FR2569308A1 - Procede permettant de suivre automatiquement un satellite au moyen d'une antenne de reception - Google Patents

Abstract

PROCEDE PERMETTANT DE SUIVRE AUTOMATIQUEMENT UN SATELLITE AU MOYEN D'UNE ANTENNE DE RECEPTION INSTALLEE SUR UN CORPS MOBILE ET PREALABLEMENT REGLEE EN CE QUI CONCERNE SA HAUTEUR ET SON AZIMUT, DE MANIERE QUE L'ON PUISSE OBTENIR UN NIVEAU DE SIGNAUX RECUS AU-DESSUS D'UN NIVEAU DE SIGNAUX PREDETERMINE, LORSQUE LE CORPS MOBILE EST DANS UN ETAT STABLE, CARACTERISE PAR UN STADE DE MODIFICATION DE LA HAUTEUR ET DE L'AZIMUT DE L'ANTENNE DANS DES LIMITES DE VARIATION PREDETERMINEES, LORSQUE LE NIVEAU DES SIGNAUX RECUS S'EST ABAISSE PAR SUITE DU MOUVEMENT DU CORPS MOBILE, UNE SPIRALE RECTANGULAIRE ETANT TRACEE SUR LA SPHERE CELESTE PAR L'AXE DE L'ANTENNE JUSQU'A CE QUE LE NIVEAU DES SIGNAUX RECUS DEPASSE LE NIVEAU PREDETERMINE.

Description

256930S

La présente invention est relative à un procédé permettant de

suivre à la trace un satellite de communications au moyen d'une antenne para-

bolique installée sur un corps mobile, comme, par exemple, un navire, pour rece-

voir dans de bonnes conditions une onde électrique en provenant, en modifiant automatiquement la hauteur et l'azimut de l'antenne en réponse aux déplacements

du corps.

Une antenne parabolique installée sur un corps mobile, comme, par exemple, un navire ou une plate-forme flottante, pour des communications avec des satellites, comporte généralement un dispositif automatique permettant de suivre le satellite à la trace et de diriger sur lui la direction de faisceau principal de l'antenne. Ce dispositif fonctionne en principe suivant un système graduel dans lequel la hauteur et l'azimut de l'antenne sont modifiés par intermittence pour conserver le champ de réception maximal provenant du satellite. Un système de ce type implique l'utilisation d'un gyroscope coûteux pour la détermination d'une direction de référence permettant de repérer les modifications de direction

de l'antenne.

La demande de modèle d'utilité japonais N0 59-46010 du 27 mars 1984 décrit un dispositif de construction simple et économique. Ce dispositif comprend des organes de commande de la hauteur et de l'azimut de l'antenne, un circuit de commande permettant de mettre en action par intermittence ces deux organes de commande de manière à augmenter au maximum le champ de réception en provenance du satellite et des moyens permettant la détermination de l'inclinaison de la plate-forme sur laquelle l'antenne est installée, de manière à fournir un signal de commande au circuit de commande. Les moyens de détermination de l'inclinaison comprennent deux appareils de détection de l'inclinaison permettant de déceler

séparément l'angle de tangage et l'angle de roulis de la plate-forme et les va-

leurs fournies par ces deux appareils de détection sont couplés avec un circuit

d'interface comprenant un micro-ordinateur pour 1'enregistrement de l'inclinai-

son de la plate-forme au moment de l'interruption du fonctionnement intermittent des organes de commande de la hauteur et de l'azimut et pour comparer la valeur enregistrée de l'inclinaison avec la valeur observée de l'inclinaison de manière à fournir un signal global au circuit de commande, lorsque la différence entre les deux inclinaisons dépasse une valeur déterminée à l'avance. Cependant, dans

ce dispositif, l'inclinaison de la plate-forme doit être rectifiée pendant l'in-

terruption du fonctionnement des organes de commande et il peut en résulter une

erreur dans l'opération consistant à suivre le satellite.

Le but de l'invention est donc la mise au point d'un procédé amélioré permettant de suivre un satellite de communications au moyen d'un

dispositif aussi économiquement avantageux, mais plus précis.

Ce but est atteint, suivant l'invention, par l'utilisation d'un dispositif automatique dans lequel le satellite est suivi par une antenne de réception installée sur un corps mobile et préalablement réglée en hauteur et en azimut de telle manière qu'on obtienne un niveau de signal reçu supérieur à un niveau prédéterminé, lorsque le corps mobile est à l'arrêt. Dans un mode

de réalisation de l'invention, le procédé comprend un stade consistant à modi-

fier la hauteur et l'azimut de l'antenne, lorsque le niveau de signal s'est

abaissé par suite du déplacement du corps mobile, de manière à tracer une spi-

rale rectangulaire sur la sphère céleste au moyen de l'axe de l'antenne jusqa'à

ce que le niveau de signal maximal soit rétabli, à l'intérieur de limites déter-

minées de variation de la hauteur et de l'azimut. Dans un autre mode de réalisa-

tion de l'invention, la hauteur de l'antenne est commandée à part en réponse à l'inclinaison du corps mobile. Le procédé permet donc de suivre automatiquement le satellite au moyen de l'antenne, même lorsque le corps mobile est en cours

de déplacement.

L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée

en se référant au dessin.

La Figure 1 est un schéma d'un dispositif permettant l'application

du procédé suivant l'invention.

Les Figures 2 et 3 sont des schémas d'opérations représentant un programme de réglage provisoire de l'antenne, lorsque le corps mobile est à l'arrêt. Les Figures 4 et 5 sont des schémas d'opérations représentant un programme de réglage supplémentaire de l'antenne, lorsque le corps mobile est en

mouvement.

La Figure 6 est un diagramme représentant une spirale rectangulaire

dessinée sur la sphère céleste au cours de l'application du programme correspon-

dant aux Figures 4 et 5.

Comme le montre la Figure 1, une antenne parabolique 2 pouvant rece-

voir une onde électrique provenant d'un satellite de communications (non repré-

senté) est portée par une plate-forme fixée à un corps mobile (non représenté) comme, par exemple, un navire. L'antenne est montée de manière à pouvoir tourner autour d'un axe horizontal sous l'action d'un organe de commande 6 et également autour d'un axe vertical sous l'action d'un organe de commande azimutal 8. Ces

organes de commande 6 et 8 sont commandés respectivement par des organes de con-

trôle de la hauteur et de l'azimut 10 et 12 en ce qui concerne leur déplacement angulaire et leur sens de rotation. Les organes de commande 6 et 8 peuvent être des moteurs électriques commandés par des commutateurs, comme les organes de commande 10 et 12, ou peuvent être des organes hydrauliques commandés par des vannes électromagnétiques. Un organe 14 de détection de la hauteur et un organe 16 de détection de l'azimut sont couplés respectivement avec les organes 6 et 8 de commande de la hauteur et de l'azimut, de manière à détecter l'ampleur et le sens des variations de la hauteur et de l'azimut, à partir d'une direction de référence choisie de l'antenne 2. et à fournir des signaux VEL et VAZ d'écarts de hauteur et d'azimut. Les appareils de détection 14 et 16 peuvent être, par exemple, des dispositifs à potentiomètres. Un appareil de détection 20, sensible

à l'inclinaison, est également couplé avec la plate-forme 4 pour détecter l'ampli-

tude, le sens et la direction des variations d'inclinaison de la plateforme 4 à partir d'une position de référence pour laquelle la direction de référence de l'antenne 2 a été choisie de manière à produire un signal de sens d'inclinaison de VINC. L'appareil sensible à l'inclinaison peut être un dispositif utilisant des niveaux orthogonaux, nettement moins coûteux que le dispositif à gyroscope

utilisé dans les systèmes correspondant à l'état de l'art antérieur.

L'antenne 2 est munie d'un convertisseur de fréquence 22 qui con-

vertit une fréquence de micro-ondes reçue du satellite de communications en une

basse fréquence qui est ensuite reconvertie par un tuner 24 en une fréquence opti-

male pour un appareil récepteur de télévision 26. Le tuner 24 émet également un

signal VR qui indique le niveau de signal de courant reçu par l'antenne 2.

Les signaux VR V VA et VN sont transformés en signaux numé-

VRe VEt VAZ INC riques par un convertisseur analogique-numérique 28, de manière à être traités dans une unité de traitement centrale (CPU) 30 telle qu'un micro-ordinateur, comme on le verra ultérieurement en se référant aux Figures 2 etc. Le CPU émet pour

assurer la commande de la hauteur et de l'azimut de l'antenne 2 une série de si-

gnaux de commande qui parviennent à une unité de commande 32 pour amplification et commande de niveau. L'information de sortie de l'unité 32 est subdivisée en deux signaux de commande S'EL et S'AZ par un relais solide 34 et ces signaux sont

transformés en signaux de courant continu SEL et SAZ par un redresseur 36 et en-

voyés respectivement à des unités 10 et 12 de commande de la hauteur et de l'azi-

mut. Le CPU est muni d'un tableau numérique 38 permettant d'introduire, dans des

conditions indiquées ultérieurement, une valeur optimale de la hauteur.

La description suivante, faite en se référant aux Figures 2 et 3,

est relative à un procédé permettant de diriger correctement l'antenne parabolique

2 vers le satellite pour recevoir un niveau de signal maximal, lorsque la plate-

forme est dans un état stationnaire (ou que le navire est à l'arrêt).

Dans un premier stade 40, une valeur e0 de la hauteur est ins-

crite dans CPU 30 par le commutateur numérique 38. Cette valeur 80 représente la

hauteur approximative du satellite au moment de cette opération et peut être ob-

tenue à partir d'un tableau que l'on peut se procurer dans le commerce. Au stade 42, CPU 30 et le système de commande suivant sont mis en action pour placer l'antenne 2 effectivement à la hauteur 80. Ensuite, l'antenne 2 est tournée

pour être amenée à sa position d'azimut zéro déterminée à l'avance au stade 44.

Ensuite, au stade 46, l'antenne 2 est tournée à droite de manière à augmenter la valeur azimutale P et on recherche si la valeur de courant de l'azimut y est égale ou supérieure à 360 degrés au stade 48. Tant que la valeur q n'atteint pas 360 degrés, la réponse est "NON" et on recherche de nouveau, au stade 50, si le niveau de réception du courant VR a atteint ou non un niveau prédéterminé V1. Le

niveau V1 est choisi comme étant le niveau minimal auquel le récepteur de télé-

vision 26 peut afficher au moins une image visible. Si VR atteint V1 avant que f

n'atteigne 360 degrés, la réponse est "OUI" et l'antenne 2 est arrêtée à l'empla-

cement pour lequel les valeurs azimutales sont respectivement 81 et t1, au stade 52. Cependant, si c'est "NON", les stades 46, 48 et 50 sont répétés jusqu'à ce

que l'on obtienne "OUI".

Si l'azimut y a atteint 360 degrés avant que VR ait atteint V1, la réponse du stade 48 est "OUI" et on passe au stade 54 dans lequel on recherche si c'est la première rotation vers la droite ou non. Tout d'abord, la réponse est

"OUI" et le changement de hauteur a9 est fixé à 0,5 degré au stade 56. Cette va-

leur de "0,5 degré" n'est indiquée qu'à titre d'exemple et peut être remplacée par n'importe quelle autre. Au stade 58, l'antenne 2 est déplacée de manière que

sa hauteur soit à 80 + 0,5 et ensuite tournée vers la gauche pour réduire la va-

leur d'azimut i. Pendant cette rotation azimutale, on recherche si la valeur azimutale f a ou non atteint la valeur zéro au stade 62. Tant que ( n'a pas atteint la valeur zéro, la réponse est "NON" et on recherche alors, au stade 64, si le niveau de réception VR a atteint ou non le niveau admissible V1. Si VR atteint V1 avant que f n'atteigne la valeur zéro, la réponse est "OUI" et l'on passe au stade 52 pour arrêter l'antenne sur place. Cependant, si c'est "NON", les stades

, 62 et 64 sont répétés jusqu'à ce qu'on obtienne "OUI".

Si l'azimut L est revenu à zéro avant que VR n'atteigne la valeur

V1, la réponse au stade 62 est "OUI" et l'on passe au stade 66 dans lequel l'an-

tenne est déplacée pour modifier sa hauteur et la porter à 60 - 0,5 . Ensuite,

on revient au stade 46 et un deuxième balayage azimutal vers la droite est effec-

tué comme dans le cas des stades 46, 48 et 50. Si l'on n'obtient pas un niveau de signal admissible pendant ce balayage, on commence un deuxième balayage vers la gauche à partir du stade 54. Ce balayage est analogue au premier balayage à gauche, sauf que les stades 68 et 70 remplacent le stade 56, puisque la réponse au stade 54 est "NON". Au stade 70, la variation de hauteur AO augmente encore

de 0,5 degré et, de ce fait, le deuxième balayage à gauche s'effectue à la hau-

teur e0 + 1,0 . Si l'on n'obtient pas un niveau de signal acceptable, on peut effectuer un troisième balayage vers la droite à la hauteur 0 - 1,0 et il est suivi par un troisième balayage vers la gauche à la hauteur 80 + 1,5 . Comme

le montre la description précédente, des balayages alternés de ce type sont ré-

pétés, à des hauteurs augmentant chaque fois de 0,5 degré, jusqu'à ce que VR atteigne V1 ou que M8 dépasse cinq degrés. L'antenne est arrêtée à sa place au stade 52 dans le cas précédent, tandis que la recherche se termine sans succès dans le dernier cas. La limite de "5 degrés" choisie pour A8 n'est indiquée qu'à

titre d'exemple et peut être modifiée à volonté.

La description suivante est relative aux opérations de recherche

poussée faisant suite au stade 52 de la Figure 2 et est faite en se référant à la Figure 3. Dans le premier stade 80, la modification de hauteur A8 par rapport à la hauteur 81 obtenue par la première recherche approchée décrite ci-dessus est de 0,5 degré et au stade suivant 82 l'antenne est déplacée pour que sa hauteur soit de 81 + 0,5 . Ensuite, la variation d'azimut Ay par rapport à l'azimut u

obtenu par la première recherche est également de 0,5 degré au stade 84 et l'an-

tenne estdéplacée jusqu'à l'azimut Y1 + 0,5 du stade 86. Au stade 88, on recher-

che si le niveau de réception courant VR a atteint ou non un deuxième niveau

admissible V2. Ce niveau V2 est choisi comme étant le niveau minimal auquel l'appa-

reil récepteur de télévision 26 peut afficher une image de qualité satisfaisante

et, naturellement, V2 est supérieur au premier niveau admissible V1 déjà mentionné.

Si la réponse est "NON"', Aâ se réduit à 1,0 degré au stade 90 et l'antenne est déplacée jusqu'à l'azimut 1 + 1,0 au stade 86: puisque. 4est encore inférieur à 10 degrés et la réponse au stade 92 est "NON". Tant que le niveau de réception admissible V2 n'est pas atteint, l!opération se répète en augmentant l'azimut de 0,5 degré à chaque cycle jusqua'à ce que A dépasse 10 degrés. Cette limite n'est

choisiequ'à titre d'exemple et peut 8tre modifiée arbitrairement.

Si Af a dépassé 10 degrés et si la réponse au stade 92 est "OUI", t revient à 0,5 degré au stade 94 et l'opération se répète dans des conditions

analogues aux stades 96, 98, 100 et 102 en réduisant l'azimut de 0,5 degré à cha-

que cycle jusqu'à ce que Atfdépasse 10 degréso Pendant l'opération de recherche décrite ci-dessus, si le niveau de réception admissible V2 est atteint au stade 88 ou 98, l'antenne est arrêtée sur place (à la hauteur 82 et à l'azimut f2), de

manière à effectuer l'opération d'orientation de l'antenne.

Si a a dépassé 10 degrés au stade 102, le sens de la variation de hauteur a 8 est recherché au stade 106. Dans cette première recherche vers le stade 106, la hauteur 81 + 0,50 est maintenue à la valeur fixée au stade 82 et le

sens cherché est positif ou vers le haut. La hauteur est donc ramenée à la va-

leur 81 - 0,50 au stade 108 et une opération analogue est reprise du stade 86 à cette nouvelle hauteur. A la fin de cette opération, si le stade 106 est

atteint de nouveau, la réponse de ce stade serait "NON" et la variation de hau-

teur Ae augmente de 0,5 degré ou atteint 1,0 degré au stade 110. Ensuite, on revient au stade 82 pour reprendre l'opération à une hauteur plus grande 1 + 1,0 , puisque 6 est encore inférieur à 5 degrés au stade 112. Cette va- leur limite de "5 degrés" n'est également indiquée qu'à titre d'exemple et peut

être modifiée à volonté.

Comme on l'a vu, une recherche analogue est répétée pour des va-

leurs plus élevées de la hauteur et de l'azimut de l'antenne qui augmentent de 0,5 degré à chaque cycle jusqu'à ce qu'on termine d'une manière satisfaisante le stade 104 ou que t 8 dépasse 5 degrés au stade 112. Si Ae a dépassé au stade 112, la recherche est interrompue au stade 114 et, après un intervalle d'une heure, elle est reprise à partir du stade 42 de la Figure 2. Cette interruption d'une heure se justifie par l'idée que le programme d'émissions télévisées transmis par le satellite peut être interrompu par malchance pendant cette recherche, bien

que le système fonctionne normalement.

Après que l'antenne ait été orientée correctement vers le satellite au stade 104 correspondant à la Figure 3, lorsque le navire est à l'arrêt, une opération permettant de suivre le satellite est effectuée, lorsque le navire se déplace. Cette opération est décrite ci-dessous en se référant aux Figures 4, 5 et 6. Le système de commande représenté par la Figure 1 est également utilisé

pour cette opération.

Comme le montre la Figure 4, des compteurs N, ne et n incorporés à CPU 30 (Figure 1) sont prêts à fonctionner au stade 120 et le sens du signal d'inclinaison VINC est recherché au stade 122. Suivant la réponse relative au sens d'inclinaison du navire, la hauteur O de l'antenne est modifiée aux stades

124 et 126, de manière à supprimer l'inclinaison et à rétablir le niveau de ré-

ception admissible V2 au stade 128.

Si V2 n'est pas rétabli et si la réponse est "NON" au stade 128, le compteur N est mis en avance pour compter un au stade 130 et on recherche si le chiffre compté est impair ou pair au stade 132. Evidemment, la réponse à ce moment est "OUI", de sorte que l'antenne est tournée vers la droite pour augmenter son azimut de 0,5 degré au stade 134 et le compteur nW est mis en avance pour compter un au stade 138. Au stade 140, on recherche si A9 a dépassé ou non 10 degrés. De meme, Ad est l'amplitude de la variation d'azimut depuis la valeur

Y2' atteinte au stade 104 correspondant à la Figure 3 et est alors de 0,5 degré.

Dans ces conditions, la réponse au stade 140 est "NON" et on recherche si le ni-

veau admissible V2 a été ou non atteint au stade 142. Si la réponse est "NON", on recherche encore si le chiffre compté ny est égal ou non au chiffre compté N au stade 144. Comme à ce moment, N = na = 1, la réponse est "OUI" et au stade 146 de la Figure 5 on continue à rechercher si A8 a ou non dépassé 5

degrés. D'une manière analogue à AA, AE est l'amplitude du changement de hau-

teur à partir de la valeur 82 atteinte au stade 104 de la Figure 3m, à l'exception de la variation compensatrice aux stades 124 et 126, et est alors zéro. Dans ces conditions, la réponse est "NON" et on recherche si le nombre compté N est impair ou pair au stade 148. Comme, alors, N est un, l'antenne est tournée vers le haut pour augmenter sa hauteur de 0,5 degré au stade 150 et le compteur n9 est mis en avance pour compter un au stade 154. Au stade 156, on recherche si le niveau admissible V2 a été ou non rétabli. S'il ne l'a pas été, on recherche si le nombre compté n est égal ou non au nombre compté N. Comme, alors, n = N = 1, la réponse est "OUI"et l'opération est reprise depuis le stade 122 après remise

des compteurs n8 et n au stade 160.

Pour l'opération globale, le nombre compté N est avancé jusqu'à

deux au stade 130. Dans ces conditions, la réponse du stade 132 est "NON" et l'an-

tenne est tournée vers la gauche, de manière que son azimut diminue de 0, 5 degré.

Lorsque le compteur de nq a été mis au point, le nombre compté nq est avancé de nouveau jusqu'à un au stade 118. La réponse du stade 144 est donc "NON" et une opération analogue se répète aux stades 132 et 134 pour réduire de nouveau l'azimut de l'antenne de 0,5 degré. Lorsque le nombre compté- n est avancé jusqu'à deux au stade 138, la réponse du stade 144 devient "OUI" et les stades

146, 148 et 152 continuent à déplacer l'antenne vers le bas pour diminuer sa hau-

teur de 0,5 degré. Lorsque le compteur no est prêt, le compte na est avancé de nouveau jusqu'à un au stade 154. La réponse du stade 158 est donc "NON" et une opération analogue se répète aux stades 146, 148 et 152, de manière à réduire de nouveau la hauteur de l'antenne de 0,5 degré. Comme le compte n8 est ensuite avancé jusqu'à deux au stade 154, la réponse du stade 158 devient "OUI" et l'opération est reprise depuis le stade 122 après remise en état des compteurs

n et n.

Comme on l'a vu, l'azimut et la hauteur de l'antenne augmentent en séquence de N fois 0,5 degré, lorsque N est impair et diminue en séquence de N fois 0,5 degré, lorsque N est pair, jusqu'à ce que A8 dépasse 5 degrés au

stade 146 et qu'ensuite A dépasse 10 degrés au stade 140, à moins que le ni-

veau de réception admissible V2 ne soit au stade 128, 142 ou 156. Lorsque le compte N augmente, dans cette opération l'axe de l'antenne trace une spirale rectangulaire sur la sphère céleste, comme l'indique la Figure 6. Lorsque le niveau admissible a été atteint pendant ce tracé de la spirale, on revient à la

position "DEPART" pour répéter les mêmes opérations ou pour attendre le pro-

chain ordre de suivre le satellite. Si Aqa dépassé 10 degrés au stade 140,

8 2569308

l'opération d'orientation de l'antenne doit être reprise à partir du stade 42 de la Figure 2. Dans la Figure 6, les nombres naturels placés en séquence sur la trace en "spirale" correspondent au compte N et les points noirs sur cette

trace correspondent aux stades 144 et 158 des Figures 4 et 5. Alors que les va-

leurs de AE et deA sont limitées à 5 et à 10 degrés, elles peuvent évidemment être choisies à volonté. De plus, l'intervalle de "points noirs", qui est de 0,5

degré dans ce mode de réalisation, peut également être choisi à volonté.

Le procédé suivant l'invention pour suivre un satellite permet

de retrouver assez rapidement un satellite perdu, puisque sa recherche est avan-

cée dans le sens radial en dehors de sa position initiale. Comme on l'a vu, le procédé suivant l'invention n'utilise pas les coordonnées originelles du corps mobile ou de la plate-forme comme référence pour la mesure des changements de direction et, par conséquent, le dispositif suivant l'invention n'a pas à être équipé d'une coûteuse installation à gyroscope pour conserver la direction de

référence comme dans les procédés correspondant à l'état de l'art antérieur.

La compensation de la variation de hauteur due à l'inclinaison de la plate-forme, effectuée aux stades 122 à 128, n'est pas toujours nécessaire, puisqu'elle peut être réalisée par le simple tracé de la "spirale". Cependant,

cette opération supplémentaire peut contribuer à aider à suivre le satellite.

Claims (2)

REVENDICATIONS

1 - Procédé permettant de suivre automatiquement un satellite au moyen d'une antenne de réception installée sur un corps mobile et préalablement réglée en ce qui concerne sa hauteur et son azimut, de manière que l'on puisse

obtenir un niveau de signaux reçus au-dessus d'un niveau de signaux prédéter-

miné, lorsque le corps mobile est dans un état stable, caractérisé par un stade de modification de la hauteur et de l'azimut de l'antenne dans des limites de variation prédéterminées, lorsque le niveau des signaux reçus s'est abaissé par suite du mouvement du corps mobile, une spirale rectangulaire étant tracée sur la sphère céleste par l'axe de l'antenne jusqu'à ce que le niveau des signaux

reçus dépasse le niveau prédeterminé.

2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par un autre stade de détection de l'inclinaison du corps mobile, de manière à commander la hauteur

de l'antenne et à supprimer l'inclinaison.