Récepteur pour installation de radiobalise
La présente invention a pour objet un récepteur pour installation de radiobalise.
Les radiobalises omnidirectionnelles employées en navigation aérienne fournissent à un avion un moyen de déterminer le relèvement desdites radiobalises de toutes les directions et, de la sorte, sont encore d'une utilisation plus pratique que les radiobalises du type à route fixe. Un type de radiobalise omnidirectionnelle qui a généralement la faveur des constructeurs est le type à comparaison de phase. Dans les systèmes employés jusqu'à présent, un spectre d'émission orienté ou dirigé tourne à une certaine vitesse de telle sorte qu'il produit, en un point de réception éloigné, une variation périodique d'amplitude des ondes reçues, variation dont la composante fondamentale est déterminée par la vitesse de rotation.
Si le spectre d'émission présente la forme d'une cardioïde alors on aura une variation sinusoïdale d'amplitude au point de réception. L'onde produite par cette rotation peut tre appelée onde enveloppe de relèvement ou mieux onde permettant d'effectuer le relèvement. Pour que l'avion puisse déterminer son azimut par rapport à la radiobalise, il faut également transmettre un signal de référence dont la caractéris- tique est fixée en phase par rapport à ladite onde.
Le déphasage entre le signal de référence et ladite onde enveloppe dépend de la position angulaire du point de réception éloigné par rapport au point d'émission. Les signaux de relèvement et de référence présentent des rapports tels que, dans une direction déterminée, par exemple le nord, ils soient en phase.
De la sorte, le relèvement d'un avion par rapport à la radiobalise peut tre facilement obtenu en procédant à la comparaison des deux signaux.
Jusqu'à présent, on a trouvé extrmement avantageux d'utiliser des modulations par impulsions pour transmettre les signaux de relèvement et de référence.
Les impulsions du signal de relèvement sont modulées en amplitude, avec au moins une caractéristique sinusoïdale, par l'antenne de l'émetteur et le récepteur reconstruit l'onde enveloppe à partir des impulsions reçues. Le signal de référence est transmis sous la forme d'une impulsion omnidirectionnelle qui est détectée par le récepteur et comparée en phase (ou position dans le temps) avec l'onde enveloppe reconstruite, pour donner la lecture du relèvement.
Dans les systèmes omnidirectionnels du type à comparaison de phase, qui émettent un diagramme tournant dont l'amplitude ne s'annule en aucun point de la rotation et dans lesquels une impulsion de référence est transmise omnidirectionnellement chaque fois que le diagramme de rayonnement de la radiobalise passe par une direction de référence donnée, telle que le nord, on n'éprouve pas de difficulté à synchroniser un oscillateur local du récepteur avec l'impulsion de référence reçue ou à dériver une onde de référence de l'impulsion de référence reçue, pour autant que le niveau de bruit soit inférieur au niveau du signal de l'impulsion de référence.
En général, dans de nombreuses situations, le bruit de fond moyen sera insuffisant pour masquer le signal de relèvement mais, lorsque le récepteur occupe une direction correspondant au niveau d'amplitude minimum du diagramme de rayonnement, il est incapable de détecter l'impulsion de référence.
Par conséquent, l'un des buts de la présente invention est de fournir un récepteur pour une installation de radiobalise omnidirectionnelle capable de fonctionner avec des rapports signal-bruit relativement élevés.
Un autre but de l'invention est de fournir un récepteur pour une installation de radiobalise omnidirectionnelle capable de comparer au moins deux signaux de référence avec un seul et mme signal de relèvement.
Un autre but de la présente invention est de fournir un récepteur pour une installation de radiobalise omnidirectionnelle dans laquelle un certain nombre de signaux de référence sont transmis à des fins de comparaison avec une seule onde de référence, et dans laquelle le récepteur est capable d'utiliser une ou plusieurs des impulsions de référence pour obtenir une indication de son azimut.
Le récepteur selon l'invention est un récepteur pour installation de radiobalise, installation produisant un diagramme de rayonnement tournant de forme telle que l'intensité des signaux reçus au récep- teur soit modulée en amplitude et ait au moins une composante sinusoïdale engendrée par la rotation dudit diagramme, installation comprenant en outre des moyens pour engendrer au moins deux signaux de référence et des moyens pour rayonner lesdits signaux de référence en synchronisme avec la rotation dudit diagramme lorsque ce dernier est orienté dans certaines directions déterminées ;
ce récepteur est carac térisé en ce qu'il comprend des moyens pour former l'onde enveloppe de l'énergie rayonnée, des moyens pour détecter les signaux de référence rayonnes, des moyens répondant à au moins un des signaux de référence détectés pour engendrer une onde de référence et des moyens comparateurs de phase pour comparer la phase de l'onde de référence avec la phase de l'onde enveloppe.
Ladite installation peut tre agencée de manière transmettre les signaux de référence sous forme d'impulsions. La première impulsion de référence est transmise dans toutes les directions chaque fois que le spectre rotatif occupe un azimut déterminé d'avance. La deuxième impulsion de référence est transmise lorsque le signal de relèvement est à l'opposé de cette direction. De la sorte, avec cet écart de 1800 entre les impulsions de référence, l'un des signaux de référence se trouvera en un point d'amplitude relativement élevée lorsque l'autre sera en un point d'amplitude relativement basse par rapport à l'ensemble rotatif directionnel.
Le récepteur détecte alors l'un de ces signaux de référence ou tous les deux, et ils sont alors utilisés pour synchroniser un oscillateur d'onde de référence dont le courant de sortie peut tre comparé, quant à la phase, avec l'onde enveloppe du signal de relèvement, pour obtenir l'azimut du récepteur par rapport à l'émetteur de la radiobalise.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention. Dans ce dessin :
la fig. 1A représente en coordonnées polaires le diagramme de rayonnement de l'émetteur d'une radiobalise ;
la fig. 1B représente en fonction du temps la variation de l'amplitude des radiations reçues par un récepteur ;
la fig. 2 est le schéma de principe d'une installation de radiobalise omnidirectionnelle et d'un récep- teur coopérant avec cette installation, ce récepteur constituant ladite forme d'exécution de l'objet de l'invention ;
la fig. 3 est un schéma, partiellement de principe, de la partie du récepteur où se forme l'onde de référence ;
et
les fig. 4 et 5 représentent des courbes qui permettent de comprendre le fonctionnement de l'instal- lation de la fig. 2.
Les fig. 1A et 1B illustrent clairement le type de diagramme de rayonnement de l'antenne utilisée avec la radiobalise omnidirectionnelle que comprend la fig. 2. Le diagramme de la fig. 1A tourne à une vitesse constante, si bien qu'un récepteur situé en un point quelconque accessible aux ondes de l'émetteur détectera une variation périodique d'amplitude, telle qu'on la voit à la fig. 1B. La courbe enveloppe de la fig. 1B comprend un fondamental et son troisième harmonique, les deux de forme sinusoïdale.
La fig. 2 montre une installation de radiobalise omnidirectionnelle comportant un émetteur terrestre 1 et un récepteur mobile 2. La sortie d'une source 3 (dont la fréquence est celle des impulsions 27 de la fig. 1B) est reliée à un dispositif générateur d'impulsions (ou pulsateur) 4 qui produit des impulsions sous la commande de l'onde provenant de la source 3.
Le dispositif 4 module en impulsions l'énergie haute fréquence de la source d'énergie haute fréquence 4a.
L'énergie haute fréquence modulée en impulsions est appliquée par le dispositif de couplage 5 à l'élément radiateur 7 du système d'antennes 6. Le dispositif fixe qui donne le rayonnement omnidirectionnel est représenté comme étant constitué par une seule antenne pour faciliter les explications étant entendu que, si on le désire, un certain nombre de ces aériens peuvent tre empilés verticalement pour constituer un dispositif d'antennes qui émet une plus forte concentration d'énergie vers la direction horizontale. On trouve, montés sur le disque 8 autour de l'élément radiateur omnidirectionnel 7, un certain nombre de réflecteurs 9,10 et 11. Les réflecteurs 9,10 et 11 sont disposés sur un disque 8 à 120 les uns des autres.
Pour fournir un diagramme de rayonnement ayant approximativement la forme d'une cardioïde à deux lobes principaux 12 et 13 et un petit lobe 14, ainsi que l'indique la fig. 1A, le réflecteur 9 se trouve à une plus grande distance de l'élément 7 que les réflec- teurs 10 et 11. Le moteur 15 fait tourner le disque 8, par l'intermédiaire d'un dispositif de liaison 16, à la vitesse voulue, par exemple 30 tours par seconde.
De la sorte, quand l'élément d'antenne 7 transmet de l'énergie aux réflecteurs rotatifs 9,10 et 11, ceuxci déforment le diagramme émis pour produire les lobes 12,13 et 14, ainsi que l'indique la fig. 1A. Les réflecteurs 10 et 11 étant plus près de l'élément radiateur 7 donnent les lobes de radiation principaux 12 et 13 dont l'intensité de champ est plus élevée que celle du lobe 14, qui est produit par le réflecteur 9 qui se trouve à une plus grande distance de l'élé- ment 7.
En un point éloigné, l'onde enveloppe 17 des radiations reçues qui sont modulées en impulsions varie suivant une fréquence fondamentale qui dépend de la rotation du lobe unique 14 et suivant une fré- quence harmonique qui dépend de la rotation de tous les lobes 12,13 et 14. Un nombre plus ou moins grand de réflecteurs et de dispositifs d'alimentation peut tre utilisé, si l'on désire émettre un nombre de lobes différent.
Le moteur 15 entraîne également, par l'inter- médiaire de la liaison 18, un disque 19, en une matière non magnétique, en synchronisme avec la rotation du disque 8 et, par conséquent, en synchronisme avec la rotation du spectre de l'antenne. Le disque 19 porte sur son bord un bloc 20 composé d'une matière magnétique telle que du fer. On emploie. conjointement avec le disque 19, des pick-up magnétiques 21 et 22 qui servent à fournir une impulsion de déclen- chement chaque fois que le bloc magnétique 20 passe près d'un pick-up. Le bloc magnétique 20 est disposé de telle sorte, dans la périphérie du disque 19, qu'il passe devant les pick-up 21 et 22 chaque fois que le système d'antennes occupe un azimut déter- miné.
C'est ainsi, par exemple, que le bloc 20 passe devant le pick-up 21 chaque fois que le maximum du lobe 14 est aligné avec le nord et que le bloc 20 passe devant le pick-up 22 lorsque le maximum du lobe 14a tourné de 180 , c'est-à-dire lorsqu'il s'aligne avec le sud. L'énergie produite par le pick-up magnétique 21 est appliquée au dispositif de couplage 23 qui fait fonctionner une source d'énergie 24 de fré- quence prédéterminée, par exemple 100 KC. Le débit de la source 24 est appliqué au générateur 4 si bien que, chaque fois que le bloc 20 du disque 19 passe près du pick-up 21, une série d'impulsions à 100 KC passe de la source haute fréquence 4a à l'élément 7.
D'une manière analogue, l'énergie de sortie du pickup 22 passe par le dispositif de couplage 25 à une source d'énergie 26 d'une seconde fréquence prédéterminée, 200 KC par exemple, dont le débit est appliqué au générateur 4. De la sorte, chaque fois que le bloc 20 passe près du pick-up 22, une série d'impulsions à 200 KC passe de la source haute fré- quence 4a à l'élément d'antenne 7.
En se reportant à la fig. 1B, on voit que l'énergie rayonnée par le système d'antennes 6 et reçue dans une direction déterminée comporte un certain nombre d'impulsions 27 qui ont la fréquence de la source 3, fig. 2, plus une série d'impulsions 28 à 100 KC qui constituent une impulsion de référence nord ( N ) et une série d'impulsions 29 qui constituent une impulsion de référence sud ( S ), le tout étant modulé en amplitude par la rotation du système d'antennes.
Le récepteur 2, qu'on voit à la fig. 2, est situé sur un engin mobile ; il comporte de préférence une antenne de réception non directionnelle 30 et les circuits usuels 31 à haute et à moyenne fréquence suivis d'une détectrice 32 et d'un amplificateur 33. Le débit pulsé de l'amplificateur 33 permet de reconstituer l'onde enveloppe donnant le relèvement, onde qui comprend un fondamental sinusoidal et une composante de fréquence harmonique, dérivés de la modulation en amplitude du signal rayonné ; il est transmis à un circuit élargisseur d'impulsions 34 et de là à un circuit détecteur de maximums 35 pour reconstruire l'onde enveloppe du signal pulsé modulé en amplitude.
L'onde enveloppe 17 est transmise à un filtre 36 accordé sur la fréquence fondamentale et dont la tension de sortie est une onde sinusoïdale ayant la fréquence fondamentale des radiations reçues et dont la phase dépend de la position angulaire du récepteur 2 par rapport à l'émetteur 1.
Pour obtenir les signaux de référence devant tre comparés avec la composante de fréquence fondamentale de l'onde enveloppe, la sortie de l'amplificateur 33 est à un circuit écrter 37, dont la tension de sortie est transmise à un filtre passe-bande de 100 KC, 38, et à un filtre passe-bande de 200 KC, 39. Chaque fois qu'un groupe d'impulsions de référence N de 100 KC est reçu, le filtre 38 envoie une impulsion au générateur de référence 40 qui produit une onde sinusoïdale et, chaque fois qu'un groupe d'impulsions de référence de 200 KC est reçu, le filtre 39 envoie une impulsion au générateur 40.
L'onde sinusoïdale qui constitue le signal de référence, en provenance du générateur 40, est synchronisée en phase avec les impulsions de référence, et est transmise à un dispositif de mesure de la coïncidence de phase 41 dont l'autre circuit d'entrée reçoit la composante fondamentale sinusoïdale de l'onde enveloppe après qu'elle a passé dans le filtre 36 et le circuit de déphasage 42. La phase du fondamental de l'onde enveloppe est réglée par le déphaseur 42, jusqu'à ce que la coincidence soit réalisée avec l'onde sinusoïdale de référence provenant du générateur 40, cette coïncidence étant indiquée par le circuit 41 et la valeur du déphasage nécessaire pour assurer la coïncidence indique l'azi- mut du récepteur 2, pris de l'émetteur 1.
Dans les radiobalises omnidirectionnelles connues jusqu'à présent, une impulsion unique de référence était utilisée pour 360 degrés électriques du signal de relèvement. Par conséquent, ainsi que l'indique la fig. 1B, si le niveau de bruit était élevé à l'emplace- ment du récepteur, ainsi que l'indique la ligne pointillée 43, et si le récepteur se trouvait dans une direction correspondant à un minimum du cycle de modulation au moment où il reçoit l'impulsion nez il était certain que le signal de référence 28 se trouvait brouillé par le bruit. Cependant, par l'addition d'un deuxième signal de référence 29, déphasé de 180 par rapport au premier signal de référence 28, le récepteur détecte au moins l'un des signaux de référence 28 ou 29.
On verra, en se reportant à la fig. 3, un générateur d'onde de référence 40, utilisable avec le récep- teur 2 de l'unité mobile. Les deux impulsions de réfé rence N et S séparées par les filtres 38 et 39 sont appliquées aux grilles d'une paire de tubes électroniques 43 et 44 qui fonctionnent en pushpull. L'un des signaux de référence ou les deux sont appliqués par le transformateur 45 au générateur d'onde sinusoïdale 46. La polarité du signal fourni par le transformateur 45 indique si le signal de référence est ou < s S et, de la sorte, la fréquence et, sortie du générateur d'onde sinusoïdale 46 peut tre synchronisée avec la fréquence de l'un des signaux de référence ou de tous les deux.
Pour assurer que le courant de sortie du générateur d'onde sinusoïdale 46 soit absolument synchronisé en phase avec les signaux de référence, l'onde sinusoïdale de la fréquence voulue, en provenance du générateur 46, est appliquée à la grille du tube électronique 47 par l'entremise de la ligne 48, après avoir traversé un dépha- seur 49. La tension de sortie de la lampe 47 est appliquée à une paire de diodes 50a et SOb par deux circuits, 51a, 51b dans chacun desquels se trouve un condensateur d'arrt 52a et 52b. Il est évident que seule l'alternance positive 53 (fig. 4) du courant d'entrée sinusoïdal de la lampe 47, passera par la diode 50a, tandis que l'alternance négative 54 (fig. 4) passera par la diode 50b.
La tension de sortie des diodes 50a et 50b est envoyée à la ligne 58 par un circuit intégrateur 55 qui comporte une résistance 56 et un condensateur 57. En raison du fonctionnement de ce circuit intégrateur 55, quand les courants passant par les diodes 50a et 50b respectivement, sont égaux, aucune tension n'apparaît dans la ligne 58, puisque les alternances positive et négative du signal d'entrée s'annulent mutuellement.
Les signaux de référence détectés sont également appliqués à la grille d'un tube à décharge gazeuse 59 qui produit une impulsion de sortie chaque fois qu'un signal de référence est appliqué à sa grille. Les impulsions de sortie de la lampe 59 sont appliquées aux primaires reliés en série des transformateurs 60 et 61. Ces transformateurs sont construits de telle sorte que, chaque fois qu'une impulsion est appliquée à leurs primaires, l'impulsion de sortie du secondaire du transformateur 60 qui est appliquée à la cathode de la diode 50b, soit négative, tandis que l'impulsion de sortie de l'enroulement secondaire du transformateur 61 qui est appliquée à la plaque de la diode 50a soit positive. De la sorte, les deux diodes laisseront passer chacune des impulsions reçues qui seront de polarités opposées.
Les fig. 4 et 5 montrent des courbes servant à expliquer le fonctionnement du générateur d'onde de référence de la fig. 3. La courbe A de la fig. 4 représente l'onde sinusoïdale passant du générateur 46 à la grille du tube 47. L'alternance positive 53 passe par la diode 50a tandis que l'alternance négative 54 passe par la diode 50b. La courbe B de la fig. 4, représente les impulsions de référence appliquées au tube 59 lorsque l'onde sinusoïdale de la courbe A est en synchronisme avec les impulsions de référence, tant en phase qu'en fréquence.
En raison de la synchronisation qui se produit dans le générateur 46, la première impulsion, 62, représente le signal de référence N tandis que la seconde impulsion 63 représente le signal de référence S . Etant donné que chacune de ces impulsions passe au travers des deux diodes 50a et 50b, les courants de sortie des diodes, dus uniquement aux impulsions de référence, sont indiqués à la courbe C. Les tensions de sortie combinées des diodes 50a et 50b, dues à l'onde sinus oidale et aux impulsions de référence, sont visibles à la courbe D.
Etant donné que les signaux de référence et l'onde sinusoïdale ont été synchronisés en phase et en fréquence, les zones dues aux impulsions et qui se trouvent au-dessus et au-dessous du niveau zéro de la courbe D sont égales, et par conséquent, après intégration dans le circuit 55, le débit appliqué à la ligne 58 sera nul.
Les courbes de la fig. 5 illustrent la situation qui se présente lorsque l'onde sinusoïdale en provenance du générateur 46, qu'indique la courbe A, est dé- phasée par rapport au signal de référence appliqué au tube 59 et qu'indique la courbe B. La fig. 5, courbe C, montre les débits des diodes 50a et 50b, si elles sont alimentées uniquement par les signaux de référence.
La fig. 5, courbe D, montre le débit des diodes 50a et 50b quand on leur applique à l'entrée une combinaison de l'onde sinusoïdale de la courbe
A et les impulsions de la courbe C qui ont passé par les diodes 50a et 50b. Etant donné que les deux signaux d'entrée ne sont pas en phase, on observe que la surface (due à l'impulsion 62) qui se trouve au-dessus du zéro pendant l'alternance positive de l'onde sinusoïdale est plus grande que celle qui se trouve au-dessous du niveau zéro, pendant cette mme alternance positive de l'onde sinusoidale. Après intégration dans le circuit 55, il est produit une tension d'erreur intégrée, qui est appliquée à un circuit de commande compris dans le déphaseur 49 pour faire varier la phase de la tension de sortie du générateur 46.
Pendant l'alternance négative de l'onde sinusoïdale, une tension d'erreur intégrée de signe contraire est transmise par la ligne 58 au circuit de commande compris dans le déphaseur 49. Les tensions d'erreur font fonctionner le déphaseur 49 de telle sorte que la tension de sortie du générateur 46, qui passe par ce déphaseur 49, se mette en phase avec les signaux de référence. Le circuit de commande du déphaseur 49 est agencé de manière à répondre au déphasage existant entre les tensions d'erreur intégrées et la tension sinusoïdale provenant du générateur 46.
Il est évident que si un seul signal de référence est reçu, que ce soit le signal N ou S , la tension d'erreur sera produite de manière à assurer le synchronisme de phase à la sortie du déphaseur 49, entre l'onde sinusoïdale et le signal de référence.