Brevet FR2075842A1 — publié le 19711015

207S842 La présente invention concerne des perfectionnements aux contrôleurs d'émission de haute sécurité pour radiophares d'alignement dans les systèmes d'atterrissage aux instruments, et notamment dans ceux habituellement désignés par les techniciens par l'abréviation 5 ILS. Les contrôleurs d'émission sont utilisés par les te cliniciens de l'aviation afin de vérifier le fonctionnement de l'installation au sol du système d'émission ILS destiné à fournir les données indispensables aux pilotes en cas d'atterrissage aux instruments 10 lorsque les conditions de visibilité sont insuffisantes. L'Organisation d'Aviation Civile Internationale (OACI) a normalisé, dans le système d'atterrissage aux instruments ILS, d'une les caractéristiques de la réception à bord de l'avion et, d'autre part, celles de l'ensemble d'émission au sol. 15 Le rayonnement d'une telle installation peut être caracté risé par la somme vectorielle de deux signaux à savoir, un signal de référence constitué d'une onde porteuse modulée à 20$> à 90 Hz et à 20$ à 150 Hz, et un signal dit d'écart constitué de bandes latérales à 90 Hz et à 150 Hz. 20 Le signal de référence est émis d'une manière symétrique par rapport à l'axe de la piste, tandis que le signal d'écart est émis d'une manière antisymétrigue• Le système de l'émission peut être schématisé en considérant un réseaii d'antennœ comportant trois antennes placées, l'une sur 25 l'axe de la piste et, les deux autres symétriquement de part et d'autre de cet axe. L'antenne centrale rayonne .1'onde à la fréquence porteuse P et les deux bandes latérales constituant le signal de référence. Les antennes latérales rayonnant des bandes latérales BL en opposition de phase l'une par rapport à l'autre et en 30 quadrature avec les bandes latérales émises par l'antenne centrale constituant ainsi le signal d'écart. Les deux principales grandeurs à contrôler de manière permanente sont : - d'une part la position du zéro de la différence de modulation 35 DDK définissant l'axe de la piste et, - d'autre part la valeur de la variation de la dite DDK autour dudit axe. BAu v/niùiNAL M 69 44102 - 2 - 2075842 Compte tenu des caractéristiques de l'émission on peut voir que la position du zéro de la DDM est fonction principalement : - de l'égalité entre les taux de modulation émis par l'antenne centrale et, 5 - de la stabilité de l'opposition de phase entre les champs émis par les antennes'latérales. Par contre la pente de la variation de la DDM autour de l'axe dépend au premier chef de l'amplitude totale des bandes latérales émises dans le signal d'écart. ^0 L'équipement d'émission correspondant est tout à fait classi que et sa description est omise ici pour ne pas sortir du cadre de l'invention. Dans la description ont été utilisés de préférence des termes ou des expressions définies par l'organisation précitée OACI. 15 C'est ainsi que "DDM - Différence de modulation" signifie la diffé*-rence entre le taux de modulation du signal le plus fort et le taux de modulation du signal le plus faible. Pour la vérification de fonctionnement de l'équipement installé au sol avec toute la précision et fiabilité désirables,des diffi** 20 eultés ont été rencontrées, dues notamment à l'environnement provoquant des réflexions indésirables des faisceaux émis soit sur des obstacles fixes tels que le terrain et les bâtiments, soit Sur des mobiles au sol, par exemple des camions citernes ou, dans l'air, ùn avion en vol. 25 Ces difficultés et les appareils de contrôle utilisés ont été évoqués dans les différents Symposium concernant les systèmes de contrôle de l'équipement au sol ILS, notamment à Londres en 1S66, dont les compte-x-endus sur les différents sujets ont été publiés dans la revue "ï'he Radio and Electronic Engineer" (Novembre, 30 Décembre 1966 et Janvier 1967.) Pour le contrôle d'émission, trois dispositions principales sont utilisées : - la première correspond à un contrôle lointain dans la zone d'approche de l'avion, située aux environs de trois ou. quatre 35 kilomètres du réseau d'antennes, - la deuxième correspond à un contrôle rapproché dans la zone comprise entre le fin de la piste d'atterrissage et le réseau BAD ORIGINAL 1 69 44102 - 3 - 2075842 d'antennes aux environs de 100 mètres de ce dernier, - enfin, la troisième correspond à un contrôle proche dans lequel l'information sur les faisceaux émis est prélevée au voisinage immédiat des éléments rayonnants du réseau d'antennes. 5 La présente invention concerne cette troisième catégorie de contrôle car elle permet de s'affranchir pratiquement des inconvénients provoqués par l'environnement et permet d'obtenir un contrôle complet des caractéristiques de rayonnement. Dans les dispositifs de contrôle de ce genre, on effectue un 10 traitement des tensions captées par un certain nombre de petites antennes réceptrices placées au voisinage des antennes d'émission. Un système de ce type est décrit, par exemple, dans la revue "I.E.E.E. Transactions on Aerospace and Electronic Systems", de Septembre 1966, page 618, dans un article intitulé "An intégral 15 monitor for the ILS localizer". Dans ce dispositif le courant de chaque élément rayonnant du réseau d'antennes est échantillonné par line sonde associée, les échantillons sont partagés en une voie de gauche et une voie de droite à l'aide de diviseur dj puissance, ensuite la tension de chaque échantillon est déphasée d'une valeur 20 correspondant à un angle d'azimut déterminé et ces tensions sont additionnées pour donner l'information sur le faisceau rayonné respectivement à gauche et à droite de l'axe de la piste. Le signal résultant de chaaue voie est appliqué à un contrôleur qui indique la différence de modulation Dil-i au bord du faisceau corres-25 pondant. Pour obtenir le signal sur l'axe à partir de ces signaux de droite et de gauche les sorties de ces atténuateurs sont respectivement connectées au soi;, et opposé d'une première diagonale d'un additionneur hybride monté en pont. Les sommets de l'autre diago-30 nale du pont sont connectés l'un à une charge réunie à la masse et l'autre à -un atténuateur connecté directement à un récepteur d'avion destiné à l'exploitation du système ILS. Ce système permet effectivement de s'affranchir des erreurs de proximité, -toutefois, on peut remarquer que le système décrit 35 ne reflète pas strictement la réalité. En effet l'appareil effectue la somme vectorielle des N éléments chacun étant affecté d'une variation de phase proportiomaHe à sa position de rang 69 44102 2075842 dans le réseau, la mesura de l'axe est obtenue par la somme de deux ensembles symétriques. Dans la réalité la sommation sur l'axe et au voisinage de celui-ci s'effectue pratiquement en phase pour les rayonnements 5 de chaque antenne. Il s'ensuit que des variations éventuelles des champs rayonnes aussi bien en ce qui concerne l'amplitude que la phase n'affecteront pas de la même manière le système décrit et un récepteur placé sur l'axe. le contrôleur d'émission suivant l'invention permet de s'af-10 franchir des inconvénients susmentionnés. Ce contrôleur utilise les informations fournies par les deux côtés et permet notamment d'extraire les deux informations essentielles : axe et pente, indépendamment l'une de l'autre, les effets de paralaxe étant éliminés. De plus, il est bien adapté et incorporable sans diffi-15 culte au systèmelLS normalisé. les moyens mis en oeuvre pour parvenir à ce résultat comportent des éléments connus en eux-mêmes, simples et de fiabilité éprouvée^ dont la combinaison et le fonctionnement constituent l'originalité de la présente invention. 20 Le contrôleur d'émission de haute sécurité pour radiophare d'alignement dans un système d'atterrissage aux instruments ILS conformément à la présente invention comprend notamment, incorporés au réseau d'antennes d'émission, des sondes couplées élec-tromagnétiquement aux éléments rayonnants pour prélever les 25 signaux analogiques correspondant aux courants alimentant ces éléments et disposées symétriquement et en nombre égal de part et d'autre de l'axe de réseau, et se distingue principalement par une ligne de transmission supportant ces sondes qui sont, pour chaque moitié de la ligne et dans sa partie centrale, rèspecti-30 veinent connectées à un transformateur d'impédance de sortie, chacune de ces deux sorties délivrant séparément la somme vectorielle des champs émis par la moitié correspondante du réseau d'antennes et résultant de l'addition en phase des tensions proportionnelles prélevées par les sondes associées, 35 un circuit de couplage et de recombinaison à plusieurs voies d'accès du type multiplexeur dont les deux entrées sont connectées, l'une, directement à la sortie de l'un desdits transformateurs 69 44102 - 5 - 2075842 d'impédance, et l'autre, à la sortie de l'autre transformateur par l'intermédiaire d'un déphaseur réglable, et dont une première sortie, recombinant sans déphasage lesdites sommes vectorielles, fournit une tension résultante correspondant exactement au champ 5 reçu sur l'axe, tandis que la seconde sortie, rocombinant avec un déphasage de îf lesdites sommes vectorielles, fournit une autre tension résultante correspondant exactement au signal d'écart émis sur l'axe, les deux sorties du circuit de couplage et de recombinaison sont interconnectées par des diviseurs de puissance et un 10 circuit de tarage de la valeur de la différence de modulation DM agissant sur l'amplitude et la phase dudit signal d'écart, de sorte que ladite première sortie fournit une première grandeur à mesurer correspondant à l'alignement de piste, où la DM est nulle, tandis que la seconde grandeur à mesurer, indépendante de 15 la première et fonction du tarage choisi, donne pour une DDfo égale à 15,5$ une valeur proportionnelle à la sensibilité d'écart ou pente au voisinage de l'axe, ces deux grandeurs, conformes aux spécifications de l'O.A.C.I., étant mesurées par tout dispositif classique de détection et de mesure. 20 La définition de "Alignement de piste" est : parmi les lieux des points, dans tout plan horizontal, où la DM est nulle, celui qui est le plus proche de l'axe de la piste, tandis que "sensibilité d'écart" est : rapport de la DDM mesurée à l'écart latéral correspondant à partir de la ligne de référence appropriée. 25 Un mode de réalisation du contrôleur d'émission conforme à la présente invention, donné à titre d'exemple non limitatif est décrit en se rapportant à la figure unique annexée. Le contrôleur tel que représenté sur le schéma simplifié de la figure unique comporte un ensemble de moyens destinés à capter 30 et à transmettre les données analogiques correspondant aux champs de rayonnement émis par le réseau d'antennes. Il comporte également un ensemble de traitement de ces données et un ensemble d'exploitation comprenant notamment des appareils classiques de détection et de mesure. 35 Sur la figure le réseau d'antennes, BA, comprend des éléments rayonnant disposés en nombre égal à gauche, ERG-, ... ERG- 1 , et à droite, ERD 1 .... ERD, de l'axe de rayonnement. 69 44102 .6- 2075842 Ce réseau est tout à fait classique et peut comprendre un élément réflecteur, par exemple un miroir plan ou de forme cylin-dro-parabolique non représenté, et des éléments rayonnants ERG, ERD, en quantité variable suivant l'installation au sol. 5 Les moyens de prélèvement de données et de leur transmission vers l'ensemble de traitement comportent des sondes SG, SD incorporées au réseau RA et couplées électromagnétiquement aux éléments rayonnants ERG, ERD, une ligne de transmission LT supportant les dites sondes qui sont respectivement connectées, pour le côté 10 gauche et le côté droit, à un transformateur d'impédance de sortie IRG-, TRD placés au centre de la ligne, et connectés à l'ensemble de traitement. Le type de sonde pour capter l'énergie rayonnée est choisi en fonction du réseau d'antennes. Dans la réalisation décrite la 15 sonde est constituée par Line antenne symétrique rectiligne c'est-à-dire un doublet monté sur xm support terminé par une prise coaxiale destinée au montage stir la ligne de transmission. ïïn doublet convient généralement aux installations existantes et son couplage aux éléments rayonnants est facilité par un brin ajusta-20 "ble placé à l'extrémité du demi-doublet et dont il peut modifier la longueur. Ce couplage est réglé pour respecter les niveaux d'énergie rayonnée à grande distance en évitant les couplages indésirables. Les sondes sont placées à proximité des éléments rayonnants permettant ainsi de réduire très fortement la durée 25 de perturbation due au passa,ge éventuel d'un mobile. La ligne de transmission LT est une ligne coaxiale pratiquement insensible aux variations climatiques, mécaniquement rigide et ayant une vitesse de propagation sensiblement égale à celle de l'espace libre. Une telle ligne est avantageusement réalisée en montant sur un 30 support en matériau isolant un ou plusieurs conducteurs isolés et parallèles à un capôt métallique, l'espace entre les conducteurs et le capot contenant de- l'air. De cette raanière, le champ est concentré entre le capôt et le ou les conducteurs et l'emplacement des prises coaxiales des 35 sondes peut être choisi en fonction de la distribution des lignes de force à l'intérieur de la ligne coaxiale. L'inpédance de cette ligne dépend de la capacité totale par unité de longueur. 69 44102 -7" 2075842 le transformateur d'impédance de sortie TRG-, TRD est un transformateur en quart d'onde classique. l'ensemble de traitement des signaux analogiques obtenus à la sortie des transformateurs TRG et TRD comprend principalement 5 un circuit de couplage et de recombinaison OR comportant quatre voies d'accès A, B, G, D. le circuit est dy type multiplexeur utilisé de manière originale selon l'invention c'est-à-dire fonctionnant de manière à additionner les signaux analogiques, respectivement appliqués à l'une des deux voies d'accès G et D servant 10 d'entrées, dans une troisième A et dans une quatrième B voies d'accès utilisées corne sorties. Ce circuit CR dans la réalisation décrite et représentée sur la figure, est un hybride en pont classique. Tout autre circuit équivalent électriquement convient à cette utilisation par exemple 15 une jonction hybride ou ses dérivés tel un anneau, un couleur, etc. Une paire de sommets opposés G, D du pont CR sont respectivement connectés aux transformateurs en quart d'onde TRG, TRD, l'une des liaisons passant par un déphaseur réglable DR1 destiné 20 à corriger les erreurs de phase du dispositif dues aux imperfections de construction. les bras du pont GA et DA étant de longueur égale au quart de la longueur d'onde et en tenant compte de la nature des signaux analogiques, au sommet A ie signal résultant de l'addition 25 de ces signaux représente en amplitude et an phase le champ rayonné sur l'axe par le réseau d'antennes. les bras du pont GB et DB étant de longueurs différentes, respectivement urj. quart et trois quarts de longueur d'onde, les signaux analogiques sont déphasés de 180° et au soranet B du 30 pont, les signaux proportionnels aux bandes latérales étant en opposition de phase, le signal résultant de l'addition représente le champ des bandes latérales émis sur l'axe. la spécification de l'O.A.C.I. définit le "secteur d'alignement de piste" couine étant un secteur, dans un plan horizontal 35 contenant l'alignement de piste, limité par les lieux des points les plus proches de l'alignement de piste où la DEL est égale à 0,155. 69 44102 - 8 - 2075842 Le dispositif de tarage, comprenant un atténuateur ajustable AT connecté en série avec un déphaseur réglable DR2, est connecté au sommet B du pont».Oe dispositif permet de régler la DIM à n'importe quelle valeur et en particulier à celle correspondant à l'ouverture nominale du faisceau sus-mentionnée, soit 0,155» 5 La grandeur mesurée à la sortie I du dispositif de tarage sera donc proportionnelle à la sensibilité d'écart sur l'axe et représente la pente moyenne de la variation de DDM. On dispose donc ainsi simultanément de deux grande-ors à mesurer "axe" et "pente" qui définissent les caractéristiques 10 essentielles du radiophare d'alignement de piste. Il est à noter que ces deux grandeurs sont presque indépendantes l'une de l'autre; en effet, la valeur de la DDE sur l'axe dépend principalement des erreurs de phase des courants d'alimentation des bandes latérales et très peu de variations d'amplitude de ceux-ci ; par contre, 15 la pente de la DDM au voisinage de l'axe dépend surtout des erreurs d'amplitude et très peu des erreurs de phase. Deux diviseurs de puissance DP1, DP2, interconnectés entre eux par les bornes F et H, sont connectés entre le sommet A, connexion AC, et la borne de sortie I du dispositif de tarage. 20 Ces diviseurs sont du type classique et comportent, dans la réalisation de l'exemple décrit, deux câbles coaxiaux d'impédance 70 Ohms et de longueur égale au quart de la longueur d'onde réunis d'une part entre eux, borhe C pour l'un et borne J pour l'autre, et, d'autre part, réunis aux extrémités d'une résistance de 100 Ohms 25 respective» bornes J3, F pour l'une et H, I pour l'autre. Les signaux analogiques fournis par le contrôleur d'émission selon l'invention donnerffc d'une part, l'indication du zéro de la DDM ou axe de la piste sur une de ses sorties, borne S, et d'autre part, l'indication de la DDM ou la sensibilité d'écart moyen sur 30 Line deuxième sortie, borne J. TJn système de mesure classiques globalament désigné par KBC sur la. figure, est connecté aux bornes précitées B et-J. Les signaux détectés sont mesurés et utilisés suivant les besoins de l'exploitation pour déclencher automatiquement le système 35 d'avertissment lorsque les tolérances admises sur les grandeurs mesurées sont atteintes et, éventuellement, pour être enregistrée•. 69 44102 9 2075842 lorsque deux réseaux d'antennes sont utilisés afin d'améliorer la directivité de rayonnement, deux contrôleurs d'émission conformes à l'invention seront avantageusement utilisés. Dans ce cas leurs sorties axe et pente sont connectés en parallèle et 5 alimentent un système de mesure commun. le contrôleur d'émission selon l'invention surmonte les difficultés rencontrées dans les réalisations connues. Il répond aux spécification normalisées par l'OACI et son réglage simple permet son utilisation dans l'installation IIS de catégorie de performance 10 III dans laquelle les tolérances sont les plus serrées et le plus difficile à tenir. le contrôleur d'émission conforme à l'invention a pleinement satisfait aux performances escomptées résultant des calculs théoriques qui ont été confirmés expérimentalement d'une manière très 15 satisfaisante, les erreurs introduites, dues au montage du contrôleur, sont pratiquement négligeables, la mesure permettant la vérification d'une installation IIS est faite dans des conditions de bonne stabilité, elle est simple, complète et précise. le contrôleur d'aligenement de piste est applicable égale-20 ruent pour la vérification d'alignement de descente US. l'exemple de réalisation décrit n'est pas limitatif et d'autres variantes peuvent être envisagées sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention. 69 44102 ~10 " 2075842 aBTrjamiOATioKS Contrôleur d'émission de haute sécurité pour radiophare d'ali-genement dans un système d'atterrissage aux instruments (US) comprenant, dans les installations au sol du réseau d'antennes, des sondes incorporées qui fournissent des signaux analogiques 5 proportionnels aux courants engendrés par les signaux de référence et d'écart dans les éléments rayonnants à un circuit de couplage du type multiplexeur recombinant ces signaux et associé à vin système de mesure et d'avertissement, caractérisé en ce que, le contrôleur d'émission, exploitant les données des champs rayonnés par le 10 réseau d'antennes (RA) comporte : - des sondes (SG ... j SD .».) incorporées au réseau d'antennes (RA) en quantité suffisante pour prélever par couplage électromagnétique les signaux analogiques correspondant aux courants alimentant les éléments rayonnants (ERG- ... ; ERD ...) disposés 15 symétriquement et en nombre égal, de part et d'autre de l'axe,de réseau, - une ligne de transmission (!î) supportant ces sondes qui sont, pour chaque moitié de la ligne et dans sa partie centrale, respectivement connectées à un transformateur d'impédance (TRG, TRD) de 20 sortie délivrant respectivement la somme vectorielle des champs émis par la moitié correspondante du réseau d'antennes et résultant de l'addition en phase des tensions proportionnelles prélevées par les sondes associées, - un circuit de couplage et de recombinaison (CR) à plusieurs 25 voies d'accès du type multiplexeur, ayant deux entrées connectées l'une m directement à la sortie de l'un (TRD) desdits transformateurs d'impédance et, l'autre (G) à la sortie de l'autre transformateur (TRG) par l'intermédiaire d'un déphaseur réglable (DR^ ) de correction et ayant deux sorties (A et B), dont une première 30 (A), recombinant sans déphasage lesdites sommes vectorielles, fournit une tension résultante correspondant exactement au champ reçu sur l'axe, tandis que la seconde sortie (B), recombinant avec \in déphasage de 7% lesdites sommes vectorielles fournit une autre tension résultante correspondant exactement au signal d'écart émis 69 44102 ..ii _ 2075842 sur l'axe, les deux sorties (A et B) du circuit de couplage et de recombinaison (OR) sont interconnectées par les diviseurs de puissance (EP-j, BEg) ^ circuit de tarage (AT, DR^ ) de la valeur de la différence de modulation DDL agissant sur l'amplitude et la 5 phase dudit signal d'écart, de sorte que ladite première sortie (A) fournit une première grandeur à mesurer correspondant à l'alignement de piste où la DDM est ' nulle, tandis que la seconde grandeur à mesurer, indépendante de la pre-10 mière et fonction du tarage choisi, donna pour une DDM fixée à 15,5^ une valeur proportionnelle à la sensibilité d'écart ou pente au voisinage de l'axe, ces deux grandeurs, conformes aux spécifications normalisées, étant mesurées par tout dispositif classique de détection et de mesure. 15 2. Contrôleur d'émission selon la revendication*1 caractéri sé en ce que les sondes (SG- ... ; SD ..♦) sont des antennes symétriques rectilignes dont la longueur électrique est ajustable par déplacement de brins montés aux extrémités de l'antenne. 3. Contrôleur d'émission selon la revendication 1 caractérisé 20 en ce que la ligne de transmission (IT) est constituée par une ligne coaxiale ayant l'air pour diélectrique et formée par un ou plusieurs conducteurs intérieurs isolés montés sur un support en matériau isolant et parallèles à un autre conducteur formant le capot de la ligne. 25 4. Contrôleur d'émission selon la revendication 1, caracté risé en ce que, le transformateur d'impédance (TRG, TRD) est formé par un transformateur quart d'onde. 5. Contrôleur d'émission selon la revendication 1, caracté- i * risé en ce que le circuit de couplage et de recombinaison (CR) à 30 plusieurs voies d'accès est constitué par une Jonction hybride ayant deux entrées (G et D) et deux sorties (A et B)* 6. Contrôleur d'émission selon la revendication 5, caractérisé en ce que la jonction hybride est un hybride en pont. 7« Contrôleur d'émission selon la revendication,5, caracté-35 risé en ce que la jonction hybride est un hybride en anneau. 8. Contrôleur d'émission selon la revendication 5, caractérisé en ce que la jonction hybride est un hybride en T. 69 44102 - 12 - 2075842 9. Contrôleur d'émission selon la revendication 5» caractérisé en. ce-que la j action hybride est un coupleur hybride. 10. Contrôleur d!éfî4qsion selon la revendication 9 caractérisé ën ce que la coupleur hybride est un coupleur directionnel. 5 1,1 ? Système de contrôle pour installation ILS au sol comportant deux réseaux d'antennes, conjuguée, caractérisé en ce que ce syptème comprend deux contrôleurs d'émission selon la revendication 1 dont les sorties homologues sont connectées en parallèle et réuhies à un système de mesure commun. 10 12. Installation de contrôle au sol pour l'alignement de descente ILS caractérisé en ce que le contrôleur d'émission comporte les éléments définis dans la caractéristique de la revendication 1 »