Messages de vitesse en vol

Une première manière de mesurer la vitesse d'un aéronef consiste à la mesurer par rapport au sol, pour obtenir ce que l'on nomme la vitesse sol (ground speed). Cela revient à mesurer la vitesse de l'ombre que l'aéronef projette sur le sol, en admettant que le soleil se trouve exactement au-dessus de lui.

Une seconde manière de mesurer la vitesse consiste à le faire par rapport à la masse d'air dans laquelle se trouve l'aéronef, par exemple en lui attachant un anémomètre, pour obtenir ce que l'on nomme la vitesse air (air speed).

Ces deux manières de mesurer la vitesse d'un aéronef diffèrent, car la masse d'air dans laquelle il se trouve n'est généralement pas stationnaire. Ainsi, un ballon à air chaud — qui n'a aucun moyen propre de se déplacer horizontalement — a toujours une vitesse air nulle. Par contre, sa vitesse sol ne l'est souvent pas, car il se trouve dans une masse d'air qui se déplace.

La vitesse sol est celle mesurée par les systèmes de positionnement par satellite — GPS ou autres — et est généralement celle qui est communiquée par les aéronefs, car c'est la plus utile des deux pour le trafic aérien. La vitesse air est mesurée quant à elle au moyen d'un anémomètre situé sur l'aéronef.

La direction de déplacement peut également être mesurée de différentes manières. La première consiste à déterminer — conceptuellement en tout cas — la direction dans laquelle se déplace l'ombre de l'aéronef sur le sol, que l'on nomme sa route (track). La seconde consiste à mesurer, au moyen d'une boussole, la direction dans laquelle pointe le nez de l'aéronef, que l'on nomme son cap (heading). Là aussi, ces deux types de mesure produisent généralement des résultats différents en raison du mouvement de la masse d'air dans laquelle évolue l'aéronef.

Lorsqu'un message de vitesse en vol a un sous-type valant 1 ou 2, il communique la vitesse sol de l'aéronef, ainsi que sa route. Dans ce cas, le contenu des 22 bits qui dépendent du sous-type est donné par la table suivante :

Chacune des paires d'attributs — Dns/Vns d'un côté et Dew/Vew de l'autre — représente une composante du vecteur vitesse. Les attributs Dns et Dew indiquent le sens de la composante, tandis que les attributs Vns et Vew indiquent sa valeur absolue plus un. En effet, lorsque Vns ou Vew valent 0, la vitesse est inconnue.

Lorsque Dns vaut 0, l'aéronef se dirige du sud au nord, et lorsqu'il vaut 1 il se dirige du nord au sud ; lorsque Dew vaut 0, l'aéronef se dirige de l'ouest vers l'est, et lorsqu'il vaut 1 il se dirige de l'est vers l'ouest.

Une fois les composantes du vecteur vitesse obtenues, on peut en calculer la norme pour obtenir la vitesse, et l'angle pour obtenir la direction de déplacement.

Le sous-type 1 est destiné à communiquer la vitesse des avions volant à vitesse subsonique, et le vecteur vitesse est alors exprimé en nœuds. Le sous-type 2 est destiné aux avions supersoniques, et le vecteur vitesse et alors exprimé en une unité qui ne porte pas de nom mais qui correspond à 4 nœuds.

Lorsqu'un message de vitesse en vol a un sous-type valant 3 ou 4, il communique la vitesse air de l'aéronef, ainsi que son cap. Dans ce cas, le contenu des 22 bits qui dépendent du sous-type est donné par la table suivante :

Si le bit SH vaut 1, alors l'attribut HDG contient le cap de l'aéronef, c.-à-d. la direction dans laquelle son nez pointe. En interprétant cet attribut comme un entier non signé puis en le divisant par 2¹⁰, on obtient le cap exprimé en tours. L'angle ainsi obtenu est celui séparant le nord et la direction dans laquelle pointe le nez de l'aéronef, mesuré dans le sens horaire.

Ainsi, le cap d'un aéronef vaut 0° s'il pointe son nez vers le nord, 90° s'il le pointe vers l'est, 180° s'il le pointe vers le sud, et 270° s'il le pointe vers l'ouest.

Quand le sous-type du message vaut 3, la vitesse air contenue dans l'attribut AS est exprimée en nœuds, alors qu'elle est exprimée en « 4 nœuds » si le sous-type vaut 4. Dans les deux cas, la valeur stockée dans l'attribut AS est la vitesse plus un, et lorsque cet attribut contient 0, la vitesse est inconnue.

Même si les deux concepts de vitesse et de direction de déplacement décrits ci-dessus sont différents, nous ne les distinguerons pas dans ce projet, dans un soucis de simplicité.

Nous considérerons donc que la vitesse d'un aéronef sera celle qu'il nous aura transmise dans un message de vitesse en vol, sans faire de distinction entre vitesse sol et vitesse air. De même, nous ne ferons pas de distinction entre route et cap.

Bien entendu, nous devrons distinguer les deux sous-types de messages décrits ci-dessus afin de correctement interpréter leur contenu, mais une fois qu'une vitesse et une direction auront été extraits d'un tel message, les deux sous-types seront traités de manière identique.

Pour déterminer la direction du vecteur vitesse — l'angle qu'il fait avec le nord —, vous pouvez utiliser la méthode atan2 de Math. Lisez bien sa documentation afin de comprendre comment elle fonctionne avant de l'utiliser !

Pour déterminer la norme de ce même vecteur, vous pouvez utiliser la méthode hypot de Math.

La méthode update doit déterminer, d'une manière ou d'une autre, le type exact du message qu'on lui passe en argument pour savoir s'il s'agit d'une instance de AircraftIdentificationMessage, de AirbornePositionMessage ou de AirborneVelocityMessage. Plusieurs techniques existent pour faire cela.

La première consiste à utiliser une séquence de tests au moyen de l'opérateur instanceof. Cette solution n'est toutefois ni très propre ni très efficace.

La seconde consiste à utiliser le patron de conception Visiteur (Visitor), que la plupart d'entre vous a examiné au premier semestre, mais cela est relativement lourd et implique l'existence d'une infrastructure qui n'a pas été mise en place pour les classes implémentant Message.

La troisième consiste à utiliser le filtrage de motif (pattern matching), un concept déjà décrit partiellement à l'étape 1. Il s'agit de la solution la plus propre et la plus efficace, et nous vous conseillons donc fortement son emploi. Elle consiste à utiliser une variante de l'énoncé switch qui permet de déterminer de quel classe une valeur est une instance.

L'extrait de programme ci-dessous illustre cette variante de l'énoncé switch au moyen d'une méthode qui prend en argument une valeur de type Message, détermine s'il s'agit d'une instance de AircraftIdentificationMessage, et dans ce cas, affiche l'indicatif qu'il contient à l'écran ; sinon, un texte par défaut est affiché.

void printCallSign(Message m) {
  switch (m) {
  case AircraftIdentificationMessage aim ->
    System.out.println("Indicatif : " + aim.callSign());

  default ->
    System.out.println("Autre type de message.");
}

Notez bien que la ligne

case AircraftIdentificationMessage aim ->

teste d'une part si m est une instance de AircraftIdentificationMessage, et, si c'est le cas, définit la variable nommée aim qui contient ce message et a le type AircraftIdentificationMessage. C'est ce qui rend valide l'appel à la méthode callSign de aim à la ligne suivante.

Pour pouvoir utiliser cette variante du switch dans votre projet, il vous faut changer légèrement sa configuration. Pour cela, ouvrez le menu File, puis sélectionnez Project Structure…. Sélectionnez Project sur la gauche, puis cliquez sur le menu déroulant à droite de Language level et choisissez 17 (Preview) - Pattern matching for switch.