Automatic dependent surveillance-broadcast

L'Automatic dependent surveillance-broadcast (ADS-B) est un nouveau système de surveillance coopératif pour le contrôle du trafic aérien et d'autres applications connexes. 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 évoluant dans la zone.

Principe de l'ADS-B

L'ADS-B est tout d'abord un moyen de surveillance, c'est-à-dire un moyen pour le contrôle aérien de connaitre la position des avions. Il est né de la constatation que les avions modernes, grâce aux systèmes de positionnement par satellite (tels que GPS, GLONASS et bientôt Galileo), connaissent leur position de manière beaucoup plus précise que le contrôle au sol, car les radars ont une précision limitée. L'idée est donc que l'avion calcule sa propre position, et l'envoie régulièrement par radio. C'est le principe de la surveillance dépendante, ainsi appelée parce qu'elle dépend des moyens installés dans les avions.

Il existe deux types de surveillance dépendante :

• l'ADS-C (Automatic-dependent surveillance-contract)
• l'ADS-B (Automatic-dependent surveillance-broadcast)

L'ADS-C fonctionne en mode connecté : il faut d'abord établir une connexion entre l'avion et la station intéressée par les informations qu'il va envoyer (typiquement une station de contrôle aérien au sol). Ensuite, selon le "contrat" ainsi négocié automatiquement, l'avion va envoyer une seule fois, ou périodiquement, sa position. l'ADS-C est généralement utilisé dans les zones océaniques, en utilisant des liaisons par satellite. Comme ces liaisons sont couteuses, la fréquence d'émission des informations est généralement faible, par exemple toutes les minutes ou toutes les dix minutes.

L'ADS-B, en revanche, fonctionne en mode diffusion : il n'y a pas d'établissement de connexion. L'avion envoie régulièrement sa position et d'autres informations par une diffusion radio dite "ADS-B out" à tous les utilisateurs intéressés, typiquement le contrôle au sol, mais aussi les autres avions s'ils sont équipés d'un récepteur (dit ADS-B "in"). La fréquence d'émission de la position dépend de la phase du vol, par exemple toutes les dix secondes en route et toutes les secondes en approche.

L'ADS-B est donc plus qu'un moyen de surveillance, puisque il permet à un avion équipé ADS-B "in" de connaitre la position des autres avions qui l'entourent, du moins ceux qui sont équipés également de l'ADS-B, et ce avec une précision bien supérieure à celle du système TCAS. En outre, les messages ADS-B ne contiennent pas uniquement la position (3D), mais aussi d'autres informations (qui dépendent de l'implémentation) comme son identification, sa vitesse, son cap, et ses intentions (listes des prochains points de sa route prévue).

Un des avantages de l'ADS-B est que, puisque les avions émettent régulièrement leur position de manière omnidirectionnelle, il n'y a plus besoin de radar : une antenne radio au sol peut recevoir ses messages (station mode S), bien moins coûteuse qu'un radar. Pour cette raison, le déploiement de l'ADS-B est une alternative très intéressante dans les régions non équipées de radar. Dans ce cas bien sûr, pour que le contrôle au sol puisse connaitre tous les avions, il doit y avoir une obligation d'emport d'un équipement ADS-B dans les espaces contrôlés.

Systèmes ADS-B

Il existe trois liaisons ADS-B disponibles :

• le 1090ES ("1090 MHz Extended Squitter")
• l'UAT ("Universal Access Transponder")
• la VDL mode 4 ("VHF Data Link Mode 4")

Le 1090ES est une extension des transpondeurs radar mode S, qui émettent à 1090 MHz. Sur les avions équipés mode S et TCAS, ces transpondeurs permettent déjà d'envoyer et recevoir des messages de 56 bits, utilisés par le TCAS. La modification leur permet d'envoyer des messages de 112 bits, suffisants pour l'ADS-B "out", et éventuellement de les recevoir (ADS-B "in"). Au sol, les informations ADS-B peuvent être reçues soit par un radar mode S, soit par une simple antenne omnidirectionnelle, bien moins coûteuse. Comme les avions commerciaux sont presque tous déjà équipés du TCAS, le 1090ES est une solution relativement peu coûteuse pour ces avions. Il n'en est pas de même pour les autres avions, en particulier les petits avions privés, pour lesquels l'installation ADS-B en 1090ES "à partir de rien" est très coûteuse.

L'UAT vise à pallier ces inconvénients. Il s'agit d'un transpondeur spécifiquement conçu pour l'ADS-B, aussi bien "in" que "out", et fonctionnant à 978 MHz. L'UAT est un système spécifiquement américain. Les créateurs de l'UAT espèrent que le coût de cet équipement sera bientôt suffisamment abordable pour qu'il soit installé sur tous les avions privés. En outre, et c'est un besoin qui semble spécifiquement américain, l'UAT permet l'implémentation du service TIS-B (voir paragraphe "applications" ci dessous).

La VDL mode 4 est à la fois un moyen de surveillance et de communication, fonctionnant dans la bande VHF aéronautique pour les équipements de navigation (108-118 MHz). Pour la surveillance, la VDL-4 rend les services de l'ADS-B et du TIS-B. Pour la communication, la VDL-4 permet comme la VDL-2 de rendre le service CPDLC de communication contrôleur-pilote par liaison de donnée et non plus par la voix. Comme pour l'UAT, la VDL mode 4 est d'un coût plus abordable que le 1090ES pour l'aviation générale.

Mise en application

• Les États-Unis ont fait de l'ADS-B le socle de leur "next generation air transportation system" ("nextGen"). La politique de la FAA est d'utiliser le 1090ES pour les vols commerciaux et l'UAT pour les autres avions. La FAA est en train (2009) de déployer un réseau de stations ADS-B (mixtes 1090ES et UAT) sur tout son territoire.
• L'Europe n'a pas encore choisi de support physique, mais les expérimentations en cours (eurocontrol, France, Allemagne, Belgique,...) utilisent principalement le 1090ES, en effet une simple modification logicielle des radars mode S existants leur permet de servir de station réceptrice pour l'ADS-B. La VDL mode 4 est privilégiée par la Suède, et par certaines compagnies aériennes. De toute manière, l'Europe étant bien couverte par les radars, l'implémentation de l'ADS-B est vue comme moins urgente qu'aux USA. Une expérimentation intéressante, "cristal med", vise à installer une couverture ADS-B du centre de la méditerranée.
• la Chine est en cours de déploiement d'un système ADS-B couvrant le centre du pays et utilisant l'UAT.
• L'Australie est en train de déployer l'ADS-B en 1090ES, en commençant par les zones côtières (18 stations opérationnelles en décembre 2008)
• L'OACI a normalisé le 1090ES, l'UAT et la VDL mode 4.

Applications

La première application est la surveillance : les données ADS-B sont en effet bien plus précises que celles des radars, puisque leur précision est celle du GNSS. Toutefois des questions se posent quant à leur intégrité. En effet une position précise ne suffit pas, il faut aussi savoir quand cette position devient incorrecte (par suite de parasites, de problèmes de réception GPS par les avions, etc.). La détermination d'une norme de séparation pour le contrôle aérien en ADS-B est ainsi un problème compliqué. De plus, la cohabitation, au moins pendant une phase de transition des pistes radar et ADS-B sur les écrans des contrôleurs, chaque type ayant sa précision et son intégrité, est délicate. Enfin, dans les zones couvertes par l'ADS-B mais non couvertes par le radar, seuls les avions ADS-B seront visibles par le contrôle.

Une seconde application de l'ADS-B, utilisant la liaison "in", est l'ATSAW (airbone traffic sitation awareness), permettant aux pilotes d'avoir une image précise (bien plus qu'avec le TCAS) du trafic aérien qui les entoure. Les USA sont les principaux promoteurs de cette application qui permettrait théoriquement un pas vers le "free flight". En Europe, l'ATSAW est considéré comme un cas particulier de l'ASAS ("Airborne Separation Assurance System", assistance à la séparation embarquée), un concept inventé en France par la DSNA mais repris par Eurocontrol et l'OACI, qui va au-delà de la simple visualisation du trafic par les pilotes en considérant par exemple des applications de délégation de séparation par les contrôleurs aux pilotes. Il s'agit actuellement de concepts théoriques qui font l'objet d'expérimentations dans le cadre du projet européen SESAR

Un problème avec l'ADS-B "in" est que seuls les avions équipés ADS-B seront visibles par les pilotes. 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. C'est un peu comme si les pilotes disposaient d'une image radar à bord. Seuls les USA semblent promouvoir activement ce service, en remplacement du vieux TIS qui est en cours de démantèlement mais qui était apprécié par les pilotes.

Parallèlement les USA développement aussi l'application FIS-B (flight information service using ADS-B) qui permettra de transmettre aux pilotes des informations météorologiques et aéronautiques.

Parce qu'il véhicule des informations plus précises que le TCAS, l'ADS-B pourrait également être utilisé pour améliorer ce dernier, et même pour concevoir un nouveau système anticollision embarqué.

Enfin, l'ADS-B étant non crypté, n'importe qui pourra suivre le trafic aérien avec un simple récepteur ADS-B, ce qui peut poser des problèmes de sécurité. Il en va de même à bord, ainsi un avion piraté qui connait le trafic environnant pourrait être dirigé vers un autre avion en plein vol. Ce risque nouveau est l'objet de débats aux USA.

Liens externes

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