Thomas Bögl, Rohde & Schwarz
Le progrès technique n'est pas toujours en faveur du remplacement de la technologie analogique par la technologie numérique. L'aviation civile fournit un excellent exemple de la manière dont la technologie peut avancer. Les communications vocales entre les pilotes et la tour utilisent encore une modulation d'amplitude à double bande latérale (DSB-AM) qui date de 1948. Personne ne souhaite remplacer cette technologie VHF analogique (gamme de fréquence : 118 MHz à 137 MHz) par des communications vocales numériques. En fin de compte, la radio analogique a des avantages évidents qui restent sensibles aujourd'hui, ces derniers incluent des délais courts, une surveillance active par tous les participants et d'autres fonctionnalités que la radio numérique ne peut pas encore remplacer.
Les formes d'ondes de transmission de données sont une autre histoire. Depuis les années 1990, la radio aéronautique a concerné bien plus que les seules communications vocales et a été étendue pour inclure des méthodes de transmission de données numériques. La VDL Mode 2 est la plus commune.
La numérisation de la radio aéronautique signifie aujourd'hui remplacer les anciennes méthodes de transmission de données numériques par de nouvelles techniques proposant une meilleure performance. Les communications vocales continueront d'utiliser des technologies analogiques mais la numérisation permettra de soulager une partie de son fardeau sur le spectre. Cette coexistence des communications vocales analogiques et des technologies de données numériques au sein du contrôle du trafic aérien permet une efficacité, une fiabilité et une sécurité opérationnelle extrêmement élevées qui sont à la fois économiques et pérennes.
La VDL Mode 2 est proposée par des fournisseurs de services de navigation aérienne (ANSP). Les ANSP sont similaires aux fournisseurs de réseaux mobiles dans le secteur privé. Puisque la VDL Mode 2 fonctionne également dans la bande de fréquence VHF, le spectre disponible doit être partagé entre la transmission des données et les communications vocales. Les bandes passantes utilisables sont relativement petites, ce qui signifie que la VDL Mode 2 peut uniquement transmettre des données à quelques kilobits par seconde.
C'est là que le nouveau système de communications aéronautiques numériques en bande L (LDACS) entre en jeu. Le LDACS propose un débit de données qui est jusqu'à 200 fois plus rapide que la VDL Mode 2. Comme le nom l'implique, l'innovation clé ici est la transmission de données dans la bande L. Le LDACS utilise spécifiquement des portions de la bande de fréquence réservées pour la radio aéronautique. Le LDACS utilise des algorithmes de suppression d'interférences et est optimisé pour des émissions hors bande minimales et un fonctionnement sans trouble aux côtés d'autres équipements aéronautiques fonctionnant dans la bande L.
Dans le futur, les données de navigation pour le vol autour des zones de protection contre le bruit pourront être transmises automatiquement via une liaison de données LDACS. Jusqu'à maintenant, cela était fait via des communications vocales.
L'aviation moderne exige un échange sécurisé des données. Sinon, l'organisation du trafic aérien serait impossible. Le LDACS permet de manière fiable des débits de données élevés qui sont sécurisés avec un cryptage. Il prend en charge une large gamme de nouvelles applications, telles que les liaisons de données dont les compagnies aériennes ont besoin pour que les équipages puissent planifier efficacement les opérations de vol. Il y a beaucoup plus d'avions qui volent de nos jours et les contrôleurs du trafic aérien ont besoin de pouvoir distribuer les nouvelles données de navigation plus rapidement afin d'ajuster les trajets de vol à temps lorsque la situation change dans leur espace aérien.
L'une des nouvelles applications du LDACS utilise ses capacités de liaisons de données pour élargir ou même remplacer les liaisons radio VHF lentes au sein des systèmes ATC existants par des liaisons LDACS rapides. Cela accélérera rapidement et de manière notable la transmission des données sans nécessiter l'achat de nouveaux systèmes. Un autre facteur en faveur du LDACS est son chemin très simple jusqu'au lancement sur le marché.
La transmission de données fiable et sécurisée du LDACS sera également utilisée pour de nouvelles méthodes de navigation respectueuses de l'environnement. Le plan ici est de sélectionner les trajets des avions en utilisant des coordonnées précises dans l'espace tridimensionnel qui doivent être atteintes dans des limites de temps strictement définies. Le concept de trajectoire 4D peut être appliqué lorsque l'avion doit être orienté dynamiquement à proximité des aéroports pour éviter les zones de protection contre le bruit.
L'objectif à long terme est de gérer le trajet de vol complet depuis le départ de l'aéroport jusqu'à la destination exclusivement avec des trajectoires 4D, permettant une utilisation de l'espace aérien plus efficace et respectueuse de l'environnement.
Dans le développement du LDACS, quatre projets majeurs de recherche ont joué un rôle clé. Ils sont listés en-dessous du calendrier et sont décrits plus en détail plus loin dans l'article.
Comme tous les autres systèmes embarqués dans l'avion, les émetteurs / récepteurs sont également assujettis aux normes internationales. Les autorisations de vol sont délivrées en se basant sur ces normes afin de s'assurer que la technologie embarquée soit fiable et réponde à tous les critères de sécurité du trafic aérien. Le processus d'approbation est généralement très lourd, et prend de dix à vingt ans. Comme la plupart des compagnies aériennes ne peuvent pas se permettre d'attendre aussi longtemps, des initiatives de recherches gouvernementales ont été établies afin de garantir la participation de l'industrie dans le processus de normalisation aussi précocement que possible.
Le Ministère Fédéral Allemand dédié à l'économie et aux actions climatiques a lancé le programme de recherche en aviation (LuFo) pour le LDACS. Rohde & Schwarz fait partie du programme et joint ses forces avec des partenaires du projet tels que le Centre Aérospatial Allemand (DLR) afin de développer en coopération la technologie LDACS.
Quatre projets de recherches successifs sponsorisés par le Ministère Fédéral dédié à l'économie et aux actions climatiques (BMWK) ont servi à faire avancer significativement le développement de la technologie de transmission de données numériques LDACS pour l'aviation civile.
Avec le centre aérospatial allemand (DLR) et d'autres partenaires du projet, Rohde & Schwarz a travaillé au sein d'un consortium afin de développer un démonstrateur fonctionnel pour les tests en laboratoire entre 2012 et 2015.
Le projet MICONAV qui a suivi a fourni la preuve de la fiabilité opérationnelle au cours d'opérations en vol. Entre 2016 et 2019, un démonstrateur en état de navigabilité a été développé, incluant également des fonctions de navigation très précises. Dans les tests suivants en laboratoire et en vol, il a était possible de tester avec succès la connexion et la déconnexion de quatre stations de base LDACS qui étaient spécialement adaptées au projet, ainsi que le transfert d'une station terrestre à une autre. Les communications entre l'avion et la station terrestre ont fonctionné de manière fiable dans les diverses situations telles que le vol à une altitude élevée et au cours de l'atterrissage, du décollage et de la circulation au sol sur l'aéroport.
Ce projet (2019 à 2022) a élargi les capacités de la forme d'onde pour inclure une connectivité directe entre les avions. Cela signifie que le LDACS n'est plus strictement lié à l'infrastructure terrestre et peut également être utilisé pour des trajets de vol au-dessus des océans.
Le projet PaWaDACs est en cours depuis 2022. Il se concentre sur la miniaturisation des démonstrateurs et à la préparation d'une installation de test réaliste à deux endroits exploités par le fournisseur de service de navigation aérienne Allemand (DFS). Une fois ce travail terminé, les étapes technologiques principales nécessaires pour les futurs systèmes LDACS seront solidement en place. Une base solide sera alors disponible pour le développement de nouveaux produits pour l'aviation civile. Rohde & Schwarz ne sera pas seulement capable de fournir des équipements pour les stations terrestres, mais sera également bien positionné pour proposer des solutions à ses clients à des fins d'utilisation à bord de leurs avions.
Les groupes de travail collaborent avec l'organisation internationale de l'aviation civile (ICAO) afin de créer et implémenter des normes d'acceptation en vol. Siégeant au Canada, l'ICAO est l'autorité de normalisation la plus élevée pour l'aviation civile. Elle examine et intègre les documents les plus importants dans le processus de normalisation.
Dans le cadre du projet LuFo PaWaDACs récemment lancé (voir l'encadré d'information), la pierre angulaire technologique a été mise en place, permettant le développement de produits LDACS terrestre et le démarrage des équipements embarqués à partir environ de 2025. Le lancement sur le marché est prévu en 2028. Grâce à son implication précoce dans les projets LuFo, Rohde & Schwarz a une position compétitive dans la course au leadership du marché parmi les fournisseurs LDACS.
