EUROCONTROL

EUROPEAN ORGANISATION
FOR THE SAFETY OF AIR NAVIGATION
EUROCONTROL
EUROCONTROL EXPERIMENTAL CENTRE
THE MODE S AT THE EUROCONTROL
EXPERIMENTAL CENTRE
FROM 1985 TO 1996
EEC Report No. 305
EEC Task C07
EATCHIP Task FCO.ET3.ST08
Issued : October 1996
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reproduced in any form without the Agency’s permission.
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REPORT DOCUMENTATION PAGE
Reference:
EEC Report No. 305
Security Classification:
Unclassified
Originator:
EEC - COM
(Communication)
Originator (Corporate Author) Name/Location:
EUROCONTROL Experimental Centre
B.P.15
F - 91222 Brétigny-sur-Orge CEDEX
FRANCE
Telephone : +33 1 69 88 75 00
Sponsor:
EATCHIP Development Directorate
DED.3
Sponsor (Contract Authority) Name/Location:
EUROCONTROL Agency
Rue de la Fusée, 96
B -1130 BRUXELLES
Telephone : +32 2 729 9011
TITLE:
THE MODE S AT THE EUROCONTROL EXPERIMENTAL CENTRE
FROM 1985 TO 1996
Author
H.P. Englmeier
M. Biot
P. Hunt
EATCHIP Task
Specification
FCO.ET3.ST08
Date
Pages
Figures
Tables
Photos
References
10/96
ix+16
3
1
7
-
EEC Task No.
C07
Task No. Sponsor
Period
1985 to 1996
Distribution Statement:
(a) Controlled by:
Head of COM
(b) Special Limitations: None
(c) Copy to NTIS:
YES / NO
Descriptors (keywords):
Mode S - Transponder - Data Link Processor - Data Link Terminal - Enhances Surveillance - Automatic
Dependent Surveillance - Automatic Dependent Surveillance in Broadcast Mode - Squitter
Abstract:
This report describes the work done for the Mode S from 1985 to 1996. It includes not only the
milestones and the main events in the Mode S development, but also test environment created for the
Mode S and Data Link equipment.
This document has been collated by mechanical means. Should there be missing pages, please report
to:
EUROCONTROL Experimental Centre
Publications Office
B.P. 15
91222 - BRETIGNY-SUR-ORGE CEDEX
France
EEC Report No. 305
EEC Task C07
EATCHIP Task FCO.ET3.ST08
Issued: October 1996
GPS
ATN
ADS
Mode S
CoE COM
CEE - EEC
The MODE S at the EEC from 1985 to 1996
Le MODE S au CEE de 1985 à 1996
by / par
H.P. Englmeier
M. Biot
P. Hunt
Summary
This report describes the work done for the Mode S from 1985 to 1996 . It includes
not only the milestones and the events in the Mode S development but also test
environment created for the Mode S and Data Link equipment.
Résumé
Ce rapport décrit l’ensemble des travaux réalisés pour le Mode S de 1985 à 1996. Il
détaille les étapes et les évènements au cours du développement du Mode S ; il
relate également l’environnement de test créé spécialement pour les équipements
Mode S et Data Link.
The Mode S at the EEC / Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
page iii
CONTENTS
SOMMAIRE
LIST of TABLE, FIGURES & PHOTOS / LISTE des TABLEAU, FIGURES & PHOTOS ... vi
A
LIST of ABBREVIATIONS
/
LISTE des ABBRÉVIATIONS ............................................ vii
LIST of PUBLICATIONS
/
LISTE des PUBLICATIONS ................................................ ix
English Text
1 INTRODUCTION .............................................................................................................1
2 TRANSPONDER DEVELOPMENT...................................................................................1
2.1 MTPA & DATAS .....................................................................................................1
2.2 The Mode S ...........................................................................................................1
3 DLPU DEVELOPMENT....................................................................................................2
4 DLT DEVELOPMENT ......................................................................................................3
5 ADLP DEVELOPMENT ....................................................................................................3
6 TEST EQUIPMENT UNDER CONTRACT BY HQ.............................................................3
6.1 Aircraft Environment..............................................................................................4
6.2 DETF ....................................................................................................................4
7 EEC TEST EQUIPMENT..................................................................................................5
7.1 The PC ARINC Card .............................................................................................5
7.1.1 Monitoring .................................................................................................5
7.1.2 Aircraft Data Simulation .............................................................................5
7.1.3 DATA LINK Processors................................................................................5
7.1.4 Other Communication Features .................................................................6
7.2 Site Monitoring ......................................................................................................6
7.2.1 The Remote Transponder ..........................................................................6
7.2.2 The Site Monitor DLPU ..............................................................................7
7.3 Time Interval Measurement Card ..........................................................................7
8 COMMENTS TO THE TIME EVENTS TABLE ..................................................................8
9 COMMENTS TO THE PHOTOS.......................................................................................8
10 CONCLUSION ................................................................................................................8
The Mode S at the EEC / Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
page iv
B
Texte français
The MODE S at the EEC from 1985 to 1996 .................................................................... iii
Le MODE S au CEE de 1985 à 1996 ............................................................................... iii
CONTENTS iv
SOMMAIRE iv
TABLE, FIGURES & PHOTOS
vii
TABLEAU, FIGURES & PHOTOS
vii
LIST of ABBREVIATIONS
viii
LISTE des ABREVIATIONS
viii
PUBLICATIONS
x
1985 ⇒ 1996
x
1 INTRODUCTION ..............................................................................................................1
2 TRANSPONDER DEVELOPMENT....................................................................................1
2.1 MTPA & DATAS .....................................................................................................1
2.2 The Mode S .........................................................................................................1
3 DLPU DEVELOPMENT.....................................................................................................2
4 DLT DEVELOPMENT .......................................................................................................3
5 ADLP DEVELOPMENT .....................................................................................................3
6 TEST EQUIPMENT UNDER CONTRACT BY HQ..............................................................4
6.1 Aircraft Environment...............................................................................................4
6.2 DETF .....................................................................................................................4
7 EEC TEST EQUIPMENT...................................................................................................5
7.1 The PC ARINC Card ..............................................................................................5
7.1.1 Monitoring ..................................................................................................5
7.1.2 Aircraft Data Simulation ..............................................................................5
7.1.3 DATA LINK Processors ................................................................................5
7.1.4 Other Communication Features ..................................................................6
7.2 Site Monitoring .......................................................................................................6
7.2.1 The Remote Transponder...........................................................................6
7.2.2 The Site Monitor DLPU ...............................................................................7
7.3 Time Interval Measurement Card ...........................................................................7
8 COMMENTS TO THE TIME EVENTS TABLE ...................................................................8
9 COMMENTS TO THE PHOTOS........................................................................................8
10 CONCLUSION ................................................................................................................8
1 INTRODUCTION ..............................................................................................................9
2 DEVELOPPEMENT des TRANSPONDEURS ....................................................................9
2.1 MTPA & DATAS .....................................................................................................9
2.2 Le Mode S ............................................................................................................9
3 DEVELOPPEMENT du DLPU .........................................................................................10
4 DEVELOPPEMENT du DLT ............................................................................................11
5 DEVELOPPEMENT de l' ADLP .......................................................................................11
The Mode S at the EEC / Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
page v
6 EQUIPEMENT de TEST sous CONTRAT du SIEGE .......................................................12
6.1 Environnement avion............................................................................................12
6.2 Le DETF ..............................................................................................................12
7 INSTALLATIONS de TEST au CEE.................................................................................13
7.1 La carte PC ARINC ..............................................................................................13
7.1.1 Le Monitoring............................................................................................13
7.1.2 La Simulation des données-avion..............................................................13
7.1.3 Les Processeurs DATA LINK ......................................................................13
7.1.4 Autres moyens de Communication............................................................14
7.2 Le Monitoring de Site ...........................................................................................14
7.2.1 Le Transpondeur "Perroquet"....................................................................14
7.2.2 Le DLPU - moniteur sur site......................................................................15
7.3 La Carte de mesure des intervalles de temps .......................................................15
8 TABLEAU CHRONOLOGIQUE des ACTIVITES : COMMENTAIRES...............................16
9 LES PHOTOS : COMMENTAIRES..................................................................................16
10 CONCLUSION ..............................................................................................................16
The Mode S at the EEC / Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
page vi
TABLE, FIGURES & PHOTOS
TABLEAU, FIGURES & PHOTOS
Table 1
:
Mode S Time Events at the EEC
Tableau Chronologique des activités
from 1985 to 1996 Mode S au CEE de 1985 à 1996
Figure 1
:
Figure 2:
Chain
DLPU Installation
Installation du DLPU
CENA ⇔ STNA ⇔ EEC
CENA ⇔ STNA ⇔ CEE
Chaîne d'expérimentation
Long Squitter distribution
theory / measurement comparison
Squitter long :
comparaison théorie / mesures
Test
Figure 3
:
Photo 1
:
Hex delay lines
Lignes à retard sextuples
Photo 2
:
PC ARINC card
Carte PC ARINC
Photo 3
:
AIR FRANCE A310
Top left : DLT
Bottom left : Printer
AIR FRANCE A310
en haut à gauche : le DLT
en bas à gauche : l'imprimante
Photo 4
:
In brilliant sunshine ...
En plein soleil ...
Photo 5
:
Principal tests
Tests principaux
Photo 6
:
Data Link tests
Tests du Data Link
Photo 7
:
In the equipment bay ...
La tête dans la baie. ..
The Mode S at the EEC / Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
page vii
LIST of ABBREVIATIONS
LISTE des ABREVIATIONS
Aircraft Data Link Processor ---
ADLP
---
Processeur Data Link - Embarqué
Automatic Dependent Surveillance ---
ADS
---
Surveillance dépendante automatique
( idem , Broadcast ---
ADS-B
---
idem , collectif )
Address Selelctive Secondary Radar ---
ADSEL
---
Radar secondaire à adressage sélectif
Aeronautical Radio INC. ---
ARINC
Automatic Terminal Information System ---
ATIS
---
Informations fournies par les Aéroports
Binary Data Store ( Comm-B subfield ) ---
BDS
---
Registre de données binaires (sous-champ
de définition du Comm-B)
Service Bulletin ---
Control Display Unit ---
BS
---
Bulletin de service
CDU
---
Ecran de contrôle
---
Centre Expérimental EUROCONTROL
---
Centre d' Etudes de la Navigation Aérienne
EUROCONTROL Experimental Centre --- CEE/EEC
CENA
Communication ---
Datalink & Transponder Analysis System ---
COM (M) ---
Communications
DATAS
---
( Successeur du MTPA )
Data Exchange Test Facility ---
DETF
---
Dispositif de test des échanges de données
Data Link Processor Unit ---
DLPU
---
Processeur Data Link - en général
Data Link Terminal ---
DLT
---
Terminal pour Data Link
European Falcon Service ---
EFS
Extended Length Message ---
ELM
---
Message de longueur étendue
EPROM
---
Mémoire morte réinscriptible électriquement
Electrically Programmable Read Only Memory ---
Federal Aviation Authorities ---
FAA
First In - First Out ---
FIFO
---
Mémoire premier bit entré, premier sorti
Flight Management System ---
FMS
---
Système de Gestion de Vol
EFMS
---
idem , expérimental )
( idem , experimental ---
The Mode S at the EEC / Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
page viii
General New Simulator System --- GENESIS
--- Nouveau Simulateur (CEE)
Ground Data Link Processor ---
GDLP
--- Processeur Data Link - Sol
General Purpose File Transfer ---
GPFT
--- Format général de transfert de fichiers
GPS
--- Système de positionnement par satellite
( EUROCONTROL ) Headquarters ---
HQ
--- Siège (de l' Agence EUROCONTROL )
IFR Systems INC. ---
IFR
International Standards Organisation ---
ISO
Global Positioning System ---
Local Area Differential GPS ---
LADGPS --- GPS Différentiel d'étendue locale
Multiple Access Control Display Unit ---
MCDU
--- Ecran de contrôle à accès multiples
Minimum Operational Performance ---
MOPS
--- Spécification de performances opérationelles
Specifications
Mobile Transponder Performance Analyser ---
minimales
MTPA
--- Analyseur Mobile des Performances des
Transpondeurs
Microsoft Disc Operating System ---
MS-DOS
National Lucht-en Ruimtevaartlaboratorium --Notice to Airmen ---
NLR
NOTAM
Personnal Computer --Program for Harmonised Air Traffic ---
--- Système d'exploitation de Microsoft
PC
PHARE
Management Research in EUROCONTROL
--- Informations aux Pilotes
--- Calculateur personnel
--- Programme EUROCONTROL de recherche
harmonisée du traitement du trafic aérien
Reorganised ATC Simulation Facilities ---
RASF
--- Réorganisation générale du Simulateur
Simulator 5th generation ---
SIM5
--- Simulateur (CEE) de 5è génération
Standards and Recommended Practices ---
SARPS
--- Standards & Pratiques Recommandées
Transponder Collision Avoidance System ---
TCAS
--- Système anti-collision par transpondeurs
Techniche Univeirsität BraunschweigI ---
United Kingdom ---
The Mode S at the EEC / Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
TUB
UK
--- Royaume-Uni
page ix
PUBLICATIONS
1985
⇒
1996
205/87
Report : Statistical Properties of Real Time Events in an ATC
System
Englmeier / Hunt
1/88
Mode S Transponder Test Facilities
Englmeier / Hunt
1/90
PC ARINC Card
Englmeier
9/91
Advanced PC ARINC Card
Englmeier
9/92
Data Link Terminal
Englmeier / Philippart
/ Ruault
10/92
BDS Allocation DLPU-C
Hunt
18/92
Transmitter Level 4 XPDR in Conditions defined by Level 5
Ruault
16/93
THOMSON-TRT XPDR Software Modifications
Hunt
18/93
Data Link Installations in Commercial Aircraft
Englmeier
19/93
TDLP Test Data Link Processor
Englmeier / Martins
23/93
Mode S Test Tools
Crouzard / Hunt
3/94
BDS Allocation DLPU C2
Hunt
12/94
The Data Link Terminal Document (Certification)
Philippart / Ruault
17/94
Advanced PC ARINC Card - Version 2
Englmeier
29/94
Time Spectrum Measurement
Dutto / Englmeier
30/94
CRC Calculation for Mode S Transponders
Hunt
1/95
Aircraft Position Report using GPS, Mode S and Mode S
Broadcast
Crouzard / Hunt
4/95
Data Link Processor on PC (Active Monitor)
Hunt
5/95
THOMSON-TRT Software Modification 2
Hunt
16/95
TDLP Test Data Link Processor - UNIX Version
Englmeier / Martins
21/95
Mode S Test Tools - Real Time System
Crouzard
25/95
BDS Allocation DLPU C2-A including Installation
Hunt
26/95
Remote Transponder - Digital Delay Line
Englmeier
3/96
UNIX based Aircraft Data Link Processor and Environment
Martins / Schröder
The Mode S at the EEC / Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
page x
1
INTRODUCTION
With the advent of MODE S and DATA LINK (MODE S, Satellite and Aeronautical Communication
Network), the Communication subdivision (now the Centre of Expertise COM) was mainly
involved in the in-house developments for the real time air traffic simulator (at the time called
RASF, GENESIS and SIM5).
At the same time, the team gave technical assistance to the flight trials of two BRITISH
AIRWAYS Tristars equipped with ADSEL (MODE S) transponders. The ADS parameters were
extracted in real time via Gatwick radar and used on-line at EEC to evaluate new tracking
algorithms. At the same time, meteo parameters were extracted and sent on-line to Bracknell
(UK) Met. office via the PARIS Met. office over the international meteo network. This data was
used in the Bracknell weather model and also compared with data received from weather
balloons.
Therefore, it was normal that the same team was involved in the MODE S programme. The
participation occurred step by step from the development of the first test devices up to contract
surveillance for the development of airborne equipment, the development of airborne equipment
and the installation of those equipments in experimental and commercial aircraft. The main
milestone of this work has been the first full DATA LINK flights of an AIR FRANCE AIRBUS A310
<F-GEMA> and of an EUROPE FALCON SERVICE Dassault Falcon 900 <F-GIDE> in July 1995.
2
TRANSPONDER DEVELOPMENT
2.1
MTPA & DATAS
Since 1981, a Mobile Transpondeur Performance Analyser - MTPA - was developed jointly with
the FAA; initially planned for measurements of airborne transponders, MODE A/C first, MODE S
later, this equipment executed measurement campaigns in MODE A/C on several european
airports from 1984 till 1993 (taking into account its new version DATAS since 1990). The
operational data collected (some 10000 passages, about 4000 different transponders measured)
brought a sudden awareness of the real functionning of embarqued transponders, and was used
in various studies and subsequent decisions concerning the SSR surveillance. But its MODE S
test capabilities would soon be used in another area.
2.2
The Mode S
In 1983, EUROCONTROL launched a call for tender for a level 4 MODE S transponder. The
manufacturer chosen was THOMSON-TRT and the MODE A/C features of this prototype
transponder were tested at Malvern in October 1985. The EEC built the first EEC ARINC card
(TXI 980 computer) simulating the environment of the transponder for these initial tests.
The Mode S at the EEC, 1985 ⇒ 1996 page
1
After these first tests, the MODE S part of the transponder was tested using the MTPA of the EEC
for several months. In that period, the MTPA was the only equipment capable of doing this job.
The development and test phase were terminated by the factory test in May 1987 and a first
complete test at Malvern in June 1987. The tests were made using a more complex transponder
environment - the MODE S transponder test facilities - including an echo function for the DATA
LINK. 32 MODE S transponders were produced for EUROCONTROL by the end of 1987. In
parallel, THOMSON-TRT produced 40 MODE S transponders of the same type for AIR FRANCE
which were used in the A320 aircraft.
Because there was no follow-up of this development by THOMSON-TRT (no TCAS interface) the
MODE S transponders of AIR FRANCE were replaced by COLLINS MODE S transponders with a
lower DATA LINK level but with a TCAS interface. In 1991, EUROCONTROL purchased these
THOMSON-TRT transponders to increase the number of level 4 DATA LINK transponders for the
different experiments to 72, and it must be said that without the 40 additional level 4 transponders
it would not have been possible to conduct all the experiments which have been made up to date.
The THOMSON-TRT MODE S transponder did not conform perfectly to the MODE S transponder
SARPS and MOPS & THOMSON-TRT had to make 5 modifications. But even after these 5
upgrades, problems still occurred.
To solve the remaining problems, two upgrades "Service Bulletins", BS6 (hardware) and BS7
(software) were made by the EEC and afterwards incorporated and certified by THOMSON-TRT.
As well as the certified MODE S transponder, the EEC created some experimental versions. A
pseudo-level 5 MODE S transponder able to send a 16 segment-ELM downlink (but only for 4
interrogators); this was the only transponder which could be used for the experimental FMS of
the PHARE programme, flight tested with the NLR metroliner <PH-NLZ > (end 1994). Also, a
MODE S transponder was modified to make ADS-B long squitters of position and aircraft
identification - used by the DGAC in the Pilatus aircraft for LADGPS trials to Toulouse-Blagnac.
3
DLPU DEVELOPMENT
EUROCONTROL started the development of an aircraft data link processor at the end of 1985.
At the time, no ADLP MOPS or SARPS existed. The EUROCONTROL DLPU is very similar to
the ADLP but does not conform exactly to the ISO 8208 transmission procedures.
Several models of the DLPU have been created :
Program development module with floppy disk - final tests March 1988 in
DLPU A :
1 unit.
Brétigny, some flight tests at Bedford - April 1988. Used for ADLP development.
The Mode S at the EEC, 1985 ⇒ 1996 page
2
DLPU B :
2 units. Same as A but with EPROMS for use with experimental aircraft used for
several DATA LINK flight demonstrations, especially for the big DATA LINK demonstration in
October 1991 at Bedford.
produced by NLR, certified for installation in commercial aircraft; during
DLPU C : 12 units
the development several versions existed, all have been tested at the EEC.
DLPU C1 :
This version supported only enhanced surveillance and the DETF function. After
installation, tests at AIR FRANCE in June 1990 and September 1991 used with AIR
FRANCE A310 <F-GEMD>. Replaced by a Model C2A in July 1996.
DLPU C2 :
As C1 but with DATA LINK capability supporting an ARINC printer, the DLT (DATA
LINK Terminal) and GPFT interface for an experimental FMS. This version had some
problems and was only used for a short time with A310 <F-GEMA> for enhanced
surveillance.
DLPU C2A : As C2 but without problems and compatible with American TCAS transponders;
available from February 1995 onwards, with this module the first full DATA LINK flights with
<F-GEMA> & <F-GIDE> have been successfully executed. The basic diagram of the
installation is shown in Figure 1.
4
DLT DEVELOPMENT
In principle, the interface of the DLPU for the DLT is conform to the MCDU protocol and the
DLPU could have been connected to the MCDU. But during the first installation discussions, the
airlines refused this connection for certification reasons. Therefore, the DLT, a mini CDU was
created to establish the dialogue between controllers and pilot and to give the pilot access to the
ground services such as Meteo, ATIS and NOTAM. The DLT was developed by the EEC in
collaboration with ITT (keyboard), RCI (printed card), SAEME (power supply) and STANDISK
(display unit).
5
ADLP DEVELOPMENT
The development of the DLPU Models A and B was made by TUB. Therefore, EUROCONTROL
contracted the ADLP development also to TUB using the hardware of DLPU A. The ADLP was
tested in collaboration with the FAA (GDLP) in December 1993. A contract was made with TUB
to install the ADLP software on a workstation at the EEC. The workstation is connected to a
transponder via an ARINC card and will provide a test tool for the GDLP installation (foreseen
end 1996). As the DLPU is not fully compatible with an ADLP, and as the GDLP will be used
soon, contract negotiations are going on with NLR to make the DLPU C2A ADLP compatible.
The Mode S at the EEC, 1985 ⇒ 1996 page
3
6
TEST EQUIPMENT UNDER CONTRACT BY HQ
6.1
Aircraft Environment
In 1985, the EEC was engaged in the development of a test environment for the MODE S
transponder, simulating the MODE S address (variable) and other discrete inputs to the
transponder, sending control word, altitude and flight ident to the transponder and establishing an
echo function for the DATA LINK. This development was delayed by the creation of the ARINC 718
protocol between transponder and ADLP.
At first, the interface between the transponder and the ADLP was based on the ARINC 429
GPFT (Williamsburg) protocol - transporting 20 bits of data per ARINC word with an overhead of
5 ARINC words per message. The ARINC 718 protocol transports 24 bit data per ARINC word
with an overhead of 4 ARINC words per message but is totally incompatible with all other ARINC
procedures and the normal data representation in a computer.
Therefore, for the first tests of the MODE S transponder prototype a transparent ARINC card in
the TXI 980 maintenance computer was used (developed in one month - hard and soft)
simulating only the ARINC transmission - reception part of the transponder test environment as
temporary solution. Later, this ARINC card was used with special software as an transponder
simulator for the development of the DETF (see later) function and for the first tests of the
transponder interface of the DLPU.
After this, the test environment for the MODE S transponder was terminated including the ARINC
718 function and used for all tests of the real MODE S transponder. A report was published with
the title " MODE S Transponder Test Facilities ". The test environment was a special rack with a
wired card controlled by a PC (the first) via serial communication.
6.2
DETF
The DETF (Data Exchange Test Facility) was an EEC developed software module installed on
the BITE card of the THOMSON-TRT transponder simulating the DATA LINK functions.
The BITE function is only used in very modern aircraft starting with the A320. In all other aircraft,
this DETF DATA LINK simulator could be used but required special interrogations from the radar.
These were only made by the UK installations. Therefore, the DETF function was only used for
ground based tests and was later abandoned.
The Mode S at the EEC, 1985 ⇒ 1996 page
4
7
EEC TEST EQUIPMENT
7.1
The PC ARINC Card
The first model, allowing monitoring, aircraft data simulation and aircraft type dialogue
communication was a PC-XT card using an EPROM for the onboard software. This card was very
useful but the software development and management were difficult because of the EPROM,
therefore, the card was replaced by a PC-AT card using dual ported memory for program
download and communication. A timer was added to the final version of this card, for time
stamping and to facilitate dialogue procedures.
This final version of the card is available with normal or surface mounted integrated circuits and is
the basis for all development of the EEC in this domain.
7.1.1
Monitoring
A big number of programs (firmware for the card itself and software for the PC) have been
developed for the PC ARINC card for monitoring, recording and analysis purposes supporting all
used ARINC communication procedures. Two versions of this software are available, one using
MS-DOS, the second using a real time operating system.
7.1.2
Aircraft Data Simulation
The PC-AT ARINC card has two ARINC inputs and 4 multiplexed ARINC outputs and can
simulate four ARINC aircraft broadcast buses such as IRS bus, FMS bus or others including
GPS. These simulations concern static test data but also complete trajectories. The later was
developed for satellite ADS but now will be injected in both chains - Satellite and MODE S for
comparative studies.
7.1.3
DATA LINK Processors
Several DATA LINK processors including ADLP have been developed based on the PC ARINC
card :
• Remote DLPU
A DLPU was developed for the PC and moved to a workstation and is an
important part of the CENA--EEC--STNA MODE S test chain shown in Figure 2. The
workstation is connected to the transponder via an ARINC card (supporting the whole
ARINC 718 dialogue - only end user data are exchanged between the card and the PC)
and can be used via network by the MODE S ground control establishing a closed loop
from the ground to an aircraft situated at the EEC with the MODE S antenna on the roof
the building. This test chain, using a copy of the DLPU Model B exists since the end
1991 (used for the STAR demonstrations, July 1992), the remote DLPU available since
June 1994 and from December 1995 an ISO 8208 compatible ADLP is also available.
The Mode S at the EEC, 1985 ⇒ 1996 page
5
• Active Monitor
This special DLPU can be connected to a MODE S transponder
replacing a DLPU or ADLP without the need of an additional monitor, allowing
manipulations, especially useful for the testing of a radar station. For example, the
operator may send 8 COMM-B messages between two passages of the radar beam to
the transponder and to verify if all 8 have been subsequently correctly received by the
radar.
• Special Data Processor
In the context of the ADS - Broadcast development, the EEC
modified a THOMSON-TRT transponder for long squitter emission - short address
squitter each second, long position squitter each half a second and long identification
squitter every 5 seconds. This transponder was interfaced using a ruggedised PC and a
PC ARINC card with the GPS receiver, updating the BDS 05 register of the transponder
with the coded position and uplinking the differential correction values for the GPS by
COMM-A broadcast. This development is for approach testing and was done in
collaboration with DASSAULT and the STNA.
7.1.4
Other Communication Features
• GPFT - Network gateway
The first EFMS was running on a workstation and it was
necessary to connect it to the GPFT interface of a DLPU C2 and the previous mentioned
pseudo level 5 transponder for flight constraint negotiations. A second workstation with
an ARINC card was programmed as GPFT - network gateway to establish the link
between the EFMS and the ground control. In this configuration, all the software was
tested before moving it to the target equipment in the NLR Metroliner. The configuration
for the EFMS is also shown in Figure 2.
• CMU Simulator
For the evaluation of ADLPís in a real aircraft environment a simulator of
the Communication Management Unit was programmed using standard or simplified
GPFT protocol. This CMU simulator handles the BDS update protocol (GPFT broadcast)
and DATA LINK protocols concerning MODE S Specific Services and is ISO 8208
compatible DATA LINK exchanges.
7.2
Site Monitoring
The site monitoring is a part of the MODE S implementation program providing a "parrot"
transponder with a special active DATA LINK monitor for test purposes. The site monitoring has
two parts, the so-called remote transponder and the special active monitor.
7.2.1
The Remote Transponder
The transponder of the site monitoring system is not far away from the radar station but as it is a
fixed transponder, to avoid interference with TCAS equipped aircraft it should indicate an altitude
between 80,000 feet and 126,000 feet. To be seen by standard interrogator software the
transponder must simulate a longer distance from the interrogator by use of delay lines.
The Mode S at the EEC, 1985 ⇒ 1996 page
6
Delay lines are not easy to build, analogue delay lines need an enormous amount of material if
longer delays are wanted, normal digital delay lines using FIFO memory have jitter problems
because of the limited FIFO memory capacities available (2 K). The EEC developed (from the
DATAS experience) a delay line based on a rotating FIFO using normal memory devices (64 K)
allowing delays up to 6 ms with a jitter from +25 ns by using 2 memory bits per delay line changed during memory read or memory write cycle - and reconstituting the signal as exact as
possible.
7.2.2
The Site Monitor DLPU
The site monitor DLPU is a special version of a DLPU controlling all inputs to a transponder - the
718 DATA LINK line plus the input of flight ident, altitude and control word. As the PC ARINC card
has 4 multiplexed outputs, a special firmware on this card executes in a time multiplexer mode all
these transmissions, controlled by the workstation in which the card is installed. This allows not
only DATA LINK exchanges and variation of BDS values but also change of flight ident, altitude
and control word from a PC connected remotely to the workstation. The site monitor is mainly a
test tool for the radar station with the aim to provoke situations as described for the active
monitor but also to provoke special situations, for example the generation of a broadcast from the
transponder by changing the flight ident or the capability report. The firmware of the site monitor
is ready and tested, the software is in development to be finished at the latest in 1996.
7.3
Time Interval Measurement Card
The EEC developed even before the MODE S era a time interval measurement card for a TXI 980
computer allowing the analysis of events by establishing the time domain spectrum. This card
was used to analyse time events on real time systems - EEC Report No. 205. The card was
recently reproduced as a dual channel card for PC doing the same job in comparative mode, for
example to measure the access spectrum to a network and at the same time the collision
spectrum of the network. For MODE S, the card was used to check the squitter transmission. For
TCAS applications, the transponder has to send its address every second. To avoid
synchronisation between aircraft this must be done uniformly distributed between 800 and 1200
ms. For this, uniform distribution is very important and in measuring different transponders a lot of
anomalies were found. The THOMSON-TRT transponder was modified to give a better
distribution (included in BS7).
Transponders used for ADS - Broadcast send not only their address each second, but also the
position each 0.5 s and the ident every 5 s. All transmissions should have an uniform distribution
of ±200 ms around the transmission frequency. In this context the squitter transmission is more
frequent and more data is transmitted (long squitter for transmission of position and ident) the
verification of the random distribution of the transmission is more important. At the EEC, a
THOMSON-TRT transponder was modified for ADS - Broadcast squitter. In parallel, the
theoretical superposition of the different random number generators was studied and the squitter
time spectrum was measured. Figure 3 shows the result. The theoretical distribution and the
measured. The measured distribution is not far away from the theoretical - this proves that the
three different random number generators are independent. The deviations are due to the poor
quality of the mathematical random number generators, especially if the word length used is 8
bits.
The Mode S at the EEC, 1985 ⇒ 1996 page
7
8
COMMENTS TO THE TIME EVENTS TABLE
The time event table gives a chronological picture of the major events of the MODE S programme
executed at the EEC from 1985 to 1996. After such a long time, it was not easy to compose this
table and some data may deviate from the reality, but generally it gives an overall picture of the
work done at the EEC and other participating units. For the latter the picture is less good because
of lost or forgotten information. Most of the events are described in the previous paragraphs or
are self explainatory, if not they are less important. Not mentioned are the purchase, upgrading
and development of several interrogator simulator equipments (THOMSON TRT protocol test
bench, DATAS, IFR test bench, IFR runway bench) which were always used but had limitations
and will be replaced by the DASSAULT MODE S ground station with omnidirectional antenna.
9
COMMENTS TO THE PHOTOS
The attached photos should not only give a picture of the material used, the developed material,
the installations, but shall also illustrate a little bit the work done by the team, done sometimes
under difficult conditions. Therefore, the photos show also people. The quality of the photos is not
always the best, this is due to non professional photographers and even professional
photographic equipment is not always useable, especially in the limited space in the equipment
bay of an aircraft.
10
CONCLUSION
The EEC participated successfully in the ADSEL trials with the two British Airways Tristars.
The EEC accepted to build some in the call for tender forgotten test equipments. Doing this, the
EEC COM Team was falling in a big whole - the MODE S - ending up with a great responsibility for
the development and especially the testing of MODE S DATA LINK equipment. After this, we
decided to design some pieces of test equipment that were not available on the market or had
been previously overlooked. This was a mistake as the MODE S team ended up with the
responsibility for the development and testing of all the DATA LINK equipment. Later, the Team of
the EEC regretted having taken no more responsibility earlier to accelarate the M ODE S DATA LINK
development which progresses, but very slowly.
The Mode S at the EEC, 1985 ⇒ 1996 page
8
1
INTRODUCTION
Avec l'arrivée du MODE S et du DATA LINK (MODE S, Satellite et Réseau de Communications
Aéronautiques), la sous-division Communications (devenue Centre d'Expertise COM) a été
impliquée principalement dans des développements internes liés au simulateur ATC - temps réel
(appelés en ce temps RASF, GENESIS & SIM5).
Durant la même période, l'équipe a prêté son assistance technique aux essais de deux Tristars
BRITISH AIRWAYS équipés de transpondeurs MODE S (sous l'ancienne appellation : ADSEL).
Les paramêtres ADS extraits en temps réel du radar de Gatwick étaient immédiatement utilisés
au CEE pour évaluer les nouveaux algorithmes de poursuite. Simultanément, les paramètres
météos étaient extraits pour envoi immédiat à l'Office Météo de Bracknell (UK) via l'Office Météo
de Paris et le réseau international météo. Ces données étaient utilisées dans le Modèle
Climatique de Bracknell (weather model) et comparées aux données météos émises par les
ballons-sondes.
Il était donc naturel que l'équipe s'investisse dans l'ensemble du programme MODE S.
Commencée par un équipement de tests des transpondeurs, cette activité se poursuivit avec la
surveillance - officielle - du développement d'équipements embarqués et leur installation à bord
d'avions expérimentaux et commerciaux. Cette participation culmina avec les premiers vols en
juillet 1995 d'avions équipés d'un DATA LINK complet, un Airbus A310 d'AIR FRANCE <F-GEMA>
et un Dassault Falcon 900 d' EUROPE FALCON SERVICE <F-GIDE>.
2
DEVELOPPEMENT des TRANSPONDEURS
2.1
MTPA & DATAS
Dès 1981, un Analyseur Mobile des Performances des Transpondeurs - MTPA - avait été conçu
en collaboration avec la FAA; prévu initialement pour mesurer les transpondeurs embarqués type
MODE A/C puis ultérieurement MODE S, il servit principalement à réaliser des campagnes de
mesures en MODE A/C sur divers aéroports européens, de 1984 à 1993 (en tenant compte de sa
variante DATAS qui lui succéda en 1990). La récolte de données opérationnelles (près de 10000
passages, environ 4000 transpondeurs différents mesurés) amena une prise de conscience du
fonctionnement réel des transpondeurs embarqués et servit de base à diverses études et
décisions concernant la surveillance par le radar secondaire. Son aptitude au MODE S allait aussi
servir autrement.
2.2
Le Mode S
En 1983, EUROCONTROL lança un appel d'offres pour un transpondeur MODE S / niveau 4.
L'équipementier retenu fut THOMSON-TRT et les caractéristiques MODE A/C de ce transpondeur
prototype furent testées à Malvern (UK) en octobre 1985. L'équipe du CEE construisit pour sa
part la carte ARINC (sur calculateur TXI 980) pour simuler l'environnement du transpondeur lors
de ces essais initiaux.
Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
page
9
Après ces premiers essais, la partie MODE S du transpondeur fut testée pendant plusieurs mois
avec le MTPA, à l'époque unique équipement capable de remplir cette tâche.
Développement et phase de tests se terminèrent par la recette en usine en mai 1987 et furent
suivis d'une campagne d'essais complète à Malvern en juin 1987. Les essais se déroulèrent dans
un environnement plus élaboré - les installations de tests MODE S - y compris une fonction d'écho
pour le DATA LINK. Fin 1987, 32 transpondeurs MODE S avaient été produits pour
EUROCONTROL. En parallèle, THOMSON-TRT fabriqua 40 transpondeurs du même type pour
AIR FRANCE en vue de leur installation à bord des A320.
THOMSON-TRT n'ayant pas poursuivi dans cette voie (et, notamment, n'ayant pas réalisé
d'interface TCAS), les transpondeurs MODE S d'AIR FRANCE furent remplacés par des
COLLINS, équipés d'un DATA LINK de niveau plus bas mais avec interface TCAS. En 1991,
EUROCONTROL racheta les transpondeurs THOMSON-TRT pour porter a 72 le nombre de
transpondeurs DATA LINK / niveau 4, opération sans laquelle il n'aurait pas été possible de réaliser
toutes les expérimentations ultérieures.
Le transpondeur THOMSON-TRT MODE S n'étant pas conforme aux SARPS et MOPS
correspondants, le fabricant dût lui apporter 5 modifications. Malgré ces mises à niveau, les
problèmes ont persisté.
Pour en finir, deux mises à jour du matériel (Bulletin de Service BS6) et du logiciel (BS7) ont été
apportées par le CEE puis incorporées et certifiées par THOMSON-TRT.
Simultanément, le CEE créa quelques versions expérimentales: un transpondeur MODE S de
pseudo-niveau 5 capable d'émettre 16 segments ELM descendants (mais seulement vers 4
interrogateurs); ce fut le seul tranpondeur utilisable dans le EFMS du programme PHARE, il fut
testé en vol dans le Metroliner <PH-NLZ> du NLR (fin 1994). Un autre transpondeur MODE S fut
modifié pour émettre des squitters longs ADS-B (envoi des position et identification de l'avion)
utilisé par la DGAC à bord de son Pilatus lors des essais LADGPS à Toulouse-Blagnac.
3
DEVELOPPEMENT du DLPU
EUROCONTROL commença le développement d'un processeur DATA LINK embarqué fin 1985. A
cette époque, aucun MOPS ou SARPS pour DLPU n'existait. Le DLPU d'EUROCONTROL
ressemble beaucoup à l'ADLP mais ses procédures de transmission ne sont pas tout-à-fait
conformes à la norme ISO 8208.
Plusieurs modèles de DLPU ont été produits:
Module destiné à la mise au point avec disquette; essai final fin
DLPU A :
1 exemplaire.
mars 1988 à Brétigny, quelques essais en vol à Bedford (UK) en avril 1988; utilisé pour la
mise au point de l'ADLP.
Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
page
10
DLPU B :
2 exemplaires.
comme la version A mais équipés d'EPROMs pour être installés
à bord d'avions d'essais lors de plusieurs démonstrations en vol de plusieurs DATA LINK,
en particulier la grande démonstration DATA LINK d'octobre 1991 à Bedford.
produits par le NLR, certifiés pour l'installation à bord d'avions
DLPU C : 12 exemplaires
commerciaux; durant la mise au point, plusieurs versions ont existé et toutes ont été
testées au CEE.
DLPU C1 : Cette version supportait seulement la surveillance enrichie et la fonction DETF;
après l'installation, des tests ont eu lieu dans les ateliers d' AIR FRANCE en juin 1990 et
septembre 1991 à bord de l'A310 AIR FRANCE <F-GEMD>. Remplacé par le modèle C2A
en juillet 1996.
DLPU C2 :
Comme le C1 mais avec un DATA LINK capable de supporter une imprimante
ARINC, le DLT (DATA LINK Terminal) et une interface GPFT pour l'EFMS; cette version a
présenté quelques difficultés et ne servit que quelque temps à bord de l'A310 < F-GEMA>
pour la surveillance enrichie.
DLPU C2A : Comme le C2 mais sans les problèmes, et compatible avec les transpondeurs
TCAS américains; disponible à partir de février 1995, il a permis de réaliser avec succès
les premiers vols avec DATA LINK complet à bord des <F-GEMA> & <F-GIDE>; un schéma
de base de l'installation est montrée en figure 1.
4
DEVELOPPEMENT du DLT
En principe, l'interface du DLPU vers le DLT est conforme au protocole MCDU et le DLPU aurait
pu être connecté à ce MCDU. Mais au cours des premières discussions avec les compagnies
aériennes en vue de cette installation, celles-ci refusèrent la connection pour des raisons de
certification. Dès lors, le DLT fut créé, qui est un mini-CDU servant à établir le dialogue entre
contrôleurs et pilotes et à ouvrir à ces derniers l'accès aux services au sol tels que la Météo,
l'ATIS et les NOTAM. Le DLT fut développé par le CEE en collaboration avec ITT (pour le
clavier), RCI (circuit imprimé), SAEME (alimentation) et STANDISK (affichage).
5
DEVELOPPEMENT de l' ADLP
Le développement des DLPU A & B avait été réalisé par TUB. Dès lors, EUROCONTROL alloua
le contrat de développement de l'ADLP également à TUB, utilisant comme matériel la version
DLPU A. L'ADLP fut testé en collaboration avec la FAA (GDLP) en décembre 1993. Un contrat
fut signé avec TUB en vue d'installer le logiciel ADLP sur une station de travail au CEE. Cette
station est connectée à un transpondeur via une carte ARINC et servira de banc de test pour
l'installation ADLP (prévue fin 1996). Comme le DLPU n'est pas totalement compatible avec
l'ADLP, et que le GDLP sera bientôt en activité, des négotiations contractuelles sont en cours
avec NLR pour rendre le DLPU C2A compatible ADLP.
Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
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11
6
EQUIPEMENT de TEST sous CONTRAT du SIEGE
6.1
Environnement avion
En 1985, le CEE était engagé dans le développement d'un environnement de test pour le
transpondeur MODE S, simulant l'adresse MODE S (variable) et d'autres discrets en entrée
transpondeur, transmettant mots de commande, altitude et indicatif de vol (flight ident) au
transpondeur et établissant une fonction d'écho pour le DATA LINK. Ce développement fut retardé
par la création du protocole ARINC 718 entre transpondeur et ADLP.
Au début, l'interface Transpondeur / ADLP était basée sur le protocole ARINC 429 GPFT (dit
"Williamsburg" ) - transport de 20 bits de données par mot ARINC avec un entête de 5 mots par
message. Le protocole ARINC 718 transporte, lui, 24 bits de données par mot ARINC avec un
entête de 4 mots ARINC par message mais il est complètement incompatible avec les autres
procédures ARINC ainsi qu'avec la présentation normale des données dans un calculateur.
Dès lors, pour les premiers tests du transpondeur MODE S prototype, une carte ARINC
"transparente" fut installée dans le calculateur de maintenance TXI 980 (matériel et logiciel
développés en un mois); elle simulait seulement la partie transmission-réception ARINC de
l'environnement de test du transpondeur; une solution temporaire. Cette carte fut utilisée
ultérieurement avec un logiciel simulant un transpondeur, lors du développement de la fonction
DETF (voir plus loin) et pour les premiers tests de l'interface transpondeur du DLPU.
Ensuite, l'environnement de test du transpondeur MODE S fut achevé, y compris la fonction
ARINC 718, et utilisée dans les tests d'un transpondeur MODE S réel. Un rapport a été publié
sous le titre " MODE S Transponder Test Facilities ". L'environnement de test était monté dans
tiroir spécial avec carte cablée commandée par un PC - une première - via une communication
série.
6.2
Le DETF
Le DETF (Data Exchange Test Facility) est un module logiciel développé au CEE, et installé sur
la carte BITE du transpondeur THOMSON-TRT; il simule les fonctions du DATA LINK .
La fonction BITE n'est utilisée que sur des modèles d'avions très récents, à commencer par
l'Airbus A320. Dans tous les autres aéronefs, ce DETF simulateur de DATA LINK pourrait être
utilisé moyennant certaines interrogations émises par le radar. Celles-ci ne l'étant que par les
installations du Royaume-Uni, la fonction DETF ne servit que pour des essais au sol et fut
abandonnée par la suite.
Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
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12
7
INSTALLATIONS de TEST au CEE
7.1
La carte PC ARINC
La première version, permettant le monitoring, la simulation des données-avions et les
communications du type dialogue-avion était une carte PC-XT avec une EPROM pour le logiciel
embarqué. Cette carte fut très utilisée mais le développement et la manipulation du logiciel
étaient très difficiles du fait de cette EPROM; elle fut remplacée par une carte PC-AT, avec
mémoire à double accès pour le chargement des programmes et les communications. Dans sa
version finale, un temporisateur lui fut ajouté, pour le marquage des temps et l'aide aux
procédures de dialogues.
Cette version finale est disponible en variantes courante ou avec circuits intégrés à montage en
surface. C'est la carte de base de tous les développements du CEE dans ce domaine
7.1.1
Le Monitoring
Un grand nombre de programmes (progiciel pour la carte et logiciel pour le PC) ont été
développés pour la carte PC ARINC, pour tous les besoins de monitoring, enregistrement et
analyse, qui supportent les procédures de communication ARINC. Deux versions de ce logiciel
sont disponibles, l'une sous MS-DOS, l'autre sous système opérationnel temps réel.
7.1.2
La Simulation des données-avion
La carte PC-AT ARINC possède deux entrées ARINC et 4 sorties multiplexées ARINC; elle peut
simuler 4 bus avion ARINC appel collectif (broadcast) tels que le bus IRS, le bus FMS et d'autres
y compris le GPS. Ces simulations concernent des essais avec données statiques ou trajectoires
complètes. Développées pour l' ADS- par-SATELLITE, ces dernières simulations vont
maintenant être injectées dans les deux chînes - SATELLITE et MODE S - en vue d'en établir les
résultats comparatifs.
7.1.3
Les Processeurs DATA LINK
Plusieurs processeurs DATA LINK y compris l'ADLP ont été développés avec la carte PC ARINC :
• DLPU Télécommandé
Un DLPU a été développé pour le PC et porté sur station de travail;
c'est une pièce importante de la chaîne expérimentale MODE S CENA--CEE--STNA
présentée en figure 2. La station de travail est connectée au transpondeur via une carte
ARINC ( qui supporte tout le dialogue ARINC 718 - seules les données utilisateur final
sont échangées entre la carte et le PC) et peut être utilisée via le réseau par le
contrôle-sol MODE S qui établit une boucle fermée sol -- avion, " avion" fictif situé au CEE
avec une antenne MODE S sur le toit du bâtiment du CEE. Cette chaîne expérimentale
avec une copie du DLPU B, existe depuis fin 1991 et fut utilisée pour les démos STAR
en juillet 1992; le DLPU télécommandé est disponible depuis juin 1994 et un ADLP
compatible ISO 8208 est aussi disponible depuis décembre 1995.
Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
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13
• Moniteur Actif
Ce DLPU spécial peut être connecté à un transpondeur MODE S et
remplace un DLPU ou un ADLP sans le secours d'un moniteur; ce qui permet d'utiles
manipulations, comme lors de tests de stations radar. Par exemple l'opérateur peut,
entre deux balayages du trasnspondeur par le radar, envoyer 8 messages COMM-B,
puis vérifier si les 8 ont été correctement reçus par le-dit radar.
• Processeur Spécial de Données
Dans le cadre du développement de l'ADS-Collectif, le
CEE a modifié un transpondeur THOMSON-TRTen vue d'une émission de squitter long
(un squitter court avec adresse toutes les 1 s, un squitter long avec position toutes les
0.5 s, un squitter long d'identification toutes les 5 s). L'interface du transpondeur était un
PC renforcé (industriel) et une carte PC ARINC avec récepteur GPS; ceci permettait la
mise à jour de la position codée dans le registre BDS 05 du transpondeur et l’envoi par
l'interrogateur des valeurs de correction différentielle pour le GPS par un COMM-A
collectif. Ce développement, utilisé dans l'expérimentation de l' Approche - par - ADS, fut
réalisé en collaboration avec DASSAULT et le STNA.
7.1.4
Autres moyens de Communication
• Accès au Réseau - GPFT Comme le premier EFMS tournait sur station de travail, il était
nécessaire de le connecter à l'interface GPFT du DLPU C2 et au transpondeur pseudoniveau 5 à cause des négotiations des contraintes de vol. Une deuxième station de
travail avec carte ARINC a été programmée au titre d' Accès Réseau GPFT, pour établir
la liaison EFMS ⇔ Contrôle sol. Dans cette configuration, tout le logiciel était testé avant
l'embarquement dans le Metroliner du NLR. La figure 2 nous montre aussi la
configuration pour l'EFMS.
• Simulateur de CMU
Pour l'évaluation de l'ADLP dans un environnement avion réel,
un simulateur de l'Unité de Management des Communications (CMU) a été programmé
en utilisant un protocole GPFT standard ou simplifié. Ce simulateur CMU gère les
protocoles de mides à jour BDS (GPFT collectifs) et les protocoles DATA LINK relatifs aux
Services Spécifiques MODE S; il est compatible ISO 8208 pour les échanges DATA LINK.
7.2
Le Monitoring de Site
Le monitoring de site est une partie du programme d'implémentation dui MODE S ; il fournit un
transpondeur "perroquet" avec un moniteur DATA LINK actif de type particulier pour les besoins
expérimentaux. Ce monitoring de site comporte deux parties, le transpondeur dit "perroquet" et le
Moniteur Actif Spécial.
7.2.1
Le Transpondeur "Perroquet"
Ce transpondeur du système de monitoring de site est un transpondeur fixe à faible distance de
la station radar; pour éviter les interférences avec les aéronefs équipés TCAS, il doit afficher une
altitude située entre 80000 et 126000 pieds. Pour être "vu" par le logiciel d'un interrogateur
standard, le transpondeur doit simuler une plus grande distance par l'emploi de lignes à retard.
Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
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14
Ces lignes à retard sont difficiles à réaliser, celles de type analogique nécessitent une très
grande quantité de composants pour les longs délais décrit ci-dessus, celles de type numérique
classiques utilisentdes meemoires FIFO qui, du fait de la faible capacité de la mémpoire
disponible ( 2K, présentent de forts jitters. Le CEE a développé , au départ du DATAS, une ligne
à retard basée sur une FIFO rotative avec des mémoires standards (64K) portant les retards
jusqu'à 6 ms avec un jitter de ± 25 ns, en n'utilisant que 2 bits de mémoire - changés durant les
cycles de lecture ou d'écriture - et reconstituant le signal aussi fidèlement que possible.
7.2.2
Le DLPU - moniteur sur site
Le DLPU -moniteur sur site est une version spéciale du DLPU qui contrôle toutes les entrées du
transpondeur (la ligne 718 DATA LINK plus les indicatif de vol, altitude et mot de contrôle). Comme
la carte PC ARINC possède 4 sorties multiplexées, un progiciel résident exécute toutes ces
transmissions en mode multiplexage de temps, contrôlé par la station de travail dans laquelll la
carte est installée. Ceci permet non seulement des échanges DATA LINK et des variations des
valeurs BDS mais en plus la modification de l'indicatif de vol, de l'altitude et du mot de contrôle,
depuis un PC connecté à distance à la station de travail. Le moniteur de site est principalement
un engin de test pour la station radar, avec l'intention de provoquer des situations comme celles
décrites pour le Moniteur Actif et d'autres plus spéciales comme l'envoi par le transpondeur d'un
appel collectif en changeant son indicatif de vol ou son compte-rendu de possibilité (CA,
Capability Report). Le progiciel du moniteur de site est prêt et testé, le logiciel est en cours de
développement et est attendu au plus tard en 1996.
7.3
La Carte de mesure des intervalles de temps
Bien avant l'ère du MODE S, le CEE avait développé une carte pour la mesure des intervalles de
temps, installée dans le calculateur TXI 980; par l'établissement du spectre dans le domaine
temporel, elle a permis l'analyse des évènements dans les systèmes temps réel - voir à ce sujet
le Rapport CEE n° 205. Cette carte a été reproduite sous forme à double canal pour PC, qui
réalise la même fonction en mode comparatif, par exemple pour mesurer le spectre d'accès à un
réseau en même temps que le spectre de collision de ce réseau. En MODE S, cette carte a été
utilisée pour vérifier la transmission du squitter. Dans les applications TCAS, le transpondeur doit
envoyer son adresse toutes les secondes. Pour éviter une transmission synchrone entre
différents avions, cette émission doit être distribuée de manière aléatoire entre 800 et 1200 ms. Il
est donc très important que cette distribution soit uniformément répartie; or la mesure de
différents transpondeurs a montré de nombreuses anomlies dans cette distribution. Le
transpondeur THOMSON-TRT a donc été modifié pour remédier à ce défaut (modification incluse
dans le Bulletin de Service BS7).
Tout transpondeur utilisé pour l'ADS-Collectif envoie son adresse toutes les 1 s, mais aussi sa
position toutes les 0.5 s et son indicatif toutes les 5 s. Comme décrit plus haut, ces transmissions
devraient avoir une distribution aléatoire de ± 200 ms autour de la fréquence de transmission.
Dans ce contexte, où l'émission de squitter est plus fréquente et où davantage de données sont
transmises (squitter long pour l'envoi des position et indicatif de vol), le caractère aléatoire de la
distribution est essentiel.
Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
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15
Au CEE, un transpondeur THOMSON-TRT a été modifié pour le squitter de l'ADS-Collectif.
L'étude théorique de la superposition de plusieurs générateurs de nombres aléatoires a été
menée en parallèle, et le spectre temporel fut mesuré. La figure 3 montre la comparaison entre
théorie et mesures réelles. Celles-ci ne diffèrent que peu quand les 3 générateurs de nombres
aléatoires sont bien indépendants. Par contre, les cas de déviation dévoilent une faible qualité
(mathématique) de générateurs de nombres, par exemple l'usage de mots de 8 bits seulement.
8
TABLEAU CHRONOLOGIQUE des ACTIVITES : COMMENTAIRES
Le tableau chronologiques des évènements donne une bonne image des principales activités du
programme MODE S exécutées au CEE de 1985 to 1996. Tableau difficile à établir après autant
d'années, il peut contenir des erreurs de dates ou de laps de temps; mais il donne une bonne
idée générale du travail accompli au CEE et dans quelques autres équipes (pour ces dernières,
le manque d'informations nous éloigne encore plus de l'exactitude). La plupart des évènements
sont décrits dans les pages précédentes ou parlent d'eux-mêmes, et les autres sont sans grande
importance. On a omis les achats, mises à jour et développements de plusieurs équipements de
simulation d'interrogateur (le banc de test des protocoles par THOMSON TRT, le DATAS, le
banc de test IFR, le banc de piste IFR) qui ont chaque fois été utilisés mais dont les limitations
sont telles que le remplacement par une station-sol MODE S DASSAULT avec antenne
omnidirectionelle a été jugée indispensable.
9
LES PHOTOS : COMMENTAIRES
Les photos présentées ne doivent pas seulement donner un aperçu des installations, des
matériels utilisés et ceux développés; elle veulent aussi monter le travail effectué par l'équipe,
parfois dans des conditions difficiles, en montrant par exemple ce qu'on appelle aujourd'hui les
"ressources humaines".
La qualité un peu faible de certaines prises de vues résulte de l'utilisation de matériel nonprofessionnel, par des photographes non-professionnels, dans des endroits parfois étriqués
comme les baies d'équipements embarqués..
10
CONCLUSION
Le CEE a participé avec succès aux essais ADSEL avec les Tristars de la British Airways.
Le CEE a accepté de construire certains équipements de tests oubliés dans les différents appels
d'offres. Ce faisant, l'équipe CoE-COM a mis les pieds dans un grand projet - le MODE S - ,ce qui
lui a procuré une grande responsabilité dans le développement et surtout dans l'expérimentation
des matériels MODE S DATA LINK. Ensuite, l'équipe a décidé de réaliser certaines pièces de
l'équipement de test non disponibles à l'époque ou dont l'acquisition avait été sous-estimée.
C'était une faute car l'équipe MODE S a supporté la responsabilité du développement et de
l'expérimentation de tout l'équipement DATA LINK. Plus tard, l'équipe a regretté de ne pas avoir
pris antérieurement plus de responsabilités, ce qui aurait accéléré le développement du DATA
LINK MODE S qui progresse, mais trop lentement.
Le Mode S au CEE , 1985 ⇒ 1996
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16
Table 1 : Mode S Time Events at the EEC from 1985 to 1996 -- Tableau Chronologique des activités Mode S au CEE de 1985 à 1996
1985
1986
JANUARY
1987
1988
1989
XPDR
DLPU
Interface
test at
Bedford
Using 1
1990
1991
Final functional
tests of DLPUC at NLR and
EEC
FEBRUARY
1992
Pseudo Level
5 XPDR
available/
16 segment
downlink but
only for 4
interrogators
(4)
1993
Mode S XPDR RF
part test using MTPA
APRIL
Mode S XPDR RF
part test using MTPA
EEC Report
No. 205
issued
MAY
Mode S XPDR RF
part test using MTPA
Mode S
XPDR
factory test
Using 2
JUNE
Start of DETF - Darta
Link simulator on
XPDR bite card
development
Mode S
XPDR test
at Malvern
Using 2
F-GEMA
AIR FRANCE
with DLPU C2
in flight
enhanced
surveillance
Final tests of
XPDR Mode S
and DLPU-A at
Brétigny
Flight tests of
XPDR Mode S
and DLPU-A
with BA 1-11
1st version of
advanced PC
ARINC card
in serial
production
Development of
DLPU C at
NLR
72 Mode S
XPDR (TRT
THOMSON)
available
First installation
tests of DLPU C
AIR FRANCE
1995
1996
DLPU C2 (Data
Negotiations
Special DLPU
Link) Final
with TUB to
between XPDRAcceptance test install the ADLP GPS for Pilatus
terminated
software on unit aircraft available
workstation
12 PC ARINC
cards available
for monitoring
MARCH
1994
( page 1 )
DLPU C2
Start of site
upgraded to
monitoring
DLPU C2A for development for
American
Mode S
XPDR 2 ARINC implementation
718 channels
Using 3 and 5
DLT
certification
document
produced
DLT software
for limited
MCDU
applications
terminated
TDLP available
DLPU on PC
used for
Le Bourget
Airshow
F-GEMD
AIR FRANCE
with DLPU C
in flight
enhanced
surveillance
THOMSON
TRT XPDR
BS6 antenna
diversity
problems
solved
Special DLPU active monitor available
GPFT network
gateway
developed to
connect EFMS
(workstation) to
DLPU
TDLP on UNIX
Workstation for
remote use
based on 3
F-GEMA
AIR FRANCE
F-GIDE EFS
with DLPU C2
full data link
ROCKWELL
COLLINS
XPDR-ADLPGPS test rack
evaluated
Report issued
XPDR TRTTHOMSON
certified for
Germany
Table 1 : Mode S Time Events at the EEC from 1985 to 1996 -- Tableau Chronologique des activités Mode S au CEE de 1985 à 1996
1985
1986
JULY
AUGUST
ARINC
card for
TXI 980
computer
ready (1)
1989
2 DLPU-B final Start of DLT
tests at EEC and (mini MCDU)
delivery to RSRE development
and STNA
32 Mode S
XPDR
(TRTTHOMSON
) available
1990
First
meeting
for DLPU
specificati
on
Start of PC
ARINC card
development
First data
exchanges
Mode S
XPDR
DLPU-A
Functional
tests of
DLPU C
terminated
First °PC ARINC
card available
monitor aircraft
data generator
1992
1993
DLT
development
terminated
including
environment
tests
Data Link
demonstration
with ground
aircraft at the
EEC
Final installation
tests DLPU C2
AIR FRANCE
A310
DLT certification First flights with
full data link AIR
FRANCE A310
EFS Falcon 900
F-GEMD AIR
FRANCE with
DLPU C2 DLT,
printer in flight
full data link
PC ARINC card
software
package
monitoring
recording
analysis
THOMSON TRT
XPDR BS7
software
problems solved
Contract with
NLR for ADLP
compatible trials
DLPU + ADLP
functions
Event spectrum PC ARINC Card
measurement PC soft package
card available
monitoring
!Squitter!
recording
analysis in real
time
Mode S ground
station with
omnidirectional
antenna
available
at
the EEC
Final tests
DLPU-C
A310
AIR FRANCE
Study for the
upgrading of
DLPU C to Data
Link
Mode S XPDR
environment simulator
Ready (2)
1991
Advanced PC
ARINc card
developed
Start of DLPU-C
development
enhanced
surveillance only
but certified
Mode S
XPDR
maquette
test at
Malvern
Uisng 1
NOVEMBER
DECEMBER
1988
DETF Data
Link
Simulator in
the XPDR
available
SEPTEMBER
OCTOBER
1987
2nd version of
advanced PC
ARINC card
(with timer)
available (3)
Grounded
aircraft data
link equipment
installed at the
EEC seen by
Orly radar
1995
Development of a
special DLPU
between XPDRGPS for Pilatus
aicraft started
Data Link
demonstration
at Bedford
Start of
upgrade
DLPU C
to data link
DLPU C2
1994
( page 2 )
Start of
development of
a 2channel
event spectrum
measurement
PC card
Start of TDLP ADLP (TUB)
development tested with FAA
DLPU on PC
GDLP using
Using (3)
TRTTHOMSON
XPDR
PH-NLZ-NLR
DLPU C2 +
EFMS successfu
flights
« level
5 » XPDR-4
Development of a
digital delay line
for remote XPDR
terminated (5)
THOMSON TRT ADLP on UNIX
XPDR modified workstation using
for squitter
3 available at the
conform to ADS- EEC
based
B
on 3
1996
ARINC
PRINTER
EPSOM
DISPLAY
DATA-LINK
TERMINAL
A
H
O
V
B
I
P
W
C
J
Q
X
D
K
R
Y
E F G
L M N
S T U
Z /
ARINC 739
ARINC 740
RF
TRT
Mode S XPDR
ARINC 718
NLR DLPU
SOFTWARE C2
ARINC 429
Figure 1 : DLPU - Installation
ARINC 429
AVIONICS
AC
DATA
CONTROL
BOX
DLT
AAAA
AAAAAAAA
AAA
AAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAA
AAA
ar 429
ar 429
ar 718
ar 739
DLPU C2
ar 740
XPDR
RADAR
GDLP
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
AA
ARINC
PRINTER
ARINC CARD
AGLAE
AAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAA
AA
AAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAA
AA
AAAA
AAAA
AAAA
AAAA
AAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AA
AAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAA
AA
AAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAA
AA
AAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAA
AA
AAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAA
AA
AAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAA
AA
AAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAAAA
AAAAAA
AA
REMOTE DTEDS
REMOTE MSSDS
STANDARD
GROUND CONTROL
AGLAE
XPDR
DLPU C2
GDLP
DLT
NETWORK
Air Ground DataLink Application Experimental system
Mode S Transponder
Data Link Processor Unit type C2
Griound Data Link Processor
Data Link Terminal
Figure 2 :
REMOTE UNIX based
ADLP & OLIG
ADLP
OLIG
DTEDS
MSSDS
Aircraft DataLink Processor
On Line Interrogator Generator
Data Terminal Equipment Device Simulator
Mode S Specific Services Device Simulator
CENA ⇔ STNA ⇔ EEC Test Chain / Chaîne d'expérimentation CENA ⇔ STNA ⇔ CEE
Squitter Distribution - Transponder A
1200
15000 event s
15000 event s
1000
Theory
Events
800
600
400
200
0
0
100
200
300
400
500
600
700
Time ms
Figure 3 :
Long Squitter distribution theory / measurement comparison
Squitter long : comparaison théorie / mesures
800