EGNOS et la surveillance Ia des véhicules aéroportuaires

10/10/2017
Publication REE REE 2005-10
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2005-10:20214
DOI :

Résumé

EGNOS et la surveillance Ia des véhicules aéroportuaires

Métriques

12
8
1.4 Mo
 application/pdf
bitcache://ed6fd0550d74d3699ce0db1f460481dd7f2c42ba

Licence

Creative Commons Aucune (Tous droits réservés)
<resource  xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
                xmlns="http://datacite.org/schema/kernel-4"
                xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-4 http://schema.datacite.org/meta/kernel-4/metadata.xsd">
        <identifier identifierType="DOI">10.23723/1301:2005-10/20214</identifier><creators><creator><creatorName>Marc Pollina</creatorName></creator><creator><creatorName>Sébastien Bern</creatorName></creator></creators><titles>
            <title>EGNOS et la surveillance Ia des véhicules aéroportuaires</title></titles>
        <publisher>SEE</publisher>
        <publicationYear>2017</publicationYear>
        <resourceType resourceTypeGeneral="Text">Text</resourceType><dates>
	    <date dateType="Created">Tue 10 Oct 2017</date>
	    <date dateType="Updated">Tue 10 Oct 2017</date>
            <date dateType="Submitted">Fri 20 Apr 2018</date>
	</dates>
        <alternateIdentifiers>
	    <alternateIdentifier alternateIdentifierType="bitstream">ed6fd0550d74d3699ce0db1f460481dd7f2c42ba</alternateIdentifier>
	</alternateIdentifiers>
        <formats>
	    <format>application/pdf</format>
	</formats>
	<version>34360</version>
        <descriptions>
            <description descriptionType="Abstract"></description>
        </descriptions>
    </resource>
.

m Repêres 1) EGNOS EGNOS et la surveillance Ir des véhicules aéroportuaires Par Marc POLLINA, Sébastien BERNE M3SYSTEMS PTOTtvm Radionavigation parsatellite, EGNOS, Aéroports, Surveillance, Services Innovants 1. Vue d'ensemble des projets Pendant ces trois dernières années M3 Systems a conduit plusieurs projets de R&D liés à l'utilisation de EGNOS pour la surveillance et le contrôle des véhicules aéroportuaires : DELTA (CNES), GAMMA (ESA), AIR- NET (FP6). Le projet DELTA qui est la première étape du proces- sus de R&D a été conduit dans le cadre d'un finance- ment national. Ce projet a permis de démontrer la fai- sabilité et l'intérêt d'utiliser EGNOS dans le domaine des mouvements de surface sur les aéroports. L'équipe projet conduite par M3 Systems et composée de Navocap (PME), CS et l'ONERA a effectué des tests sur l'aéroport de Toulouse Blagnac en juillet et août 2002. Ces essais se sont focalisés sur un service de sur- veillance destiné aux contrôleurs et sur l'évaluation des performances obtenues avec le " test-bed " EGNOS. Dans un deuxième temps, le projet GAMMA financé par l'ESA a été conduit en collaboration avec ANA et l'aéroport de Porto avec comme objectif d'expérimenter un ensemble de services conformes avec les concepts opérationnels A-SMGCS définis par l'OACI et EURO- CONTROL : . Surveillance : visualisation pour les contrôleurs de la position et de l'identité des mobiles. . Guidance : visualisation pour le conducteur de la position du véhicule et du trafic environnant sur une carte de l'aéroport Contrôle : générer des alarmes au conducteur de véhicule et à la station de contrôle sol en cas d'in- cursion sur une piste active. Une plateforme de test constituée de 5 véhicules et d'une station sol installée à l'aéroport de Porto a permis de réaliser des tests " pré-opérationnels " sur une durée de 8 mois. Des moyens de communication UHF et VHF (VDL4) ont été utilisés pour échanger des données entre les véhicules et la station sol. La plateforme GAMMA a permis d'expérimenter les principaux scenarii opération- nels en particulier pour ce qui est de la protection des pistes contre les intrusions potentielles de véhicules. A court terme, la plateforme GAMMA sera utilisée pour préciser la définition des services à partir de l'expé- rience opérationnelle acquise. Cette plateforme permettra aussi l'acquisition de mesures de performances en terme de précision, d'intégrité et de couverture de l'aéroport. Enfin, le projet AIRNET (2004-2006), co-financé par la Commission Européenne dans le cadre du 6ème PCRD a étendu les objectifs de GAMMA en adressant aussi les L'E S S E N T 1 E L Avec la mise en service opérationnelled'EGNOSen 2006 et de GALILEO à l'horizon 2008/2010 de nouvelles possibilités sont offertes pour fournir des services de positionnement utilisant la radio-navigationpar satellite. Cet article donne une vue d'ensemble des projets conduits par M3 Systems dans la période2002-2005dansle contexte de pro- jets européens et nationauxavec comme objectif de définir et démontrer des applicationsinnovantespour les véhicules aéro- portuaires. Il introduit aussi l'intérêt de l'intégrité rapportée par EGNOS. En conclusion la solution proposée peut être vue comme une briquede basefournissant des informationsde surveillanceet de contrôle des véhicules à la fois pour les besoins A-SMGCSet CDM. a With the start of EGNOSoperationsby end 2005 and GALILEOby 2008/20010, new possibilities will be offered to provide positio- ning servicesusing satellite radio-navigation. This paper gives an overview of the projects conducted by M3 Systems in the period 2002-2005in the frame of Europeanand National projects with the objective to define and demonstrate innovativeairportvehicleapplications. It also introduces the prin- ciples of integrity informationprovidedby EGNOS. As a conclusionthe proposedsolution can be seen as a specific building block that providesvehicle surveillanceand control infor- mation both to A-SMGCSand CDM systems. REE N 10 Novembre 2005 EGNOS et la surveillance des véhicules aéroportuaires JdJl. _ \... .... 'p : -> : q ;''. ;.. Figure 1. Exeiiple d'iiiterface coiidtictelir. véhicules de la zone APRON. Ce projet permettra l'im- plémentation d'un prototype de deuxième génération qui fournit un spectre plus large de service intéressant aussi les opérateurs aéroportuaires. En particulier le service de " support à la decision " défini dans le cadre d'AIRNET permet d'approcher la problématique des applications CDM en contribuant à améliorer l'efficacité des mouvements en cas de fort trafic ou de situation de crise. La plateforme AIRNET mise en oeuvre à l'aéroport de Porto début 2006 bénéficiera d'un réseau WIFI dédié, installé par ANA, et qui couvre toute la surface aéroportuaire. Ce réseau WIFI apportera des capacités de communication qui permettront d'expérimenter de nouveaux services nécessitant une bande passante de communication impor- tante et qui ne peut pas être fournie par les technologies radio traditionnelles. 2. Traitement des données EGNOS et intégrité Les estimations de position de vitesse et de temps fournies par un récepteur GPS sont dégradés par plusieurs facteurs : Délais de propagation dans l'ionosphère et la troposphère . Erreurs d'horloge au niveau des satellites et des récepteurs . Bruit de mesure au niveau du récepteur . Multi-trajets au niveau du récepteur qui altèrent les calculs de pseudo-distance Erreurs d,éphémérides satellite diffusées par le système GPS . Pannes potentielles du système satellite GPS Ces dégradations peuvent causer d'importantes erreurs dans les estimations fournies par un récepteur GPS, ce qui ne permet pas de l'utiliser pour des applications critiques (safety of life). Ces limitations expliquent pourquoi des extensions SBAS ou GBAS ont été définies pour permettre l'utilisation de la radionavigation par satellite dans les phases de décollage et d'atterrissage des avions. En ce qui concerne les véhicules aéroportuaires les services à fournir sont de nature très variée en fonction du type véhicule, et il n'y a pas d'exigence technique uni- forme pour les différents utilisateurs. Toutefois face a une évolution croissante des exigences en terme de précision et de sécurité, l'utilisation d'EGNOS/GALILEO paraît s'imposer. En conséquence, M3 Systems a choisi EGNOS comme pré requis technologique pour la fourniture de services de navigation sur une surface aéroportuaire afin de répondre à ces exigences sans toutefois nécessiter d'investissement lourd dans une infrastructure sol. Les données EGNOS diffusées par satellite géosta- tionnaire permettent d'implémenter plusieurs types de corrections : . corrections des calculs de distance entre les satellites et le récepteur, . corrections des positions satellites (altérées par des erreurs d'éphémérides) et des horloges satellite, . corrections ionosphériques qui permettent de corriger les erreurs de propagation dans l'estimation fournie par le récepteur, . exclusion de certains satellites dans le calcul de la position grâce à une connaissance de l'état des satellites de la constellation GPS. Outre les corrections présentées ci-dessus, EGNOS fournit à l'utilisateur des paramètres d'intégrité permettant d'estimer la valeur maximum des erreurs résiduelles sur la valeur calculée de la position. L'utilisation de ces paramètres additionnels permet à un récepteur de naviga- parame e c tion de calculer les niveaux de protection (" Protection Levels ") qui ne sont autre qu'un majorant de l'erreur de position. Par exemple, si l'on considère l'erreur horizontale, le logiciel de navigation calcule les niveaux de protection horizontaux (Horizontal Protection Level ou HPL) en prenant en compte la geométre des satellites, les hypo- thèses de performance d'EGNOS dans l'environnement donné et du niveau demandé d'intégrité. Par exemple si l'on considère que les applications véhicule nécessitent une précision horizontale de 7,5 m (aussi appelée HAL, c'est-à-dire Horizontal Alert Limit), alors le récepteur de navigation surveille que la valeur du HPL ne dépasse pas les 7,5 m. Si la valeur du HPL dépasse cette limite alors l'utilisateur est informé que le niveau de REE NO 10 Novembre 2005 n m Reperes 1 EGNOS 1 1q J t 0 ", r i -w -.. 'II .. 'hl : H :In.-.r,ntl l'PS.üo Enpl.9 "rI°rptetlmG üre'. T Max ! . "",'h ;.''',..,i r c'1.' :.' Erro Erro Appl r ! l ! " -' M --ar "*ntt " J'j ! " /\ - ST " J ' !- -i " i k (FHLA 4 ;'. ? Gr'ST,.- ;,.).' 6PJ Tirrp i. Maximum allawed Errorforthe Application (HLA) HPL computed value Real error (known for a fixed location) Figure 2. Niveaux de Protectioii (HPL), erretir de positioii et set (il d'alariie. Acteurs Surveillance Contrôle Guidage Support à la décision Contrôleurs (ATCO) OUI OUI NIA NON Opérateurs Aéroportuaires/A00) OU1 OUI N/A OUI GroundHandlers(GH) OUI OUI N/A OUI Conducteurs de véhicules,pompiers OUI oui oui oui Drivers Handling OUI OUI OUI OUI Véhiculesde policeet douane OUI OUI NON NON Tableau 1. Acteurs AIRNET et services. service est dégradé et qu'il ne peut plus utiliser ce service de façon opérationnelle. La figure 2 illustre les variations dans le temps de la Zn valeur du HPL. Dans le cas illustré la valeur du HPL reste en dessous du seuil limite HAL pendant toute la durée d'observation, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'alarme. En conclusion les corrections EGNOS et les calculs d'intégrité permettent à un récepteur de navigation de fournir une estimation " position-vitesse-temps (PVT) " qui répond aux exigences des véhicules aéroportuaires. 3. Services innovants pour les acteurs aéroportuaires Les projets conduits par M3 Systems ont permis d'identifier un large spectre de services innovants destinés à différents acteurs aéroportuaires. Une segmentation des services a été définie avec des performances différentes selon le profil de l'utilisateur. Par exemple un service destiné aux pompiers nécessitera des niveaux de précision et d'intégrité nettement différents que pour des utilisa- teurs évoluants seulement sur les zones de parking comme les transporteurs de bagages. Par ailleurs, bien que les besoins sont aussi dépen- dants de l'aéroport lui-même (taille, complexité, configu- ration...) un ensemble de services génériques a été défini et la plateforme AIRNET permettra de les expérimenter dans un contexte opérationnel. Cet ensemble de services est illustré dans le tableau 1. Le projet AIRNET représente une avancée significa- tive vers l'intégration des services destinés aux mobiles aéroportuaires, ce qui permettra à terme d'améliorer la sécurité et l'efficacité des mouvements. Et comme nous l'avons vu l'utilisation d'EGNOS permet de minimiser le coût de l'infrastructure sol ce qui permet de fournir des services à faible coût en bénéficiant en plus d'une conception modulaire du système. 4. Architecture système L'architecture globale du système de surveillance et de contrôle basé sur EGNOS est illustré sur la figure 3 REE WIO Novembre 2005 EGNOS et la surveillance des véhicules aéroportuaires a 11 1 service interface Ai rport Users e . i . > 91 e 1 1 i NavEgtiort Signai " er-'L % Ir - J' CNSS (1 li, s s N* a l es-i t (J r - ..., \Vireless networks 1 1 1 [w . i servir SYY'l' Use r HMI - :... ; ! .,....&i.ji ",J0 " ,' ', r 1 -Î ri . Il 1 1 -1 Figtire 3. S ? stènie de siii-veillaiice et de coiitrôle basé siti- EGNOS. ci-dessus. Cette architecture est décomposée en 3 seg- ments essentiels : . Le navigateur GNSS mobile à bord du véhicule qui fournit les capacités de navigation et de communi- cation. Ce navigateur peut être complémenté par une interface IHM destinée à fournir des services au conducteur du véhicule. . Un ou plusieurs réseaux sans fil permettant des échanges de données bidirectionnels entre le véhi- cule et la station sol. En fonction des performances demandées (couverture, bande passante) et des contraintes locales d'implémentation plusieurs technologies sont susceptibles d'être utilisées. . Une station sol compose d'un serveur de commu- nication et d'un serveur d'application qui fournit des services aux utilisateurs aéroportuaires. Dans cette architecture la qualité de service qui est fournie aux utilisateurs dépend de plusieurs facteurs comme : . La couverture de la surface aéroportuaire par EGNOS . Les algorithmes de calcul des HPL implémentées dans les récepteurs et leur validité pour le contexte applicatif sur la surface aéroportuaire . Le niveau d'interférence à la fois dans la bande GNSS et le réseau de communication sans fil. . La couverture de la surface aéroportuaire par le réseau de communication et les effets possibles du masquage . Le temps de latence pour les alarmes liées aux services critiques (incursions de pistes) . La disponibilité des ressources de communication qui doivent être partagées entre un grand nombre d'utilisateurs (à titre d'exemple un aéroport moyen comme celui de Porto compte environ 300 véhi- cules) Les points ci-dessus illustrent le fait que le pré-requis technologique EGNOS doit être complémenté par des développements spécifiques à la surface aéroportuaire de façon à pouvoir assurer le niveau de qualité de service qui est demandé au niveau opérationnel. Ainsi l'architecture illustrée en figure 3 doit inclure des solutions technologiques innovantes à différents niveaux : récepteurs de navigation (matériel et logiciel), réseau sans fil et protocoles de communication, perfor- mances et fonctions de la station sol. Parmi les points les plus important M3 Systems a prévu d'intégrer les points suivants dans l'architecture développée dans le cadre du projet EUREKA (SAFE DRIVE) : REE No10 Novembre 2005 . Extension de la couverture EGNOS à toute la sur- face aéroportuaire en évitant les masquages dus aux bâtiments . Surveillance des interférences potentielles dans les bandes GNSS et dans les bandes de communica- tion sans fil Le premier point, est lié au fait que le signal EGNOS, diffusé par des satellites géostationnaires, est parfois masqué à proximité des bâtiments. Cette limitation réduit donc les zones sur lesquelles le service peut être rendu avec la qualité de service requise. Pour étendre la dispo- nibilité d'EGNOS sur toute la surface aéroportuaire l'approche proposée consiste à utiliser le réseau de communication sans fil pour diffuser les corrections EGNOS. Ces données, collectées au niveau de la station sol, sont donc ajoutées au tILix d'information déjà échangé avec les véhicules. Ceci permet d'élaborer les corrections EGNOS en dehors des zones de visibilité des satellites géostationnaires. Le deuxième point qui traite les problèmes d'interfé- rences en est encore au stade de la R&D car il n'y a pas de normes pour l'aviation civile qui définisse les exi- gences de monitoring des interférences sur les bandes c tD GNSS. Toutefois, ces normes sont en cours d'élaboration à l'OACI dans le cadre du " Testing of Radio-Navigation Aids Group " et a court terme, M3 Systems a développé un équipement (ORUS) qui permet d'analyser une large bande spectrale et qui peut être configuré avec des algorithmes de traitement du signal qui permettent de surveiller la bande spectrale GNSS. Ainsi des algo- rithmes dédiés pourront détecter des anomalies dans la bande surveillée et déclencher des alarmes au niveau du système. Les deux points ci-dessus nous montrent que des évo- lutions technologiques sont encore en cours, mais il est vraisemblable avec l'évolution rapide des applications de la radionavigation il parait tout à fait possible de disposer de solutions opérationnelles dans les deux prochaines années. Ainsi il sera possible de déployer des applications économiquement viables pour les petits & moyens aéroports et offrant des services à forte intégrité pour les véhicules. b 5. Conclusions EGNOS est un pré-requis technologique essentiel pour offrir des services innovants dans le domaine de la surveillance et la contrôle des véhicules aéroportuaires, car il permet de disposer de l'information d'intégrité sur la position estimée ce qui permet son utilisation avec le niveau de confiance requis. M3 Systems a développé en partenariat avec ANA une solution qui fournit un premier ensemble de services qui seront déployés de façon pré-opérationnelle en 2006 ce qui correspond aussi avec la mise en service d'EGNOS de façon opérationnelle. En complément à cette première étape les développements technologiques en cours permettront de couvrir toute la zone aéropor- tuaire avec le niveau requis de qualité de service. Avec la mise sur le marché de terminaux de navigation faible coût et l'émergence des technologies de communi- cation sans fil il sera possible dans un future proche, avec une infrastructure faible coût de fournir tout un ensemble de services innovants aux différents acteurs aéropor- tuaires. Ceci permettra donc aux petits et moyens aéro- ports d'atteindre des objectifs opérationnels de haut niveau en ce qui concernes la surveillance et le contrôle des mouvements au sol. Références fMOPS-229B] [MOPS-229C] [SARPs] [CMC] " RTCA D0229B Minimal Operational Performance Standards for GPSIWAAS Airborne Eqmpment ", October 1999. "RTCA D0229C Minimal Operational Performance Standards for GPS/WAAS Airborne Equipment ", Draft Version. " International Standards and Recommended Practices, Aeronautical Telecommunications, Annex 10 to the Convention on International Civil Aviation ", Volume 1, November 2001 (Amdi 76). " Isolation of GPS Multipath and Receiver Tracking Errors ", M. Braasch - Ohio University ; ION NTM 96 - January 24-26. Glossaire A- SMGCS CDM EGNOS GNSS GBAS HPL MOPS PL RIMS SARPs SBAS Advanced Surface Movements Guidance and Control System Collaborative Decision Making European Geostationary Navigation Overlay System Global Navigation Satellite System Ground Based Augmentation System Horizontal Protection Levels Minimal Operational Performance Standards Protection Level (Horizontal and Vertical) Remote Integrity Monitoring Stations Standards and Recommended Practices Satellite Based Augmentation System a u e u Marc Pollina Ingénieur des télécommunications ENSTde Bretagne 1982. De 1985 à 1991 : Ingénieur d'études dans l'équipe projet du saieil te ERS-1, ESA (ESTEC). De 1991 à 1999, Responsable de l Agencetoulousaine de la société ADV Technologies spécialisée dans les développements d'ASIC. De 1999 à aujourd'hui : dirigeant - fondateur de la société M3 Systems spécialisée en ATM et applica- tions de la radionavigation. Sébastien Berne est diplômé de l'ENSEEIHT Toulouse (ingénieur électronique, option micro-électronique). Il a acquIs une expérience de 6 ans dans le développement d'équipements électroniques pour les secteurs du spatial et des télécoms, depuis lesphases amont de recueil des besoins auprès des utilisateurs jusqu'à la conception d'ar- chitecture ASIC Au sein de M3 Systems, Il est le coordinateur du développement d'un équipement embarqué A-SMGCS pour les véhicules aéroportuaires. Il a en outre acquis une expérience dans la coordination de projets dans un contexte international. REE No 10 Novcmbre 2005