Brevet FR2004840A1 — publié le 19691205

La présente invention concerne les systèmes de guidage pour engins aériens, du type utilisé pour s' assureur qu'un engin aérien sur le point d'atterrir effectue l'approche de la piste appropriée suivant une trajectoire d'atterrissage radio-guidé correcte. Dans les systèmes de guidage pour engins aériens, il est courant d'utiliser un système d'atterrissage aux instruments (I.X.S.) ou d'atterrissage sans visibilité de façon à amener un engin aérien jusqu'à une altitude d'environ 30 m par exemple suivant une trajectoire d'atterrissage radio-guidé prédéterminée. Un tel système utilise deux fréquences porteuses qui sont chacune modulées par deux signaux de tonalité ayant des fréquences de 90 Hz et de 150 Hz (que l'on désignera ci-après par "tonalités de modulation*), Les fréquences porteuses sont situées dans les bondes des très hautes fréquences (VHF) et des ultra-hautes fréquences (ut3), les très hautes fréquences fournissant une information en azimut, c'est-à-dire par rapport au plan vertical de l'axe de la piste, et les ultra-hautes fréquences fournissant une information en élévation, c'est-à-dire par rapport à la pente de la trajectoire d'atterrissage radio-guidé.Ainsi, lorsqu'un engin aérien ne se trouve pas sur la bonne trajectoire d'atterrissage radio-guidé, le signal de tonalité prédominant qui appa raît dans le récepteur de l'engin aérien fournit une indication sur la correction à effectuer. Cependant, pour obtenir une précision suffisante avec de telles fréquences porteuses, il est nécessaire de prévoir une antenne dièdre-dipele dont les dimensions sont telles (par exemple 30 m de longueur et 3,50 m de hauteur) qu'elle constitue un obstacle dangereux pour les engins aériens et qu'elle représente une installation fixe couvrant une grande superficie du terrain d'atterrissage.De plus, les fréquences porteuses sont affectées d'une façon importante par les réflexions du sol, les engins aériens survolant le secteur ou les bâtiments voisins, et elles peuvent, par conséquent, fournir des informations bncorrectes au récepteur d'atterrissage sans visibilité mon té à bord de l'engin aérien. L'invention a pour but de permettre la réalisation d'un système de guidage pour engins aériens qui n'offre pas les inconvénients précités. L'invention est matérialisée dans un système de guidage pour engins aériens comprenant un dispositif de détection des engins aériens utilisant des techniques radars pour détecter l'approche d'un engin aérien et pour fournir un signal de sortie indiquant la position de cet engin aérien par rapport à une trajectoire d'atterrissage radio-guidé prédéterminée, et un dispositif destiné à moduler les signaux habituels des fréquences porteuses d'atterrissage sans visibilité par des signaux de tonalité ayant des fréquences relativement basses, la modulation étant commandée par le signal de sortie provenant du dispositif de détection de façon à fournir à l'engin aérien qui reçoit ces signaux porteurs modulés des instructions convenables donnant la possibilité de repositionner l'engin aérien, de façon à le ramener sur la bonne trajectoire. Pour effectuer la détection des engins aériens, on peut utiliser une petite antenne parabolique alors que, pour la transmission des porteuses modulées d'atterrissage sans visibilité, on peut utiliser un petit équipement à antennes radioélectriques pour très hautes fréquences et ultra-hautes fréquences. Ces deux antennes présentent des dimensions et une complexité iuffisammezt faibles pour être négligées par comparaison avec les réseaux d'antennes que l'on utilise actuellement dans les systèmes d'alto terrissage sans visibilité et, de plus, elles ne constituent pas des obstacles dangereux pour les engins aériens. Suivant un mode de réalisation de la présente invention, donné à titre d'exemple, on peut interclasser les informations provenant des opérations d'émission et de réception successives de l'antenne parabolique, les informations résultantes concernant l'élévation et l'azimut étant appliquées par exemple à un convertisseur analogique-numérique dont les signaux de sortie sont utilisés, après réalisation d'une conversion en sens inverse sous la forme analogique, pour commander les modulations des signaux porteurs d'atterrissage sans visibilité. Dans un tel système, l'antenne parabolique fonctionne à une ou plusieurs fréquences appartenant à la bande des fréquences des rayons X, tandis que les fréquences normales des porteuses d'atterrissage sans visibilité se trouvent dans les bandes des fréquences correspondant aux très hautes fréquences et aux ultra-hautes fréquences. La description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés, donnés à titre non limitatif, permettra de mieux oompren dre l'invention. La fig. 1 est un schéma représentant un système de guidage suivant 1 invention. La fig. 2 est une représentation schématique tridimensionnelle du système de guidage visible sur la fig. 1. Si l'on se réfère à la fig. 1, le bloc 1 représente un équipement radar qui est généralement du type Cassagrain communément utilisé pour la poursuite automatique des ballons-sondes dans les systèmes radars météorologiques par exemple. L'équipement radar péut fonctionner dans la bande des fréquences des rayons X (5200 NEz à 10900 MHz) ; l'antenne d'émission-réception est placée en bout d'une piste d'atterrissage et est réglée de façon à être pointée selon l'angle de la pente de la trajectoire d'atterrissage radio-guidé (élévation) et selon l'angle azimutal qui correspond au prolongement de l'axe de la piste d'atterrissage. Lorsque l'équipement radar détecte un engin aérien, son signal de sortie se présente sous la forme de deux niveaux de tension continue qui indiquent les positions en azimut et en élévation de l'engin aérien détecté.Ces deux tensions continues sont ensuite appliquées de préférence à l'entrée dtune machine à calculer 2 qui convertit les signaux d'entrée analogiques sous la forme numérique, de façon à fournir deux signaux de sortie numéw riques, et qui reconvertit ensuite ces signaux de sortie numériques sous la forme analogique, le but de ces conversions étant de transformer les signaux de sortie à tension continue provenant de l'équipement radar 1 en des signaux présentant une forme compatible avec le système habituel d'atterrissage sans visibilité.L'un des signaux de sortie analogiques provenant de la machine à calculer 2 est utilisé pour commander la modulation, dans un double modulateur à compensation ou à zéro constituant une partie d'un émetteur 3, de l'un des signaux d'atterrissage sans visibilité à fréquence porteuse (azimut) grâce aux deux tow nalités habituelles ayant des fréquences de 9C Hz et de 150 Hz, la tonalité prédominante et l'amplitude de cette prédominance dans la porteuse modulée indiquant le sens et l'amplitude de l'erreur relativement à la position azimutale de l'engin aérien par rapport à la trajectoire d'atterrissage. L'autre signal de sortie analogique provenant de la machine à calculer 2 est utilisé pour commander la modulation de l'autre signal d'atterris- sage sans visibilité à fréquence porteuse (élévation) par les deux tonalités habituelles ayant des fréquences de 90 Hz et de 150 Hz. Ici également, la prédominance d'une tonalité dans le signal de modulation indique l'amplitude et le sens de l'erreur relativement à l'élévation de l'engin aérien par rapport à l'é- lévation correcte correspondant à a trajectoire d'atterrissage radio-guidé.Les porteuses modulées d'atterrissage sans visibilité sont transmises à l'engin aérien par l'émetteur radioélectrique 3 qui comprend un amplificateur et une antenne 4 du type Yagi à quatre ou cinq éléments, qui présente une ouverture de faisceau d'environ 400. Lorsqu'un engin aérien effectue son approche dans les limites spécifiées édictées par l'Union Internationale de l'Aviation Civile, des signaux sont reçus par l'6quipement radar 1 qui indique, par l'intermédiaire des variations d'amplitude des signaux continus, Si l'engin aérien effectuant son approche est audessus, au-dessous, à gauche ou à droite de la trajectoire d'at terrisage radio-guidé prédéterminée. Par exemple, les signaux continus peuvent varier entre des valeurs correspondantes négatives et positives de telle sorte que, lorsque l'engin aérien est sur la bonne trajectoire, les signaux continus aient une tension de 0 volt.Dans ce cas, les deux tonalités de modulation présentent les mêmes caractéristiques (c'est-à-dire qutily a aucune prédominance de l'une des tonalités par rapport à l'autre) dans les deux signaux porteurs modulés d'atterrissage sans visibilité. Pourvu que l'équipement radar 1 offre des possibilités convenables dans le domaine des plages de sensibilité, on peut obtenir également des données continues concernant l'éloignement., d'un engin aérien. Dans le présent mode de réalisation, la position d'un en gon aérien arrivant à portée de l'équipement radar est obtenue en utilisant un réseau d'antennes classique du type Cassagraih, dans lequel le réflecteur secondaire placé dans l'axe du réflecteur principal a son axe légèrement incliné par rapport à celui du réflecteur principal, de sorte que, lorsque le réflecteur parabolique principal et le réflecteur secondaire effectuent des rotations simultanées par rapport à ce dernier axe, qui correspond à l'axe de la trajectoire d'atterrissage radio-guidé, le cône de l'énergie réfléchie par le réflecteur principal pendant l'émission tourne effectivement autour de l'axe de ce réflecteur principal.Ainsi? en effectuant des mesures convenables en des points prédéterminés ou selon des positions angulaires prédéter minées du cône de giration de l'énergie émise, l'engin aérien peut être localisé d'une façon précise. L'information résultante, qui se présente sous la forme de tensions continues ayant un sens et une amplitude liés à la position de I1 engin aérien par rapport à l'axe du réflecteur principal, est appliquée à la machine à calculer 2, qui la transforme en des signaux numériques convenables et qui la reconvertit ensuite en des signaux de forme analogique pour commander la modulation des ondes initiales appliquées au double modulateur à compensation faisant partie de l'émetteur 3. Comme on l'a indiqué précédemment, les signaux porteurs modulés qui sont émis pour l'atterrissage sans visibilité consistent en des ondes porteuses d'atterrissage sans visibilité dont chacune est modulée par deux tonalités de modulation qui, dans un système classique d'atterrissage sans visibilité, présenteraient des amplitudes égales, du fait que la position de l'engin aérien dans le réseau à double faisceau émis par un tel système détermine celle des tonalités qui prédominera dans le récepteur d'atterrisaage sans visibilité. Cependant, dans le système suivant l'invention, le signal de sortie provenant de la machine à calculer 2 modifie les amplitudes des tonalités de modulation d'une façon convenable pour que, dans les signaux émise l'une de ces tonalités de modulation soit prédominante par rapport à l'autre, en fonction de la localisation de l'engin aérien.Par conséquent, les signaux reçus par le récepteur d'atterrissage sans visibilité monté à bord de l'engin aérien sont identiques aux signaux reçus selon les techniques classiques d'atterrissage sans visibilité, c'est-à-dire Wue lorsque l'engin aérien ne se trouve pas sur la bonne trajectoire d'atterrissage radio-guidé, l'une des tonalités de modulation apparaissant sur l'un au moins des signaux porteurs modulés sera prédominante par rapport à l'autre dans le récepteur de l'engin aérien. Ainsi, le récepteur classique d'atterrissage sans visibilité monté à bord d'unXengin aérien effectuant son approche re çoit les signaux d'atterrissage sans visibilité provenant de l'émetteur 3 et il s'ensuit qu'il actionne les circuits nécessaires et qu'il donne une représentation de l'engin aérien qui n'est pas discernable de celle correspondant aux signaux d'atterrissage sans visibilité classiques, de façon à amener l'engin aérien en cours d'approche sur la trajectoire correcte d'atterris. sage radio-guidé. Dans la fig. 2, on a représenté schématiquement une piste d'atterrissage 5 ayant un axe 6 à l'une des extrémités duquel on a placé l'antenne parabolique 7 d'un radar du type Cassagrain, présentant un diagramme polaire 8 eh forme de c8ne. L'antenne 7 est pointée de telle sorte que l'énergie émise soit centrée sur la trajectoire d'atterrissage radio-guidé 9, qui fait un angle de trajectoire d'atterrissage 10 avec la piste 5. Une antenne d'émission Il est placée d'une façon convenable juste derrière l'antenne parabolique 7 et présente un diagramme polaire semi-omnidirectionnel désigné par 12. Un engin aérien en cours d'approche est représenté par un point 13 situé à l'intérieur du diagramme polaire 8 en forme de cgiie, On suppose, dans le présent mode de réalisation, que le réflecteur parabolique 7 du radar a un diamètre d'environ 1 m et que, par conséquent, il peut être déplacé facilement d'une piste à l'autre.L'antenne d'émission Il du type Yagi présente également de petites dimensions et ntest pas plus grande, par exemple, qu'une simple antenne réceptrice de télévision. Le système de guidage des engins aériens qui vient d'être décrit est particulièrement avantageux en ce sens qu'il présente de faibles dimensions et qu'il est aisément transportable. Les coûts du radar, de la petite machine à calculer et de l'émetteur d'atterrissage sans visibilité sont considérablement inférieurs à celui d'un système classique complet d'atterrissage sans visibilité. De plus, du fait que la localisation d'un engin aérien est assurée initialement par un équipement radar fonctionnant dans la bande des fréquences des rayons x et que l'information concernant cette localisation est communiquée à 11 engin aérien par des techniques radioélectriques relativement simples, les possibilités d'erreurs sur les corrections concernant l'engin aérien, qui sont dues aux réflexions du sol, aux engins aériens survolant le secteur ou aux bâtiments voisins, sont considérable- ment réduites. Des modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVNDlCATl0NS 1. Système de guidage pour engins aériens caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de détection des engins aériens utilisant des techniques radars pour détecter l'approche d'un engin aérien et pour fournir un signal de sortie indiquant la position de cet engin aérien par rapport à une trajectoire d'atterrissage radio-guidé prédéterminée, et un dispositif destiné à moduler les signaux habituels des fréquences porteuses d'atterrissage sans visibilité par des signaux de tonalité ayant des fréquences relativement basses, la modulation étant commandée par le signal de sortie provenant du dispositif de détection, de façon à fournir à 1' engin aérien qui reçoit les signaux porteurs modulés des instructions convenables pour rendre son repositionnement possible, en vue de le ramener sur la trajectoire d'atterrissage correcte. 2. Système de guidage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de détection des engins aériens fournit des signaux de sortie sous des tensions continues, dont l'amplitude et le sens dépendent de la position d'un engin aérien détecté par rapport à l'azimut et à l'élévation de la trajectoire d'atterrissage radio-guidé, et en ce que les tensions continues sont utilisées pour commander la modulation de deux signaux porteurs d'atterrissage sans visibilité par l'intermédiaire de tonalités de modulation. 3. Système de guidage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les tensions continues sont appliquées à une machine à calculer qui les convertit sous la forme numérique et qui les reconvertit ensuite sous la forme analogique pour qutil existe une certaine compatibilité entre les tensions continues reconverties et les caractéristiques habituelles d'atterrMsage sans visibilité avant qu'elles ne soient appliquées à un double modulateur à compensation pour commander la modulation des signaux porteurs par l'intermédiaire des deux tonalités habituelles de modulation. 4. Système de guidage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ltéquipement de détection des engins aériens comprend une structure à antennes du type Gassagrain dont le réflecteur secondaire habituel est incliné de façon qu'en réponse à une rotation du réflecteur principal par rapport à son axe, qui correspond à l'axe de la trajectoire d'atterrissage radio-guidé d'un engin aérien en cours d'approche, l'énergie émise présente une forme de corne et effectue une giration autour de l'axe de ce réflecteur principal. 5. Système de guidage suivant l'un quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux de sortie provenant du double modulateur à compensation sont appliqués à un élément émetteur du type Yagi situé à proximité de l'antenne- radar.