L'évolution du radar et de la surveillance avionique a été un moteur de la modernisation des systèmes de gestion du trafic aérien (ATM) à l'échelle mondiale. Comme le trafic aérien mondial devrait doubler au cours des deux prochaines décennies, la demande de haute fidélité, de sensibilisation à la situation en temps réel est devenue aiguë. Les systèmes de radar de surveillance secondaire (SSR) et de radar primaire traditionnels, bien que fondamentaux, sont augmentés et souvent remplacés par des technologies offrant une résolution plus fine, une couverture plus large et une plus grande résilience.

Technologies radar émergentes

Le radar demeure la pierre angulaire de la détection et du suivi du trafic aérien, mais les systèmes modernes ont dépassé les paraboliques rotatifs. L'adoption d'antennes actives à réseaux électroniques numérisés (AESA), combinée au traitement d'ouvertures synthétiques et à la formation de faisceaux numériques, a grandement amélioré la détection des aéronefs coopératifs et non coopératifs, ainsi que des phénomènes météorologiques et des dangers de terrain.

Array et radar AESA

Les radars AESA, un sous-ensemble de réseaux échelonnés, offrent une fiabilité accrue parce que la défaillance de quelques modules T/R ne dégrade que progressivement les performances de certains systèmes, plutôt que de causer une panne complète. Dans les applications de GTA, l'Administration fédérale de l'aviation (FAA) a adopté des systèmes basés sur l'AESA dans le cadre de son programme de modernisation NextGen, remplaçant les radars de vieillissement en route et terminaux par des radars à déploiement progressif multifonctionnel (MPAR). Ces radars assurent une couverture volumétrique 3D, une meilleure détection des petits drones et d'autres cibles peu observables, et une intégration sans faille avec les réseaux de surveillance météorologique.

La capacité de balayage rapide des radars à arrachage progressif est particulièrement utile dans les zones de manoeuvres terminales (TMA) occupées où plusieurs aéronefs convergent à des altitudes et des vitesses variables. Les contrôleurs peuvent recevoir des mises à jour toutes les deux à trois secondes, leur permettant de publier des instructions plus précises et de réagir plus rapidement aux déviations inattendues.

Radar d'ouverture synthétique (SAR)

Le radar à ouverture synthétique utilise le mouvement de la plate-forme radar, généralement un aéronef ou un satellite, pour synthétiser une très grande ouverture d'antenne, produisant des images à haute résolution du sol et des obstacles. Bien que la recherche et le sauvetage soient utilisés depuis longtemps pour la télédétection et la reconnaissance militaire, leur application dans le système de gestion des aéronefs s'accroît pour la sensibilisation au terrain et la détection des incursions sur piste.

Dans le contexte de la surveillance, les SAR aéroportées peuvent fournir des images en temps réel aux contrôleurs de la circulation aérienne pour surveiller les mouvements au sol dans les aéroports, en particulier lorsque les conditions météorologiques défavorables sont défavorables lorsque les caméras optiques sont inefficaces. Les constellations SAR spatiales, telles que celles exploitées par l'Agence spatiale européenne (Sentinel-1), contribuent également à la sécurité aérienne mondiale en cartographieant les changements de littoral, les zones d'inondation et les panaches volcaniques qui influent sur la planification des vols.

Radar numérique et défini par logiciel

La technologie de la formation numérique des faisceaux (DBF) prend une étape plus importante en numérisant les signaux de chaque élément d'antenne avant de les combiner. Cela permet au radar de former plusieurs faisceaux simultanés dans différentes directions, chacun optimisé pour une fonction spécifique (p. ex., un faisceau pour le suivi des aéronefs, un autre pour la détection du cisaillement du vent). Les architectures radar définies par logiciel (SDR) permettent des mises à jour et une reconfiguration du firmware sans changement de matériel, prolongeant la durée de vie opérationnelle des installations radar.

Progrès dans la surveillance avionique

La surveillance avionique englobe les systèmes aéroportés et au sol qui fournissent des informations sur la position, l'identité et l'état des aéronefs. Le passage de la surveillance radar-dépendante à des systèmes coopératifs comme ADS-B et la multilatation à grande surface (WAM) représente un changement de paradigme dans le GTA. Ces technologies exploitent la navigation satellite moderne et les liaisons de données numériques pour obtenir une précision de surveillance qui rivalise ou dépasse le radar classique, souvent à des coûts d'installation et d'entretien moins élevés.

Surveillance automatique dépendante-diffusion (ADS-B)

ADS-B est une technologie de surveillance dans laquelle un aéronef diffuse automatiquement sa position, sa vitesse, son altitude et son identification à partir de GNSS (GPS) et d'autres capteurs embarqués. La diffusion est reçue par les stations au sol et d'autres aéronefs équipés d'ADS-B In. ADS-B est devenu une pierre angulaire du guichet automatique moderne, mandaté pour la plupart des aéronefs exploités dans l'espace aérien contrôlé par la FAA et de nombreuses autres autorités de l'aviation civile.

Bien que l'accès à l'espace aérien exige une SDA-B Out (transmettre seulement) et une SDA-B In (réception), l'ADS-B Out permet aux pilotes de voir le trafic et les conditions météorologiques environnants sur une carte mobile. Cette sensibilisation de la situation appuie des applications telles que la sensibilisation à la situation du trafic aérien et les procédures en cours de route (ATSAW/ITP), qui facilitent les montées et les descentes plus efficaces.

Toutefois, ADS-B présente des vulnérabilités : le brouillage et le brouillage des signaux GNSS pourraient dégrader les rapports de position, et le système repose sur des aéronefs qui transmettent des données correctes. Les mesures d'atténuation comprennent des mécanismes d'authentification (p. ex. ADS-B avec des codes d'authentification de messages) et une surveillance hybride qui fusionne ADS-B avec des données multilatération et radar.

Systèmes de multilatation (à base de WAM et de DME)

La multilatation à grande surface (WAM) utilise un réseau de stations au sol géographiquement dispersées qui mesurent la différence de temps d'arrivée (DTOA) des signaux émis par les transpondeurs d'aéronefs (mode A/C, mode S ou ADS-B). En résolvant les équations de multilatation, le système détermine la position de l'aéronef avec une précision comparable à celle du radar, en particulier dans les zones montagneuses ou obscurrées par le terrain où la couverture radar est faible.

Cette technique permet de localiser les aéronefs qui n'ont pas de transpondeur fonctionnel, ce qui permet de surveiller la surveillance primaire. La multiplication est également essentielle pour la surveillance de surface sur les pistes et les voies de circulation des aéroports, où les positions des véhicules et des aéronefs en mouvement sont suivies afin d'éviter les incursions de piste.

Mode S et surveillance renforcée

Le mode S (Sélectionner) est un protocole radar de surveillance secondaire qui permet d'interroger de façon sélective les aéronefs, réduisant ainsi la surcharge de réponse courante dans le trafic dense. Les transpondeurs du mode S peuvent relier une multitude de données au-delà de l'identité et de l'altitude de base, y compris la vitesse indiquée, le cap magnétique, l'angle de roulis, la vitesse d'angle de la voie et l'altitude sélectionnée (via la surveillance élémentaire et la surveillance améliorée du mode S).

Le mode S est également le fondement du système d'alerte et d'évitement des collisions (TCAS/ACAS), qui utilise les données du mode S pour coordonner les avis de résolution entre les aéronefs. La dernière génération, ACAS X (Surveillance active), adapte sa logique à différents environnements aériens et réduit les alertes de nuisance.

Intégration et impact sur la gestion du trafic aérien

Les moteurs de fusion de données combinent des entrées de plusieurs capteurs – radar, ADS-B, multilatation, mode S et satellite – pour créer une image de surveillance consolidée qui est cohérente et opportune. Cette approche intégrée soutient l'ensemble des opérations de GTA, de la gestion de vol porte-porte à la gestion de flux entre les régions.

Améliorations de la sécurité

La vitesse de mise à jour accrue et la précision de position accrue de la surveillance moderne réduisent directement le risque de collisions. Des minima de séparation réduits (de 5 milles marins à 2,5 milles marins ou même 0,5 milles marins sur des pistes parallèles très espacées) sont possibles parce que les contrôleurs peuvent compter sur un suivi en temps quasi réel. Les systèmes de prévention de l'incursion sur piste, comme la surveillance de surface de l'aéroport par multilatation et le SAD-B, fournissent des avertissements automatiques de conflit pour les véhicules et les aéronefs sur la zone de mouvement.

De plus, la surveillance intégrée permet d'éviter les intempéries de façon plus efficace. Les radars météorologiques à arrachage progressif permettent de mettre à jour plus rapidement le volume (30 secondes contre 5 minutes pour Doppler conventionnel), ce qui permet aux pilotes et aux répartiteurs de disposer de renseignements plus opportuns sur les cellules convectifs, les microbursts et les turbulences, ce qui entraîne moins de retards et de détournements liés aux conditions météorologiques.

Capacité et efficacité

Grâce à la réduction des minima de séparation, un plus grand nombre d'aéronefs peuvent fonctionner en toute sécurité dans le même espace aérien, ce qui réduit la congestion des principaux centres. L'itinéraire optimisé permis par la surveillance à haute précision et la prévision de trajectoire permet aux aéronefs de faire des vols de profil privilégiés – opérations continues de montée (CCO) et opérations de descente continue (CDO) – qui économisent du carburant et réduisent le bruit.

Les systèmes de gestion des flux fondés sur le temps utilisent des données de surveillance pour planifier précisément les flux d'arrivée, en minimisant les changements de vecteurs et de séquences. Des initiatives semblables en Europe, comme le programme SESAR, comptent sur la multilatation et le SAD-B pour appuyer la segmentation dynamique et les opérations de libre-route.

Avantages pour l'environnement

En permettant des trajectoires de vol plus efficaces, des distances plus courtes, des emprises moins importantes et des profils de montée/descents optimisés, la surveillance moderne réduit directement les émissions de carburant et de CO2. L'Association internationale du transport aérien (IATA) a noté que l'adoption mondiale de la navigation axée sur les performances (PBN) et de la séparation réduite fondée sur la surveillance pourrait réduire les émissions de l'aviation de 10 %.

De plus, l'intégration au radar météorologique réduit la pénétration dans les conditions météorologiques extrêmes, évitant ainsi les brûlures inutiles dues à de longues déviations ou à une poussée excessive.

Évolution future

La trajectoire de l'innovation en radar et en avionique de surveillance indique une plus grande automatisation, une plus grande couverture et une plus grande résilience contre les perturbations. Les radars spatiaux fonctionnant en orbite terrestre basse pourraient fournir une couverture de surveillance primaire mondiale, éliminant ainsi la nécessité de radars terrestres dans de nombreuses régions.

Les algorithmes d'IA peuvent identifier des modèles subtils de conflits naissants, prévoir des violations de séparation et recommander des mesures de contrôle. Ils aident également à classer les aéronefs non coopératifs (p. ex., drones d'aviation générale, militaires amis) pour réduire les fausses alarmes. La cybersécurité reçoit une attention accrue; les réseaux de surveillance modernes intègrent le chiffrement, l'authentification et la détection d'intrusion par anomalie pour protéger contre les attaques par effraction et le déni de service.

Un autre développement prometteur est l'utilisation de la surveillance coopérative dans les systèmes de gestion du trafic sans équipage (UTM) pour les drones.Les opérations de faible altitude nécessitent des réseaux de surveillance denses et peu coûteux – souvent un mélange de systèmes ADS-B, de surveillance automatique dépendante – contrat (ADS-C) et de radars au sol – pour assurer la séparation et le respect des restrictions de l'espace aérien.

Des organismes de normalisation comme l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) continuent d'élaborer des exigences en matière de surveillance à travers le Plan mondial de navigation aérienne (GANP). Les concepts émergents comme les tours de contrôle virtuelle, les stations pilotes à distance et les taxis aériens entièrement autonomes exigeront une intégration encore plus étroite de la surveillance à haute intégrité dans le tissu plus large de l'ATM.

Conclusion

Les radars Phased-array et AESA offrent des mises à jour rapides et des capacités multifonctionnelles, tandis que les radars à ouverture synthétique améliorent la sensibilisation au terrain et aux obstacles. Du côté de la surveillance, l'ADS-B, la multilatation et le mode S ont permis un suivi coopératif précis qui réduit les minima de séparation et améliore l'efficacité. L'intégration de ces technologies dans les systèmes d'automatisation air-sol procure des avantages mesurables en matière de sécurité et d'économie, et les développements en cours dans les plates-formes spatiales et le renseignement artificiel promettent de combler les lacunes restantes.