Le GPS (4 500 € en 1990, moins de 150 en entrée de gamme aujourd'hui) a supplanté les autres systèmes d'aide à la navigation (radiophares, systèmes hyperboliques) dont les stations sont ou seront fermées à terme. Ils ne sont donc que brièvement décrits pour l'intérêt documentaire.
6.1 Généralités
6.1.1 Gammes d'ondes et propagation
On distingue plusieurs modes de propagation des ondes radioélectriques suivant la
gamme d'ondes 
,
classement d'après leur fréquence (f en hertz) ou leur longueur (λ en mètres),
avec la relation : λ = 300 106 / f (approximation, la
célérité est légèrement inférieure).
Les ondes de basse (LF) et moyenne (MF) fréquences se propagent par une onde de sol, càd en suivant la surface de la terre ou de la mer, et une onde aérienne réfléchie par l'ionosphère (les réflexions multiples augmentent la portée des communications radio). Pour le récepteur cette dernière peut provenir d'une direction différente de celle de sol, interférer avec elle et dégrader ainsi la précision des systèmes travaillant dans ces gammes, avec un effet variant entre jour et nuit. L'onde de sol peut aussi être déviée en passant de la terre à la mer.
L'onde aérienne est prépondérante aux hautes fréquences (HF).
A partir de la très haute fréquence (VHF) la propagation est rectiligne. De même que la
lumière les ondes radio sont réfractées par l'air, l'horizon radioélectrique en milles
est 2,23 h½, légèrement
supérieur à l'optique (calcul avec un rayon fictif de la Terre de 4/3 le réel, § 3.3.2).
Des phénomènes de réflexion et réfraction font que l'on constate parfois des portées
bien supérieures à la théorie : communications VHF en mer (ducts : phénomènes de conduits),
ou une pénétration dans des lieux semblant clos : téléphone mobile.
Lors des communications avec les satellites la propagation des ondes
est ralentie en traversant l'ionosphère et la troposphère. Entre les deux, la stratosphère
où l'air est raréfié n'a pas d'influence.
6.1.2 Incertitudes de mesure
Le terme "précision" couramment usité reste vague, en métrologie on parle d'exactitude de mesure : accord entre les valeurs mesurée et vraie, et d'incertitude : étendue dans laquelle se situe la valeur vraie par rapport à celle mesurée. L'erreur de mesure est la différence entre valeur mesurée et vraie :
erreur globale = erreur aléatoire + erreur systématique
L'erreur systématique étant corrigée (la correction a elle même une incertitude) reste
l'erreur aléatoire.
Les résultats d'un grand nombre de mesures d'une même grandeur sont distribués suivant
une loi normale (de Laplace - Gauss), leur dispersion caractérisée par l'écart type
σ : 95% sont compris entre ± 2 σ et 99,7% entre ± 3 σ.
Les performances des appareils devraient être exprimées ainsi. Si non spécifiée
on considérera que l'incertitude concerne 95% des résultats, ce qui implique
que des erreurs plus importantes sont possibles.
L'écart type de la distribution de la moyenne de n
mesures est σ / n½ d'où l'intérêt de les multiplier
pour réduire l'incertitude.
6.1.3 Dégradation géométrique de la précision
Ou Geometric Dilution Of Precision, rapport de l'écart type de l'incertitude
de la position sur celui des mesures ayant servi à son calcul : montre l'influence de la
configuration géométrique du système.
Par ex. détermination de la position par intersection de deux lignes de position
(σr du rayon d'incertitude, σd des distances considéré
identique pour les deux et α angle d'intersection) :
GDOP = σr / σd comme σr = (2 σd2)½ / sin α il vient GDOP = 1,414 / sin α
minimale pour un angle α droit, ce qui était intuitif (l'expression de σr découle de la formule du § 3.3.5).
6.2 Radiophares
Systèmes directionnels.
6.2.1 Radiogoniométrie
Procédé le plus ancien (vers 1903), les radiophares circulaires émettent autour de 300
kHz, plusieurs partagent la même fréquence. Leur indicatif est transmis en Morse.
Le récepteur comporte un oscillateur local (BFO,
l'onde n'est pas modulée) et un casque pour l'écoute.
Le gisement est déterminé par recherche du minimum de signal,
plus sensible, atteint lorsque la ferrite est dans l'axe du radiophare.
Les radiogoniomètres automatiques à antennes croisées lèvent le doute de 180°.
L'onde de sol est perturbée par celle réfléchie par l'ionosphère, la précision est médiocre, meilleure de jour ; en particulier éviter les relevés aux lever et coucher du Soleil. La portée est de l'ordre de 200 M ; les ondes suivant une orthodromie il faudrait tenir compte de la correction de Givry, mais c'est négligeable en pratique à cette distance.
La liste des radiophares et leurs caractéristiques sont données par l'ouvrage Répertoire des radio signaux du SHOM et les almanachs nautiques. On peut profiter également des radiophares aéronautiques en VHF.
6.2.2 Consol
Les Consol (vers 1940) sont des radiophares tournants, ils émettent entre 190 et 372 kHz à partir de trois antennes alignées, espacées de trois longueurs d'onde. Les signaux émis, outre l'indicatif, sont des combinaisons de traits et de points qui identifient des secteurs angulaires reportés en surimpression sur des cartes spéciales.
Inutilisable à moins de 15 M de l'émetteur, la précision est excellente, à 2° près, jusqu'à 200 M.
6.3 Systèmes hyperboliques
Alors que les systèmes précédents ne donnent que des directions, les systèmes hyperboliques déduisent la position de mesures de distance. Leur nom provient du principe suivant : les lieux géométriques de même phase de deux ondes de propagation circulaire sont des hyperboles ayant les émetteurs pour foyers.
6.3.1 Decca
Premier système hyperbolique, vers 1941, du nom du constructeur : une chaîne est composée
d'une station maître émettant en continu à 6 f (f environ 14 kHz) et trois esclaves synchronisées
"rouge" à 8 f, "vert" à 9 f et "violet" à 5 f.
Les premiers récepteurs mesuraient les phases par paires de signaux à l'aide d'un
système électromécanique : le "decomètre", et traduisaient en coordonnées hyperboliques
reportées sur des cartes spéciales portant les réseaux en surimpression.
Depuis les microprocesseurs les appareils calculent directement la position.
Travaillant en ondes longues ce système est sensible à l'effet de l'ionosphère. La précision est d'environ 200 m à 150 M des stations, elle se dégrade en s'éloignant, elle peut être grossière la nuit. Portée maximale : 300 M, couvrait la Manche, la Bretagne et la Galice, avec un manque dans le golfe de Gascogne.
Utilisation : la position approchée doit être entrée à l'initialisation. Les appareils à microprocesseur offraient les mêmes fonctionnalités que les GPS actuels. Un Decca coûtait 850 € en 1990.
6.3.2 LORAN C
Le premier système, le A, a été conçu aux USA dans les années 1940 ; le C est la dernière version. Les stations synchronisées, une pilote et jusqu'à quatre asservies, du LOng RAnge Navigation émettent sur 100 kHz par impulsions. Le récepteur effectue l'acquisition des signaux puis les mesures de phases.
L'utilisation et les performances sont analogues à celles du Decca, mais portée jusqu'à 600 M. Couvrait les côtes atlantique et méditerranéenne.
6.3.3 eLORAN
Les vulnérabilités des systèmes à satellites, pannes, perturbations diverses ou
brouillages inamicaux (guerre Russie - Ukraine, d'ailleurs la Russie a conservé ses chaînes Loran :
Chayka) ont conduit plusieurs pays à considérer
un système de secours, le enhanced LORAN, une évolution du précédent, utilisant la
même infrastructure. Les stations maîtres sont synchronisées sur le temps UTC (§ 5.2.4),
la transmission de données et les corrections différentielles ont été ajoutées ;
l'incertitude sur la position est inférieure à 20 mètres.
Les récepteurs utilisent à la fois le eLORAN et le GNSS (§ 6.4), ainsi les deux systèmes se
corroborent l'un l'autre.
6.3.4 Autres systèmes
- SYLEDIS : système français, fonctionne sur 450 MHz en mode circulaire (mesure de distances) ou hyperbolique, portée maximum 200 M, précision 2 m en deçà de l'horizon, 10 m au delà.
- TORAN : émet autour de 2 MHz, utilisé par les pêcheurs, incertitude de moins de 20 m en relatif mais portée réduite à 80 M.
- RANA P17 : autour de 300 ou 400 kHz, devait remplacer le Decca.
- Oméga : devait être le système ultime, d'où son nom, et assurer une couverture mondiale...
6.4 Systèmes à satellites
Systèmes de localisation, le premier fût le Transit et depuis le GPS... Leur désignation générale est GNSS.
6.4.1 GPS - NAVSTAR, principe
Global Positionning System - NAVigation Satellite for Timing And Ranging (USA, années 1980s) utilise le système géodésique WGS 84, deux emplois :
- mode naturel donnant la position en trois dimensions : L, G et altitude (mode 3D) ou seulement L et G (mode 2D), par mesure de pseudo-distances entre satellites et mobile, un simple problème de géométrie en trois dimensions ;
- mode différentiel (par comparaison avec une base utilisant les mêmes satellites) employé pour les travaux publics, précision de l'ordre du centimètre (§ 6.4.2).
La constellation de 24 satellites (plus 4 de secours, le segment spatial) sur six plans d'orbite à 20 200 km d'altitude assure une couverture constante, le point est possible en permanence. Ils sont contrôlés par des stations terrestres (le segment terrestre).
Les satellites transmettent les données sur deux fréquences multiples de 10,23 MHz,
- L1 : 1 575,42 MHz, codes C/A (Clear Acquisition) et P (Precision)
d'accès restreint ;
les récepteurs grand public ne travaillent qu'avec cette fréquence et le code C/A ;
- L2 : 1 227,60 MHz, code P uniquement.
Un troisième code D ou message de navigation sur L1 et L2 (signal rectangulaire
de fréquence 50Hz) renseigne sur l'orbite
du satellite (l'almanach) et les corrections d'horloge.
Pour chaque satellite la pseudo-distance r' du mobile, déduite du temps de parcours du signal, est :
r' = r + c (Δtu - Δts) + Δrot + Δrion + Δrtrop
où r est la distance réelle, c la célérité des ondes, Δtu l'erreur d'horloge du récepteur, Δts celle du satellite (connue et transmise), la correction de rotation de la Terre (environ 1" d'arc pendant les 66 ms de temps de parcours du signal) et les erreurs dues aux traversées de l'ionosphère et de la troposphère. Ces deux dernières sont corrigées suivant un modèle, en bi-fréquence l'effet de l'ionosphère est éliminé.
Après corrections reste dans un repère cartésien (a, b, c : coordonnées du satellite connues et transmises, x, y, z : coordonnées du mobile) :
(r' - c Δtu)2 = (a - x)2 + (b - y)2 + (c - z)2
Il y a quatre inconnues, donc quatre équations nécessaires : quatre satellites (trois suffisent en mode 2D). Le calcul part d'une position approchée X, Y, Z et considère les écarts de coordonnées Δx, Δy, et Δz. L'expression précédente devient :
(r' - c Δtu)2 = (a - X + Δx)2 + (b - Y + Δy)2 + (c - Z + Δz)2
La solution du pseudorange alone utilise les développements en série pour linéariser
ces équations et la méthode des moindres carrés. Le système est résolu par itérations puis les
coordonnées cartésiennes sont converties en géographiques : L, G et he, altitude sur l'ellipsoïde.
L'altitude hg sur le géoïde affichée en mode 3D est la différence entre he (altitude sur
l'ellipsoïde de référence) et N, l'ondulation du géoïde (§ 2.4.2) calculée suivant un modèle
(Earth Gravity Model 2008).
La vitesse fond est mesurée par effet Doppler et la route fond calculée par différence de positions avec un lissage visible lors d'un virement de bord.
Le temps GPS n'utilise pas les secondes intercalaires (§ 5.2.4) mais la correction est transmise,
les récepteurs fournissent bien l'heure UTC, utilisée pour synchroniser différents systèmes.
Par contre la date est comptée sur 1024 semaines (dix bits en binaire). Il y a donc débordement
et remise à zéro tous les 19,6 ans (GPS week number rollover), le dernier en 2019, le prochain
en 2038. Conséquence, les vieux récepteurs sans correctif affichent une date incorrecte (en retard de 7168 jours).
Depuis le nombre de semaines est codé sur 13 bits, soit jusqu'en 2137 !
L'incertitude sur la position est d'autant réduite que la valeur de GDOP (voir § 6.1.3) est faible. Elle est décomposée en TDOP et PDOP, elle même décomposée en HDOP et VDOP :
GDOP2 = HDOP2 + VDOP2 + TDOP2
Les premiers récepteurs étaient monocanaux, l'acquisition des données des satellites
(identifiés par leur code) se faisait en séquence, suivie du calcul. Les appareils
modernes sont multicanaux, un point est disponible toutes les secondes, ainsi le GPS est
employé par l'aviation de tourisme.
Il existe de nombreuses marques d'appareils marins et routiers,
mais beaucoup moins de fabricants des modules GPS propres calculant les mêmes données
standardisées (disponibles via l'interface NMEA, § 7.6), seul l'habillage diffère.
6.4.2 GPS, amélioration de la précision
Plusieurs facteurs dégradent l'exactitude de la position calculée
- différence d'absorption de l'ionosphère entre jour et nuit,
- trajet plus ou moins long dans les ionosphère et troposphère suivant l'élévation du satellite, les corrections ne sont que des modèles ;
- exactitude des paramètres du satellite : position et temps ;
- configuration géométrique de l'ensemble mobile et satellites (voir PDOP) ;
- multi-trajet (réflexions parasites) et masquage en milieu urbain, mais possible pour des voies navigables encaissées.
Au début de la mise en service les données temps et position des satellites étaient volontairement dégradées pour l'usage public, l'incertitude de position était de 100 à 200 m. Ce brouillage a été supprimé en mai 2000 (merci Bill Clinton, cela a permis le développement des systèmes de guidage routier) mais reste possible par zone. Le palliatif a été le GPS différentiel (DGPS) : des stations locales émettent les informations de correction sur 300 kHz.
Depuis des systèmes d'amélioration de la précision ont vu le jour, les informations sont transmises par des satellites supplémentaires (SBAS) : WAAS (USA), EGNOS (Europe). L'incertitude est réduite à moins de 10 mètres pour les trois dimensions (concernant l'altitude peut être suffisant en haut du Mont Blanc ou décevant sur le toit d'un immeuble de 20 mètres). Les récepteurs modernes sont compatibles WAAS et EGNOS.
Système RTK ou mode différentiel en temps réel : une station de référence dont la position est connue exactement envoie par radio les corrections à apporter à un ou plusieurs récepteurs GPS distants d'au plus 20 km, utilisant les mêmes satellites. L'incertitude sur la position est ainsi de l'ordre du centimètre.
6.4.3 GPS, utilisation
- Initialisation : date et heure, unités de mesure, hauteur de l'antenne, mode 2D (suffisant en mer) ou 3D, et région fréquentée ou position approchée (le calcul sera plus rapide). Choix du système cartographique : WGS 84 pour la navigation, ou UTM, Lambert (France) pour d'autres usages.
- Fonctions principales, outre l'affichage des latitude et longitude :
- route fond (COG), vitesse fond (SOG) et distance parcourue ;
- homme à la mer (MOB), mémorise la position de la chute puis indique les relèvement vrai et distance pour revenir dessus ;
- surveillance du mouillage, alarme si sortie d'un cercle d'évitage prédéfini ;
- statut des satellites reçus. - Bibliothèque de way points, et de trajets comprenant plusieurs WPTs.
- Fonction de surveillance de la route :
- à partir de la position du bateau l'appareil calcule les distance et relèvement vrai (BRG) du WPT visé,
- la vitesse de rapprochement est la projection de SOG sur la route théorique : VMC = SOG cos(COG - BRG) (§ 4.4),
- l'écart de route XTE est la distance du bateau perpendiculaire à la route théorique WPT de départ - WPT d'arrivée.
Ce calcul est réactualisé périodiquement. Une alarme signale l'approche du WPT. - Report de la position sur la carte : le datum géodésique utilisé est le WGS 84. Si la carte est basée sur un système différent il faudra tenir compte des corrections en L et G indiquées dans son cartouche. Entrer ces décalages dans l'appareil (certains le permettent) est déconseillé.
6.4.4 Autres systèmes
- Transit : le premier système à satellites, américain (années 1960s). Le premier satellite
lancé dans l'espace est russe (lancé le 4 octobre 1957) : Spoutnik ; les Américains parviennent
à déterminer son orbite à partir d'une station terrestre, d'où l'idée inverse, déterminer la position
d'un mobile à partir d'un satellite d'orbite connue.
Les satellites évoluent à 1 100 km d'altitude, la durée de révolution est de 107 minutes, le point n'est possible qu'à chaque passage. Ils émettent sur 149,968 et 399,968 MHz. Le récepteur effectue une suite de mesures durant jusqu'à 2 minutes avec un seul satellite : la vitesse du mobile doit être connue, principale source d'erreur, et reste limitée. Le système géodésique utilisé est le WGS 72 (très proche du 84).
Ce système est maintenant arrêté, tous ses successeurs reprennent le principe du GPS où le point est déterminé par pseudo-distances de plusieurs satellites (multilatération). - GLONASS : Russie ; 24 satellites sur trois plans d'orbite, à 19 100 km d'altitude, deux fréquences porteuses L1 autour de 1610 et L2 autour de 1250 MHz ; fonctionnant au début avec un datum géodésique russe mis à jour par la suite pour être équivalent au WGS 84.
- Beidou (COMPASS) : Chine ; alors que Beidou 1 (2003) ne couvrait que la Chine, Beidou 3 (2020) a une couverture mondiale, 35 satellites.
- Galileo : le système européen ; 30 satellites répartis sur trois orbites à 23 222 km d'altitude. Plusieurs services proposés : ouvert (d'accès libre) analogue au GPS, commercial (donc payant) offrant des services supplémentaires, d'accès réglementé (administrations) et enfin de recherche et secours. Certains récepteurs modernes sont compatibles GPS - GLONASS - Galileo.
- IRNSS : Inde, 7 satellites, couverture réduite à l'Inde, système d'amélioration de la précision GAGAN.
- QZSS : Japon, localisé sur le pays, système d'amélioration de la précision MSAS.
6.5 Radar
L'acronyme radar est devenu un nom commun.
Après la découverte de la réflexion des ondes radio sur les surfaces métalliques (Hertz, 1889) les
premiers appareils sont construits dans les années 1930s ; la paternité de l'invention
reste l'objet de discussions.
Les progrès techniques : simplification du dispositif d'émission, intégration des
circuits électroniques et affichage LCD, ont réduit l'encombrement et le prix des appareils,
abordables maintenant pour la plaisance (1 500 € en entrée de gamme).
6.5.1 Principe du radar à impulsions
Le radar donne, pour un objet réfléchissant l'onde émise par impulsions,
- sa distance par mesure du temps de retour de l'écho : d = c t / 2 soit d = 150 t (d mètres, t microsecondes),
- son gisement grâce à l'antenne directive émettrice / réceptrice tournant sur 360° ;
son écho est affiché sur l'écran suivant ces distance et gisement, et par persistance de l'affichage (rémanence du tube cathodique ou mémoire graphique pour les LCDs) on obtient une image de l'environnement.
La portée radioélectrique dépend de la puissance rayonnée et de la fréquence (la puissance retournée est fonction du gain de l'antenne, de la surface réfléchissante et des inverses de f2 et d4). Les radars utilisés en plaisance travaillent en bande X (9,4 GHz) avec une meilleure résolution mais une portée moindre qu'en bande S (marine marchande) :
- pour une même puissance la portée varie avec la durée d'impulsion et l'étroitesse du faisceau qui dépend de l'antenne ; l'intervalle d'émission augmente avec l'échelle de distance ;
- l'appareil étant aveugle pendant l'émission la distance minimum de détection est proportionnelle à sa durée ;
- la portée géographique en milles est : d = 2,23 ( h½ + H½) où h est la hauteur de l'antenne et H celle de la cible en mètres ; ceci reste théorique, les conditions atmosphériques feront varier les angles de réfraction ;
- suivant son angle vertical le faisceau touchera la surface plus ou moins près du bateau : zone aveugle.
Résolution
Plus caractéristique que l'incertitude d'environ 2% en distance et 2° en direction :
- en distance, la résolution est égale à la distance minimale de détection (deux objets de même gisement et plus proches seront vus comme un seul), par ex. 75 mètres pour une émission durant 0,5 μsecondes ;
- en direction, elle dépend de l'étroitesse du faisceau, les antennes économiques (type patch sous radome) ont un angle horizontal de 6°, soit une résolution de 0,1 M par mille nautique (deux objets situés à 1 M et séparés de 0,1 M seront confondus) ; les antennes plus élaborées (type guide d'onde à fentes) descendent à 2°, soit une discrimination de 60 mètres par mille.
Surface équivalente radar (SER)
L'intensité de l'écho est fonction du pouvoir
réfléchissant de la cible qui dépend de la conductivité électrique du matériau, de sa
surface et de sa géométrie (angles à 90°), caractérisé par la SER,
- réflecteur radar : 0,1 m2, visible de 2 à 5 milles.
- bateau de plaisance : 1 à 10 m2,
- chalutier : 50 à 200 m2,
- cargo, paquebot : de 1000 à plus de 10 000 m2.
Important : les gros navires ayant des distances de manoeuvre de plusieurs milles surveillent surtout ces plages ; et même si un radar de proximité marche il n'est pas certain qu'un petit bateau de plaisance soit vu pour diverses raisons : zone aveugle, écho trop faible, masqué...
6.5.2 Fonctions et utilisation
Plus ou moins sophistiquées suivant l'appareil et son prix. L'écran affiche au minimum la ligne de foi, càd la direction de référence de l'image, une couronne graduée de 0 à 360° pour les gisements, des cercles de distance suivant l'échelle choisie et la trace du faisceau.
Modes d'affichage
- mouvement relatif, cap en haut (head up) : le navire (ou plus exactement l'antenne) est fixe, la ligne de foi matérialise son axe longitudinal, le paysage défile en sens inverse du déplacement du bateau ;
- si l'information de cap est fournie l'affichage est dit stabilisé en azimut, cap en haut ou bien nord en haut ;
- mouvement vrai, cap et vitesse fournis : nord en haut, le navire se déplace sur un paysage fixe.
Fonctions
Développées grâce aux traitements électronique et informatique.
- affichage des gisement et distance d'un écho à l'aide des alidade (EBL) et cercle de distance (VRM) électroniques ;
- affichage de l'identification des balises RACON ;
- ARPA, suivi automatique d'autres mobiles sélectionnés, en particulier risques de collision : CPA, position la plus proche (de la cible) lors du croisement et TCPA, délai pour l'atteindre ;
- zoom, décentrage de l'image, alarmes dans zones de garde ;
- affichage des données des instruments connectés (GPS, etc...) ;
- veille : balayage intermittent, par ex. 1 minute toutes les 10, sinon antenne et émission arrêtées (économie d'énergie).
CPA et TCPA
Les risques de collision se voient plus facilement en mouvement relatif. Le CPA est déterminé
à l'aide d'un graphique ou bien calculé suivant ce mode d'affichage.
Soit deux échos successifs de gisement et distance g1, d1 et g2, d2, la droite les
joignant est la route relative de la cible ; la distance du CPA da est un segment perpendiculaire
à cette droite (distance d'un point à une droite), au gisement ga. Dans les triangles rectangles :
da = d2 cos(g2-ga) = d1 cos(g1-ga)
On obtient ga en développant cette égalité :
tg ga = (d1 cos g1 - d2 cos g2) / (d2 sin g2 - d1 sin g1)
Le parcours relatif entre les deux échos est :
d1 sin (g1-ga) - d2 sin (g2-ga)
Connaissant le temps passé entre les deux échos on déduit la vitesse relative de la cible et le délai (TCPA) pour atteindre le CPA.
Les routes du navire et de la cible ne doivent pas varier, sinon le calcul est invalide. Un gisement constant indique une route de collision, l'expression donnant la distance minimale est indéterminée, le délai avant rencontre est obtenu suivant la vitesse relative de la cible.
La vitesse relative de la cible est la somme vectorielle de sa vitesse et de celle du navire porteur. Connaissant cette dernière on déduit celle de la cible. Sur le même principe on détermine un courant à partir de la vitesse relative d'une balise fixe et de la vitesse surface du bateau.
Réglages
- brillance : contraste entre signal utile et bruit de fond ;
- gain ou sensibilité : amplification du signal reçu, mais augmente aussi le bruit de fond, le meilleur réglage est un compromis entre brillance et gain ;
- anti-retours clapot et pluie : filtres éliminant les effets parasites de la pluie et des embruns, mais peuvent aussi éliminer de vrais échos ;
- accord circuit - antenne : automatique sur les appareils modernes.
Interprétation de l'image
Elle n'est pas, et de loin, la reproduction de la carte, entre autres
la forme des échos dépend de la nature du réflecteur, une particularité géographique
peut être cachée par un relief... l'expérience est la meilleure aide.
Le radar est précieux par mauvaise visibilité, mais comme tous les
autres instruments il ne permet pas de raser les cailloux !
Antenne
Hormis les considérations de portée géographique elle doit être montée de façon à ce que les personnes sur le pont soient hors du faisceau, mais trop haute les mouvements du bateau se feront plus ressentir.
6.5.3 Dispositifs associés
Balises RACON : émettent, déclenché par l'onde radar, un signal d'identification affiché sur l'écran.
Balises SART pour guidage des secours : même principe que précédent.
Détecteur de radar : simple récepteur sonnant une alarme si une onde radar est détectée, un voyant indique le quadrant d'où provient le signal.
6.5.4 Radar à modulation de fréquence
Ou à bande large (broad band). L'appareil émet des trains d'onde dont la fréquence augmente
de façon linéaire, les échos sont reçus par une deuxième antenne. Le temps de parcours, donc la distance,
est déduit de la différence de fréquences émise et reçue au même instant.
Deux avantages de cette technologie récente : pas de distance minimale de détection et
faible puissance d'émission (et faible consommation électrique) par rapport au radar à
impulsions. Portée jusqu'à 24 milles.
6.6 AIS
Automatic Identification System : les navires marchands doivent utiliser cet équipement (convention SOLAS, voir chap. 8) conçu pour prévenir les collisions en mer.
6.6.1 Principe
Le système comprend un émetteur et un récepteur travaillant en VHF (deux canaux : 161.975 Mhz et
162.025 Mhz) ; les informations de position, vitesse et route fond du navire sont fournies par un GPS.
L'émission se fait suivant un multiplexage temporel. On distingue les appareils de classe A pour
les navires devant être équipés réglementairement, et de classe B pour les autres avec une puissance et
une fréquence d'émission moindres. Les messages sont différents mais tous les récepteurs reçoivent les
deux types.
Le module émetteur transmet périodiquement l'identification MMSI du navire (voir ci-dessous) et :
- ses position, COG et SOG, statut (en route, en pêche, au mouillage...) à une périodicité
variant de trois minutes pour un navire au mouillage à deux secondes suivant sa vitesse ;
- des informations complémentaires : nom, type (cargo, paquebot, voilier...), dimensions, etc...
à une fréquence moindre.
Le module récepteur affiche ces informations en liste ou sous forme graphique sur une carte électronique.
6.6.2 Applications
Prévention des abordages en mer grâce à l'affichage des navires environnants sur une carte électronique avec les informations les concernant et surtout le calcul des CPA et TCPA. Contrairement au radar ce calcul est instantané à partir des positions et routes du navire et de la cible. Mais ce n'est pas la panacée universelle, tous les bateaux ne sont pas obligatoirement équipés du module émetteur.
Aide à la navigation (AtoN) : des éléments de balisage côtier sont équipés d'un module émetteur transmettant leurs nom, position et statut (en / hors service). Les récepteurs calculent les relèvement et distance à partir de leur propre position.
Secours : certaines balises de détresse ont un émetteur AIS.
Démarche du calcul (d'après l'article sur le web The Closest Point of Approach ) :
- la distance AB et le relèvement du navire B, soit ZB, sont calculés par les formules
approchées de la loxodromie (§ 2.1.1),
- le vecteur route relative RR(Rr, Vr) est la différence des vecteurs A(Rf, Vf)
et B(Rf, Vf),
- projeté sur le segment AB c'est la vitesse de rapprochement Vrr et : TCPA = AB / Vrr
si Vrr nulle : TCPA infini (pas de croisement), si Vrr négative : TCPA négatif, croisement
passé ;
- Rr est l'angle de la route relative et : CPA = AB sin(Rr - ZB)
si CPA positif (soit Rr > ZB) le navire A passera derrière B, sinon devant.
Si nul ou trop faible, réagir avant qu'il ne soit trop tard !
6.6.3 MMSI
Tout navire possédant un moyen d'émission : postes VHF et BLU équipés de l'ASN, balises de détresse, AIS, reçoit un numéro unique d'identité à neuf chiffres : MMSI ou Maritime Mobile Service Identity.
6.7 Divers
6.7.1 Communications
- Côtière / terre : le téléphone portable a remplacé avantageusement la VHF (environ 4 € les trois premières minutes), les stations françaises sont fermées depuis 2000.
- Au large / terre : la BLU (en MF et HF) a cédé la place aux systèmes par satellites (Inmarsat, Iridium, ...) ; la station française de Saint Lys (près de Toulouse) est fermée ; un émetteur / récepteur BLU coûtait 4 600 € en 1990, un système satellite le même ordre de prix aujourd'hui.
- Entre navires : VHF (en réduisant la puissance d'émission de 25 à 1 W on déduit si l'autre navire est proche ou non) ou BLU suivant la distance.
6.7.2 Bulletins météorologiques
- Radiodiffusion classique : France Inter, RFI, BBC... ;
- en VHF en côtier et BLU au large (un récepteur BLU seul est d'un prix modique) ;
- Navtext : diffusion des informations sous forme de télex, les récepteurs modernes sont dotés d'un écran LCD remplaçant le papier, de mémorisation des données et bi-fréquence, 490 kHz pour les émetteurs français et 518 kHz internationaux ;
- réception de cartes météo par fax (de 80 kHz à 25 MHz, certains récepteurs ont les deux fonctions fax et Navtext).
- par internet (par radio ou via satellite), par ex. fichiers GRIB.
6.7.3 RLS
Radiobalises de Localisation de Sinistres. Les différents systèmes utilisent une
surveillance par satellites géostationnaires ou non.
Les appels de détresse des balises embarquées sont déclenchés manuellement ou automatiquement.
Le système conforme aux recommandations du SMDSM (§ 8.1) est le Cospas-Sarsat
(406 / 121,5 MHz), l'Inmarsat E est arrêté depuis 2006.
Bien qu'utilisé en course au large et pouvant recevoir des appels de détresse
la vocation première d'Argos est le suivi de mobiles et la collecte de mesures.
© G. Navarre, 2006. Màj 3/07/2023.