Brevet FR2042530A1 — publié le 19710212

Ii'invention concerne des perfectionnements apportés aux récepteurs faisant partie d'un système d'approche radioguidée pour l'atterrissage d'avions, du type qui produit deux signaux de guidage à deux "bandes latérales dont les amplitudes relati-5 ves sont destinées à constituer une mesure de la position d'un récepteur par rapport à une trajectoire idéale d'approche» Parmi ces systèmes, on peut citer celui qui est très généralement répandu sous le nom de système I.L0S., dans lequel les deux signaux de guidage ont la même fréquence porteuse, mais 10 des fréquences de modulation différentes. Dans la section localiser d'un systeme I.L.S., on utilise couramment une paire de faisceaux dirigés dont les diagrammes de directivité se chevauchent en azimut. l'un des faisceaux dirigés est constitué par une fréquence porteuse modulée à 90 Hz et l'autre a 15 la même fréquence porteuse modulée à 150 Hz. les émissions sont agencées de telle sorte qu-'en tous points sur la trajectoire idéale d'approche azimutaie, des signaux d'intensités égales soient reçus à partir des deux faisceaux dirigés'. les récepteurs I.l.S. sont agencés de façon à comparer le profon-20 deur de modulation à 90 Hz avec la profondeur de modulation à 150 Hz. La différence des profondeurs de modulation indique par définition les intensités relatives des signaux reçus à partir des deux faisceaux dirigés et, par suite, l'angle azimutal d'approche de l'avion. 25 Si une défaillance de l'équipement ou une interférence due aux conditions atmosphériques, à des rayonnements réfléchis ou à une émission à partir d'autres sources modifie la profondeur apparente de mo«mlation d'un signal plus qu'elle n'influe sur la profondeur apparente de modulation de l'autre, 30 il peut en résulter une indication erronée, avec les risques qui en sont la conséquence. Tandis que la section localizer d'un système I.L.S définit la trajectoire d'approche en ce qui concerne son. azimut, la section glide path du système définit cette tra-35 jectoire pour ce qui est de l'élévation.ou altitude. La section glide path du système fonctionne d'après le même principe que la section localizer et elle est sujette aux mêmes types d'erreur. Il est souhaitable que l'on dispose d'un récepteur I.L.S. 40 capable de signaler les effets d'interférence qui pourraient BAD ORIGINAL 70 16912 2 2042530 donner lieu à des indications incorrectes. Il est décrit, dans le Brevet français n° 1 409 596, des récepteurs I.L.S. qui comportent des moyens permettant d'obtenir des mesures séparées d'écart par rapport à une trajectoire idéale d'approche 5 à partir des composantes de bande latérale supérieure et des composantes de bande latérale inférieure respectivement de deux signaux de guidage à deux bandes latérales, ainsi que des moyens pour indiquer un désaccord entre ces mesures séparées. Certes, ces récepteurs offrent une protection très souhaitable 10 contre les effets de défaillances de l'appareillage et de signaux perturbateurs en provenance de sources étrangères, mais il s'est révélé désirable d'introduire d'autres dispositifs spécialement conçus pour distinguer et signaler les réflexions dangereuses des 3ig,naux de guidage I.L.S. Les 15 réflexions dangereuses des signaux de guidage peuvent'être produites par les bâtiments ou autres constructions au sol, ou encore par un avion qui passe. Le but de l'invention est de fournir des récepteurs améliorés de radioguidage d'atterrissage pour avions, capables 20 de distinguer et de signaler les circonstances dans lesquelles la réception de réflexions des signaux de guidage risque de rendre les mesures dangereusement inexaètes. Conformément à l'invention, il est prévu un récepteur utilisable dans un système de radioguidage d'atterrissage 25 pour avions du type qui produit deux signaux de guidage à deux bandes latérales dont les amplitudes relatives sont destinées à constituer une mesure de la position d'un récepteur par rapport à une trajectoire idéale d'approche, ce récepteur comprenant des moyens pour produire des fréquences de batte-30 ment à partir d'une combinaison des composantes de bande latérale supérieure des signaux de guidage, des moyens pour produire des fréquences de battement à partir des composantes de bande latérale inférieure des signaux de guidage, et des moyens comparateurs pour confronter les fréquences de batte-35 ment déduites des bandes latérales supérieures avec les fréquences de battement déduites des bandes latérales inférieures et pour indiquer un désaccord entre elles. Les moyens comparateurs peuvent être constitués par tin circuit détecteur sensible à la phase. Chaque série de fréquences de battement peut 40 être obtenue en isolant les composantes de bande latérale BAD ORIGINAL 70 16912 3 2042530 requises, par un filtre passe-bande étroit ou par l'un quelconque des dispositifs plus élaborés contenus dans les circuits décrits dans la Brevet français précité n° 1 409 596, puis en les appliquant à un circuit mélangeur ou multiplicateur cons-5 truit de manière à transmettre à sa sortie les fréquences de battement relativement faibles. l'invention pourra de toute façon être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont rela-10 tifs à des modes de réalisation préférés qui sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La fig. 1 est une carte schématique indiquant les trajectoires de signaux dirigés reçus par un avion qui approche d'une piste pour y atterrir. 15 La fig. 2 est une représentation graphique des spectres de différents signaux qui interviennent dans la situation illustrée par la fig. 1, tous ces spectres étant tracés par rapport à une échelle horizontale de fréquences commune. La fig. 3 est un schéma du circuit de la section loca-20 lizer d'un récepteur I.L.S. contenant un dispositif réalisé selon l'invention. La fig. 1 montre la trajectoire idéale d'approche ES. pour un avion qui se prépare à atterrir sur une piste B, avec un groupe ? d'antennes d'émetteur de radioguidage I.L.S. Le groupe 25 d'antennes T est constitué par une ligne d'aériens, du genre *' décrit dans le Brevet français n° 1 360 506, coupant la ligne idéale d'approche ER en un point X. Le groupe T et l'émetteur de radioguidage I.L.S. (non représenté) qui l'alimente sont agencés de manière à émettre des signaux de guidage comprenant un 30 signal d'un premier faisceau modulé à 90 Hz et un signal d'un second faisceau modulé à 150 Hz. Sur la fig. 1, la courbe B1 représente le lobe principal de la courbe de directivité polaire du premier faisceau sur le plan du sol; c'est-à-dire que l'intensité du signal du premier faisceau varie avec 35 l'azimut à partir de X comme la distance de la courbe B1 mesurée radialement à partir de X. De même, la courbe B2 représente le lobe principal de la courbe de directivité polaire du second faisceau sur le plan du sol. Les faisceaux se chevauchent en azimut, de sorte que les courbes £1 et B2 40 se coupent dans là direction de la partie IX de la trajectoire bad original 70 16912 4 2042530 d'approche, et la courbe B2 peut être considérée effectivement comme une image symétrique 'de la courbe 131 par rapport à la ligne PR. TJn avion A a été représenté s'approchant de la piste R, 5 légèrement en dehors de la trajectoire idéale d'approche HT. La ligne XA indique la trajectoire directe par laquelle les signaux de guidage en provenance du groupe émetteur T atteignent l'avion A. Deux objets réfléchissants 0 et 0','qui peu^ vent être des bâtiments ou des constructions au sol ou qui 10 peuvent être un autre avion, ont également été représentés, avec les lignes XOA et XO'A qui indiquent les trajectoires indirectes par lesquelles des réflexions des signaux de guidage peuvent atteindre l'avion A. La fig. 2 reproduit en (a) le spectre des signaux de 15 guidage du premier faiseeau (ci-après appelés signaux B1) et en (b), le spectre des signaux de guidage du second faisceau (ci-après appelés signaux B2). On a tracé en (c) le spectre combiné des signaux reçus à bord de l'avion A par la trajectoire directe XA. Du fait du mouvement de l'avion en direction 20 de la piste R, les composantes des signaux sont reçues avec une déviation de fréquence fà1 par effet Doppler, qui peut être de l'ordre de 25 Hz. En (d) sur la fig. 2 a été tracé le spectre des signaux de guidage reçus dans l'avion A par réflexion sur l'objet 0. 25 Oes signaux présentent un retard de phase par rapport aux signaux reçus directement, car ils ont parcouru une trajectoire plus longue, et ils sont reçus avec une déviation de fréquence f^ P33? effet Doppler qui diffère en fonction du taux da variation de la longue ta- de la trajectoire jlQA. Les 30 signaux reçus par l'intermédiaire d'un objet réfléchissant situé dans l'hémisphère en avant de l'avion A (par exemple l'objet 0) auront une déviation Doppler positive (c'est-à-dire vers des fréquences plus élevées), mais en général inférieure à la déviation f^ . Les réflexions sur un objet (par 35 exemple 01) situé dans 1,'.hémisphère en arrière de l'avxon A auront généralement une déviation Doppler négative. Par contre, si l'objet réfléchissant est un autre avion, la vitesse et la direction de celui-ci modifieront la déviation Doppler. On a tracé en (e) le spectre de signaux de guidage reçus dans 4-0 l'avion par réflexion sur l'objet 0'. Il y a lieu de noter 8Â0 ORK31NAL ! 70 16912 5 2042530 qu'étant donné que l'objet 0 se trouve du côté gaucbe de la trajectoire d'approche PR, il est principalement irradié par les signaux B1 et la proportion de modulation à 150 Hz dans les signaux réfléchis par lui est négligeable. Par contre, 5 étant donné que l'objet 0' est situé du cCté droit de la trajectoire d'approche PR, il est principalement irradié par les signaux B2 et la proportion de modulation à 90 Hz réfléchie par 0' est négligeable. Tous ces spectres ont été tracée par rapport à l'échelle 10 horizontale commune de fréquences reportée en (f) sur la fig. 2, afin que l'on puisse se rendre compte de leurs rapports mutuels. La fréquence porteuse des signaux de guidage est désignée par f. Diverses différences de fréquences entre des composantes des signaux ont été indiquées en particulier et il 15 en sera question ci-après. La fig. 3 représente des détails du système récepteur transporté par l'avion A qui sont en rapport avec l'invention, ïïn aérien 1 est connecté*à un récepteur 2 de type classique, dans lequel la fréquence porteuse des signaux est translatée 20 en une fréquence plus basse, plus commode pour le filtrage. La sortie du récepteur 2 est appliquée à un filtre 3 de bande latérale supérieure et à un filtre 4 de bande latérale inférieure. Les sorties des filtres 3 et 4 sont connectées à des circuits multiplicateurs, 5 et 6 respectivement. Les filtres 25 comportent également des sorties 3a et 4a qui sont connectées à un système de mesure de différence de modulations (non représenté, de préférence du type de ceux qui font partie des systèmes récepteurs décrits dans le Brevet français précité n° 1 409 596). Les sorties des circuits multiplicateurs 5 et 6 30 sont connectées, par l'intermédiaire de filtres passe-bande étroite 7 et 8 respectivement, aux entrées d'un circuit détecteur 9 sensible à la phase* La sortie du circuit détecteur sensible à la phase est connectée à un circuit à seuil 10 qui est monté de manière à commander un dispositif avertissëur 11.. 35 En service, l'aérien 1 et le récepteur 2 reçoivent les signaux en provenance du groupe émetteur T, à la fois par la trajectoire directe XA et par les trajectoires indirectes XOA, XQ'A. Les composantes de bande latérale supérieure des signaux des spectres (c), (d) et (e) de la fig. 2 sont transmis simul-40 tanément par le filtre 3 au circuit multiplicateur 5» tandis 70 16912 6 2042530 que les composantes de bande latérale inférieure de ces deux spectres sont transmis simultanément par le filtre 4 vers le circuit multiplicateur 6. Chacun des circuits 5 et 6 est un circuit classique à caractéristique non linéaire, de sorte 5 qu'il élabore des signaux de sortie à fréquence de battement, à des fréquences égales aux différences entre celles des signaux qui sont appliqués simultanément à son entrée. On considérera d'abord une situation idéale, dans laquelle il n'y a aucune réflexion et les signaux sont exclusivement 10 reçus par la trajectoire directe. L'interaction des composantes de bande latérale supérieure dans le circuit multiplicateur 5 donne lieu à une sortie de fréquence différentielle à 60 Hz, tandis que l'interaction des composantes de bande latérale inférieure dans le circuit multiplicateur 6 donne également 15 lieu à une sortie de fréquence différentielle semblable. Or, les signaux de guidage I.L.S. ont pour caractéristique que les modulations à 90 iiz et 150 Hz sont obtenues à partir d'une source commune de fréquence 30 Hz et sont mises en phase rigide avec celle-ci, et la somme de la profondeur de modulation à 20 90 Hz et de la profondeur de modulation à 150 Hz est pratiquement constante dans toute la région où le système est utilisé. On peut donc démontrer que le signal de fréquence différentielle produit par l'interaction des composantes de bande latérale supérieure reçues directement a exactement la même fréquence 25 que le signal de fréquence différentielle résultant de l'interaction des composantes de bande latérale inférieure reçues directement et que leur rapport de phase est constant. Par suite, les signaux de-fréquence différentielle appliqués au détecteur 9 sensible à la phase seront dans ce caa pratique-30 ment équilibrés, ne produisant aueune sortie ou produisant un signal à 60 Hz qui sera filtré par la sortie du circuit détecteur 9 sensible à la phase, de façon à ne constituer qu'un faible signal de sortie de tension continue constant. Dans ces conditions, le dispositif avertisseur 11 n'est pas activé. 35 Par contre, lorsque des signaux réfléchis sont également reçus et appliqués aux: circuits multiplicateurs 5» 6 en même temps que les signaux reçus directement, d'autres signaux de fréquence différentielle seront engendrés par les interactions des différentes paires de composantes des signaux. Si l'on 40 considère la réception de signaux par la trajectoire directe 70 16912 7 2042530 XA. et par l'intermédiaire de l'objet 0 (sans aucune réflexion par 0'), dans le multiplicateur 6 au canal de bande latérale inférieure, la composante du signal B1 réfléchi interagit avec le signal B2 directement reçu pour produire une sortie de 5 fréquence (60 - ) Hz, étant la.différence entre les déviations Doppler des signaux qui interagissent (f^ -Dans le multiplicateur 5 du canal ae bande latérale supérieure, la composante du signal'B1 réfléchi interagit aussi avec le signal B2 reçu directement, produisant dans ce cas une sortie 10 de fréquence (60 + /\l) Hz, Ces signaux sont transmis au circuit détecteur 9 sensible à la phase, où leur différence de fréquences donnera lieu à une sortie de iréquence 2 /\l. Si l'on considéré les signaux réfléchis par l'objet 0', qui auront une déviation Doppler différente f^, leurs inter-15 actions avec les signaux directs donneront lieu à un signal de fréquence (60 -f /\2) Ez dans le multiplicateur 6 du canal de bande latérale inférieure et à un signal de fréquence (60 - /\2) Hz dans le multiplicateur 5 du canal db Dande latérale supérieures /\2 étant la différence des déviations Doppler 20 des signaux qui int es5 agi s s en t (f^ - f^) • Ces signaux seront transmis au détecteur 9 sensible à la phases où ils auront tendance à proauire des signaux de fréquence 2 A2a Les déviations Doppler f^ et f^ dépendent des cosinus des angles entre la ligne ae vol de 1.'. avion A et les trajec-25 toires de signaux 0A, 0'A, et ces angles varient au fur et à mesure que l'avion progresse, de sorte que les fréquences de battement Al et /\2 varieront constamment elles aussi. Il est donc très improbable au'il se produise un équilibre fortuit entre les signaux à fréquence de battement produits» sinon 30 peut-être à titre instantané^ même si das réflexions ayant des déviations Doppler opposées sont reçues simultanément. Il s'ensuit que xa production de signaux à basse fréquence variable à la sortie du circuit détecteur sensible à la phase indiquera sûrement la réception de signaux réfléchis par un uu pxasxeurs 35 objets en mouvement ou par des éaifices fixes, d'un côté ou de l'autre de la trajectoire d'approche. Le circuit 10 et le dispositif 11 sont agencés de manière à fournir une indication d'avertissement lorsque l'amplitude de ces signaux à basse fréquence dépasse un niveau prédéterminé, ce niveau étant choi-40 si de façon à correspondre aux conditions dans lesquelles les BAD ORIGINAL 70 16912 8 2042530 signaux réfléchis risquent de créer une inexactitude de guidage qui approche de la limite admissible. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux 5 cLe ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant été plus spécialement indiqués; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. C'est ainsi que les signaux à fréquence de battement peuvent être comparés par des moyens différents d'un 10 circuit détecteur sensible à la phase et les filtres 7 et 8 pourront être des filtres passe-bas plutôt que des filtres passe-bande. Les récepteurs équipés d'un dispositif réalisé selon l'invention, par exemple tel que décrit ci-dessus, peuvent être utilisés en combinaison avec des émetteurs de ladtoguôâgge 15 I.L.S. du type modifié et plus classique comprenant deux aériens séparés, un pour chaque faisceau, à la place du groupe d'aériens T de l'émetteur. L'invention peut être également appliquée à la section glide-path d'un récepteur I.L.S. pour signaler les réflexions dangereuses des signau;; d'atterrissage 20 radioguidé. Bien que la fig. 1 représente le groupe T d'aériens de l'émetteur en aval de la piste fi dans la ûirection du vent, l'invention est également applicable lorsque l'émetteur de signaux de guidage est dans la position plus classique en 25 amont, à l'autre extrémité de la piste E. BAD ORIGINAL 70 16912 9 2042530 REVSKDICATIOHS 1.- Appareil récepteur utilisable a&ns un systeme ae radioguidage d'atterrissage pour avions, du type qui délivre deux signaux de guidage à deux bandes latérales, dont les amplitudes 5 relatives sont destinées à constituer une mesure de la position d'un récepteur par rapport à une trajectoire idéale d'approche, cet appareil étant caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour produire des fréquences de battement à partir d'une combinaison des composantes de bande latérale supérieure des 10 signaux de guidage, des moyens pour produire des fréquences de battement à partir d'une combinaison des composantes de bande latérale inférieure des signaux de guidage, et des moyens comparateurs pour confronter-les fréquences de battement produites à partir des bandes latérales supérieures avec les fré-15 quences de battement dérivées des bandes latérales inférieures et pour indiquer un désaccord entre elles. 2.- Appareil récepteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens comparateurs comprennent un circuit détecteur sensible à la phase. 20 3«- Appareil récepteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens comparateurs comprennent un circuit à seuil et des moyens indicateurs connectés au circuit détecteur sensible à la phase. 4-.- Appareil récepteur selon la revendication 1, caractérisé 25 par le fait que les moyens qui produisent ehaquë série de fréquences de battement comprennent un circuit de filtrage passe-bande étroite. 5.- Appareil récepteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens pour produire chaque série de 30 fréquences ae battement comprend également un circuit mélangeur ou multiplicateur agencé de façon à transmettre à sa sortie les fréquences de battement relativement faibles, 6.- Appareil récepteur utilisable dans un système de radioguidage d'atterrissage pour avions du type ci-dessus défini, 35 caractérisé par le fait qu'il comprend une antenne, des moyens récepteurs pour translater la fréquence porteuse reçue en une fréquence inférieure, un circuit de filtrage de bande latérale supérieure, un circuit de filtrage de bande latérale inférieure, des circuits multiplicateurs connectés aux filtres de 40 bandes latérales supérieures et inférieures, des filtres BAD ORIGINAL 70 16912 10 2042530 passe-bande étroite connectés aux circuits multiplicateurs» des moyens détecteurs sensibles à la phase connectés aux filtres passe-bande étroite et des moyens avertisseurs pour indiquer un déséquilibre entre les entrées séparées du détec-5 teur sensible à la phase.