Brevet FR2142733A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne un système de guidage de véhicules par mauvaise visibilité dans une zone surveillée par radar è élimination d'échos fixes et circuits de poursuite automatique. Dans la demande de brevet nO 70 32847 déposée par la Demanderesse le 10 septembre 1970 et intitulée "Perfectionnements aux radars de surveillance de zones telles qu'une piste d'aérodrome", il a été décrit un dispositif de surveillance, utilisant un radar Doppler cohérent du type à lobes croisés simultanés (radar "monopulse") à antenne fixe dirigée vers la zone à surveiller, par exemple une piste d'aérodrome et ses abords immédiats. Un tel radar permet de suivre les déplacements, en particulier, de tout véhicule au sol, passant dans le faisceau émis par l'antenne. En cas de mauvaise visibilité, il est utile et il peut- meme etre indispensable de pouvoir guider des véhicules terrestres de service ou de secours, en particulier sur les pistes d'un aérodrome ou leurs acces. La présente invention a pour objet un système permettant de réaliser un tel guidage à l'aide des informations fournies par un radar de surveillance du sol tel que celui décrit dans la demande de brevet indiquée ci-dessus. Un autre objet de l'invention est un système de guidage permettant de transmettre à chaque instant, à chaque véhicule surveillé, sa position exacte de façon à lui permettre de suivre une route déterminée. Selon l'invention, un systeme de guidage de véhicules dans une zone surveillée par un radar Doppler cohérent du type à lobes croisés simultanés est caractérisé en ce que chaque véhicule comporte une balise répondeuse radar active fournissant un train codé d'impulsions identifiant le véhicule en réponse au signal fourni par ledit radar, en ce que lesdits trains d'impulsions reçus par le radar sont envoyés à un dispositif d'identification et d'extraction des coordonnées de la position de chacun des véhicules, en ce que lesdites coordonnées et les signaux d'identification des véhicules correspondants sont envoyés b un dispositif de multiplexage qui les transmet auxdits véhicules sous forme d'un message unique, et en ce que chaque véhicule comporte en outre des circuits de réception dudit message et un dispositif d'identification et de séparation de la partie du message intéressant ledit véhicule. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparat- tront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints où : La figure 1 représente un schéma synoptique général du système selon l'invention; La figure 2 représente le schéma plus détaillé de la partie radar et circuits associés pour l'extraction des informations de position des véhicules ; La figure 3 représente des diagranaaes de signaux utilisés dans cette partie du ayst-e selon l'invention La figure 4 est un schéma d'un élément de circuit de la partie représentée sur la figure-2 ;; La figure 5 représente un circuit de poursuite de cette partie La figure 6 montre un schéma de circuit de commande de la fermeture de cette poursuite La figure 7 représente schématiquement la commande de mise en rotation de l'antenne du radar La figure 8 est le schéma des circuits de réception et d'utilisation sur un véhicule du message émis par l'ensemble radar et la figure 9 représente des diagrammes de signaux dans ces circuits de réception. L'invention sera décrite, sans que cela soit limitatif, dans le cadre de l'utilisation d'un radar tel que décrit dans la demande de brevet indiquée ci-dessus pour la surveillance d'une piste d'adrodrome. Un tel radar est un radar Doppler cohérent à impulsions du type monopulse dont l'antenne est, en service normal, fixe et a son faisceau dirigé vers la piste à surveiller. Par "service normal", on entend l'utilisation du radar comme indiqué dans la demande de brevet citée et en dehors du cadre du système de guidage selon la présente invention. Le principe du système de guidage selon l'invention est représenté sur la figure 1. Chaque véhicule à guider porte une balise répondeuse radar active 8 comportant une antenne 7. A la réception de chaque impulsion émise par l'antenne l du radar 2 de surveillance du sol, la balise émet un train d'impulsions dont la répartition est fixée par une valeur codée binaire contenue dans une mémoire 13 et qui est caractéristique de chaque véhicule et permet son identification. La phase des signaux émis par la balise est bien entendu modulée à une fréquence Doppler, qui peut être prédéterminée de façon à pouvoir être reçue par le radar qui comporte un dispositif d'élimination d'échos fixes. Une telle balise peut entre de tout type connu dans la technique de l'identification d'objectifs. Les signaux de la balise sont reçus par le radar puis envoyés à un dispositif 3 d'identification du véhicule considéré et d'extraction des coordonnées de la position de ce véhicule. Les signaux de chaque véhicule qui sont reconnus grâce à la valeur codée qu'ils représentent sont isolés et traités séparément puis les coordonnées de chaque véhicule ainsi que le signal d'identification correspondant sont envoyés à un dispositif de multiplexage 4 qui élabore un message unique transmis ensuite vers tous les véhicules par un émetteur radio 5 muni de son antenne 6. Chaque véhicule comporte une antenne radio 9 suivie de circuits de réception 10 pour recevoir ce message.Un dispositif 11 d'identification et de séparation de la partie de message concernant le véhicule permet, grâce à la reconnaissance du signal d'identification particulier au véhicule et conserve dans la mémoire 13, d'isoler cette partie de message et de la traiter pour obtenir les coordonnées du véhicule. Ces coordonndes sont ensuite envoyées à un circuit d'utilisation, par exemple un dispositif traceur de route 12, qui permet à chaque instant de connaître la position du véhicule et de suivre ainsi une route déterminée. Sur la figure 2, on a représenté le schéma plus détaillé de l'ensemble radar. On a supposé, comne cela sera souvent le cas, que l'on rétablit la rotation de l'antenne 1 du radar pour pouvoir guider les véhicules sur une zone suffisamment étendue. Ce rétablissement de la rotation (soit rotation continue, soit balayage sectoriel) s'effectue à la réception d'un ordre donné par la tour de contrôle sous forme d'un signal de commande R, cet ordre étant donné par exemple dès que la distance maximum de visibilité tombe au-dessous d'un certain seuil.Dans le cas de remise en rotation de l'antenne, bien entendu, il est nécessaire que les circuits de poursuite déjà prévus dans le radar de surveillance décrit dans la demande de brevet citée soient modifiés pour pourvoir s'adapter à une poursuite discontinue des aéronefs ("track-while-scan" dans la littérature anglo-saxonne) à la réception de l'ordre R, mais ces modifications sont entièrement évidentes pour l'homme de l'arts corne cela apparaîtra ultérieurement dans la description.D'autre part, le signal codé transmis par la balise d'un véhicule quelconque, par exemple le véhicule affecté de l'indice 1, est représenté en b sur la figure 3 et est composé d'un signal d'identification proprement dit I1, représentant un nombre codé binaire de p chiffres (ici p = 4 et le nombre codé est 1011), et d'une impulsion supplémentaire lE existant pour toutes les balises. C'est sur cette impulsion qu'on effectue la mesure du temps tdl représentant la distance vraie entre le radar et le véhicule. Pour cela le radar fournit aux circuits de mesure de distance des impulsions de synchronisation IR retardées de T par rapport aux impulsions radar émises (représentées à la figure 3.a), T étant la durée du signal codé émis par tout véhicule. Cela étant, on a représenté en 20 le mécanisme de rotation classique à joint tournant de l'antenne 1. Ce mécanisme est commandé par le circuit de commande de rotation 21 recevant sur son entrée de commande le signal R. Une liaison HF à joint tournant est assurée entre l'antenne 1 et le radar 2. De plus, un capteur (par exemple potentiomètre linéaire) fournit un signal caractéristique à chaque instant de la position angulaire Q de l'antenne. Les signaux codes reçus sont transmis à un circuit convertisseur 30 effectuant une transformat ion série-parallèle sur chacun des signaux codés reçus et transmettant les p premiers chiffres reçus constituant le signal d'identification Ii à une série de circuits d'identification 31-1 à 31-n comportant chacun une mémoire de nombre codé et un comparateur permettant d'identifier le signal reçu et due fournir un signal Cl à Cn si il correspond au nombre codé enregistré dans la mémoire correspondante. Un tel ensemble 30, 31-l-à 31-n est classique dans les techniques d'identification d'avions et est décrit par exemple dans l'article de W.L. Woodson "Automatic beacon radar identifies aircraft" paru dans la revue "Electronics" du 10 février 1961, pages 57 à 61. Si le radar reçoit le signal I1 par exemple, le comparateur du circuit 31-1 va fournir une impulsion C1 qui va d'une part commander la fermeture d'une boucle de poursuite discontinue en distance 32-1 affectée au véhicule 1 et d'autre part l'ouverture momentanée d'un circuit ET 34 par l'intermédiaire du circuit OU 33. Cette ouverture de la porte 34 permet de transmettre au circuit de poursuite 31-1 l'impulsion IE du signal video V sur laquelle ladite poursuite en distance va se fermer. Le signal C1 commande aussi l'ouverture d'une porte 35 fournissant la valeur instantanée de la position angulaire e de l'antenne à une boucle de poursuite angulaire 36-1 dont la fermeture est commandée par le signal C1.On utilise donc une double série de boucles de poursuite 32-1 à 32-n et 36-1 à 36-n, chaque paire étant affectée à un véhicule particulier prédéterminé grace au signal d'identification enregistré dans le circuit 31 correspondant. Les boucles 32-1 à 32-n reçoivent le signal de synchronisation en distance IR et les boucles 36-1 à 36-n reçoivent un signal de synchronisation angulaire le fourni par le passage de l'antenne à une position origine prédéterminée. De plus toutes les boucles de poursuite reçoivent le signal d'ordre R qui commande leur utilisation soit en poursuite discontinue soit en poursuite continue suivant que l'antenne est mobile ou fixe, comme cela sera expliqué ultérieurement. Les poursuites 32-1 à 32-n et 36-1 à 36-n fournissent respectivement la distance P et la position angulaire O par rapport au radar de chacun des véhicules dont elles ont la charge.Ces coordonnées P et e sont envoyées à un circuit de codage et de multiplexage 4 en mme temps que les signaux d'identification correspondants Il à In. Ce circuit code sous forme numérique les informations de distance et d'angle puis multiplexage dans le temps ces informations de façon à former un message unique M comprenant le signal d'identification suivi de l'information de distance puis d'angle successivement de chaque véhicule. Ce signal est transmis sous forme radio par l'émetteur 5. Dans l'exemple décrit ici, on utilise les coordonnées P, e des véhicules par rapport au radar. Mais il est bien évident que l'on peut aussi avoir avantage à utiliser les coordonnées cartésiennes x et y des véhicules, le principe du système restant strictement le mEme mais un changement de coordonnées ayant lieu avant l'envoi des signaux video aux poursuites en x et y. Dans ce cas on peut ajouter à ces coordonnées les coordonnées xo et yo du radar par rapport à une origine choisie préalablement, par exemple la tour de contrôle. On peut aussi leur ajouter les coordonnées absolues du radar sur la carte de la zone utilisée par les véhicules. Dans ce dernier cas, les coordonnées des véhicules peuvent Entre directement reportées par les traceurs de routes sur les cartes. Sur la figure 4, on a représenté de façon plus détaillée les circuits d'identification 31-1 à 31-n. Le circuit 31-1 comprend une mémoire 311 dans laquelle est enregistré le nombre binaire correspondant au signal d'identification I1. Ce signal est appliqué en permanence à un comparateur 310 qui reçoit d'autre part les p chiffres des signaux d'identification reçus par le radar. Dès que les p chiffres du signal Il ont été reçus par le radar, le comparateur 310 fournit une impulsion Cl indiquant que la réponse du véhicule 1 a été identifiée. De même le circuit 31-2 comprend une mémoire 313 et un comparateur 312. Sur la figure 5 on a représenté plus en détail une boucle de poursuite 32-1. Toutes les autres sont semblables à celle-ci. Cette boucle de poursuite est identique à celles déjà utilisées dans le radar de surveillance et décrites dans le brevet cité ci-dessus, excepté en ce qui concerne l'utilisation d'une mémoire de vitesse 44 permettant d'utiliser cette boucle de poursuite pour une poursuite discontinue et en ce qui concerne les circuits de commande 48 et 49 assurant la fermeture ou l'ouverture de la boucle de poursuite. Le signal video V après passage par la porte 34 est appliqué à deux portes en distance adjacentes 40 et 41 dont l'ouverture est commandée par une impulsion de poursuite DP1 fournie par un générateur 47. Les signaux des portes en distance sont appliqués à un circuit 42 qui en fait le quotient, le signal de quotient OP1 ayant une amplitude proportionnelle à l'écart qui existe entre le milieu de l'impulsion IE et l'arête commune des créneaux de poursuite. Ce signal d'écart est appliqué apres une double intégration par les circuits 43 et 46, permettant de retrouver l'information distance, au circuit 47 qui déplace les créneaux de poursuite de manière qu'ils soient centrés sur l'impulsion pour suivie.Cependant en cas de poursuite discontinue, il faut que les créneaux de poursuite continuent à se déplacer comme si l'impulsion écho IE était présente de façon que,lorsque celle-ci réapparait, elle soit encore dans l'intervalle défini par les créneaux de poursuite. Pour cela, il faut conserver la mémoire de la vitesse de déplacement des créneaux au moment où l'impulsion écho était présente. Ceci est réalisé à l'aide de la mémoire 44 qui enregistre chaque nouvelle valeur de la vitesse fournie par l'intégrateur 13 et la restitue de manière continue à sa sortie au circuit intégrateur 46. La mise en service de cette mémoire est assurée par un commutateur 45 commandé par le signal R d'ordre de mise en rotation de l'antenne (cas de la figure 5). Si l'antenne devait demeurer fixe, par exemple parce que la zone couverte par le faisceau radar est suffisamment étendue pour les besoins de guidage, la mémoire 44 est mise hors circuit (absence de signal R) et les circuits 43 et 46 sont reliés directement pour assurer une poursuite continue. La fermeture de la boucle de poursuite sur le véhicule correspondant est assurée par un signal de con;rande B1 ouvrant les interrupteurs qui court-circuitent les circuits 43 et 46, ce signal B1 étant fourni par le circuit de commande 48 qui fournit par ailleurs au circuit 47 un signal d'Ol de positionnement initial des créneaux de poursuite.Ce signal d'Ol est un signal fourni lorsque la boucle de poursuite èst ouverte et qui est une tension amenant les créneaux de poursuite à la distance où a été identifié le véhicule. Ce signal est élaboré à partir d'une dent de scie dOl fournie par le générateur 49 déclenché par les impulsions IR. On a représenté sur la figure 6 le circuit de commande 48. Il comprend d'une part une porte analogique 50 transmettant la valeur de la tension de la dent de scie dOl au moment de l'identification du signal Il. La porte 50 s'ouvre donc à la réception du signal C1 à condition que la poursuite ne soit pas déjà fermée (signal B1 fourni par la bascule 51). -Le circuit 48 comprend d'autre part la bascule 51 qui fournit sur sa sortie 1 le signal El assurant la fermeture de la boucle de poursuite. Le passage de la bascule 51 à l'état 1 s'effectue par l'intermédiaire du circuit ET 52 qui fournit un signal si la bascule 51 était à l'état O (signal B1 indiquant que la poursuite était ouverte) et si le signal C1 indique que le signal d'identification I1 du véhicule 1 vient d'être reçu, ceci à condition que le signal OPl soit présent.La remise à zéro de la bascule -51 assurant l'ouverture de la boucle de poursuite est obtenue par une impulsion fournie par une horloge 53 remise à zéro par chaque impulsion Cl La durée de comptage de lthorloge avant la fourniture de l'impulsion de remise à zéro de la bascule 51 est fixée à une durée nettement supérieure à la période de balayage ou de rotation complète de l'antenne du radar. Ainsi la bascule 51 ne sera remise à zéro que si le signal d'identification n'est plus reçu soit parce que le véhicule poursuivi est sorti de la zone surveillée (cas de balayage sectoriel ou de l'antenne fixe) soit parce que les conditions de visibilité ne nécessitent plus pour le véhicule l'utilisation du système de guidage. La figure 7 représente le schéma de commande de l'antenne radar 1. Le signal R donnant l'ordre de rotation est appliqué au circuit 22 qui fournit alors les signaux Q de commande du mécanisme de rotation soit pour un balayage sectoriel soit pour une rotation continue. Lorsque le signal R cesse d'outre reçu, par exemple lorsque les conditions de visibilité sont redevenues normales, un circuit inverseur 23 fournit un signal d'ouverture R à la porte 25, ce qui permet de transmettre au circuit 22 une valeur angulaire QO contenue dans une mémoire 24. Cette valeur 0 caractérise la position angulaire dans laquelle l'antenne 1 doit toujours s'immobiliser pour couvrir la'zone surveillée lors de l'utilisation du radar avec antenne fixe. Sur la figure 8 est représenté le schéma des circuits de réception du véhicule 1. La description sera faite en se reportant également aux diagrammes de la figure 9 où est représenté en particulier le diagramme des temps du message unique multiplexé M. Celui-ci comprend les impulsions de synchronisation générale S précédant chaque message général M' comprenant les valeurs codées des coordonnées de tous les véhicules, chaque paire de valeurs étant précédée du signal d'identification du véhicule correspondant. Le récepteur radio 10 sépare le message général M' et les signaux de synchronisation S et les envoie à un circuit séparateur 110 qui aiguille la succession des signaux d'identification Il, 12... In vers un convertisseur sérieparallèle 111 et la succession dans le temps des signaux codés de coordonnées P1, O1, P2, 02... Pn, en vers une porte ET 114 commandée par un signal QI. Le convertisseur 111, identique au convertisseur 30 de la figure 2, transforme les signaux d'identification série à p chiffres en signaux parallèles qui sont appliqués à un comparateur 112 recevant également le signal d'identification Il propre au véhicule et qui est conservé dans la mémoire 13.Dès que le signal d'identification il est reconnu dans la suite des signaux d'identification du message M', le comparateur 112 fournit une impulsion C'1 (figure 9) qui déclenche un circuit monostable 113. Celui-ci fournit un signal Q1 (figure 9) assurant l'ouverture de la porte 114 pendant une durée suffisante pour sElectionner dans la suite des informations Plel, P2e2... uniquement les informations P1 et Oî concernant le le.véhicule. Celles-ci sont envoyées à un circuit de démultiple- xage et de décodage 115 puis transmises au traceur de route 12. On peut par ailleurs utiliser le signal C'1 pour déclencher un dispositif de signalisation indiquant au conducteur que son véhicule est pris en charge par le système de guidage. Dans la description de la figure 1, on a indiqué que la balise répondeuse fournissait des signaux dont la phase variait à une fréquence Doppler prédéterminée. Si les balises de tous les véhicules sont réglées sur la même fréquence Doppler, il est possible de prévoir sur le radar un filtre à bande très étroite centré sur cette fréquence Doppler. Ceci permet d'éliminer l'influ- ence des déplacements des véhicules. Par ailleurs, il est évident que, pour la formation et la transmission du message général à tous les véhicules, on peut utiliser, au lieu d'un multiplexage dans le temps, tout autre type de multiplexage et, en particulier, un multiplexage à modulation de fréquence ; pour cela, on peut utiliser des canaux à bande étroite autour d'une même fréquence porteuse, un canal étant affecté à chaque véhicule et chacun de ceux-ci comportant un filtre qui permet la séparation du message concernant le véhicule. Bien entendu, le mode de réalisation décrit n'a été donné qu'à titre d'exemple et n'est nullement limitatif de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système de guidage de véhicules par un radar Doppler cohérent du type à lobes croisés simultanés utilisé pour la surveillance au sol d'une zone caractérisé en ce que chaque véhicule comporte une balise répondeuse radar active fournissant un train codé d'impulsions identifiant le véhicule en réponse au signal fourni par ledit radar, en ce que lesdits trains d'impulsions reçus par le radar sont envoyés à un dispositif d'identification et d'extraction des coordonnées de la position de chacun des véhicules, en ce que lesdites coordonnéés et les signaux d'identification des véhicules correspondants sont envoyés à un dispositif de multiplexage qui les transmet auxdits véhicules sous forme d'un message unique, et en ce que chaque véhicule comporte en outre des circuits de réception dudit message et un dispositif d'identification et de séparation de la partie du message intéressant ledit véhicule. 2. Système de guidage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le train codé d'impulsions fourni par chaque balise comprend un signal d'identification proprement dit suivi d'une impulsion supplémentaire, en ce que ledit dispositif d'identification et d'extraction comprend une série de circuits d'identification identifiant chacun le signal émis par une balise prédéterminée et fournissant une impulsion de commande lorsque ledit signal est reçu par le radar, une série de paires de boucles de poursuite dont la fermeture est assurée par les impulsions de commande desdits circuits d'identification respectivement, les boucles de poursuite d'une paire assurant la poursuite automatique, respectivement selon deux coordonnées, du véhicule identifié par le circuit d'identification correspondant, et un circuit logique commandé par lesdits circuits d'identification pour sélectionner dans les signaux codés reçus les impulsions supplémentaires et permettre la fermeture des boucles de poursuite sur ces impulsions. 3. Système de guidage selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il est prévu un dispositif de mise en mouvement de l'antenne dudit radar et en ce que chaque boucle de poursuite comprend une mémoire de vitesse de déplacement du véhicule poursuivi pour assurer le fonctionnement de ladite boucle en poursuite discontinue. 4. Système de guidage suivant les revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que chaque circuit d'identification comprend une mémoire contenant la valeur codée d'identification du véhicule correspondant et un comparateur recevant ladite valeur codée fournie par la mémoire et le signal codé reçu par le radar pour fournir une impulsion de commande lorsqu'il y a identité entre ces deux quantités. 5. Système de guidage suivant les revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que le dispositif dc multiplexage réalise un multiplexage dans le temps et en ce que chaque paire de valeurs de coordonnées concernant un véhicule quelconque est transmise dans ledit message unique précédée du signal d'identification dudit véhicule. 6. Système de guidage suivant la revendication 5 caractérisé en-ce que le dispositif d'identification et de séparation de chaque véhicule comprend un circuit séparateur isolant d'une part les signaux d'identification successifs contenus dans le message unique et d'autre part les signaux représentant les valeurs des paires de coordonnées, un comparateur comparant lesdits signaux d'identification avec le signal d'identification du véhicule concerné, un circuit logique à porte commandé par ledit comparateur et recevant les valeurs des paires de coordonnées pour isoler la paire de coordonnées concernant ledit véhicule et pour la transmettre à un circuit de démultiplexage, et un circuit d'utilisation desdites coordonnées démultiplexées.