Brevet FR2012752A1 — publié le 19700320

la présente invention se rapporte aux altimètres radio tels que ceux utilisés dans les avions, du type dans lesquels une indication d'altitude est déterminée par une comparaison entre un paramètre d'une onde émise modulée.en fréquence, dirigé© vers la terre, et un paramètre semblable de l'onde d'écho 5 reçue réfléchie par la terre. Dans le cas considéré, le.paramètre impliqué a été une fréquence et la comparaison donne naissance à une fréquence de "battement qui détermine la différence de phase engendrée dans l'onde émise dans son voyage vers la terre et son retour vers l'avion après réflexion et ainsi donne la distance de parcours. 10 Le signal do sortie de hauteur est exprimé selon une valeur de tension unidi-rectionnelle croissante (ou décroissante) et analogique. Dans le brevet français n° 1 300 689 déposé le 19 Septombre 1961 par la demanderesse ot dans son brevet français de première addition n° 81 434 déposé le 23 Hars 1962, on a décrit l'utilisation d'une ligne à retard conjointçtent 15 avec un altimètre du type ci-dessus, pour engendrer des moyens séparés d'étalonnage ou do contrôle de l'indication délivrée par la fréquence de battement, oe qui engendre uno référence de hauteur interne constante. Dans oe cas, la ligne à retard est utilisée comme dispositif auxiliaire seulement sous la forme d'un contrôleur, la mesure d'altitude réelle étant faite indépendamment ot 20 pleinement dans le réoepteur lui-même. La présente invention a pour objet d'utiliser des moyens à retard comme référence finale d'un équipement d'altimètre. Sfelon l'invention, le système dans lequel la mesure de distance est basée sur la différence de fréquenco entre la fréquence instantanée d'un signal à 25 modulation de fréquence émis ot celle d'un signal à modulation de fréquenco réfléchi correspondant, comporte : — des moyens pour combiner le signal à modulation do fréquence émis avec sa réponse temporisée par une valeur constante, pour engendrer un premier signal do batteoent j 30 _ dos moyens pour combiner lo signal à modulation de fréquence émis avec le signal à modulation de fréquence réfléchi pour engendrer un second signal de battement ; - et dos moyens pour prendre lo rapport de fréquence des premiers et seconds signaux de battement afin d'engendrer une mesure de distance. 35 D'autres caractéristiques do l'invention rossortiront do la description détaillés ci—dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 montre une série d'ondes sur lesquelles le principe de fonctionnement de l'altimètre est basé et au moyen desquelles les calculs de hau— 40 tour sont effectués. % bad original' 69 23502 2012752 2 La figure 2 représente, d'une manière schématique, un altimètre radio basé sur 1© principe de la figure 1.. La figure 2a représente uno simplification de l'équipement représente sur la figure 2. 5 La partie a de la figure 1 montre une porteuse modulée en fréquence, de l'ordre du kilomégahertz présentant une modulation triangulaire linéaire et changements de direction des sensiblement symétrique à basse fréquence, les/dents de scie étant représentées en traits interrompus afin d'indiquer la zone d'incertitude dans la forme de l'onde qui n'est pas utilisée dans la présente invention. Ceci représente 10 l'onde modulée à haute fréquenco qui est émise par un émetteur d'altimètre shr un avion vers la terre et qui est également.appliquée à une ligne à retard, stable, de caractéristiques coeedqs de manière précise, dans l'équipement d'al-' timètre. En outre, ce signal d'émetteur est également envoyé directement à chacun des récepteurs d'une paire de récepteurs, selon une "connexion croisée" 15 pour une comparaison de signaux,1'un de ces récepteurs étant connecté à l'extrémité éloignée do la ligne à retard et l'autre se comportant comme un récep*» teur pour le signal d'écho de retour de terre. Ces récepteurs comportent chacun un étage de démodulation qui engendre un signal de sortie à basse fréquence définitif de 1'altitude qui, pour le récepteur de la ligne à retard, a une va— 20 leur de référence constante. Le calcul de l'altitude peut être fait sur une simple course âe la porteuse transmise modulée,c'est—à—dire un flanc de l'onde triangulaire comme cela est expliqué ci-après. Le processus commence à t^, c'est-à-dire«au temps nominal de l'inversion 25 de l'onde en dent de soie. Quand l'onde n'est pas linéaire en ce point, une période de temps en t^ peut être perdue auquel cas la dent de scie est supposé avoir commencé sa montée linéaire (dans le cas de la partie a de la figure 1; une demi —période plus tard dé l'onde modulée ce serait le commencement de la chute linéaire). Au premier passage par zéro du signal de sortie à 30 basse fréquence provenant du récepteur de la ligne à retard après le temps t^, c'est-à-dire au temps ^(partie b de la figure l)deux comptages sont commencés, un des passages par aéro du signal de sortie de la ligne à retard, et ure dos •impulsions d'horloge (partie d de la figure 1 au temps t^). Ces comptages continuent pendant un nombre déterminé de passages par zéro du signal de la ligne 35 à retard après le premier-sur la partie b de la figure J, quatre passages do ce genre sont représentés-quand les deux comptages sont arrêtés au temps représenté en t^. Lô oomptago des passages par zéro de la ligne à retard peut être appelé HE et le comptage des irapulsionsd'horloge correspondant peut %tre appelé n^. Les deux comptages sont supposés commencer à zéro au temps t^. 40 ■ De la même manière, les signaux sont reçus en retour par réflexion de la bad original^ 69 23502 2012752 3 terro, ot passent par lo récepteur de retour do terre, ce gui engendre également un signal de sortie à "basse fréquence dos signaux présentant une relation do fréquence par rapport à l'altitude instantanée. Au premier passage par zéro après tg des signaux de sortie du récepteur de retour de torre représenté sur 5 ' la partie c do la figure 1 comme se produisant en t^, deux autres aomptages sont commencés,l'un dos passages par zéro du signal do sortie de retour, et l'autre dos impulsions de "base de temps. Ces comptages continuant jusqu'au premier passage on tj. du signal de sortie do retour ^après' t^, quand les doux comptages s'arrêtent. Les comptages, dons ce cas, correspondant à Fit ot njQ sont appelés 10 KG ot n . g° En supposant uno dont do soie linéaire do l'onde émise ot en appelant la longueur équivalente effective do la ligne à retard do référence LR, la hauteur mosuréo est donnée approximativement par ï L„ ÏL, n R x G x ro 15 2 IL n R ge La mesure de l'imprécision est déterminée par la quantification de la "base do temps de l'horloge représentée par des inpulsions discrètes. Une autre pas imprécision se produit si la hauteur n'est/constante par suite de l'effet doppler Le procédé décrit ci-dessus est répété sur la dent do scie de retour quand 20 l'orrour due à l'effet doppler en supposant uno vitesse vorticale constante est inversée. IJh système d'altimètre radio "basé sur les principes ci-dossus est maintenant décrit plus on détail, en référence avec lo schéma de la figure 2. Dans cette figure, un générateur d'impulsions d'horloge 1 engendre dos impulsions 25 d'horloge pratiquement stables, présentant une fréquence de répétition de l'ordre de $00 khz, sur les conducteurs de sortie 1 a do la figure £. Lo temps dans le système est supposé être mesuré en fonction des impulsions d'horloge à moins que l'on indique ur» autre manière. En plus de cotto sortie continue do train d'impulsion d'horlogo, des trains 30 d'impulsions unidirectionnels sont également engendrés dérivés du train d'impulsions d'horloga, les impulsions successives do cos trains étant séparées par un nombre prédéterminé d'impulsions d'horloge. Ces ftrains d'impulsions sont envoyés séparément on dehors du générateur par dos trajets conductours indépendants ou par tout moyen de codage approprié, ot engondront les impulsions t^ 35 ot t^ indiquées précédemment. Ils engendrent également dos trains d'impulsions intermédiaires correspondants t'^ ot t'^, les impulsions non primées étant effectives sur une dent de soio do la porteuse à fréquence radio, à partir de l'émetteur tandis que les impulsions primées sont effectives sur le balaie suivant. 40 Ainsi t^ et t'^ déclenchant une dont de scie de fréquence do la porteuse [ ' i BAD ORIGINAL jl 69 23502 2012752 4 à fréquence radio, respectivement dans les directions supérieure et inférieure tandis que t^ et t'^ respectivement séparés de t^ et t'g par impulsions du train d'horloge si.gmlcnt respectivement le point do commencement de la partie linéaire de la dent do scie dans chaque cas. 5 Ces trains t^ et t'Q et t^ et t'^ sont indiqués dans les parties b et o de la figure 1 respectivement. Un générateur de modulation 2 reçoit le train d'impulsions d'horloge continu et les: séries t^ et t'^ d'impulsions (sur lb). Oe générateur ongendre la forme d'onde de modulation nécessaire pour moduler en fréquence l'émetteur do 10 la manière requise sous la commande des impulsions d'entrée. La modulation do fréquonce présente des dents de scie égales dans les doux directions ot est suffisaient filtrée et linéaire au cours dos périodes mesurant la hauteur suivante en t^ et t'^ pour la précision requise de la mesure d'altitude et la vitesse vraie do balaie au cours de la périodo linéaire est approximativement 15 proportionnelle à la vitesse de répétition moyenne des impulsions» L'émetteur 3 engendre une onde porteuse modulée on fréquenoe qui peut do manière typique avoir une fréquence centrale de 4>3 kilomégahortz et une excursion de fréquence totale de 100 mégahertz. La modulation est triangulaire avec une fréquence de rêpétion typique de 30C hertz. 20 La réponse do l'émetteur au signal do modulation peut ôtro stabilisée et linéarisée par l'utilisation d'un signal do réaction dérivé d'un montage diacri— uina tour (non représenté) et ronvoyé au générateur de modulation comme cela est indiqué par la ligne 2a en traits interrompus dans la'figure* La majeure partie du signal à fréquence radio modulé traverse une antenne 25 d'émission 5 °u l'sntrée de l'émetteur du système d'antenne consolidée par l'intermédiaire d'un coupleur 4» Ce coupleur est également arrangé pour alimenter plusieurs sorties secondaires à fréquence radio sur les conducteurs 4a 4b, 4c, à des niveaux de puissance inférieurs pour être décrits ici. La première de ces sorties secondaires 4a est reliée à une ligne à retard 30 6 de loiicueur'âlectrique constante présentant la stabilité appropriée pour servir do standard do référence qui, à son tour,est relidfe à un récepteur de référence 7 qui est également alimenté avec une sortie sooondaire 41? provenant du coupleur 4. Ce dernier signal est le signal appelé à "connexion croisée" qui agit comme le signal "d'oscillateur local" au mélangeur dans le réoep- ~55 tour.' Lo signal de sortie à «fréquence vidéo" du mélangour qui âstfens la bande do 300 hertz à 1 mégahertz par exemple ,ost soumis à un traitement dans le récepteur pour donner uno amplification,uno limitation et,do préférence, une idondification dos caractéristiques anormales ou non souhaitées. Ce signal (comme traverse le compteur double 8. 40 Le compteur doirble est également alimenté par le train d'impulsions d'hor- . _ ^ bad original 69 23502 2012752 5 logo ot les impulsions t^ «-t t'^« le compteur à son tour engendre une impulsion do sortie sur 8a, eonprenant les impulsions tg (ou t'g) et t^ (ou t1^}, Corme on peut se le rappeler les impulsions t^ (ou t'g) sont les impulsions suivantes après le premier passage par zéro du signal "vidéo après l'impulsion 5 t_ (ou l'inpulsion t'_) tandis que les impulsions t. (ou f ) sont les inpul— Î©Q© • sions suivantes apièsle SB. passage du signal -vidéo après "le passage en tg (ou t'g^ • ï>e conpteur 8 délivre également des signaux, de sortie sur 8b et 8w, xospectiveaent dans HE ou dans oe dernier étant 1g couptage d3 impulsions d'horloge entre tg et t^ (ou t',, ^ t'^). , 10 le signal réfléchi de terre est regu par 1*antenne de réception 9 (ou l'entrée des signaux de réception d'un systèco d'antennes consolidées) et traverse un récepteur 10 (de hauteur radio) qui reçoit égaleront conae signal à connexion croisée un signal de sortie secondaire à fréquence radio du coupleur 4 sur le conducteur 4c. le signal de sortie vidéo provenant du mélangeur- de ce . 15 récepteur est "taité dans ce récepteur pour donner une amplification, une réponse préférentielle de fréquence^ une linitation, une suppression et une identification, doe caractéristiques anomales ou non -souhaitées et le signal traité traverse corne Tffin^ un second oonpteur double 11. Ce conpteur est égalenent alimenté par le train dJ inpolsions d'horloge 20 (sur 3a) et les iiapulsions tg (ou t1^ et *t^ (ou t'^) par l'intermédiaire de 8a et un signal de sortie (sur lia) est engendré et définit le notibre de passages 3TG du signal d'entrée après le preinier passage après tg (eu t'g^.c'est— à—dire en t^ (ou t'^^ jusqu'à y compris le prenier passage après t^ (ou t'^), c'e3t —à-dire en t^ (ou t® . TSne autre sortie (sur Hb) représente le noebre 25 d'iapulsions d'horloge n après t (ou t',) jusqu'à. tK (ou t1 ) y eonpris. S® J . j 5 j "On calculateur 12 reçoit tous les signaux pxGv-aaarjat des deux compteurs doubles"8 et 11, c'est—à—dire les signaux définissant, 3SÏJ,3B,- 33. ~ et n^ et présentant un facteur d'instabilité représentau"® la noitié de la longueur effective de la lifpe à retard, c1 os t—à^-dxja LE et calcule la hauteur 'radio à partir de 2 30 l'expression ci—dessous s " Hauteur • L_ ' 2L, n -j£ G ro 2 BL i H gc Co calculateur délivra corme sortie de hauteur sur le conducteur un 35 signal définissant une hauteur déterminée à partir de la Eoyenne des laautours dérivées d'un nombre donné de balayges consécutifs de la porteuse. Pour suppri— nor les effets doppler, ce noEfare de "balayages doit être pair, à soins que son total soit grr.nd quand, l'erreur résiduelle devient "proportioianellenent faible. Bans une réalisation pratique d'un altimètre, un sj^stèEie d'alanse est in— 40 clus pour donner un avertissement de condition de faute ou do signaux inadéquats *'] R&a ORIGINAL • 69 23502 2012752 6 ou anormaux.. Un-toi système est indiqua en partie par l'unité 13 de comparaison et d'analyse d'alarme, qui est représenté on traits interrompus ot à part plusieurs "sorties de vérification d'alarme11 représentées, une sortie peut être substituée pondant un signal de sortie de hauteur radio 12a dans une unité 14 combinant l'alarme et la hauteur également représentée en traits interrompus. ¥n autre équipement qjji peut Mre prévu est un contrôleur d'émetteur 15 représenté en traits interrompus qui vérifie que les valeurs de ÎTR 'et n sont par rapport raient ' mêmes dans les limites acceptables/a celles qui existcy' dÂhs les/circonstances au temps de la vérification. 10 Un système pratique peut également comporter des équipements de "vérifi cation de vol" et un système d'instabilité redondant d'une manière connue pour engendrer un contrôle supplémentaire d'intégrité" et un équipement de surveillance automatique» Il peut également .comporter plus d'une forme de sorties do hauteur et dos dispositifs pour engendrer une information de vitesse do varia— 15 tion de la hauteur et des signaux concernant les réglages de la hauteur pré— . déterminée. -_ les ôquijvemenita d1 alarme qui viennent juste d'être dé cri 1s ne sont pas essentiels à la présente invention mais certaines modifications ot invention, mais certaines modifications et simplifications pflaaibl«s dans un système pra— 20 tique peuvent être considérées plus en détail» Pourvu que la statelité et la précision du système soient telles que ITCî une «t n puissent etre regardes comme des constantes -et c ' esT^ref loxion de la qualité de la ligne à retard et du générateur d'impulsions d'horloge essen— t iellenent-11 équation 3- se réduit à i m 25 Hauteur «^1 G n ge dans laquelle est une constante du système* De plus, quand BE est grand jan -"effet d'échelon^- c'est—à—dire l'effet dû à la quantification de la hase de temps en vertu des impulsions d'horloge-est 30 tolérable pour la hauteur mesurée, on peut supposer que n = n et que : xc gc hauteur = x 1TS dans laquelle X2 est une autre constante du système (diffé— 'rentà de Kj) . Quand l'&j.uation {2} peut être supposée valable, les portions de liaisons 8b et 8c marquées par un astérisque peuvent Stre omises, mais dans ce cas le 35 contrôleur d'émetteur 15 peut Être essentiel et les limites appropriées pour sa fonction d'alarme sont déterminées par les conditions do constance de 1TE ot a pour la précision de la détermination de la hauteur plutôt que par la. condition plus générale pour détecter un "fonctionnement de faute". 40 - "One q,utro simplification particulièrement applicable quand la première 1 bâd original ' 69 23502 2012752 simplification est également applicable, nécessite une modification aux sorties du compteur double 11 (hauteur rr.dio) ot est illustrée sur la figure 2a. Le compteur 11 compte maintenant pendant les comptages dos passages de 2,4,3,16... registre jusqu'à co que lo comptage suivant soit fait ^t une sortie de "non comptage " est donnée pour toutes les conditions quand 1e nombre do passages o;:cèd excède 1TG, quand 1e comptage effectif revient à ce dernier effectué dans les sorios binaires. Lo temps périodique moyen du signal à vidéo fréquenco ost ensuite pris comme réciproque de ce nombre le plus élevé de passages dans les séries binaires inférieures à NG ot est multiplié.par le comptage d'impulsions d'horloge applicable à ce nombre do passages. La division impliquée nécessaire en exploitant 1'expression est réalisée par plusieurs décalages des registres correspondants 15 à l'index binaire p. Quand la période des passages est telle que l'équation (3) s1 applique,le caloul peut revenir à l'utilisation de l'entrée ÏÏG seulement. Bien que les principos de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation,on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple ot ne limite pas 20 la portée de l'invention. 8AD ORIGINE» 69 23502 2012752 ® ESVEHDICA.TIOH'S 1°/- Système dans lequel la mesure de distance est basée sur la différence on fréquence entre la fréquenco instantanée d'un signal émis à modulation de fréquenco et colle d'un signal réfleahi correspondant à modulation de fréquence 5 caractérisé on »e qu'il comportes - des moyens pour combiner le signal à modulation de fréquence émis avec une réponse temporisée par uno valeur constante pour engendrer un premier signal de battement. . - des moyens pour combiner lo signal émis à modulation de fréquence avec*le . 10 signal réfléchi à modulation de fréquence pour engendrer un second signal de x battement j - dos moyens pour faire le rapport dos fréquences des premiers et seoonds signaux de battement pour engendrer une mesure de distance. 2°/ - Système selon la revendication 1 dans lequel le signal à modulation 15 de fréquence est modulé triangulairement caractérisé on ce qu'il comporte une source d'impulsions d'horloge et des moyens pour engendrer un signal à modulation de fréquenoe modulé triangulairement couplé à la source. 3°/- Système selon la revendication 2, caractérisé on ce que Ion moyens pour combiner le signal émis à la modulation de fréquence avec sa réplique 20 temporisée par une valeur constante comportent dos moyens^à^r£|ard couplés aux moyens pour engendrer un signal à modulation do fréquence/triqngulciircaent et un récepteur de référence couplé aux moyens à retard et aux moyens pour engendrer un signal à modulation de fréquence, modulé triangulairement. 25 4°/ — Système selon la revendication 3> oaractérisé en ce que les moyens à retard comportent une ligne à retard. 5°/— Système àolon la revendication 3j caractérisé on ce que les moyens pour combiner le signal émis à modulation de fréquence avec le signal réfléchi à modulation de fréquenco comportent .un récepteur de distance pour recevoir lo 30 signal à modulation de fréquenco réfléchi, couplé aux moyens pour engendrer un signal a modulation de fréquence modulé triângulairemont• 6°/— Système sol1- rovondic -tien 5j car-.otérisé on co quo les moyenr* pour faire le rapport des fréquences des premiers et seconds signaux de battement comportent : 35 — un premier compteur digital, oouplé au réoèptour de référence j - un seoead compteur digital, couplé au réoopteur de distanoe y - un calculateur digital, oouplé ayx premier et second compteurs digitaux. 7°/— Système selon la revendication 6 caractérisé on cç_qu'il comporte ■ également des moyens pour coupler les premier et second compteurs digitaux à la source d'impulsions d'horloge pour engendrer le comptage au cours des périodes de temps prédéterminées. 8°/- Système selon la revendication 7» caractérisé on ce que la source d'impulsions d'horloge engendre lo comptage dans les périodes de temps au cours desquelles la modulation du signal à modulation de fréquence est linéaire. bad original ^ .,4