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SYSTEME RADIOGONIOMETRIQUE
La présente invention est relative à des systèmes radiogoniométriques, Des systèmes radiogoniométriques sont connus, dans lesquels des modulations d'amplitude distinctes sont appliquées aux signaux reçus de chacun de deux systèmes d'antennes dirigés perpendiculaires entre eux et les signaux après amplification sont démodulés de manière à donner les signaux à fréquence acoustique dont les amplitudes sont proportionnelles aux intensités des signaux captés par les deux systèmes d'antennes, lesdits signaux à fréquence acous- tique étant alors appliqués, par exemple, aux plaques dévia- trices d'un oscillographe à faisceau cathodique.
Dans un tel système, la stabilité de pase des amplificateurs à fréquence acoustique est sans importance pour la stabilité de l'ensemble du système, étant donné que les renseignements directionnels sont portés par l'amplitude plutôt que parla phase de l'onde.
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On connaît déjà un système de radio-navigation comportant un émetteur, un système d'antennes émettrices, un système d'antennes réceptrices et un récepteur dans lequel la modulation en phase d'ondes électromagnétiques a son ori- gine entre l'émetteur et le récepteur et détermine une onde à basse fréquence qui donne les renseignements de navigation désirés. A titre d'exemple dans un système de ce type, plu- sieurs antennes espacées sont reliées successivement et pério- diquement à un poste récepteur, ce qui permet d'exciter ce dernier par une onde,modulée en phase à la fréquence de commu- tation, la phase de ladite modulation étant dans un rapport déterminé avec l'angle d'incidence de l'énergie à haute fré- quence reçue.
Les renseignements directionnels sont ensuite obtenus par comparaison de ;phase l'onde résultant de la démodulation de phase de l'onde reçue et une onde de réfé- rence à la fréquence de commutation. Dans un tel dispositif, la stabilité de phase de l'appareil est un facteur essentiel, étant donné que tout déphasage provoquerait un déréglage par rotation de toute l'échelle de relèvement.
L'un des objets de l'invention est d'obtenir un système radiogoniométrique à modulation de phase et à antennes commutées n'exigeant pas un haut degré de stabilité de phase des éléments de l'appareil.
On connaît déjà des systèmes radiogoniométriques dans lesquels l'indication du rélèvement est obtenue par application aux plaques de déviation horizontale et verti- cale d'un oscillographe à faisceau cathodique des signaux re- çus sur deux systèmes d'antennes dirigés perpendiculaires entre eux de dimensions telles que les amplitudes desdits signaux soient respectivement porportionnelles à des fonc- tions sinusoïdale et cosinusoldale de l'angle d'azimut. Ceci implique des voies de réception distinctes et des variations
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différentielles dans les caractéristiques desdites voies peuvent introduire des erreurs de relèvement.
En conséquence, il a été proposé de combiner les signaux de deux systèmes d'antennes sur une voie commune, la relation entre les signaux étant transmise sous forme de rapport entre la profondeur de modulation de deux signaux à fréquences acoustiques diffé- rentes, la modulation réelle étant effectuée dans le système récepteur de deux oscillateurs hétérodynes. Après amplification, s'il y a lieu, la voie complexe est démodulée et les signaux à fréquence acoustique obtenues par cette démodulation sont appliqués aux plaques de déviation de l'oscillographe à faisceau cathodique.
Un autre objet de l'invention est d'obtenir un système radiogoniométrique à antennes commutées utilisant deux systèmes d'antennes perpendiculaires entre eux à partir desquels sont obtenues deux tensions appliquées, par exemple, aux plaques de déviation horizontale et verticale d'un oscillo- graphe à faisceau cathodique, ce qui évite un dérèglage par rotation de l'ensemble de l'échelle de relèvement, comme indiqué ci-dessus.
L'inconvénient principal des systèmes radiogoniométriques à comparaison de phases antérieurs est ainsi surmonté, étant donné que si, par exemple, un signal arrive perpendiculairement à l'une des lignes d'antennes (par exemple la ligne de déviation horizontale), aucune ten- sion de déviation horizontale n'est alors obtenue et l'énergie de sortie des antennes de déviation verticale ne peut que provoquer une indication suivant l'axe des ordonnées quels que soient les déphasages qui peuvent se produire entre temps dans les circuits à fréquence acoustique de l'appareillage.
Des conditions identiques existent pour chacune des trois autres directions symétriques d'arrivée et, en conséquence, on obtient un degré de stabilité de relèvement plus élevé.
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Si une variation du déphasage se produit dans les circuits à la fréquence de commutation, il en résulte une modification de la courbe d'erreur quadrantale mais non une rotation de toute l'échelle de relèvement.
Suivant certaines caractéristiques de la présente invention, il est prévu un système radiogoniométrique com- portant deux systèmes d'antennes linéaires perpendiculaires entre eux, comportant chacun au moins trois antennes, des organes assurant une commutation séparée des différentes an- tennes de chaque système à des fréquences distinctives, ce qui permet d'obtenir deux trains de signaux distincts aux sorties respectives desdits systèmes, signaux portant des modulations de phase respectives dépendant de la direction des signaux arrivants, des organes assurant la démodulation desdits trains de signaux permettant d'obtenir des ondes de fréquence relativement basse correspondant auxdites modula- tions de phase et des organes sensibles aux deux ondes à basse fréquence et susceptibles de donner les indications directionnelles désirées.
Sous un autre de ses aspects l'invention prévoit un système radiogoniométrique à deux signaux à fréquence acoustique jumelés, comportant deux systèmes d'antennes li- néaires perpendiculaires entre eux, des organes permettant de coupler périodiquement les différentes antennes de l'un des systèmes à une première fréquence de commutation à une voie réceptrice associée, des organes assurant un couplage pério- dique des différentes antennes de l'autre système, à une seconde fréquence de commutation, à une autre voie réceptrice associée, des organes permettant d'extraire des signaux reçus sur les systèmes d'antennes respectifs, les deux fré- quences de commutation à la sortie des deux voies en question, des organes permettant de combiner lesdites voies de réception,
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de telle manière qu'on obtienne une voie unique modulée en phase suivant les phases instantanées des deux voies récep- trices en question, des organes discriminateurs assurant la démodulation de ladite voie unique et permettant d'obtenir, à partir de ladite voie, deux signaux à fréquence acoustique, lesdites fréquences étant respectivement égales aux deux fré- quences de commutation et les amplitudes desdits signaux correspondant respectivement à des fonctions sinusoïdale et cosinusoldale du relèvement en azimut du signal reçu, un système indicateur au moyen duquel ledit relèvement est indiqué, et des organes permettant d'appliquer lesdite signaux à fré- quence acoustique audit système indicateur.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de ladite invention.
La figure 1 est un plan de deux systèmes d'antennes linéaires.
La figure 2 représente des schémas mettant en évidence la séquence de commutation et les formes d'ondes qu'elle per- met d'obtenir.
La figure 3 représente symboliquement, sous forme de rectangles, le système discriminateur et indicateur et l'appareillage de commutation des antennes.
La figure 4 représente sous la même forme le système récepteur principal indiquant les deux voies de réception dont les énergies de sortie sont appliquées au discriminateur commun de la figure 3.
On considérera tout d'abord la figure 1. Quatre an- tennes 1, 2,3, 4 désignées par l'expression "système d'an- tennes numérotées" sont disposées suivant une ligne de direc- tion 5. Quatre autres antennes qui, pour faciliter la des-
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cription, sont identifiées par les lettres A, B, C, D et sont mentionnées sous le nom "d'antennes désignées par des lettres" sont disposées suivant la ligne de direction 6 per- pendiculaire à la ligne 5. Sur la circonférence d'un cercle 7 d'un diamètre égal à 0,71 longueur d'onde, sont indiqués huit points également espacés 8........15 aux angles d'un octogone régulier, le côté 8-15 dudit octogone étant parallèle à la ligne 5.
A partir des,points 8........15 on abaisse des per- pendiculaires sur les deux lignes 5 et 6 et une antenne est placée à chacun des pieds desdites perpendiculaires, comme représenté sur la figure 1. En fonctionnement, un système de commutation permet d'appliquer l'énergie captée par les an- tennes respectives de la ligne 5 à une première voie récep- trice, comme décrit plus loin, dans l'ordre suivant : 1, 2,3, 4, 3,2, 1 etc., la durée de chaque période d'application des antennes 1 ou 4 est deux fois plus longue que la durée t1 correspondant aux antennes 2 ou 3, comme représenté sur la ligne B de la figure 2, la période totale de commutation étant 8t1 = T1 et la fréquence de commutation étant F1 = 1/T1.
En fonctionnement, d'autre part, un autre système de commu- tation permet d'appliquer l'énergie captée par les antennes respectives A, B, C, D à une seconde voie de réception ana- logue à la première dans l'ordre suivant : A, B, C, D, C, B, A, etc., l'antenne A étant celle qui est adjacente à l'antenne 4 de l'autre système. La durée de chaque période d'application des antennes A ou D est deux fois plus longue que la durée t2 correspondant à B ou à C, la période de commutation totale étant Bt2 = T2 et la fréquence de commutation étant F2 = 1/T2 2 t1 et t2 sont différents et, par conséquent, il en est de même de T1 et de T2 d'une part, et de F1 et de F2, d'autre part.
Les antennes distinctes de chaque système peuvent
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prendre une forme quelconque qui donne une radiation omni- directionnelle dans le plan de directivité, c'est-à-dire que pour la polarisation verticale, chaque antenne peut.être un radiateur vertical unique, tandis que pour la polarisation horizontale elle peut comporter deux éléments perpendiculaires alimentés en quadrature.
Il est à noter que les dispositions des deux sys- tèmes d'antennes sont sans importance mais ce qui est essen- tiel est que chaque système soit dirigé soigneusement et que l'espacement entre les antennes du système soit prédéterminé par exemple de la manière indiquée ci-dessus. Pour un fonc- tionnement correct du système conforme à certaines caracté- ristiques de l'invention, le critérium essentiel pour suppri- mer toute possibilité de rotation de l'échelle de relèvement est : F1 # F2
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où n1 = nombre réel d'antennes du premier système et n2 = nombre réel d'antennes du second système, Donc t1. n1 # t2. n2 pour un fonctionnement correct..(a)
Dans l'exemple donné, l'inégalité (a) est satisfaite par :
t1 # t2 et n1 = n2 (=8), de sorte que quatre éléments d'antennes réels fournissent en fait huit phases de commuta- tion.
Il résulte de cette solution que, parfois, les pé- riodes de phase maximum de chaque voie se produisent simulta- nement et qu'il y a lieu de tenir compte de la très grande phase ainsi produite dans le discriminateur. Pour assurer une linéarité raisonnable de discrimination, cette phase maximum
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est réduite à 140 dans le cas envisagé par utilisation d'une ouverture n'excédant pas un diamètre de 0,71 longueur d'onde.
Il doit être bien compris que dans le cas de cha- cun des deux systèmes décrits ci-dessus, les antennes placées au pied des perpendiculaires abaissées sur les lignes de di- rection respectives 5,6 sont couplées au circuit d'entrée des voies réceptrices respectives décrites plus loin par l'in- termédiaire de lignes de transmission dont les longueurs élec- triques sont égales et de commutateurs qui permettent aux éner- gies captées par les antennes d'atteindre leurs voies respec- tives dans l'ordre indiqué précédemment.
On considèrera, d'autre part, la figure 2 qui est en évidence la commutation totale du système d'antennes et la modulation de phase résultante. La ligne B montre la séquence de commutation et les périodes actives relatives des différentes antennes par rapport,à une échelle graduée en temps. La ligne C représente les formes d'onde de la modulation de phase de la voie alimentée par le système d'antennes numérotées, la forme d'onde en gradins représentant la condition de phase instantanée, tandis que, en raison de la disposition géométrique des éléments d'antennes et de la méthode de commutation des énergies captées par les antennes, les modulations de phase appliquées de cette manière par le dispositif sont sinusoïdales en première approximation, comme représenté par la courbe ré- gmlière de la figure.
La ligne D représente de même les formes d'onde de modulation de phase de la voie alimentée par le système d'antennes désignées par des lettres. La ligne E in- dique les formes d'onde de modulation de phase obtenues par différence entre les deux voies. La ligne F représente les composantes pulsées et les ondes à fréquence fondamentale ob- tenues par discrimination d'une onde modulée en phase, comme représenté par la ligne E.
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On considèrera, d'autre part, les schémas symbo- liques des figures 3 et 4 qui représentent l'ensemble du système. Des organes permettant d'effectuer la commutation nécessaire des eonnexions d'antenne sont déjà connus et ne sont, en conséquence, que simplement indiquée sur la figure 3 par les deux rectangles 16 et 17 représentant des oscilla- teurs à fréquence acoustique et des dispositifs de commande de commutation à fréquences respectives F1 et F2. On com- prendra qu'à chaque antenne est associée une diode ou autre organe de commutation commandée à partir de l'oscillateur approprié, par l'intermédiaire des connexions indiquées sur la figure 3, d'une manière connue.
On considèrera maintenant la figure 4. Les énergies de sortie de chacun des deux systèmes de lignes marquées comme indiqué précédemment et modulées en phase aux fréquences fondamentales respectives F1 et F2, traversent deux récep- teurs normalement accordables, comme indiqué par les rectangles 18 et 19. Les deux récepteurs 18 et 19 sont munis de commandes automatiques de sensibilité et d'accord approximativement couplées mais disposent d'un oscillateur hétérodyne local commun 20.
Les énergies de sortie des deux récepteurs 18 et 19 sont appliquées séparément par l'intermédiaire des conne- xions 21 et 22, à leurs changeurs de fréquence respectifs 23 et 24. L'énergie de sortie de l'oscillateur hétérodyne commun 20 est appliquée par l'intermédiaire des connexions 25 et 26 respectivement aux changeurs de fréquence 23 et 24.
L'onde à fréquence intermédiaire résultante dans l'un des récepteurs 19 est alors appliquée par l'intermédiaire de la connexion 27 à unamplificateur à fréquence intermédiaire 28, dont l'é- nergie de sortie amplifiée est ensuite appliquée par l'inter- médiaire de la connexion 29 à un autre circuit changeur de
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fréquence 30, dans lequel le train à fréquence intermédiaire arrivant est changé de fréquence dans une mesure égale à la fréquence d'un oscillateur commandé par cristal 31, l'énergie de sortie dudit oscillateur étant appliquée par la connexion 32 au changeur de fréquence 30. L'énergie de sortie résultante du changeur de fréquence 30 est amplifiéedans un second ampli- ficateur à fréquence intermédiaire 33 auquel elle est appli- quée par l'intermédiaire de la connexion 34.
L'énergie de sor- tie de l'amplificateur 33 est appliquée par l'intermédiaire de la connexion 35 à un changeur de fréquence 36.
Pour revenir aux énergies de sortie des deux chan- geurs de fréquence 23 et 24, l'onde à fréquence intermédiaire résultante de l'autre récepteur 18 est appliquée par l'inter- médiaire de la connexion 37 à un amplificateur à fréquence intermédiaire 38, dont l'énergie de sortie amplifiée est ap- pliquée par l'intermédiaire de la connexion 39 au changeur de fréquence 36 déjà indiqué.
L'onde à fréquence intermédiaire résultante à la sortie du changeur de fréquence 36 est la différence entre les deux ondes d'entrée dudit changeur de fréquence et, par conséquent, elle est à une fréquence porteuse ou fréquence moyenne stabilisée de façon précise qui est la fréquence des oscillations commandée par cristal de l'oscillateur 31. Ladite onde à frénuence intermédiaire résultante est appliquée, par l'intermédiaire de la connexion 40, à un amplificateur à fréquence intermédiaire final 41 (figure 3).
L'énergie de sortie dudit amplificateur 41 est appliquée par l'intermédiaire de la connexion 42 à un discri- minateur 43. L'entrée dudit discriminateur est donc formée d'une fréquence porteuse stable avec des bandes latérales dé- pendant de la largeur de bande des circuits à fréquence inter- médiaire qui peut être attribuée à la modulation de phase appliquée au signal par les deux dispositifs d'antennes en
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ligne commutées. La largeur de bande de tous les circuits à fréquence intermédiaire est de préférence la même. De cette manière, la plus grande partie de l'énergie de signal modulée en phase devient disponible pour une discrimination précise.
L'énergie de sortie du discriminateur 42 est appli- quée par l'intermédiaire de la connexion 44 à-un amplifica- teur passe-bande 45. L'énergie de signal à la sortie de l'am- plificateur passe-bande 45 est utilisée par l'intermédiaire des connexions 46 et 47 pour les fréquences F1 et F2 par un dispositif indicateur et comparateur représenté par le rec- tangle 48.
On considérera maintenant une transmission d'éner- gie traversant le système d'antennes dans la direction marquée d'une flèche sur la figure 1. Les deux ensembles d'éléments d'antennes appliquent chacun une modulation de phase sur le signal arrivant aux fréquences totales respectives F1 et F2.
Ainsi, le train final dont la fréquence porteuse est rendue constante par le double changement de fréquence décrit précédemment porte deux modulations de phase superpo- sées et si ce train est soumis à l'action d'un discriminateur linéaire accordé de façon précise tel que celui représenté par le rectangle 43 de la figure 3, l'énergie de sortie à fréquence acoustique ainsi obtenue comporte deux composantes (aux fréquences F1 et F2) avec leurs harmoniques.
On peut voir que le fonctionnement du discrimina- teur qui peut être un dispositif très stable, étant donné que la fréquence porteuse du train sur lequel il doit agir est constante, est encore plus stable si une limitation d'ampli- tude est imposée par les circuits à fréquence intermédiaire des voies réceptrices.
Le type normal de discriminateur n'est pas un dis- positif linéaire mais, au contraire, il présente un rapport
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sinusoïdal entre la tension continue développée à sa sortie et le brusque déphasage appliqué à son entrée, ce qui donne une énergie de sortie maximum pour un brusque déphasage de 90 et des énergies de sortie plus faibles pour des dépha- sales moins importants. En pratique, on a constaté qu'un dé- phasage de 140 peut donner une énergie de sortie de grandeur suffisante pour qu'elle soit utilisée dans des applications analogues à celles prévues ici.
Or, le déphasage maximum auquel le discriminateur est soumis se produit lorsque la direction de l'énergie arri- vante fait un angle de 45 avec l'une des lignes d'antennes et, en outre, lorsque les déphasages maximum ainsi possibles à savoir B # C et 2 # 3 se produisent au même instant. On voit que la modulation de phase de la fréquence intermédiaire finale prend la forme de la différence des modulations déphasé des deux trains à fréquence intermédiaire (ligne E de la fi- gure 2) et, de cette manière, les deux déphasages superposée, bien qu'ils se produisent en phase (c'est-à-dire dans la même direction) se trouvent en opposition dans le train final.
Dans ces conditions, le déphasage maximum possible est : (2 P/(2 # #2)). 2 #, soit # 2 P où P = déphasage entre B et C (ou entre 2 et 3). Pour que ce déphasage n'ex- cède pas 140 c'est-à-dire 7 TL /9, P doit être égal à 0,28.2 # Ainsi, la corde BC ne doit pas excéder 0,28 # et le diamètre du cercle original d'après lequel les positions d'antennes ont été calculées prend alors la valeur de 0,71 comme supposé à l'origine.
Si les fréquences F1 et F2 sont choisies de telle manière qu'elles ne soient pas très différentes, l'énergie de sortie du discriminateur peut être appliquée à travers un circuit passe-bande dans lequel les composantes qui sont des harmoniques de ces fréquences sont affaiblies jusqu'à des
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proportions négligeables, ce qui laisse les deux composantes fondamentales F1 et F2 disponibles pour être utilisées dans l'élément indicateur 48.
En raison de la limitation du déphasage maximum à 140 , et en raison du fait que les modulations de phase appl quées par le système d'antennes sont sinusoïdales en première approximation, comme déjà indiqué, le discriminateur est un dispositif linéaire et l'amplitude de l'énergie de sortie F1 est proportionnelle au cosinus de l'angle azimutal d'arrivée-$- et celle de F2 au sinus dudit angle.
Ainsi, si la déviation verticale du faisceau d'un tube cathodique peut être rendue proportionnelle à l'amplitude de l'onde F1 et si celle due aux tensions appliquées aux plaques de déviation horizontale peut être rendue porportionnelle à l'amplitude de l'onde F2, la déviation résultante a une composante horizontale égale à k sin # et une composante verticale égale à k cos #, c'est- à-dire qu'elle se produit suivant un angle $ par rapport à l'axe des ordonnées du tube.
Une telle déviation est obtenue de la manière sui- vante :
D'après la figure 3, les ondes de fréquence F1 et F2 appliquées respectivement par l'intermédiaire des connexions 46 et 47 sont comparées aux ondes de mêmes fréquences obtenues depuis les circuits de commutation 16 et 17 dans un élément indicateur 48 respectivement, par l'intermédiaire des trans- formateurs 49 et 50. Les ondes de fréquence F1 et F2, prove- nant de l'amplificateur passe-bande 45, sont appliquées par l'intermédiaire des enroulements primaires 51 et 52 des trans- formateurs respectifs 53 et 54, tandis que les enroulements secondaires respectifs 55 et 56 desdits transformateurs re- çoivent à leurs prises médianes respectives 57 et 58 l'énergie provenant des transformateurs 49 et 50.
Les énergies de sortie
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des enroulements secondaires des transformateurs sont appli- quées, comme représenté, par l'intermédiaire des redresseurs 59,60, 61 et 62 aux quatre plaques déviatrices respectives X1, Y , X2 et Y2, les énergies provenant des redresseurs se présentant sous la forme de tension continue de grandeur et de polarité correspondantes aux amplitudes et aux phases des ondes d'entrée. Ces énergies de sortie, filtrées dans des circuits présentant chacun une constante de temps de 0,1 se- conde au moins, pourraient être appliquées aux plaques dévia- trices, comme indiqua, de telle manière qu'on obtienne une déviation du spot 62 suivant le relèvement.
Toutefois, afin d'obtenir une trace linéaire au lieu d'une simple déviation du spot, l'énergie de sortie peut être appliquée à l'oscillo- graphe sous la commande d'un circuit de traçage à index, l'indi- cation résultante sur l'oscillographe prenant la forme d'une ligne radiale qui indique le relèvement sans ambiguïté.
Si, d'autre part, les antennes 1, 2,3 et 4 sont disposées suivant une ligne Nord-Sud, le relèvement de l'é- metteur dont la radiation arrive au système d'antennes est indiqué correctement sur le tube à faisceau cathodique.
L'avantage principal du système réside en ce que si une radiation arrivante est orientée suivant l'une des lignes d'antennes, l'autre ligne d'antennes n'applique alors aucune modulation de phase au signal arrivant. De cette ma- nière, une seule fréquence acoustique est présente à la sor- tie filtrée du discriminateur, de sorte que la déviation du faisceau du tube cathodique ne se produit que suivant celui des axes du tube qui correspond à la direction de la ligne d'antenne qui est orientée comme le signal arrivant. Ainsi, pour des signaux arrivants suivant les quatre directions possibles correspondant à un tel ensemble de conditions, aucune erreur de relèvement ne peut se produire.
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De cette manière, si une variation de déphasage vient à se produire dans l'un quelconque des circuits à fré- quence acoustique, elle a pour effet de modifier la courbe d'erreur quadrantale mais non de provoquer une rotation de l'échelle de relèvement dans son ensemble.
Les autres avantages du système sont très analogues à deux du système radiogoniométrique à système d'antennes à commutation circulaire décrit par ailleurs, à cela près qu'en raison de l'utilisation d'un oscillateur à fréquence radio- électrique commun pour les deux récepteurs, la non-cohérence de phase du signal arrivant est éliminée lorsque les deux trains à fréquence intermédiaire sont combinés pour former la fréquence finale, de sorte que le système fonctionne avec des signaux de phase non-cohérente.
Bien entendu, l'invention est susceptible de nom- breuses variantes accessibles à l'homme de l'art suivant les applications envisagées et sans s'écarter du domaine de ladite invention.