FR2465232A1 - Systeme de radar secondaire pour controle de trafic - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME DE RADAR SECONDAIRE POUR CONTROLE DE TRAFIC. CE SYSTEME COMPREND UN INTERROGATEUR QUI EMET DES CYCLES D'INTERROGATION COMPRENANT DES INTERROGATIONS DE TROIS MODES DIFFERENTS POUR REPERER ET IDENTIFIER DES MOBILES MUNIS DE REPONDEURS AVEC ELIMINATION DES FAUX-CODES. EN OUTRE, CE SYSTEME PERMET L'ECHANGE DE MESSAGES BREFS DANS LES DEUX SENS ENTRE L'INTERROGATEUR ET L'UN DES REPONDEURS. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA NAVIGATION MARITIME.

Description

L'invention concerne un système de radar secondaire pour contrôle de trafic qui permet le repérage et l'identification de mobiles et qui s'applique plus particulièrement au trafic au sol, maritime ou terrestre.

En navigation aérienne, on utilise largement de tels systèmes, le plus souvent en association avec un radar primaire, pour assurer avec une très grande sécurité le suivi des mobiles dans les zones à fort trafic.

De manière connue, tout système de radar secondaire est essentiel- lement composé d'un interrogateur chargé de la surveillance d'une zone déterminée et d'un répondeur installé à bord de chaque mobile dont le contrôle doit être assuré. L'interrogateur émet en permanence et cycliquement des signaux d'interrogations caractéristiques et chaque répondeur réplique par des messages codés représentatifs de son identité, les réponses étant alors décodées par l'interrogateur. La position du mobile est connue par la direction dans laquelle est pointée l'antenne de l'interrogateur au moment de l'identification et en distance par la mesure du temps aller-retour du signal.

Selon une premiere solution éprouvée, la même interrogation "universelle" composée d'une combinaison d'impulsions dont les positions relatives dans le temps sont caractéristiques déclenche tous les répondeurs situés dans ltensemble de la zone à surveiller et ceux-ci répondent en emettant chacun sa réponse particuliere, chaque réponse étant constituée par une combinaison particulière d'impulsions.

Dans la mesure où les répondeurs sont suffisamment éloignés les uns des autres, les impulsions de réponse des différents répondeurs sont suffisamment séparées pour permettre une identification sans ambigulté des différents répondeurs. Par contre, dès que deux mobiles porteurs de répondeurs sont suffisamment proches, il est possible que la réponse de l'un d'entre eux interdise la prise en compte de la réponse de l'autre ou que la combinaison de leurs réponses fasse apparaltre un faux code ou un répondeur fantôme qui peut éventuellement être faussement attribué à une cible sans répondeur.

Ces insuffisances n'ont généralement qu'une importance relativement faible en navigation aérienne car, en général, la distance minimale entre mobiles est supérieure à la distance minimale nécessaire à une extraction sans ambigulté des codes de réponse. L'imbrication n'est normalement possible que lors du croisement des routes de deux mobiles et la perturbation qui en découle est relativement limitée dans le temps vu les vitesses de ces mobiles, ou lorsque deux avions suivent des routes paral pèles a des altitudes différentes, la perturhation est alors plus durahle mais ne présente aucun risque.

Par contre, de nombreux problèmes se posent quand on désire appliquer de tels systemes en navigation maritime où les vitesses sont faibles1 où les distances entre mobiles sont parfois très réduites et, de plus, le sont de façon durable de par la faible vitesse relative de ces mobiles et le fait qu'ils suivent des routes parallèles dans les zones à fort trafic. En effet, le pouvoir discriminateur en distance des systèmes utilisés en navigation aérienne est insuffisant, ce qui interdit pratiquement leur emploi en navigation maritime.

Une solution connue à ces problèmes est l'interrogation "adressée" qui est utilisée en particulier dans le système DABS (abréviation de
Discrete Address Beacon System). Dans ce système, chaque message d'interrogation est émis par l'interrogateur sur ltensemble de la zone balayée par l'antenne, et comporte l'adresse d'un répondeur déterminé ; il ne sollicite donc pas tout répondeur indépendamment de son code comme c'est le cas de l'interrogation "universelle" utilisée actuellement en radar secondaire. Les réponses émanant de deux répondeurs proches ne sont plus emmêlées car elles sont déclenchées par des interrogations différentes, donc à des instants différents.

Par contre, cette dernière solution a pour principal inconvénient d'exiger de la station de surveillance, qui comporte l'interrogateur, de contre a priori le code du mobile a interroger, des moyens importants de mise en mémoire et de gestion de tout le trafic environnant ; un autre inconvénient de cette solution est de nécessiter autant d'interrogations qu'il y a de mobiles, avant d'obtenir une identification générale.

Une autre solution aux problèmes d'identification résoud le problème des réponses emmêlées du système a interrogation "universelle", tout en s'affranchissant des lourds moyens de gestion du systeme a interrogation "totalement adressée" : il s'agit de interrogation appelée "semi-adressée1,
Une adresse codée en binaire comportant n éléments binaires étant affectée
2n émet une a chacune des N cibles a identifier (N S 2 ), l'interrogateur séquence d'identification générale de n interrogations dont chacune
.sème correspond à un élément binaire du code.La i me interrogation (i = I a n)
ième de ce cycle correspond en fait a un appel sur le i élément binaire de ième l'adresse codée et tous les répondeurs dont le iieme élément binaire de leur adresse d'identification est concerné, c'est- -dire est a "1", répondent à cette i ième interrogation.

Les répondeurs émettent pour réponse des impulsions se réduisant a la limite extrême d'un seul élément binaire, ce qui évite tout mélange de réponses. Les n interrogations d'un cycle permettent à chaque fois une identification générale.

Cette dernière solution ne tient pas compte des faux codes qui peuvent apparaître et, donc, une incertitude subsiste.

Un système de radar secondaire conforme à l'invention permet d'obtenir une sécurité totale du trafic en éliminant les défauts dûs aux faux codes par des vérifications faites avec peu de moyens, ce qui évite de surcharger le dispositif. D'autre part, ce système permet l'établissement d'une liaison instantanée et bidirectionnelle entre l'interrogateur et tout répondeur, liaison qui peut être utilisée pour une transmission de donnees.

Selon une caractéristique de 1 invention, le système de radar secondaire pour contrôle de trafic est constitué par premièrement une station de surveillance qui comporte un interrogateur, deuxièmement par N répondeurs auxquels on attribue une adresse codée d'identification à n éléments binaires, n étant le nombre entier immédiatement supérieur ou égal à log2 N, l'interrogateur comportant des moyens d'élaboration d'un cycle complet d'interrogations qui comprend - au moins trois interrogations "universelles" destinées à tous les
répondeurs quel que soit leur code et quelle que soit leur position dans
la zone balayée par l'antenne de l'interrogateur, - une séquence d'identification générale de n interrogations "semi-adressées"
dont chacune est dévolue à un élément binaire déterminé de l'adresse, - une interrogation adressée de vérification de l'adresse de l'un des
mobiles, cette adresse ayant été soit obtenue par la séquence d'identi
fication qui précède, soit fournie directement par l'opérateur.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le système de radar secondaire comporte des moyens de communication adressés qui permettent l'établissement d'une liaison de transmission de données instantanée et bidirectionnelle entre l'interrogateur et l'un des répondeurs.

Les objets et caractéristiques de la présente invention apparattront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels
- la figure I représente schématiquement les éléments principaux d'un système de radar secondaire ;
- la figure 2 représente un exemple de signalisation dans un système conforme à l'invention ;
- la figure 3 représente un interrogateur pour système conforme à l'invention ; invention;
- la figure 4 représente un répondeur pour système conforme à l'invention.

Tout système de radar secondaire, tel celui schématisé à la figure 1, comporte une station de surveillance 1 et N répondeurs 21 à 2N.

La station de surveillance 1 comporte, principalement, un interrogateur 3 et des moyens 4 de traitement des signaux de réponse. L'interrogateur 3 est constitué par une antenne 5 commune à l'émission et à la réception, par un émetteur 6 qui, sous la commande d'un codeur 7, émet des signaux d'interrogation à l'aide de l'antenne 5 via un duplexeur 8, et, par un récepteur 9, qui reçoit les signaux de réponse à l'aide de l'antenne 5 via le duplexeur 8, et les transmet ensuite aux moyens 4 de traitement.

Ces moyens 4 de traitementcomportentun analyseur 10 dont l'entrée est reliée au récepteur 9, dont une sortie est reliée à un dispositif de visualisation 11 et dont, au besoin, une autre sortie est reliée à un dispositif de gestion 12 des réponses. Ce dispositif 12-, utilisé notamment dans le cas d'interrogations adressées, commande le codeur 7 de l'interrogateur et est relié au dispositif de visualisation 11.

Les répondeurs 21 à 2N étant tous identiques, on ne décrit que le premier 21* il comporte une antenne 20 commune à l'émission et à la réception, un récepteur 21 qui reçoit les interrogations à l'aide de l'antenne 20 via un duplexeur 22, un décodeur 23 d'interrogations relié à la sortie du récepteur, un codeur 24 relié au décodeur 23 qui, en fonction du décodage, élabore la réponse codée et, enfin, un émetteur 25 qui, sous la commande du codeur 24, émet, à l'aide de l'antenne 20 via le duplexeur 22, les réponses codées à destination de l'interrogateur.

De manière connue, l'interrogateur et les répondeurs correspondent par l'intermédiaire d'impulsions émises séquentiellement soit par l'un, soit par les autres ; de plus vu les différences de niveau existant entre les signaux reçus, un codage binaire par présence ou absence d'impulsions s' avère préférable et l'on retrouve donc cette caractéristique dans le système selon l'invention.

Après avoir attribué une adresse codée en binaire de n éléments binaires (n étant le nombre entier immédiatement supérieur ou égal à log2 N) à chacun des N interrogateurs, le système de radar secondaire conforme à l'invention utilise pour identifier les mobiles un cycle d'interrogations particulier, qui comporte : premièrement, au moins trois interrogations appelées "universelles" car tous les répondeurs y répondent indépendamment de leur code, deuxièmement, une séquence d'identification générale de n interrogations semi-adressées dont le principe est donné plus haut, troisièmement, une interrogation adressée de vérification.a laquelle ne répond que le répondeur qui porte l'adresse contenue dans l'interrogation.

La figure 2 donne un exemple de signalisation conforme à l'invention.

On a représenté à chaque ligne un mode différent d'interrogation ; mais il est bien évident que dans la pratique ces différents modes se succèdent selon le cycle complet donné au paragraphe précédent, avec pour seule contrainte un espacement entre deux interrogations successives supérieur au temps de propagation aller-retour nécessaire pour joindre un répondeur situé à la distance maximale prévue, appelée portée du système.

La double barre verticale correspond a l'instant de réponse à distance nulle ; à gauche de cette double barre sont schématisées des interrogations, à droite des réponses. On suppose que trois répondeurs se trouvent dans la zone balayée, au répondeur A on affecte le code 0111, à
B le code 1000 et à C le code 1011.

La première ligne correspond à une-interrogation universelle, désignée par le chiffre I, qui est constituée par une paire d'impulsions espacées d'un temps t1. Ce temps tI est caractéristique du mode I et il permet de reconnaître le mode dtinterrogation. Tous les interrogateurs, après reconnaissance du mode, répondent par une et une seule impulsion.

La réponse de A survient un temps DA après l'instant de réponse à distance nulle ; ce temps DA est égal à 2 c c c étant la vitesse de la lumière et dA la distance entre l'interrogateur et le répondeur A. De même
c x DB la réponse de B indique qu'il est à la distance dB = 2 de l'inter
c x DC rogateur et celle de C qu'il est à la distance dC = - 2
Dans le cycle d'interrogation, l'interrogateur envoie au moins trois interrogations successives en mode I, enfin d'effectuer une corrélation sur l'ensemble des réponses reçues avant interprétation. Cette première partie du cycle permet d'avoir une vue d'ensemble de la position des mobiles dans la zone à surveiller, ce qui permet de repérer les coordonnées des points où l'on va avoir une identification à effectuer.

Les quatre lignes suivantes de la figure 2 correspondent à des inter rogations semi-adressées désignées par le chiffre II. Chacune de ces interrogations comporte premièrement, une paire d'impulsions espacées d'un temps tII caractéristique du mode II, deuxièmement, une impulsion dont l'espacement avec la seconde impulsion de la paire varie avec le rang de l'interrogation dans la séquence d'identification générale.

Dans notre exemple, une adresse comporte quatre éléments binaires et la séquence comporte donc quatre interrogations de mode II.

La première interrogation de ce mode (figurée à la deuxième ligne de la figure 2) correspond au premier élément binaire du code. Seuls les répondeurs ayant le premier élément binaire de leur code à "1" répondent, c'est le cas ici des répondeurs A et C. La seconde interrogation correspond au second élément binaire du code, seuls A et C répondent. La troisième interrogation correspond au troisième élément binaire, seul A répond. La quatrième interrogation correspond au quatrième élément binaire, seuls
B et C répondent.

On a donc, à l'aide de ces quatre interrogations, déterminé l'identité des répondeurs.

Une dernière interrogation termine le cycle, il s'agit d'une interrogation adressée, représentée à la dernière ligne et désignée par le chiffre III. Cette interrogation comporte premièrement une paire d'impulsions espacées d'un temps tIII caractéristique du mode TII, d'autre part une adresse codée, dans notre exemple l'adresse de l'interrogateur C.

Dans le cas où cette adresse correspond à un interrogateur, on a une réponse unique, ici la réponse de C. Par contre, dans le cas ou cette adresse est un faux code ou n'a pas de réponse et l'on est averti qu'il s'agit d'une information erronée.

A la figure 3, on a représenté en traits pleins un exemple de réalisation d'un interrogateur, conforme à l'invention. Les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références.

La partie émission de l'interrogateur comporte trois générateurs d'impulsions : un générateur 31 d'interrogation universelle (mode I à la fig. 2), un générateur 32 d'interrogations semi-adressées (mode II à la fig. 2) qui élabore des séquences de n interrogations différentes de même mode, et, un générateur 33 d'interrogation adressée.

Ces trois générateurs sont commandés par un séquenceur 34, qui élabore des cycles d'interrogation conforme à l'invention, sous le contrôle d'une horloge locale 35.

Les sorties de ces trois générateurs sont reliées à un émetteur 6 relié à une antenne 5 via un duplexeur 8.

La partie réception de l'interrogateur comporte un récepteur 9 relié à l'antenne 5 via le duplexeur 8. Elle comporte un corrélateur 36 qui effectue une corrélation, par exemple de 2 parmi 3, sur les impulsions reçues ; ctest-à-dire qu'un répondeur n' est pris en compte que s'il répond au moins deux fois sur trois interrogations.

Une réponse certaine acquise à l'aide du corrélateur 36 est, ensuite, transmise au dispositif d'analyse 37. Ce dispositif d'analyse reçoit du séquenceur 34 les informations indiquant le mode d'interrogation utilisé.

Quand l'impulsion reçue est une réponse à une interrogation en mode I ou en mode III le dispositif 37 transmet directement l'information à un dispositif de visualisation 11. Par contre, quand l'impulsion reçue est une séquence à une interrogation en mode II, un signal issu du dispositif 37 active un corrélateur 38 d'extraction de code pendant la période nécessaire à une séquence d'identification générale par n interrogations semi-adressées. Pour ce faire le dispositif 37 effectue un recyclage de l'information reçue du corrélateur 36.

Le corrélateur 38 d'extraction de code est relié directement à la sortie du récepteur et, lorsqu'il est activé, fournit les adresses des répondeurs identifiés aux moyens de visualisation 11 et au générateur 33 d'interrogation adressée.

A la figure 4, on a représenté en traits pleins un exemple de réalisation d'un répondeur. Les éléments identiques à ceux de la figure 1 portent les mêmes références.

La partie réception du répondeur comporte un récepteur 21 relié à une antenne 20 via un duplexeur 22. Elle comporte un décodeur qui comprend en parallèle un décodeur 41 d'interrogation universelle (mode I å la fig. 2), un décodeur 42 d'interrogations semi-adressées (mode II à la fig. 2) et un décodeur 43 d'interrogations adressées (mode TII à la fig. 2).

Le décodeur 41 reçoit les interrogations issues du récepteur et, lorsqu'il reconnaît une interrogation universelle, son signal de sortie active un générateur 44 d'impulsion de réponse.

Le décodeur 42 reçoit d'une part les interrogations issues du récepteur 21 et d'autre part l'adresse codée attribuée au répondeur et issue du dispositif d'affichage 45. Chaque fois qu'il reconnaît une interrogation semi-adressée, le décodeur 42 examine l'élément binaire de l'adresse affichée qui correspond à l'interrogation et, si cet élément binaire est égal à 1, le signal de sortie du décodeur 42 active le générateur 44 d'impulsion de réponse.

Le décodeur 43 reçoit d'une part les interrogations issues du récepteur 21 et d'autre part l'adresse codée issues du dispositif d'affichage 45. Chaque fois qu'il reconnaît une interrogation adressée qui porte l'adresse affichée par le dispositif 45, le signal de sortie du décodeur 43 active le générateur 44 d'impulsion de réception.

La partie émission du répondeur comporte le générateur 44 d'impulsion de réponse et un émetteur 25 dont l'entrée est reliée au générateur 44 et dont la sortie est reliée à l'antenne 20 via le duplexeur 22.

Sur les figures 3 et 4, on a représenté en traits pointillés un dispositif complémentaire qui permet d-'établir une liaison de transmission de données instantanée et bidirectionnelle entre la station de surveillance et l'un des répondeurs.

A la figure 3, on adjoint à ltinterrogateur des moyens 50 de commu- nication adressée qui sont connectés à une liaison de transmission bidirectionnelle comprenant une liaison entrante 51 et une liaison sortante 52.

Les moyens 50 comprennent un générateur 53 de données adressées auquel est reliée la liaison entrante 51. Ce générateur 53 élabore, à partir des données issues'due la liaison 51, des informations codées aptes à être émises par l'émetteur 6 auquel sa sortie est reliée. Pour réaliser ce type d'emission, on effectue préalablement une vérification d'identification par une interrogation adressée au répondeur avec lequel on désire connecter la station de surveillance, c'est pourquoi le générateur 53 est relié au séquenceur 34 et au corrélateur 38 d'extraction de code.

Les moyens 50 comprennent également un extracteur 54 des données reçues dont l'entrée est reliée à la sortie du récepteur 9 et dont la sortie est reliée à la liaison sortante 52 qui décode les données reçues sous forme d'impulsions codées.

A la figure 4, on adjoint au répondeur des moyens 55 de communication adressée qui sont connectés à une liaison de transmission bidirectionnelle comprenant une liaison entrante 56 et une liaison sortante 57.

Les moyens 55 comprennent un codeur 58 dont l'entrée est reliée à la liaison entrante 56 et dont la sortie est reliée à l'émetteur 25, qui élabore à partir des données des impulsions codées aptes à être émises par l'émetteur 25.

Les moyens 55 comprennent un extracteur 59 de données reçues dont l'une des entrées est reliée à la sortie du récepteur 21, dont l'autre entrée est reliée à la sortie du décodeur 43 et dont la sortie est reliée à la jonction sortante 57, qui décode les données reçues sous forme d'impulsions codées.

Cet échange permet de soulager les transmissions en phonie actuellement proches de la saturation, en transmettant dans un sens par exemple le cap, la vitesse, le tonnage des mobiles et dans l'autre sens des consignes d'anticollision avec l'avantage d'une transmission instantanée et l'assurance de s'adresser au bon destinataire. Toutefois, la quantité de données à transmettre doit rester modeste pour ne pas surcharger le système.

Le système de radar secondaire conforme à l'invention offre donc, trois avantages principaux - il améliore la détection des mobiles en renforçant l'écho des radars
primaires existants, et ceci quelles que soient les conditions météoro
logiques, - il fournit une identification sure et instantanée de ces mobiles sans
exiger de leur part la moindre intervention, - il établit entre ces mobiles et le ou les centres de contrôle une
liaison bilatérale permettant une transmission de données utiles à une
bonne gestion de trafic, et améliore ainsi la sécurité de ce trafic.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Système de radar secondaire pour contrôle de trafic constitué par premièrement une station de surveillance qui comporte un interrogateur muni d'une antenne commune à un émetteur d'interrogations codées et à un récepteur de réponses, et, des moyens d'analyse et de visualisation des réponses reçues, deuxièmement N répondeurs dont chacun est associé à un mobile à identifier, dont chacun est muni d'une antenne commune à un récepteur d'interrogations et à un émetteur de réponses, et, à chacun desquels est affectée une adresse codée d'identification à n éléments binaires, n étant le nombre entier immédiateinent supérieur ou égal à log2 N, caractérisé en ce que l'interrogateur comporte des moyens d'élaboration d'un cycle complet d'interrogations comprenant - au moins trois interrogations "universelles" destinées à tous les

répondeurs quel que soit leur code et quelle que soit leur position

dans la zone balayée par l'antenne de l'interrogateur, - une séquence d'identification générale de n interrogations "semi-adressées"

dont chacune est dévolue à un élément binaire déterminé de l'adresse, - une interrogation "adressée" de vérification de l'adresse de l'un des

mobiles, cette adresse ayant été soit obtenue à la séquence d'identifi

cation qui précède soit fournie directement par l'opérateur, et en ce que tout répondeur comporte des moyens de réponse sensibles à toute interrogation universelle, sensibles à une interrogation semi-adressée chaque fois que l'élément binaire correspondant de sa propre adresse est concerné et sensibles à une interrogation adressée qui porte sa propre adresse.

2. Système de radar secondaire pour contrôle de trafic selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'interrogateur comporte des moyens d'élaboration d'un cycle complet d'interrogation qui consistent en - un générateur d'interrogation universelle, - un générateur de n interrogations seini-adressées > - un générateur d'interrogation adressée qui reçoit comme adresse soit

une adresse fournie directement par l'opérateur, soit l'une des adresses

de mobiles identifiés à l'aide d'une séquence d'identification générale, - les sorties de ces trois générateurs étant reliées à l'éinetteur, - un séquenceur qui élabore les cycles complets d'interrogation en comman

dant successivement chacun des générateurs, et en ce que les moyens d'analyse comprennent, un corrélateur d'extraction de code qui fournit l'identité des mobiles d'une part au dispositif de visualisation et d'autre part au générateur d'interrogations adressées.

3. Système de radar secondaire pour contrôle de trafic selon la revendication 1, caractérisé en ce que tout répondeur comporte - un décodeur relié au récepteur et comprenant en parallèle un décodeur

d'interrogation universelle, un décodeur d'interrogation semi-adressée

et un décodeur d'interrogation adressée, les deux derniers décodeurs

étant reliés à un dispositif d'affichage du code propre au répondeur, - un générateur d'impulsion de réponse dont les entrées sont reliées aux

sorties des décodeurs et dont la sortie est reliée directement à un

émetteur auquel il transmet les réponses constituées chacune par une et

une seule impulsion.

4. Système de radar secondaire pour contrôle de trafic selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte > également, des moyens de communication adressée qui permettent d'établir une liaison instantanée et bidirectionnelle entre l'interrogateur et tout répondeur dont on a préalablement déterminé la position et l'adresse.

5. Système de radar secondaire pour contrôle de trafic selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que l'interrogateur comporte des moyens de communication adressée pour transmettre les données venant de et vers une liaison bidirectionnelle, c'est-à-dire comportant une liaison entrante et une liaison sortante, qui consiste premièrement en un générateur de données adressées à émettre dont les entrées sont reliées à la liaison entrante, au séquenceur et au corrélateur d'extraction de code, et, deuxièmement en un extracteur de données reçues dont les entrées sont reliées au récepteur et dont la sortie est reliée à la liaison sortante.

6. Système de radar secondaire pour contrôle de trafic selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que tout répondeur comporte des moyens de communication adressée pour transmettre des données venant de et vers une liaison bidirectionnelle, c'est- -dire comportant une liaison entrante et une liaison sortante, qui consistent premièrement en un extracteur de données reçues dont les entrées sont reliées l'une au récepteur, l'autre au décodeur dtinterrogations adressées et dont la sortie est reliée à la liaison sortante, et, deuxièmement en un codeur de données dont l'entrée est reliée à la liaison entrante et dont la sortie est reliée à l'émetteur.