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NDB Section Instruction – IVAOTM division France

IVAOTM © FPR ELH mai 2011 Page 1

NDB - NON DIRECTIONAL BEACON

A partir du grade : et programme examen du grade et supérieurs

A partir du grade : et programme examen du grade et supérieurs

1. INTRODUCTION:

Le NDB est une balise radio, non directionnelle. C'est à dire, que l'émetteur au sol émet le même signal, avec la même force, dans toutes les directions. Pour pouvoir connaître la direction vers laquelle se trouve un NDB, il faut que l'aéronef soit équipé d'un ADF (Automatic Direction Finder, ou en français : « radio compas ») qui n'est autre qu'un système de réception utilisant les principes de la radiogoniométrie.

Avec ce type de balise, c'est le système embarqué dans l'avion qui détermine alors la

direction de l'émetteur.

Note : Souvent, les deux termes NDB et ADF sont confondus car ils désignent des

appareillages complémentaires. Cependant, le premier désigne l'émetteur au sol,

alors que le second est le système de réception embarqué, capable d'indiquer la

direction de l'émetteur.

Les avantages des NDB :

Son utilisation est possible à basse hauteur

La matérialisation de la position de l’avion par rapport à la balise est aisée Les inconvénients des NDB :

L’ADF est très sensible aux parasites atmosphériques tels que les orages

Les ondes peuvent être réfléchies par le relief (montagnes)

La précision angulaire est médiocre de l’ordre de 5 à 10°

Le pilote ne dispose pas d’alarme indiquant automatiquement au pilote que la réception n’est pas possible

L’ADF peut recevoir de nuit une onde directe de surface et une onde réfléchie par les couches ionosphériques. Dans certain cas, les interférences entre ces ondes rendent inutilisable l’ADF.

La conductibilité des ondes radio changent entre la mer et la terre. Il en résulte des déviations d’ondes et donc de direction quand l’avion est au dessus la mer.



2. STATION AU SOL

Un NDB est un émetteur au sol simple, peu coûteux de mise en œuvre (c'est son principal avantage). Il existe plusieurs types de station :

Les balises NDB de faible portée que l’on appelle « Locator » ayant une portée de 25NM. Leur indicatif est généralement à 2 lettres. Ces balises servent à effectuer des percées IFR et/ou à définir des attentes.

Les balises NDB radiophare à longue portée. Elles jalonnent les voies aériennes dans certains pays. Leur indicatif est en général à 3 lettres.

Les émetteurs de radiodiffusion. Ce ne sont pas des balises NDB à proprement dit mais ils peuvent être utilisés comme balise.

Les fréquences exploitées sont officiellement comprise entre 190 KHz et 1750 Khz (avec un espace libre entre 495 kHz et 505 kHz, afin de protéger la fréquence d'appel de détresse internationale maritime de 500kHz). Cette longueur d'onde possède l'avantage particulier de permettre au signal de suivre la courbure terrestre et ainsi, d'offrir un rayon d'action relativement étendu. Cependant, elle est très sensible aux perturbations climatiques, ainsi qu'à l'environnement géographique. De nuit, elle est sujette à des phénomènes de propagation ionosphérique. La puissance rayonnée des émetteurs NDB varie beaucoup. Communément comprise entre 25 et 100 W (Watt), elle peut atteindre et dépasser 1000 W sur certaines installations (jusqu'à 5 kW). La porteuse est émise en continu, seulement interrompue, à intervalles réguliers, par l'identification en code Morse de la balise (modulation par « tout ou rien » ou A0). Ceci impose alors la présence d'un oscillateur interne au récepteur (BFO pour Beat Frequency Oscillator) qui va créer la « note » de cette identification par « battement » de phase avec la porteuse. Sur certains appareils, le bouton «BFO est appelé « Tonalité ». L'identité peut aussi être transmise par un signal de 400 ou de 1020 Hz modulant la porteuse en amplitude (A1). Nul besoin alors de BFO, pour pouvoir entendre la note.



Photo : Antenne d’une station NDB

Accessoirement la porteuse d'un NDB peut aussi servir à transmettre :

ATIS : Automatic Terminal Information Service.

AWIS : Automatic Weather Information Service.

AWOS : Automated Weather Observation System.

ASOS : Automated Surface Observation System

VOLMET : Meteorological Information Broadcast

TWEB : Transcribed Weather Broadcast

PIP : Code morse supplémentaire indiquant une mal fonction du NDB Certaines installations NDB permettent au contrôleur d'utiliser un micro pour transmettre en phonie sur la porteuse. C'est un système de secours. Le pilote peut entendre via le haut parleur de l'ADF.



3. REPRESENTATION DU NDB SUR LES CARTES

Le symbole d'emplacement des NDB sur les cartes SIA est celui représenté ci dessous. Le même symbole est utilisé par les cartes Jeppesen.

Symbole du NDB sur carte SIA

Symboles et cartouche type Jeppesen. Le cartouche associé indique alors :

Le nom en clair (facultatif)

L'indicatif sur une, deux, ou trois lettres

La fréquence (en Kilo Hertz)

La représentation graphique de son identification en morse (facultatif, cartes Jeppesen).

Représentation des NDB sur une carte SIA. Ici les NDB de Romorantin et de Chateauroux Beaucoup de NDB sont utilisés comme repères pour les approches « classiques ». Ils sont couplés aux radio bornes appelée « Outer Marker » (OM) ou les remplacent. Au Canada, presque tous les OM ont été remplacés par des NDB de petite puissance. Ce système est en voie d'expansion dans le monde entier.



4. FONCTIONNEMENT DE LA DETECTION

Pour exploiter le signal d'un NDB, l'aéronef doit être équipé d'un récepteur ADF (Automatic Direction Finder). Le récepteur utilise deux antennes. L'une, de type « cadre » (ou loop), hautement directive, orientée par un moteur et une seconde, fixe, omnidirectionnelle et appelée « antenne de levée de doute » Alors qu'une antenne accordée classique utilise principalement la composante électrique, d'une onde électromagnétique, une antenne cadre sera plutôt sensible à sa composante magnétique. La réception est maximale quand les spires de l’antenne cadre sont alignées dans l'axe de direction de l'émetteur et nulle dans le plan du cadre. Un synchro-transmetteur, solidaire du cadre, transmet sa position à l'indicateur qui affiche la direction vers laquelle se trouve l'émetteur.

Photo : Antenne à double loop démontée

Les ADF modernes n'utilisent plus de cadre rotatif, mais des groupes de petits dipôles ou d'uni-pôles, dont on analyse la phase ou l'amplitude (les deux principes coexistent) des signaux reçus. La direction est calculée et transmise à l'indicateur par le biais de microprocesseurs. Ne plus avoir de pièces en mouvement apporte un gros avantage sur la fiabilité.



5. L’INSTRUMENT ADF

5.1.LE BOITIER DE COMMANDE

Le boitier de commande ADF permet la mise en route, la sélection de la fréquence et des différents modes. Les principales fonctions que l'on y trouve sont :

ADF : Utilisation des deux antennes. Fonction principale de navigation.

BFO : Enclenchement de « l'oscillateur de battement » pour écoute de l'identification.

ANT : Utilisation unique de l'antenne de levée de doute, pour réception de l'ID ou de messages.

FRQ : Sélection manuelle de la fréquence à utiliser (molette rotative).

Boitier de commande du récepteur ADF d'un Cessna 172

Note : Toutes ces fonctions ne sont pas modélisées sur Flight Simulator. Seul le

bouton ADF est actif mais agit en fait comme un simple « marche / arrêt ». La

molette de sélection des fréquences est bien sûr opérationnelle. Le monitoring de

l'audio de l'ADF est alors regroupé avec celui des VORs, dans le panneau de

commande général « audio » de l'appareil. Le BFO n'est pas simulé.

5.2.L’INDICATEUR ADF

L'indicateur visuel ADF permet un affichage du gisement de la balise. Il existe différents modèles :

Carte fixe ou « RBI » (Relative Bearing Indicator)

Carte mobile ou « RMI » (Relative Magnetic Indicator)

Carte mobile automatique ou « RMI » (Radio Magnetic Indicator)



5.2.1. MODELE RBI - RELATIVE BEARING INDICATOR

L'aiguille indique le gisement, c'est à dire la direction de la station au sol par rapport au nez de l’avion.

L’instrument est entouré d’une carte de directions magnétiques, non mobile, graduée de 0 à 359°. Pour déterminer le relèvement magnétique, il faut alors effectuer un petit calcul :

Relèvement magnétique = cap magnétique de l’aéronef + gisement.

Relèvement magnétique : Route magnétique à prendre pour rejoindre la station Cap magnétique : Indication d’un compas magnétique Gisement : Angle que fait la direction de la station avec le nez de l’aéronef

5.2.2. MODELE RMI - RELATIVE MAGNETIC INDICATOR

Afin d'éviter les calculs lors de la navigation, la carte est une rose des vents mobile et un bouton (HDG) permet de faire coïncider le cap avec le nez de l'appareil sur l'instrument. La lecture donne alors directement le relèvement magnétique de la balise au sol.

RMI : Relative Magnetic Indicator



5.2.3. MODELE SRMI/DRMI – SINGLE/DUAL NEEDLE RADIO MAGNETIC INDICATOR

Le terme RMI devrait cependant être réservé aux afficheurs où la rose des vents est asservie par une vanne de flux. Ils procurent effectivement une indication radio (la direction du NDB) et une indication magnétique, la rose des vents s'orientant automatiquement en fonction du cap suivi. On parle alors de Radio Magnetic Indicator.

Single Needle Radio Magnetic Indicator (SRMI)

Si l'afficheur ne comporte qu'une seule aiguille, on parle alors de SRMI (Single-needle Radio Magnetic Indicator). Mais le plus souvent, ils en ont deux (illustration ci dessous). Ce sont des DRMI (Dual-needle Radio Magnetic Indicator) permettant le suivi de deux balises radioélectriques (généralement un VOR et un NDB), simultanément, sur le même afficheur.

Dual Needle Radio Magnetic Indicator (DRMI)

5.2.4. MODELE EHSI – ELECTRONIC HORIZONTAL SITUATION INDICATOR

Sur les avions de ligne commerciaux, ou les business jets/propeller, l’ADF est inclus dans un EHSI qui est un afficheur électronique qui permet de cumuler les réception des ILS, VOR, NDB, DME, route et le CAP.

Electronic Horizontal Situation Indicator



6. UTILISATION PRATIQUE

6.1.UTILISATION NORMALE

Pour utiliser un ADF afin de se diriger sur un NDB il faut :

Allumer le récepteur ADF (s’il n’est pas allumé automatiquement)

Régler la fréquence de l’ADF sur la fréquence du NDB choisi

Vérifier l'identification audio de la station.

Ajuster le cap de l'appareil jusqu'à ce que l'aiguille de l'ADF pointe dans la même direction que le nez de l'avion.

Quand un pilote se dirige vers un NDB, il suit un track magnétique en

rapprochement vers le NDB. La valeur du track magnétique est le cap indiqué par

l’aiguille de l’ADF pour les modèles automatiques.

Pour s'éloigner d'un NDB, c'est la même procédure, mais on aligne alors la queue de l'aiguille avec le nez de l'avion.

Un ADF pointe toujours en direction de la balise quelque soit la direction de

l’appareil.

Le schéma présente l’affichage de l’ADF tel que le pilote peut le voir dans un cockpit en fonction de l’emplacement de l’appareil du NDB : Notez que la flèche de l’ADF suit exactement la trajectoire directe vers la balise. Le point noir représente le haut de l’instrument dans le cockpit.



Lors du survol d'un NDB, l'aiguille de l'ADF va tout simplement pivoter d’avant vers

l’arrière.

Note : Il existe cependant un cône d'incertitude, à la verticale de la balise, où la

précision d'indication est fortement dégradée.

6.2.POSITIONS CARACTERISTIQUES

6.2.1. STATION AVANT

ADF dans le cockpit Position de l’appareil et la balise On appelle aussi cette manœuvre IFR : « suivre un track(route) en rapprochement »

6.2.2. STATION ARRIERE

ADF dans le cockpit Position de l’appareil et la balise On appelle aussi cette manœuvre IFR : « suivre un track(route) en éloignement »



6.2.3. STATION DE TRAVERS A 90°

ADF dans le cockpit Position de l’appareil et la balise On appelle aussi cette position : « travers balise NDB »

6.2.4. STATION A 45°

ADF dans le cockpit Position de l’appareil et la balise

6.2.5. STATION VERS ¾ ARRIERE

ADF dans le cockpit Position de l’appareil et la balise

90°

45° 45°

90°



6.3. DISTANCE AU NDB

Il peut arriver qu'un NDB soit associé à un dispositif de renseignement de la distance (DME), mais c'est plutôt rare et principalement réservé à certaines approches typiquement NDB/DME. En règle, pour connaître la distance qui sépare l'appareil d'un NDB « enroute », il faut procéder par calcul, comme suit :

Placer l'appareil à 90° avec le signal de la balise et voler dans cette direction durant quelques minutes, le temps de franchir plusieurs degrés de rotation de l'aiguille.

Noter le temps de vol effectué : t en minutes

Noter le nombre de degrés d'angle franchis : N en degré La distance qui sépare l'aéronef de la balise s'obtient par la formule :

D (Nm) = t (minutes) x Vsol (Kts) / N (nb de degrés d'angle)

Si la vitesse sol n’est pas connue, on pourra prendre une estimée de la vitesse vraie éventuellement corrigée du vent. La formule suivante permet de calculer directement le temps nécessaire pour rejoindre le NDB :

T (minutes) = 60 x t (minutes) / Nombre de degrés d'angle franchis

t : Le temps chronométré pour parcourir un certain nombre de degrés d'angle.. T : Le temps de parcours restant pour atteindre la balise.

EXEMPLE :

EN NAVIGUANT DURANT 6 MINUTES A 90° D'ORIENTATION D'UN NDB AVEC UN C-172 VOLANT A 120

KTS DE VITESSE SOL, ON NOTE UNE DEVIATION DE 4 DEGRES DE L'AIGUILLE DE L'ADF.

LE NDB SE TROUVE ALORS A :

D = 120 X 6 / 4 = 120 X 1,5 = 180 NM

LE TEMPS NECESSAIRE POUR REJOINDRE LE NDB EST DE :

T= 60 X 6 / 4 = 60 X 1,5 = 90 MIN.



6.4.UTILISATION AVEC VENT DE TRAVERS

Ces opérations ne posent aucun problème quand il n'y a pas de vent ou très peu. Mais en présence de vent fort de travers, il faudra corriger la dérive. Dans ce cas, procéder comme indiqué de façon générale pour le suivi de toute radiobalise, par la méthode de la « double erreur de route », afin d'estimer et d'ajuster correctement l'angle de dérive vis à vis du vent.

Quand le pilote s’aperçoit d’une dérive trop importante, il n’applique pas la

correction de cap inverse mais une correction double de cap inverse.

Représentation graphique de la méthode de la double erreur de route

Dans le cas, où le pilote se contente de recentrer l'aiguille de l'ADF en pointant dans la direction du nez de l'avion, il va suivre une courbe en spirale que l’on appelle la « courbe du chien ».

La « courbe du chien »

Cette courbe s’éloigne de l’axe de la route initiale peu à peu pour revenir sur la balise avec un cap complètement différent. Ce genre de trajectoire est très handicapante lors d’une approche de type NDB en IFR qui permet de ne plus pourvoir continuer l’approche.



7. UTILISATION ALTERNATIVE

L’ADF a certaines autres propriétés physiques dans le cadre d’une utilisation réelle non simulable sur nos simulateurs favoris.

7.1. ECOUTE DE LA BANDE GRANDES ONDES

La bande de fréquence d'émission des NDB est la même que celle exploitée par les stations commerciales radio en « Moyennes Ondes». On peut donc facilement pointer dans la direction d'un émetteur broadcast connu. Il suffit de régler la fréquence du récepteur de l'ADF. Ceci peut s'avérer fort utile dans certaines contrées et accessoirement, permettre d'écouter des émissions radiophoniques en vol.

7.2.DETECTION DES CELLULES ORAGEUSES

Les décharges d'électricité statique des orages font dévier l'aiguille de l'ADF. C'est pourquoi il a été ironiquement baptisé le « stormscope du pauvre ». Et en effet, l'ADF est tout à fait en mesure d'indiquer la direction de cellules orageuses en activité. Ce n'est pas son usage premier, mais bon nombre de pilotes de petits appareils utilisent cette propriété.

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