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Dispositif pour indiquer la position d'un objet dans l'espace'.
La présenté invention concerne un dispositif pour indiquer la position d'un objet dans l'espace, cet objet réfléchissant un radiosignal transmis, suivant le principe de ce qu'on appelle le radar. Le dispositif est de préférence employé pour déterminer la position d'un avion dans 1'air.
Jusqu'à présent, les dispositifs de radar fonctionnaient de telle manière qu'on a exploré l'espace de l'air où l'avion est supposé se trouver, l'exploration se faisant dans une di- rection avec une fréquence relativement élevée et dans une autre direction perpendiculaire à la première, avec une fré- quence essentiellement plus basse.
Dans ces systèmes, toute- fois, le temps nécessaire pour que le signal porteur rayonné circule du point de radiation vers l'objet réflecteur et re- vienne au point de la réception est une valeur finie.qui, aux hautes fréquences d'exploration employées, doit être compensée pour éviter une erreur dans l'indication de posi- tion ainsi fournie.,
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Il a été proposé dans ce but d'introduire sur le signal transmis un potentiel unidirectionnel en forme d'onde d'impulsion, par modulation, de fagon à,observer au moyen de ces impulsions la grandeur de l'intervalle de temps pendant lequel le signal circule du transmetteur à l'objet réfléchis- sant avec retour au récepteur. L'intervalle de temps ainsi établi est employé pour la compensation.
En fait, la compen- sation suivant ce principe fonctionne assez bien dans le milieu de l'espace exploré, mais elle est quelque peu limitée autour des parties extérieures de la zone explorée ce qui est dû au fait qu'une impulsion de potentiel de compensation qui compenserait effectivement pendant une déviation linéaire donnée peut, dans les parties extérieures de la zone explorée, être active dans une autre ligne d'exploration.
La présente invention se rapporte à un dispositif évitant les inconvénients mentionnés ci-dessus.
Un système pour trouver la position d'un objet qui a la propriété de réfléchir un radio-signal transmis comprendra, suivant la présente invention, un système d'an- tennes ayant une caractéristique de radiation effectivement sous la forme d'un faisceau nettement concentré, des moyens d'appliquer un signal porteur au système d'antenne etun moyen de faire varier la fréquence du signal porteur pour explorer un espace déterminé dans au moins une direction avec le faisceau.
Le système comprend également des moyens pour recevoir de l'énergie de signal porteur elu faisceau rayonné, réfléchie par le réflecteur, des moyens fonction- nant seulement sous l'effet de l'énergie de signal porteur reçue pour dériver de celle-ai un signal de commande dont une caractéristique varie avec la fréquence de l'énergie de signal porteur reçue, dès moyens fonctionnant sous l'effet du signal de commande et dépendant de la caractéristique mentionnée ci-dessus pour indiquer la position du réflec- teur dans l'espace.
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Dans une forme particulière de l'intention, un système du type décrit renferme un tube à rayon cathodique et des moyens fonctionnant sous l'effet du signal de comman- de dérivé pour faire dévier le faisceau de rayon cathodique du tube dans une direction. On dérive également du signal porteur reçu un second potentiel de commande dont l'amplitu- de varie avec l'amplitude de l'énergie de signal porteur reçue et le système comprend des moyens fonctionnant sous l'effet du second signal de commande pour moduler le faisceau de rayon cathodique du tube.
On prévoit également dans le système des moyens de faire dévier le faisceau de rayon catho- dique du tube dans une direction normale à la direction men- tionnée plus haut, en synchronisme avec une exploration cy- clique de l'espace déterminé mentionné, par le faisceau net- tement concentré, dans une direction normale à la première direction mentionnée d'exploration, ce qui procure une indica- tion dans deux dimensions de la position du réflecteur dans l'espace.
Pour une meilleure compréhension de l'invention et d'autres buts de celle-ci, on se reportera à la description qui suit, prise conjointement avec le dessin annexé. La fig.
1 du dessin est un schéma de circuit d'un système complet pour indiquer la position dans l'espace, d'un réflecteur pour le signal rayonné. Les fig. 2 et 3 sont des graphiques utilisés pour l'explication du fonctionnement du dispositif de la f ig. 1.
Si l'on se reporte plus particulièrement à la fig'.
1 du dessin, le système représenté comprend un système com- plet d'indication de position renfermant la présente inven- tion sous sa forme préférée. Le système renferme une station de transmission 10 pour rayonner un faisceau de signal por- teur nottement concentré et pour faire explorer cycliquement par le faisceau une zone d'espace déterminée dans deux direc-
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tions normales l'une à l'autre.
Le système renferme en outre une station réceptrice 11 pour recevoir de l'énergie de si- gnal porteur provenant du faisceau rayonné, réfléchie par un réflecteur 12 du signal rayonné, par exemple un avion:
En bref, pour la présente description, la station de transmission 10 renferme un système d'antennes 13 compre- nant un certain nombre de radiateurs de signaux représentés sous la forme de dipôles D1-D16 inclusivement-, espacés géomé- triquement dans deux dimensions et renfermant des moyens de les espacer électriquement dans une des deux dimensions. Les conducteurs dipôles sont plus particulièrement disposés tous dans le même plan horizontal et sont parallèles l'un à l'au- tre.
Les dipôles D1-D4 inclusivement sont espacés dans la première dimension en une première rangée longitudinale tan- dis que les séries de dipôles D5-D8 inclusivement, D9-D12 inclusivement et D13-D16 inclusivement sont espacées de même dans d'autres rangées longitudinales et sont disposées dans l'ordre mentionné d'un côté de la série de dipôles Di-D inclusivement pour former un dispositif d'antenne à dipôles, les séries étant espacées dans une seconde dimension. Les dipôles de chacune des séries mentionnées sont alimentés en parallèle sauf que les moyens mentionnés ci-dessus pour les espacer électriquement dans une des dimensions comprennent des réseaux de retardement F interposés entre les dipôles adjacents.
L'espacement géométrique des dipôles de chaque série dans la dimension mentionnée ci-dessus est de préféren- ce rendue approximativement égal à une demi-longueur d'onde de la fréquence moyenne ou nominale du signal porteur à appliquer au système, tandis que l'espacement électrique dû aux réseaux de retardement F est pris égal à un nombre entier de longueurs d'ondes à la fréquence nominale ou moyenne du signal porteur; les séries de dipôles sont aussi de préféren- ce espacées dans la dimension normale à la première dimension @
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ou dans la seconde dimension mentionnée ci-dessus, d'une distance approximativement égale à une demi-longueur d'onde de la fréquence moyenne nominale du signal porteur à appli- quer au système:
La station de transmission 10 renferme également une source de signaux porteurs à haute fréquence comprenant un oscillateur à haute fréquence 14 et des moyens d'appliquer individuellement les signaux porteurs venant de l'oscillateur 14 aux radiateurs de signaux D1-D16 inclusivement en vue de la radiation directive effectivement sous la forme d'un fais- ceau nettement concentré, ces moyens comprenant un décaleur de phase 15 pour coupler l'oscillateur 14 par l'interné diaire de réseaux individuels de décalage de phase aux séries de dipôles Dl-D4 inclusivement, D5-D8 inclusivement, etc::
On a compris également des moyens dé faire varier cycliquement la fréquence du signal porteur de l'oscillateur 14 pour explorer un espace déterminé dans une direction avec le faisceau de signal porteur nettement concentré, comprenant un générateur d'exploration de ligne 16 qui est destiné à être synchronisé par un régulateur de temps 17, le circuit de sortie du géné- rateur 16 d'exploration de ligne étant accouplé à l'oscilla- teur 14 à haute fréquence pour faire varier la fréquence de sortie de l'unité 14 dans une gamme déterminée de,déviation de fréquence en concordance avec la forme d'onde du signal
16 développé par le générateur/d'exploration de fréquence de ligne, d'une manière usuelle quelconque.
La station de trans- mission 10 renferme en outre des moyens de faire varier cy- cliquement les phases relatives des signaux porteurs appliqués aux radiateurs de signaux qui sont espacés dans la seconde dimension mentionnée plus haut, à une seconde fréquence déter- minée, plus basse que la fréquence d'exploration de ligne pour explorer la zone d'espace déterminée mentionnée dans une direction normale à la première direction mentionnée au moyen du faisceau de signal porteur. Ces moyens comprennent
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un générateur 18 d'exploration à fréquence de champ destiné également à être synchronisé par le régulateur de temps 17 et ayant un circuit de sortie qui est couplé aux réseaux individuels de décalage de phase du décaleur de phase 15.
En vue de supprimer le rayonnement ver le bas à partir du plan renfermant les conducteurs des dipôles D1-D16 inclusivement ,un conducteur réfléchissant, non représenté, est disposé en-dessous de chacun des dipôles pour augmenter ainsi l'énergie utile dans la direction désirée du rayonne- ment et réduire au minimum les faisceaux moindres non légi- times.
Le récepteur de signal porteur 11 renferme un am- plificateur de radio-fréquence et un modulateur 19 ayant un circuit d'entrée couplé à un système d'antennes sensible- ment non-directionnel pourvu de deux antennes dipôles 20,21, l'antenne 20 étant de préférence parallèle au dipôle du sys- tème d'antennes 13 de la station de transmission et l'antenne dipôle 20 étant à angles droits sur le dipôle 21 pour fournir une réponse à des signaux porteurs réfléchis ayant une pola- risation déplacée de 90 de celle rayonnée par l'antenne 13.
Le modulateur de l'unité 19 a un circuit d'entrée ccuplé à un générateur d'oscillation 22 pour transformer les signaux porteurs reçues des signaux-porteurs de fréquence intermédiaire et possède un circuit de sortie auquel on a couplé, dans l'ordre mentionné, un amplificateur de fréquen- ce intermédiaire 23 en un ou plusieurs étages, un système de limitation 24, un détecteur de fréquence 25, un amplifi- cateur 26 de courant continu à un ou plusieurs étages et une première série d'électrodes de déviation 27 prévues dans un tube à rayon cathodique 28. fin a également couplé à la sor- tie du système de limitation 24 un détecteur d'amplitude et amplificateur 29, dont le circuit de sortie est couplé par une source de potentiel de sollicitation 30 à une électrode de commande 31 du tube à rayon cathodique 28.
La source de
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sollicitation 30 sollicite le tube à rayon cathodique 28 à l'interruption en l'absence d'un signal porteur reçu: Le tube 28 à rayon cathodique renferme également une seconde série d'électrodes de déviation 33, disposées à angle droit par rapport aux électrodes de déviation 27 et couplées à un circuit de sortie du générateur 18 d'exploration de champ de la station de transmission 10:
Si l'on considère maintenant le fonctionnement du système décrit en se reportant aux courbes des fig; 2 et 3, le fonctionnement détaillé de la station de transmission 10 va maintenant être décrit:
Ce fonctionnement est en bref le suivant :
Le générateur 16 d'exploration à fréquence de ligne et le générateur 18 d'exploration à fréquence de champ pro- duisent des signaux de commande, de préférence en forme d'on- des en dents de scie: Le signal de commande de l'unité 16 module en fréquence le signal porteur produit par l'oscilla- teur 14 à haute fréquence, de sorte que la fréquence de -ce :dernier dévie linéairement avec le temps entre une fréquence , basse f1 et une fréquence plus élevée f2,comme le représente la courbe A à la fig. 3a.
L'axe horizontal de la fig. 3a est l'axe des temps et l'axe vertical est'la fréquence du signal rayonné et la position angulaire du faisceau respectivement. Le signal de commande de l'unité 18 fait varier linéairement avec le temps les phases relatives des signaux porteurs appliqués aux sé- ries de pôles D1-D4incluisvement, D5-D8 inclusivement, etc:
la fréquence de ce signal de commande étant de préférence beaucoup plus basse que'celle produite par l'unité 16Ô Il est ainsi rayonné par le système d'antennes 13 un faisceau de signal porteur nettement concentré, représenté par la courbe B, fig. 2, qui balaie cycliquement la zone d'espace explorée à une vitesse angulaire sensiblement constante à
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partir d'un faible angle de radiation 8 correspondant à la fréquence f1 de l'unité 14 jusqu' à un angle élevé de radia- tion #1 correspondant à la fréquence moyenne ou nominale de signal porteur de l'unité 14 et continue jusqu' à un angle bas de radiation E2 correspondant à la fréquence plus élevée f2 du signal porteur de l'unité 14.
Chaque valeur de fré- quence du signal porteur de l'unité 14 correspond donc à un angle individuel de radiation du faisceau nettement concen- tré du signal porteur. Le faisceau est en même temps amené à explorer la surface d'espace explorée,à une vitesse angu- laire constante mais à une fréquence cyclique moindre, dans une direction normale à celle décrite à propos de la fig.2, c' est-à-dire dans la seconde dimension mentionnée. Ceci est effectué par l'action du générateur d'exploration à fréquen- ce de champ 18 qui contrôle au moyen du décaleur de phase 15 les phases relatives destinées au porteur appliqué aux sé- ries de dipôles D1-D4 inclusivement, D5-D8 inclusivement,etc.
L'angle de variation dans la seconde dimension varie ainsi avec les valeurs du signal de commande de l'unité 18.
Si l'on suppose maintenant que le faisceau de si- gnal porteur est rayonné à un instant donné sous un angle de radiation 0 comme c' est représenté par la courbe B à la Fig. 2, angle qui correspond à une fréquence f3, du généra- teur de signal porteur de l'unité 14 et qu'après avoir été rayonné, il circule vers le réflecteur 12 du signal rayonné et réfléchi vers la station réceptrice 11, l'onde porteuse réfléchie est reçue et amplifiée par l' amplificateur à radio-fréquence de l'unité 19 et est transformée en une onde porteuse de fréquence intermédiaire par le générateur d'oscillation 22 et modulateur de l'unité 19.
Le signal porteur de fréquence intermédiaire développé dans le cir- cuit de sortie du modulateur de l'unité 19 est amplifié par l'amplificateur de fréquence intermédiaire 23, est
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limité à une amplitude sensiblement constante déterminée, par le système de limitation 24 et appliqué au détecteur de fréquence 25.
La caractéristique de réponse à la fréquence de l'unité 25 est représentée par la courbe C, fig. 3b, dans laquelle la fréquence est portée sur l'axe horizontal et l'amplitude de sortie dépendant de la fréquence et en d'au- tres termes de la grandeur du déplacement de ligne, est por- tée sur l'axe vertical*'
Il se développe donc dans la sortie de l'unité 25 un potentiel non-directionnel ou signal de commande ayant une amplitude e3 Ce potentiel est amplifié par l'amplifica- teur à courant continu 26 et est appliqué aux électrodes de déviation 27 du tube à rayons cathodiques 28;
Le signal porteur de fréquence intermédiaire, limi- té quant à l'amplitude) développé dans le circuit de sortie du système de limitation 24 est également appliqué au détec- teur d'amplitude de l'unité 29 pour dériver un second signal de commande qui est amplifié par l'amplificateur de l'unité 29 et appliqué entre l'électrode de commande 31 et la c atho- de 32 du tube 28, le signal de commande étant appliqué avec une polarité opposée à celle de la source de sollication 30 de façon à solliciter le tube 28 au-delà de l'interruption et à permettre à un faisceau de rayon cathodique de se for- mer et de se diriger vers l'écran fluorescent du tube 28;
Le signal de commande développé dans le circuit de sortie du générateur 18 d'exploration à fréquence de champ de la station de transmission 10 est appliqué aux élec- trodes de déviation 33 du tube à vide 28, de sorte qu'il est appliqué à ces deux électrodes un potentiel qui varie en synchronisme avec l'angle de radiation du faisceau de signal porteur nettement. concentré dans la seconde dimension men- tionnée plus haut, c'est-à-dire dans une direction transver- sale à la direction d'alignement des dipôles Dl- D4 inclusi- vement du système, d'antenne s 13.
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En conséquence, le faisceau de rayon cathodique développé dans le tube à rayon cathodique 28 par suite de l'application du signal de commande mentionné en second lieu entre lesélectrodes 31, 32 de celui-ci circule entre les électrodes 33 et est dévié dans une direction en concordance avec le potentiel instantané appliqué à ces électrodes, lequel potentiel varie, comme on l'a indiqué précédemment, avec l'angle de radiation du faisceau de signal porteur B dans la seconde dimension.
Le faisceau de rayon cathodique conti- nue à travers les électrodes de déviation 27 et est de nou- veau dévié dans une direction normale à la direction de sa première déviation, à cause du potentiel instantané e appli- qué à ces dernières électrodes de déviation, la valeur de ce potentiel correspondant à l'angle de radiation 0 qu'avait le faisceau B de signal porteur lorsqu'il a commencé son trajet vers le réflecteur 12. Le faisceau de rayon cathodique frappe donc l'écran fluorescent du tube 28 en un point qui indique, dans deux dimensions, la position du réflecteur 12 par rapport à la situation de la station de réception 11.
Il est à remarquer ici que l'angle de radiation du faisceau nettement concentré de signal porteur venant du sys- tème d'antennes 13 peut avoir changé jusqu'à une nouvelle va- leur E2 représentée par la ligne en pointillé E dans la pre- mière dimension au moment où le signal porteur réfléchi est reçu au système d'antennes 20, 21 de la station de réception 11. Ceci est dû à la rapidité relative de changement des angles de radiation du faisceau dans la première dimension à cause de la fréquence relativement @ élevée d'exploration de ligne, et du temps requis par le faisceau rayonné B pour aller jusqu'au réflecteur 12 et revenir au système d'antennes 20, 21.
Dans un dispositif proposé antérieurement, les élec- trodes de déviation 27 du tube 28 à rayon cathodique sont
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alimentée par le signal de commande développé dans le cir- cuit de sortie de l'unité 16: Suivant la présente invention, au contraire, le voltage de commande est fourni par la. sor- tie de l'amplificateur 26 de courant continu et il est donc nécessaire dans ce dispositif d'introduire en circuit avec les électrodes de déviation 27, un potentiel compensateur dont la grandeur varie avec le temps requis par le signal porteur rayonné pour se rendre au réflecteur 12 et revenir à la station de réception 11:
Ce potentiel compensateur est susceptible d'introduire des indications irrégulières près des bords extérieurs de la zone d'espace explorée,par suite de l'amorçage d'une nouvelle ligne d'exploration sur le tube à rayon cathodique 28 avant le temps où le signal porteur réfléchi est reçu par la station réceptrice 11:
La présente invention évite la nécessité de ces potentiels compensateurs et les indications irrégulières résultant de leur emploi. Ceci provient du fait que les dévia- tions du faisceau de rayon cathodique du tube 28 varient seulement en conconrdance avec le premier signal de commande appliqué aux électrodes de déviation 27 et la seconde commande appliquée aux électrodes de déviation 33.
Ce dernier signal de commande varie en synchronisme avec les angles de change- ment de la radiation de l'antenne 13 du faisceau de signal porteur dans la seconde dimension et comme le changement de l'angle de radiation dans cette dimension est relativement bas, le retard de temps de transmission du signal porteur vers le réflecteur 12 et retour à la station réceptrice 11 est sans importance.
Le premier potentiel de commande, ap- pliqué aux électrodes de déviation 27, varie en amplitude seulement avec la fréquence du signal porteur reçu et comme chaque fréquence du signal porteur reçu correspond à un angle particulier de rayonnement du faisceau de signal porteur à partir du système d'antenne 13 dans la première
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dimension, la déviation du faisceau de ryon cathodique par les électrodes déviatrices 27 varie directement avec l'angle sous lequel le faisceau de signal porteur a été rayonné de l'antenne 13 vers le réflecteur 12.Ainsi, si la réflexion du signal porteur se produit prés d'un bord extérieur de la zone d'espace explorée, par exemple avec un angle de radiation # correspondant à la fréquence f1 du signal porteur de l'unité 14,
le signal de commande ap- pliqué aux électrodes de déviation 27 du tube 28 a une va- leur, par exemple la valeur el; correspondant seulement à cet angle de radiation. D'une manière analogue,si la ré- flexion du signal porteur se produit au bord opposé de la zone d'espace explorée, par exemple à un angle de radiation #2 correspondant à la fréquence f2 du signal porteur de l'unité 14, le signal de commande'appliqué aux électrodes de déviation 27 du tube 28 a de nouveau une valeur, par ex- emple la valeur e2, propre individuellement à ce dernier angle de radiation. Par conséquent, les indications four- nies par le tube à rayon cathodique 28 concernant la posi- tion du réflecteur 12 dans l'espace, sont exemptes de toute ambiguïté dans toutes les parties de la zone d'espace ex- plorée.
Il est évident d'après la description donnée ci- dessus du fonctionnement de la présente invention, que le système d'antennes 20, 21 et les unités 19 et 22 à 26 inclu- sivement, de la station de réception 11, comprennent des moyens pour recevoir de l'énergie de signal porteur prove- nant du faisceau rayonné de l'antenne 13 réfléchi par le conducteur 12 et des moyens fonctionnant sous l'effet seu- lement de l'énergie du signal porteur reçue pour en dériver un signal de commande dont une caractéristique varie avec la fréquence de l'énergie de signal porteur reçue. On voitr en outre que les unités 25 et 29 comprennent des moyens
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fonctionnant seulement sous l'effet de l'énergie de signal porteur reçue pour dériver deux signaux de commande dont l'un a pour caractéristique par exemple que,
dérivé par l'unité 25, il varie avec la fréquence de l'énergie de signal porteur reçue et l'autre a pour caractéristique par exemple que,.dérivé par l'unité 29, il varie avec l'ampli- tude de l'énergie de signal porteur reçue. Le tube 28 rayon cathodique comprend des moyens fonctionnant sous l'ef- fet de deux signaux de commande dérivés par les unités 25 et 29 pour indiquer la position du réflecteur 12 dans l'es- pace.
Les électrodes 31 et 32 du tube 28 comprennent des moyens fonctionnant sous l'effet du signal de commande déri- vé par l'unité 29 pour moduler le faisceau de rayon catho- dique du tube 28: Bien qu'on ait décrit ce qui est considéré à pré- sent comme la forme préférée de l'invention, il est évident que différents changements et modifications peuvent être apportés à celle-ci sans qu'on s'écarte de l'invention.