Installation de repérage de la direction d'un mobile
La présente invention a pour objet une installation de repérage au sol de la direction d'un mobile.
On sait qu'il existe des radiophares fonctionnant suivant un procédé de repérage omnidirectionnel du type à comparaison de phase. Le fonctionnement de tels dispositifs repose sur la comparaison de la phase d'un signal de relèvement dérivé de la rotation d'un diagramme de rayonnement directionnel avec la phase d'un signal de référence. De tels dispositifs comprennent essentiellement un système d'antenne et de circuit émetteur et modulateur, qui rayonne deux ondes radio-électriques. La première onde, désignée ci-après par onde de relèvement est rayonnée suivant un diagramme de rayonnement directionnel tournant à la vitesse de f cycles par seconde ; la deuxième onde, désignée ci-après par onde de référence, est modulée à une fréquence égale à f hertz.
Dans un mobile, par exemple un avion, les deux ondes sont reçues dans un appareil récepteur, qui fournit d'une part un signal de relèvement à la fréquence f déduit de l'onde de relèvement et, d'autre part, un signal de référence à la même fré- quence f, déduit de l'onde de référence. La mesure du déphasage entre ces deux signaux est ensuite effectuée, ladite mesure indiquant, dans le mobile, 1'azimut dudit mobile par rapport à une direction de référence, qui est par exemple le Nord géographique ou magnétique.
On sait qu'il existe des installations de radionavigation comprenant un radiophare répondeur, qui permettent à un mobile de déterminer sa distance par rapport au radiophare, et dans lesquelles la mesure de la distance commence par la transmission, par l'émetteur de l'avion, d'un signal d'interrogation, par exemple d'impulsions d'interrogation codées qui sont reçues par un récepteur du radiophare répondeur. Le signal reçu fait fonctionner un émetteur du radiophare qui émet un signal conforme à l'interrogation codée du mobile, de telle sorte qu'un récepteur de ce dernier peut identifier les signaux de réponse. La distance du mobile au radiophare, qui répond, est déterminée dans le mobile, en fonction du temps écoulé entre l'interrogation et la réception de la réponse correspondante.
Un radiophare omnidirectionnel répondeur permettait au mobile de connaître son azimut par rapport à une direction de référence et sa distance audit radiophare, c'est-à-dire sa position géogra- p'hique. Mais, si au sol on désirait connaître par exemple la direction des mobiles interrogateurs, il fallait mettre en oeuvre des moyens supplémentaires tels qu'un radiogoniomètre.
Un des buts de la présente invention consiste à prévoir un système de repérage au sol de la direction des mobiles.
Un autre but de la présente invention est d'obtenir dans une station de contrôle associée à un radiophare omnidirectionnel répondeur, par exemple du type précité, une représentation de la situation aérienne analogue à celle que donnerait un radiogoniomètre automatique.
Un autre but de la présente invention est de prévoir un tel système de repérage qui ne nécessite pas de fréquence spécifique en plus de celles propres au radiophare répondeur.
L'installation de repérage au sol de la direction d'un mobile selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend, d'une part, au sol des moyens pour émettre un signal radio-électrique avec un système d'antennes produisant un diagramme de rayonnement directif tournant, d'autre part, à bord desdits mobiles, des moyens pour produire un signal lorsque ledit diagramme directif occupe une direction relative prédéterminée par rapport au mobile, des moyens pour retarder ledit signal d'un certain temps fonction de la distance du mobile audit système d'antennes, des moyens pour émettre un autre signal radio-électrique dérivé dudit signal retardé, et, au sol, des moyens pour actionner, à la réception de ce dernier signal radio-électrique, un indicateur de direction dont la rotation est synchrone avec celle du diagramme tournant.
Le système d'antenne tournant est de préfé- rence une partie d'un radiophare omnidirectionnel.
Ladite distance du mobile audit système d'antenne peut être obtenue au moyen d'un radiophare répondeur comprenant ledit système d'antenne.
Dans ce dernier cas, ledit signal radio-électrique émis par le mobile sert aussi de signal d'interroga- tion.
Une forme d'exécution de l'objet de la présente invention ainsi qu'une variante de cette forme d'exécution seront exposées à titre d'exemple dans la description suivante qui est faite en regard des dessins annexés dans lesquels :
la fig. 1 représente ladite forme d'exécution, et
la fig. 2 représente la variante de la forme d'exé- cution de la fig. 1, variante permettant à un signal radio-électrique émis par le mobile de servir aussi de signal d'interrogation de distance.
La fig. 1 comprend quatre parties : au sol, en 1, un radiophare omnidirectionnel répondeur, à bord, en 2, un équipement de bord correspondant audit : radiophare 1, au sol, en 3, et à bord, en 4, des moyens permettant de repérer au sol la direction des mobiles.
Le radiophare proprement dit (1) comprend à titre d'exemple un émetteur VOR ou Tacan 11 et un récepteur DME 12 ; l'équipement de bord 2 comprend un émetteur DME 24 et son modulateur 21, un récepteur VOR ou Tacan 22 pour déterminer à bord l'azimut du mobile et un récepteur DME 23 pour déterminer la distance au radiophare 1.
L'émetteur 11 et le récepteur 22 forment un système de repérage omnidirectionnel du type à comparaison de phase. L'émetteur 11 transmet, d'une part, un signal de référence non directionnel, et un signal de relèvement suivant un diagramme directionnel de rayonnement qui tourne à la vitesse de 30 tours par seconde dans le cas du système VOR et de 15 tours par seconde dans le cas du système
TACAN. Le signal de référence est un signal modulé à une fréquence égale à 30 hertz dans le cas du système VOR, et forme un groupe ou paquet d'impulsions qui se reproduit à la cadence de 15 hertz dans le cas du système TACAN.
Dans le mobile, les deux signaux de relèvement et de référence sont reçus dans le récepteur 22 où l'on en déduit deux sinusoïdes à la même fréquence (30 hertz pour le système VOR et 15 hertz pour le système TACAN) mais qui présentent entre elles une différence de phase proportionnelle à l'azimut dudit mobile par rapport à une direction de référence.
L'émetteur 11, le récepteur 12, l'émetteur 24, son modulateur 21 et le récepteur 23 forment un radiophare répondeur, comme connu. L'émetteur 24 du mobile émet des signaux sous forme de paires d'impulsions codées suivant une caractéristique propre.
Lesdits signaux codés sont reçus au sol par le récepteur 12 qui est couplé à l'émetteur 11 qui retransmet ces signaux suivant la même forme de paires d'impulsions codées. Ces signaux sont reçus par le récepteur 23 qui reconnaît les signaux corres- pondant à ceux que 24 a émis et les détecte. Le temps écoulé entre l'émission par 24 des signaux codés et la détection par 23 permet de déduire la distance du mobile au radiophare répondeur. Dans les systèmes TACAN ou DME, une paire d'impulsions comprend deux impulsions espacées de 12 microsecondes.
Le fonctionnement de l'ensemble des moyens 3 et 4 sera maintenant expliqué : un générateur d'impulsions 41 crée une impulsion caractéristique au moment (t¯,) du passage par zéro dans le sens croissant de la tension de mesure déduite du signal de relèvement reçu par le récepteur 22. Ce passage par zéro de la tension de mesure correspond à une direction définie, mais passée du diagramme directionnel du radiophare. A l'instant tl, le diagramme directionnel tournant du radiophare était dirigé suivant la direction définie ci-dessus mentionnée.
L'impulsion caractéristique obtenue sert à émettre à un instant t, à bord du mobile un signal caracéristique qui est reçu par le récepteur 12 du radiophare à l'instant t4.
Entre ces quatre instants, tt, t"ts, et t4, on a sensiblement les relations :
t2 = t4-t3 - c où d est la distance du mobile au radiophare et c la vitesse de propagation des ondes utilisées.
En particulier le temps t4-tt permet de déterminer l'angle dont le diagramme directionnel du radiophare a tourne entre l'instant t, d'indication d'azimut et l'instant tA de réception
2d
t4-ti-+ t3-t2
c
Dans cette équation, t. 3-t, est tout simplement égal au retard introduit à bord entre la production de t2 et l'émission du signal caractéristique en t ;.
Cet intervalle de temp (t3-t,) est choisi en fonction de la distance du mobile au radiophare, afin que ledit angle de rotation du diagramme directionnel ne dépende pas de la distance du mobile au radiophare. Dans le présent exemple de réalisation 2d c o¯ T est un temps choisi comme on le verra plus loin.
L'ensemble de bord 4 comprend le générateur d'impulsion 41 qui reçoit la tension de mesure du récepteur 22 par la liaison 55. Le générateur d'impulsion 41 en déduit une impulsion caractéristique qui est envoyée par la liaison 63 dans un dispositif de retard 42 qui retarde cette impulsion d'un temps Úgal Ó T-2d. Dans un exemple de rÚalisation, T
c a été choisi égal à 4000 lAs, valeur compatible avec une exploitation du radiophare limitée à environ 550 km.
Le dispositif à retard variable 42 est sous le con trôle d'un dispositif 43 par la liaison 58 et du récepteur 23 par la liaison 56. Le dispositif 43 contribue à provoquer un retard de T et le récepteur 23 qui permet la détermination de d contribue à former le terme proportionnel à.
c
Dans 1'exemple décrit, le dispositif de retard variable 42 comprend des moyens qui, à partir de l'impulsion provenant de 63, engendre une impulsion de largeur variable, des moyens pour différencier cette impulsion large et des moyens qui ne conservent que la pointe correspondant au bord arrière de l'impulsion large.
La largeur de l'impul- sion large est égale au retard à apporter dans 42, les moyens pour engendrer l'impulsion de largeur variable sont, par exemple, un circuit du type connu sous le nom de circuit < (Phantastron) > où la variation de la durée de l'impulsion est fonction de tensions appliquées aux grilles de la pentode du circuit. Les tensions à appliquer ici proviennent du dispositif 43 et du récepteur 23.
En vue d'améliorer la précision du dispositif de retard un circuit double peut être employé dans lequel un retard grossiers est produit par un circuit du type Phantastron et un retard fin par un circuit déphaseur. De tels circuits sont courants dans la technique.
En définie, le dispositif retardateur 42 délivre un signal qui est envoyé dans le codeur 44 et ensuite mis, par l'ensemble modulateur 21-émetteur 24, sous forme d'un groupe d'impulsions codées afin de le distinguer des autres signaux couramment émis par le mobile vers le sol dans le récepteur 12.
Le groupe d'impulsions de direction est reçu par le radiophare 1. Le récepteur 12 le transmet au décodeur 33 qui le reconnaît. Un signal est ensuite envoyé dans un circuit d'illumination radiale 34 d'un indicateur de direction 35. L'indicateur de direction 35 est, par exemple, un indicateur du type oscilloscopique à balayage circulaire sur lequel apparaissent des signaux radiaux indiquant la direction des mobiles ainsi que cela est d'usage dans le cas des radiogoniomètres automatiques. Le circuit d'illu mination radiale 34 est un circuit qui, à partir des signaux reçus du décodeur 33, provoque l'appa- rition de signaux radiaux sur 35.
La rotation du balayage est fournie par le circuit 32 et la liaison 61. Cette rotation est synchrone avec la rotation du diagramme directif tournant du radiophare, mais retardée par rapport à cette dernière. La synchronisation est assurée par la liaison 57 et le retard fixe par le dispositif 31. La liaison entre 31 et 32 est assurée par 59.
Le dispositif 31 retarde la rotation du balayage de 35 d'un temps égal à t4-tl, afin que la direction indiquée par le signal radial soit la direction réelle de l'avion. Comme il a été dit plus haut, t4-tl est constant et peut, par exemple, être choisi égal à 4000 jj, s. Ce retard correspond pour un radiophare
VOR qui tourne à 30 hertz à un angle de 44O environ et pour un radiophare TACAN qui tourne à 15 hertz à un angle de 220 environ.
En variante le codeur 44 transmet au modulateur 21 les signaux provenant de 42, et également les signaux provenant du récepteur 23 par la liaison 60.
Les groupes d'impulsions émises par 24 et provenant de 42 au lieu de 23 peuvent servir indiffé- remment de signaux d'interrogation DME. Leur codage est différent afin que les impulsions ayant pour source 42, soient reconnues par le décodeur 33 qui déclenche 34. Pour ces groupes d'impulsions particulières, le codage en impulsions doubles séparées de 12 microsecondes des groupes DME normaux, peut, par exemple, être remplacé par un codage en impulsions doubles séparées de 18 microsecondes. Le codage particulier peut aussi comprendre des impulsions triples séparées de 12 microsecondes.
Les caractéristiques ci-dessus peuvent être réalisées comme suit. Trois fois par seconde une impulsion de déclenchement provenant de 23 est supprimée et remplacée par une impulsion provenant de 42. Simultanément, le fonctionnement du codeur 44 est modifié pour permettre la destruction des groupes de direction et des groupes d'interrogation.
En effet toutes les interrogations DME ne peuvent être utilisées pour transmettre l'information de direction car le rythme de l'interrogation de tous les mobiles serait rendu identique. Toutefois cette possibilité, qui correspond à couper la liaison 60, peut ne pas être exclue quand les opérations dé- crites ici se font pendant la phase de poursuite
DME, la non-synchronisation des interrogations étant surtout utile pendant la phase de < recherche .
Le codeur 44 et le retardateur 42 peuvent ainsi être modifiés comme montré à la fig. 2 ci-jointe.
Elle s'applique notamment dans le cas des mobiles où les groupes d'interrogation sont choisis parmi ceux produits par une base de temps, pilotés par un oscillateur local travaillant par exemple à la fréquence de 4046 hertz, ainsi que cela est cou rant dans certaines installations du commerce. Dans cette réalisation non seulement le groupe d'impul
sions de direction est utilisé pour l'interrogation DME, mais de plus ce groupe est émis à la place d'une interrogation. Autrement dit, les impulsions de direction sont émises en phase avec la base de temps mentionnée ci-dessus.
Le dispositif de retard 42 ne délivre plus une impulsion simple au codeur 44, mais une impulsion de porte, de largeur par exemple égale à 2501lus. D'autre part, le récepteur 23 envoie par 60 au codeur 44 des impulsions de base de temps à 4046 hertz et commande le rythme d'interrogation selon que le fonctionnement est dans la phase rechercher ou dans la phase poursuite .
Quand une impulsion de base de temps et une impulsion de porte coïncident dans le codeur, ce dernier envoie au modulateur un signal de direction. Il est à noter qu'en procédant de la manière indiquée ci-dessus, le caractère aléatoire des interrogations du radiophare par les mobiles est entièrement conservé. Il est évident d'autre part que la largeur de la porte entraîne une légère imprécision en direction. Cette imprécision est minimisée en centrant l'impulsion de porte sur le temps t3 défini plus haut, le front avant de l'impulsion existant à l'instant t3-i/2p et le front arrière, à l'ins- tant t3 + i/2p, OÙ p est la largeur de ladite impulsion.
De cette manière, dans le système de radionavigation VOR, tournant à 30 hertz, 1'erreur en direction est de 1, 4 degré tandis que dans le TACAN, elle est de 0, 7 degré.
En variante la position dans le temps du groupe d'impulsions de direction peut être caractéristique à la fois de la direction et d'une autre information comme la distance, l'identité, l'altitude, etc. du mobile.