Développement d’outils de simulation de l’occupation des transpondeurs

Les transpondeurs font partie de l’équipement obligatoire des aéronefs civils : ce sont des appareils électroniques qui répondent aux interrogations radar et aident ainsi le contrôle du trafic aérien et les systèmes anticollision des autres aéronefs dans le ciel à déterminer la position exacte de l’aéronef. Le temps mis par le signal pour voyager du transpondeur au récepteur fournit des informations sur la position exacte de l’avion. Selon le type de transpondeur, d’autres informations sont également transmises, telles que l’altitude de vol ou l’identification du vol.

Si un transpondeur doit traiter un nombre particulièrement important de signaux d’interrogation, il existe un risque de surcharge : le transpondeur peut ne plus répondre à toutes les interrogations et même ne plus répondre du tout à aucune interrogation. Cela peut entraîner la disparition de l’avion de l’écran radar pendant une courte période. Le risque d’un tel scénario est faible, mais il est présent.

“Un avion qui disparaît soudainement de l’écran du contrôle du trafic aérien est toujours extrêmement alarmant”, déclare Helmut Schreiber de l’Institut d’ingénierie micro-ondes et photonique de l’Université de technologie de Graz (TU Graz). Au nom du contrôle aérien autrichien Austro Control, il a étudié tous les facteurs influençant l’occupation des transpondeurs et, sur cette base, a développé l’outil de simulation “TOPAS (Transponder Occupancy Analysis Software)” pour l’occupation des transpondeurs dans l’espace aérien autrichien. Pour le compte d’EUROCONTROL, cet outil est en cours de développement pour l’ensemble de l’espace aérien européen. Sous l’acronyme ESIT (EUROCONTROL Simulator of Surveillance Interrogators and Transponders), TU Graz travaille en étroite collaboration avec Austro Control ainsi qu’avec la société allemande SeRo Systems et EUROCONTROL. “Pour la planification et l’expansion de l’infrastructure de contrôle du trafic aérien, il est essentiel de savoir comment cette infrastructure affecte l’occupation des transpondeurs. Cela concerne, par exemple, l’ajout de nouvelles installations radar ou des changements aux stratégies d’interrogation. Il est important de savoir où hotspots sont et s’ils doivent être soulagés. Nos outils de simulation apportent ici une contribution importante », déclare Schreiber.

Double digitale

Un aperçu rapide et approximatif de l’occupation du transpondeur est donné par une feuille de calcul relativement simple. Il ne prend en compte que le nombre de capteurs et d’avions, mais pas leur répartition spatiale. Les outils TOPAS et ESIT, quant à eux, en tant que jumeaux numériques, intègrent les positions réelles de tous les capteurs radar ainsi que des situations réelles de trafic aérien. “Avec une telle simulation, des séquences d’interrogation encore plus complexes peuvent être programmées, à la fois pour des systèmes radar entiers et isolés pour des capteurs individuels. Cela nous donne des résultats plus réalistes et plus précis. Nous découvrons précisément quand et où il y aura des situations de stress pour les transpondeurs et ce qu’ils sont », explique Helmut Schreiber.

Paul Bosman, responsable de l’infrastructure ATM chez EUROCONTROL, ajoute que “nous sommes ravis de l’excellente coopération avec TU Graz, Austro Control et SeRo Systems. Les outils de simulation contribueront à une utilisation durable des fréquences radio de surveillance et des ressources critiques des transpondeurs au profit de tout l’espace aérien européen. utilisateurs.”

Avec l’outil ESIT, les utilisateurs (autorités gouvernementales, fournisseurs de services de navigation aérienne) peuvent estimer la charge des transpondeurs dans leur espace aérien causée par leurs propres systèmes et ceux des pays voisins. Étant donné que l’outil fonctionnera exclusivement sur les serveurs d’EUROCONTROL, les utilisateurs n’auront pas accès aux données sensibles de l’infrastructure d’autres pays.

Le radar demande, le transpondeur répond

En plus des stations radar civiles et militaires dans les aéroports ou à des points névralgiques, comme le Koralpe, les contacts radio en cours des systèmes dits de multilatération active sont encore plus exigeants pour les transpondeurs. Il existe environ 70 stations prenant en charge la multilatération dans toute l’Autriche. La multilatération, ou MLAT en abrégé, fonctionne comme un GPS inversé. Plusieurs stations d’antenne au sol balayent le signal radio émis d’un transpondeur, envoyant également leurs propres interrogations au transpondeur.

En fonction de la distance de l’avion, les ondes radio du transpondeur atteignent les antennes de réception respectives à des moments différents. Chaque station réceptrice rapporte l’heure exacte à laquelle elle a reçu le signal à un ordinateur central. Cela permet de suivre la trajectoire de l’avion. Helmut Schreiber, de l’Institute of Microwave and Photonic Engineering de TU Graz, explique : « Les systèmes MLAT présentent de grands avantages : ils peuvent remplacer des stations radar coûteuses. Et la panne d’un seul récepteur est moins dramatique que, disons, la panne de tout un station radar. Malgré ces avantages, les contacts radio continus peuvent exercer une pression extraordinairement élevée sur les transpondeurs dans une mauvaise configuration, et peuvent également rendre un avion pratiquement invisible.

Selon Schreiber, le contrôle du trafic aérien civil du futur sera de toute façon sans radar. À l’avenir, les aéronefs utiliseront des systèmes de navigation par satellite pour déterminer leur propre position et l’envoyer automatiquement au contrôle du trafic aérien. Ceci est également simulé par l’ESIT. TOPAS et ESIT augmenteront la sécurité dans les airs pour les systèmes existants et futurs.