Navigation basée sur la performance (PBN)

EGNOS

La DSNA déploie des procédures PBN d’approche par satellite de nouvelle génération.

Grâce aux progrès technologiques, les pilotes ont désormais la possibilité d’assurer des procédures d’approche et d’atterrissage sur des aéroports dépourvus d’infrastructure de navigation au sol. Dans le cadre du plan de navigation fondée sur les performances (PBN), l’OACI recommande de déployer des systèmes d’approche par satellite avec guidage vertical sur toutes les pistes IFR à l’horizon 2016. Avec près de 90 % des pistes dotées de procédures d’approche PBN en métropole et en Outre-mer fin 2015, la DSNA conforte son rôle de leader européen. La DSNA représente l’État-actionnaire au sein de la société ESSP SAS chargée d’exploiter le système satellitaire européen de navigation EGNOS dans l’aviation civile et sur d’autres marchés.

Glossaire PBN

PBN signifie Performance Based Navigation. Les GNSS (Global Navigation Satellite Systems), comme le GPS, contribuent notamment aux exigences PBN à la fois pour l’en route et les zones terminales.

Dans le cadre de la stratégie DSNA en matière de PBN et en particulier pour la navigation par satellite, les spécifications de performance suivantes doivent être atteintes pour chacune des zones de l’espace aérien.

Continental en route network : RNAV 5 specification
exige que l’équipement de bord conserve une précision latérale et longitudinale de navigation le long de la route de 5 NM ou mieux pendant au moins 95 % du temps de vol total. Cette spécification n’impose pas de moyen bord de surveillance et d’alerte de la performance de navigation. Le réseau de route basé sur la spécification RNAV 5 (anciennement connu sous le nom BRNAV en Europe) existe depuis 1998. Pour voler dans l’espace aérien français, la spécification RNAV 5 est nécessaire au-dessus du FL 115.

Terminal area network : RNAV 1 specification
exige que l’équipement de bord conserve une précision latérale et longitudinale de navigation le long de la route de 1 NM ou mieux pendant au moins 95 % du temps de vol total. Cette spécification n’impose pas de moyen bord de surveillance et d’alerte de la performance de navigation. Les trajectoires RNAV 1 (précédemment connu sous le nom PRNAV en Europe) sont désormais mises en œuvre dans plus de 75 % des zones terminales de la DSNA.

Trois types d’approches sont pris en charge par les systèmes satellitaires. Ces approches sont dénommées procédures d’approche PBN (publiée sous le nom RNAV (GNSS)) et nécessitent un moyen bord de surveillance et d’alerte de la performance de navigation pour la trajectoire suivie.

Lorsque la surveillance et des informations de correction de la trajectoire PBN sont nécessaires, l’équipement de bord utilisera soit un RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring) , doit un système dit SBAS (Satellite Based Augmentation System) tel que EGNOS (European Geostationary Navigation Overlay Service) pour l’Europe.

Un SBAS augmente la constellation des GNSS en fournissant des informations d’intégrité, de correction de la trajectoire et des références de satellites géostationnaires. De tels systèmes nécessitent des stations terrestres de réception, situées à des points clefs.

Spécification de navigation pour les procédures d’approche PBN (Réf : ICAO doc 9905) :

• RNP approach (RNP APCH)
  La spécification RNP APCH est destinée à répondre aux besoins opérationnels généraux en matière de RNP (Required Navigation Performance) et à permettre l’emploi d’aéronefs dotés de possibilités RNP de base sans imposer d’autorisation opérationnelle.
• RNP Authorization Required approach (RNP AR APCH).
  La spécification RNP AR APCH, qui réclame un niveau supérieur de performances de navigation mieux à même de surmonter le problème de l’accès aux aéroports situés dans des environnements riches en obstacles, par exemple, et facilite l’évolution de la gestion du trafic aérien (ATM), oblige l’exploitant à répondre à des exigences supplémentaires concernant les aéronefs et les équipages et à obtenir une autorisation opérationnelle de l’autorité de réglementation de l’État.

Les approches PBN à la DSNA

Ventilation par minima opérationnels – état au mois de mars 2018

Pour les QFU IFR sur lesquels une approche PBN avec guidage verticale est compatible (i.e. 204 QFU sur les 220 QFU IFR), le déploiement sera de 75% au 1er janvier 2018. L’objectif de la DSNA est une couverture totale de ces 204 QFU avec une approche PBN guidage vertical pour 2018.

La mise en œuvre d'approches PBN a notamment été réalisée grâce aux programmes européens de cofinancement : TransEuropean Transport Network (TEN-T) et Connecting Europe Facility

Le niveau d’équipement des avions est essentiel pour permettre le déploiement d’approches PBN et maximiser leurs bénéfices pour les usagers.

Parallèlement, des trajectoires RNAV 1 ont été publiées dans près de 75% des zones terminales de la DSNA.

Que voulez-vous savoir sur la stratégie PBN de la DSNA ?

Pourquoi publier des approches PBN / SBAS (avec minima LPV) ?

• La DSNA veut offrir la meilleure solution de back-up en cas de défaillance ou de panne d’un ILS sur ses principaux aéroports. Les procédures PBN / LPV proposent des minima proches de l’ILS CAT I.

La technologie SBAS est aussi fiable et aussi performante que les opérations ILS CAT I et peut donc compléter le service ILS en fournissant des minima opérationnels identiques et le maintien d’une accessibilité sûre et optimale en cas d’indisponibilité de l’ILS.
La première mise en service en Europe a eu lieu à Paris CDG le 28 Avril 2016. Les compagnies aériennes et les constructeurs d’avions ont maintenant la possibilité d’observer clairement que le PBN/SBAS permet de garantir beaucoup plus l’accessibilité de l’aéroport que les autres types d’approches PBN. Les bénéfices opérationnels, en plus des standards très élevés en matière de sécurité notamment fournis par EGNOS, renforcent la conviction de la DSNA que le SBAS (Système Based Augmentation System) est une technologie clé dans la modernisation de son infrastructure d’aides à la navigation.

• La DSNA déploie des approches PBN avec minima LPV sur tous les QFU IFR afin de mettre à disposition les bénéfices apportés par EGNOS à tous les usagers aériens et encourager ainsi le retrofit.

Le guidage latéral et vertical fourni par un SBAS tel qu’EGNOS est gratuit et n’a pas de coûts d’infrastructure aéroportuaire. Le SBAS permet de répondre pleinement aux exigences de performance pour la navigation et la surveillance de la trajectoire.
Les approches PBN / LPV fondées sur le SBAS sont des approches de haute performance. Elles ont été très appréciées par les pilotes au cours des différentes campagnes d’essais qui ont été effectuées.

« En tant que pilote d’essai, j’ai eu l’occasion d’effectuer des approches LPV basées sur la constellation EGNOS sur trois types d’avions différents : A300ST, A350XWB et ATR72-600. La première observation, qui est unanime, est la facilité d’acquisition du système parce que l’interface pilote est conçue comme celle d’un ILS qui est la plus connue et la plus « intuitive » par un pilote de ligne. La seconde est qu’une approche LPV a même de meilleures performances qu’un ILS de CAT I parce que ce n’est pas sensible aux "traditionnelles" perturbations ILS, par exemple LOC secondaire ou faisceau Glide, ou des perturbations de signal rencontrées quand un avion survole l’antenne du LOC. »
Jean-Christophe Lair, Pilote d’essai en vol Airbus

• Aujourd’hui, les approches PBN / LNAV-VNAV basées sur l’information barométrique sont les approches de navigation par satellite les plus couramment utilisées par les compagnies aériennes, mais souffrent encore de certaines limitations :
  • notifications d’évènements liés à une mauvaise valeur de QNH,
  • problèmes d’« indisponibilité RAIM » lorsque l’approche PBN est l’unique approche existante.

Pour rappel, la surveillance autonome de l’intégrité du récepteur (RAIM) est une technologie développée pour évaluer l’intégrité du signal GPS dans un système de récepteur GPS.

L’anticipation est essentielle à l’évolution du PBN. La DSNA continuera à déployer des approches PBN/LPV tout en maintenant la publication des approches PBN/LNAV-VNAV sur les pistes où ses clients y trouvent un intérêt, tout en tenant compte de la progression de l’état d’équipement de la flotte.

Quelle est la position de la DSNA sur la RNP 1 et le RADIUS TO FIX ?

L’une des principales préoccupations de la DSNA pour les TMA à haute densité est de garantir une capacité optimale en permanence. Avec l’introduction des segments RF (Radius to Fix), les problèmes de capacité peuvent se produire principalement en raison des échanges radio supplémentaires et des besoins spécifiques de gestion par l’ATC d’aéronefs non équipés. Il est donc difficile d’introduire de nouvelles fonctions, telles que le RF, sans pour autant pénaliser la capacité globale de la TMA, tant que le taux d’équipement n’est pas proche de 100%. Un autre moyen pour exploiter les avantages des RF serait de concevoir des trajectoires spécifiques à suivre, pendant les périodes de faible trafic seulement. Cette solution est en cours de discussion avec les usagers de l’espace aérien.

La DSNA est sensible aux bénéfices que peut apporter la capacité RF, mais surveillera les taux d’équipement des compagnies aériennes pour soutenir la future mise en place opérationnelle de cette fonction.

La transition de RNAV 1 à RNP 1 soulève une question qui doit être clarifiée : la perte du signal GNSS à long terme (par exemple plus d’un jour). Avec la spécification RNAV 1, une grande flexibilité de réversion est maintenue, en particulier grâce au grand nombre d’utilisateurs équipés de récepteurs multimodes DME / DME. Cependant, des interrogations demeurent sur les conditions acceptables pour l’utilisation de DME / DME avec des routes RNP 1 publiées lorsque la panne dure pendant une période plus longue. Une rencontre avec Eurocontrol et l’AESA a été demandé afin de clarifier cette question et décider de la voie à suivre.

La DSNA a l’intention de publier des trajectoires RNP 1 quand il en sera prouvé la pertinence opérationnelle en matière de sécurité et de performance. Toutes les attentes clients et les projets dans ce domaine seront examinées.

La DSNA mettra-t-elle en œuvre des procédures « Visual RNAV » ?

En étroite collaboration avec Air France, la DSNA a conçu et évalué une approche Visual RNAV à l’aéroport de Bordeaux. Plus de 120 vols l’ont réalisée depuis l’été 2015, avec des retours très positifs à la fois de l’ATC et des équipages. L’évaluation est toujours en cours fournissant ainsi des éléments clés pour un nouveau concept d’opérations à définir au niveau de l’OACI tout en permettant aux acteurs de première ligne de continuer leur pratique. Grâce à un projet SESAR à l’aéroport de Nice, avec ses partenaires, la DSNA a conçu avec succès et évalué une approche Visual RNAV dans un environnement de relief très exigeant, imposant une trajectoire courbe jusqu’à la courte finale. Une étude a également commencé à l’aéroport de Marseille, où un environnement riche en obstacles est également un problème et conduit à la nécessité d’une forte pente à suivre par les équipages.

La DSNA est prête à publier des approches « visual RNAV » lorsque le concept opérationnel sera établi au niveau de l’OACI.

Regard vers l’avenir avec le GBAS CAT II / III ?

Un système de renforcement au sol (GBAS) est un système qui prend en charge l’augmentation de la constellation (s) GNSS primaire, au niveau de l’aéroport, pour toutes les phases d’approche : l’atterrissage, le départ et les opérations de surface. Bien que l’objectif principal du GBAS est de fournir l’assurance de l’intégrité, il augmente également la précision du signal.

La DSNA soutient la R&D pour le GBAS CAT II / III, notamment par une station SESAR déployée à Toulouse Blagnac et à travers la feuille de route de la performance « Paris CDG 2020 ». L’objectif visé est une amélioration substantielle de la performance de l’aéroport dans des conditions de faible visibilité.

Quelle est la position de la DSNA vis-à-vis du GBAS CAT I ?

La DSNA n’ira pas plus loin avec le GBAS CAT I que le support qui a été fourni pour permettre les opérations d’Airbus Industries à l’aéroport de Toulouse Blagnac et qui conduisent à l’installation d’une station. Le déploiement et la mise en œuvre de GBAS CAT I sont également très limités dans les autres pays européens, montrant les limites de cette solution. Aucune compagnie aérienne n’a demandé la poursuite du déploiement.

PBN @ DSNA : objectifs de haut niveau

• Améliorer la sécurité et l’accessibilité, notamment pour les pistes secondaires non équipées d’ILS.
• Permettre la rationalisation des aides à la navigation classique, en particulier la réduction du nombre d’ILS CATI, dans les aérodromes où le modèle économique n’est plus valide.

HOP ! s’engage pour les approches PBN/LPV

HOP ! est la nouvelle compagnie aérienne réunissant les trois compagnies régionales françaises du groupe Air France : Brit Air, Régional et Airlinair. HOP ! dispose d’une flotte moderne d’Embraers, de Bombardiers CRJ et d’ATR (12 ATR 42-500, 5 ATR 72-500 et 5 ATR 72-600 ) pour effectuer les vols court-courriers de HOP ! Air France : un vaste réseau de 130 routes point à point et une flotte d’avions régionaux et d’Airbus 320 et 319. Chaque année, HOP ! transporte plus de 1 000 000 passagers sur 30 000 vols réguliers vers 30 aéroports en France et en Europe.

Alain Brothier, Vice-Président Flotte HOP ! nous répond.

Approches PBN avec guidage vertical : améliorer la sécurité à l’arrivée

PBN@DSNA, une alternative aux procédures d’approche indirecte et approches de non précision

Les nombreuses publications de procédures d’approche PBN avec guidage vertical , soit avec minima LPV (performance Localizer avec guidage vertical), soit avec minima LNAV / VNAV ( Lateral NAVigation & Vertical NAVigation ) sur la quasi-totalité des seuils de piste des terrains de la DSNA fournissent aux exploitants d’aéronefs un moyen d’accès supplémentaire, en particulier sur un certain nombre de pistes pour lesquelles une approche de précision ne pouvaient être mises en œuvre, l’accès étant ainsi soumis aux seuls minima opérationnels des procédures d’approche à vue.

La DSNA publiera des approches PBN avec guidage vertical pour tous les seuils de piste équipés d’une approche de non précision ou d’une approche indirecte comme seul moyen d’accès.

Lorsque les conditions météorologiques empêchent l’utilisation des approches de non-précision ou indirectes (ou bien lorsque l’ILS n’est pas en service ou en maintenance), l’approche PBN avec guidage vertical est une alternative fiable d’accessibilité, particulièrement lors de situations inconfortables pour les équipages.

• CDG piste 08R, approche PBN avec minima LPV CAT I our LNAV/VNAV publiée en 2016 : proposer une solution d’accès efficace en cas d’indisponibilité de l’ILS

• Marseille piste 31L, approche PBN avec minima LPV ou LNAV/VNAV, une alternative à l’approche indirecte VPT (Visual pattern with Prescribed Track)

• Grenoble piste 27, approche PBN avec minima LPV ou LNAV, publiée en 2011, pour une piste uniquement accessible avec une approche indirecte

Dans le cas particulier de la piste 27 à Grenoble Isère (LFLS/GNB), l’approche PBN sans guidage vertical (minima LNAV) permet des minima opérationnels plus performants que l’approche indirecte et améliore également l’accessibilité du terrain.

Les approches PBN avec guidage vertical réduisent le risque de collision avec le relief (CFIT pour Controlled Flight Into Terrain)

Gestion erronée du profil vertical, enregistrements de plusieurs accidents CFIT.

La conscience de la situation des équipages doit être améliorée.

Lors d’approches PBN avec guidage vertical, l’amélioration de la conscience de la situation des équipages et les approches stabilisées sont possibles par la fourniture d’un guidage vertical. Cela permet notamment aux pilotes de réaliser de procédures standardisées, en particulier sur les aérodromes IFR secondaires.

Approche PBN - RNAV (GNSS) RWY 20 à Paris Orly

Un exemple marquant d’amélioration de la sécurité dans un espace terminal à fort trafic

La piste 20 est utilisée lorsque de forts vents du sud rendent l’atterrissage sur la piste 26 (ou 24) impossible, les limitations vent traversier des avions pouvant être atteintes. Avant la publication de l’approche PBN piste 20, le seul moyen d’accéder au deuxième aéroport français dans de telles conditions météorologiques était de descendre sur l’ILS pour la piste 26 (ou la piste 24) et, à condition que les références visuelles requises soient établies à la MDA / H , d’effectuer une manœuvre à vue pour atterrir sur la piste 20.

L’approche PBN piste 20 a apporté des bénéfices significatifs en matière de sécurité en remplaçant la partie à vue de l’ancienne procédure d’approche indirecte, volée de manière hétérogène par les vols à l’arrivée, par un segment d’approche guidé par satellite. La trajectoire d’arrivée devient plus précise et plus fiable à la fois pour les équipages et les riverains de l’aéroport.

Certains écarts d’équipement PBN dans la flotte opérant à Paris Orly subsistent toujours, conduisant à la nécessité d’intégrer des vols sur l’approche indirecte même lorsque la RNAV (GNSS) RWY 20 est en service. Ces situations peuvent devenir problématiques en matière de gestion du trafic particulièrement pendant les heures de pointe. Elles affectent la performance opérationnelle temps réel de la plate-forme à l’arrivée.

De l’ILS vers le PBN

En 2016, la DSNA a finalisé son plan de rationalisation des ILS (Instrument Landing System). Ce plan reposait sur un programme concomitant et ambitieux de déploiement de procédures GNSS sur l’ensemble des extrémités de pistes des aérodromes IFR contrôlés en France et outre-mer.

En effet, les technologies de navigation par satellite (GPS et EGNOS. EGNOS est un système de renforcement satellitaire régional pour l’Europe) permettent la réalisation d’atterrissages sans avoir recours à une aide à la navigation au sol et tout cela à moindre coûts, le signal étant fourni gratuitement. Pour garantir le niveau d’accessibilité des aéroports de petite et moyenne taille de la DSNA, des procédures GNSS ont été mises en service pour remplacer les ILS. De nos jours, les approches suivant une procédure RNAV (et plus particulièrement celles dites APV Approach Procedures with Vertical guidance) ont montré des performances proches de celles des approches ILS CAT I.

La DSNA, un leader dans la mise en œuvre de procédures d’approche par satellite

Il y a 2 types d’APV, les APV/SBAS (Satellite Based Augmentation System) et les APV/Barometric Vertical NAVigation. Elles utilisent chacune différents capteurs qui permettent de délivrer un guidage vertical pendant l’approche.
Elles sont publiées sur un volet de procédure dénommé RNAV (GNSS) qui peut avoir plusieurs encarts de minima opérationnels. Concernant les procédures APV, respectivement des minima LPV (Localiser Performance with Vertical guidance) & des minima LNAV/VNAV minima (Lateral NAVigation & Vertical NAVigation) sont publiés.

Les APV avec minima LPV sont des procédures aux instruments d’approche satellitaire de précision. Elles ne nécessitent pas d’entraînement spécifique pour les équipages. Les avantages de la mise en œuvre de procédures APV/LPV se mesurent en matière :

• d’amélioration de la sécurité (guidage vertical en approche finale)
• d’accessibilité améliorée (réduction des minima opérationnels),
• de précision et d’intégrité obtenues, comparées à l’ILS CAT I.

En outre, EGNOS vient d’être certifié par l’EASA (European Aviation Safety Agency) pour permettre la réalisation de minima LPV à 200ft. Cela permet ainsi de se rapprocher encore plus des minima ILS CAT I.

Les objectifs du plan de rationalisation des ILS

L’ILS est un système onéreux d’aide à l’atterrissage car il nécessite l’installation d’émetteurs et d’antennes localiser et glides à chaque extrémité de piste. La DSNA supporte l’ensemble de ces coûts auxquels s’ajoutent les frais de maintenance opérationnelle sur tous les terrains dont elle à la charge.
La rationalisation du réseau des ILS de la DSNA menée en parallèle avec le plan de mise en service de procédures GNSS a fait baisser ses coûts internes. Cette stratégie « aide à la navigation » est une stratégie globale qui participe à la réduction de la redevance pour services terminaux de la circulation aérienne (RSTCA).

Une méthode collaborative et cohérente

La DSNA a défini une liste de critères cohérents afin d’identifier les terrains pour lesquels elle ne maintiendra plus les ILS en conditions opérationnelles. Compagnies aériennes, exploitants aéroportuaires et associations représentatives ont été régulièrement consultés afin d’aboutir à un accord équilibré. Les éléments suivants ont été pris en compte :

• la distance maximale entre deux terrains équipés d’un ILS,
• la publication et mise en service systématique de procédure d’arrivée GNSS avant tout retrait,
• une étude météorologique poussée sur chacun des terrains considérés.

RESEAU ILS DSNA EN 2015

RESEAU MINI ILS DEPUIS 2016

En mauve : réseau mini ILS DSNA
En vert : ILS repris par les exploitants aéroportuaires

Les essentiels du PBN@CDG

Evaluation sur du trafic réel du concept « PBN to ILS » en vue de la mise en service de descentes continues H24 : depuis le 18 janvier 2021, près de 350 avions desservant Paris-CDG ont suivi des segments satellitaires PBN avec précision pour rejoindre l’axe ILS de la piste Nord en configuration face à l’Ouest. Toutes les compagnies desservant cet aéroport sont impliquées dans cet exercice. Retrouvez dans cette plaquette les défis de ce projet innovant !

Avril 2016 – les approches PBN avec minima LPV CAT I, une première pour la France

Les procédures d’approche PBN utilisant un SBAS (Satellite Based Augmentation System ) et permettant des minima LPV CAT I sont en vigueur pour le doublet sud de Paris CDG depuis le 28 Avril 2016. La publication pour le doublet nord est prévue au cours de l’année 2017.

• Parallèlement, des procédures PBN avec minima LNAV / VNAV ont également été publiées pour le doublet sud afin d’être en adéquation avec l’état actuel de l’équipement de la flotte opérant à Paris CDG

• Les approches PBN avec guidage vertical peuvent être utilisées dans le cadre d’approches parallèles triples simultanées, mais uniquement lorsque deux des approches en cours d’utilisation sont des approches ILS
• Une étude de sécurité sera réalisée afin que toutes les approches PBN équipant tous les seuils de piste de Paris CDG puissent être utilisées de manière simultanée, sans que cela ne dégrade la sécurité et la capacité piste programmée.

Septembre 2016 – Des trajectoires de nuit RNAV 1 pour optimiser les profils de descente

• disponibles pour tous les seuils de piste
• pas de guidage radar systématique après l’IAF
• des trajectoires RNAV 1 couvrant toute l’approche intermédiaire jusqu’à l’IF (Initial Fix), les vols suivront ensuite l’ILS. La distance au seuil de piste devient disponible.
• la seule altitude à respecter est à l’IF (i.e. 5000ft). Cela permet d’effectuer des descentes optimisées depuis les 4 IAF (Initial Approach Fixes).

Axe PBN vers ILS – SESAR 2020, proposition de projet R&D

Objectifs

• augmenter la sécurité lors des approches parallèles triples en réduisant le nombre de perte de séparation à l’interception des axes.
• évaluer la meilleure trajectoire PBN qui permettra d’assurer l’utilisation simultanée des pistes : spécification RNAV ou RNP

Un axe d’approche intermédiaire PBN avec spécification RNP AR devrait permettre l’utilisation indépendante et l’interception indépendante de chacun des axes (à savoir les doublets nord et sud). La principale conséquence opérationnelle est l’indépendance des profils verticaux des vols à l’arrivée, particulièrement pendant l’interception des ILS.

Bénéfices identifies à ce stade

• amélioration substantielle de la sécurité par une augmentation de la distance entre les deux axes d’interception
• des descentes optimisées sur l’axe PBN,
• une importante réduction du bruit grâce à une moindre dispersion des trajectoires à l’arrivée