localizer : Alignement de cap à ±0.5° près.
  • Glideslope : Alignement d'angle de pente à ±0.1° près.
  • Exigences de Modulation ILS :
  • Glideslope : Profondeur de modulation à ±5% près.
  • Localizer : Signal de "clearance" à ±10% près.
  • Exigences de Câblage : La norme AC 43.13-1B est la référence pour les exigences d'installation des câbles d'antenne pour tous les systèmes (VOR, DME, Transpondeur, ADF, etc.).
  • Norme TC Standard 571 : Exige que les récepteurs de balise (Marker Beacon) fournissent à la fois une indication visuelle (voyant) et une indication sonore (audio) .

4. Relations entre les Concepts

  • VOR/DME et RNAV :
RNAV — intégration multi-capteurs VOR/DME/GPS RNAV — Intégration multi-capteurs VOR/DME/GPS VOR Signal de référence FM + Signal variable 30 Hz Phase → relèvement 108.00 – 117.95 MHz DME Interrogation impulsion Réponse après 50 µs Temps aller-retour 962 – 1213 MHz GPS Trilatération par satellites Position 3D (lat, lon, alt) Horloge atomique Constellation GNSS IRS Gyroscopes + accéléromètres Correction distance oblique Distance sol Alt DME oblique Dsol = √(Doblique² − Alt²) FUSION MULTI-CAPTEURS Calculateur RNAV Filtre de Kalman Pondération des capteurs Position calculée Lat / Lon / Alt + vecteur vitesse Vérification croisée Comparaison VOR/DME vs GPS vs IRS Détection d'erreur Écart > tolérance → Alerte / déclassement Affichage navigation AFFICHAGE / UTILISATION Écran navigation (CDI/HSI) Déviation latérale DISTANCE 12.4 NM VITESSE SOL 245 kt CAP 087° ALTITUDE 5 200 ft MODE RNAV ACTIF SOURCE RAPPEL Données capteur Correction Fusion Près de la station, la distance DME oblique diffère de la distance au sol. La correction utilise l'altitude.
Chapitre 5Systèmes de communication — VHF, HF, Audio, SATCOM, ACARSChapitre 7Avionique avancée — TCAS, Radar météo, FMS, Pilote auto, EFIS, EICAS

Pratiquez ce chapitre

Renforcez vos connaissances sur Systèmes de navigation — VOR, ILS, DME, ADF, GPS, GNSS, Transpondeur avec 94 questions de pratique de type Transports Canada, adaptées à vos points faibles.

Essayez les questions gratuitesVoir les tarifs