Brevet FR2120097A1 — publié le 19720811

t' 2120097 La présente invention concerne les balises de radionavigation et plus particulièrement les systèmes d'atterrissage automatiques réalisant line détermination d'angle par rapport à une courbe idéale ou bien à un trajet d'atterrissage idéal pour un avion au cours de son approche pour l'atterrissage. 5 La présente invention constitue un perfectionnement aux systèmes d'atterrissage automatiques fondamentaux du type Doppler décrits dans les demandes de brevets français n° 69 32 355 et n° 70 OH 071 déposées respectivement le 23 Septembre 1969 et le 5 Février 1970 par la demanderesse. Dans ces demandes de brevets, on a décrit l'utilisation de balises radios à ré-10 seau linéaire dans lesquelles une source d'énergie à fréquence radio est commutée à des éléments rayonnants séparés afin de simuler un déplacement de la source à vitesse constante unidirectionnelle ou bidirectionnelle. Les informations de navigation sont dérivées à partir de ces balises car le décalage Doppler de fréquence est proportionnel au cosinus de l'angle que le récepteur radio iu système'•"sous-tend" par rapport 15 à la ligne de déplacement (ligne de vue ou ligne centrale) de la source (réseau d'antennes de la balise de terre). Quand le déplacement est simulé par la commutation successive de la source à des éléments adjacents d'un réseau Doppler de ce genre, l'écartement entre ces éléments est déterminé par le phénomène transitoire de phase de limitation qui peut 20 être toléré entre des échantillons successifs du signal reçu. En général ce phénomène transitoire correspond à un saut de phase de 120°. Dans le cas où l'information est requise sur un grand angle,ceci peut nécessiter un réseau avec des éléments adjacents distants les uns des autres d'une valeur aussi proche que possible d'un tiers de longueur d'onde. 25 La précision et l'intégrité d'un système de radionavigation Doppler sont déter minées principalement par la longueur du réseau et dans le cas des systèmes nécessaires pour fournir une information angulaire avec une précision de 0,01°, une longueur de réseau de 120 longueurs d'ondes peut être nécessaire. La réalisation d'un système de radionavigation Doppler nécessitant cette précision sur un large secteur implique 30 en conséquence l'utilisation de 360 éléments rayonnants. L'utilisation d'une balise de réseau Doppler de cette dimension avec ses cables et ses commutateurs associés constitue une prolixité d'équipements et introduit des pertes possibles à fréquence radio diminuant la simplicité du système de base. De manière typique,les réseaux linéaires des systèmes actuels connus sont orien-35 tés de telle sorte que leurs éléments rayonnants sont répartis le long d'une ligne perpendiculaire à la ligne du trajet d'atterrissage idéal (pour l'application de l'invention à la radionavigation pour l'approche d'atterrissage final de l'avion). Utilisés dans le domaine de la navigation d'azimut (fonction d'émetteur de radioguidage), les réseaux s'étendent horizontalement dans une ligne perpendiculaire et cou-**0 pant la ligne centrale de la piste. Pour l'application d'élévation (trajet d'atterris- 71 47225 2 2120097 ■sage),le réseau est disposé, d'une manière générale, verticalement ou bien est incliné par rapport à la verticale selon un petit angle correspondant à l'angle du trajet d'atterrissage (mesuré par rapport au plan horizontal). Cet angle du trajet d'atterrissage est typiquement de l'ordre de 2 à 3° pour un avion (sauf pour les 5 avions du type VTOL). On peut avoir plus d'informations concernant les positions réelles du réseau dans les documents cités précédemment ; il est toutefois utile d'avoir à l'esprit certaines relations physiques pour comprendre la présente invention. Ainsi, dans la circuiterie de l'émetteur de radioguidage, l'avion approchant reçoit de l'énergie 10 à partir des éléments successivement commutés du réseau primaire sur une longueur de trajet variable. La longueur du trajet est minimale quand l'avion est directement sur la courbe ou il reçoit l'énergie provenant de l'élément médiant du réseau primaire. Les éléments d'extrémité du réseau primaire forment la longueur de trajet la plus longue et à travers la commutation du réseau primaire, l'avion reçoit une com-15 posante Doppler qui varie à travers un point d'inflexion au moment de la réception en provenance de l'élément central. L'information de sens est délivrée par le réseau de référence d'une manière connue expliquée dans les références citées précédemment. Dans le but de la présente description, l'expression "trajet de navigation idéal" se réfère soit à la situation d'azimut soit à la situation d'élévation et si-20 gnifie la ligne "en course" (c'est-à-dire la ligne centrale de la piste) ou bien la ligne correcte du trajet d'atterrissage. Le système de radionavigation Doppler mentionné ci-dessus fonctionne de manière typique à une fréquence radio s'élevant à un ou plusieurs gigahertz etiétant donné que le décalage de fréquence Doppler maximal est de l'ordre de quelques Khz, il est 25 nécessaire en pratique d'utiliser une antenne de référence à la balise, qui rayonne une seconde fréquence radio légèrement décalée de la fréquence commutée, par exemple de 20 Khz. Le décalage Doppler à la fréquence de la composante mobile est ensuite détecté comme une variation de la fréquence de battement entre la composante mobile et le signal de référence. Ainsi, la variation indiquée de la fréquence de battement 30 qui porte les informations de navigation, est déterminée par la variation de la différence de trajet entre les deux trajets. Avec l'antenne de référence déterminée du système décrit ci-dessus, cette variation de différence de trajet survient seulement à partir du déplacement simulé par le réseau commuté. Selon l'invention, il est proposé une balise de radionavigation caractérisée en 35 ce qu'elle comporte : - un premier réseau linéaire d'éléments d'antennes régulièrement espacés ; - des moyens pour commuter de l'énergie à une première fréquence radio successivement à chacun des éléments d'antennes ; - un second réseau linéaire d'éléments d'antennes régulièrement espacés, sensiblemeift U0 aligné avec le premier réseau et présentant une longueur entre les éléments d'antennes I 71 47225 3 2120097 réseau ; extrêmes, égale à la distance entre les éléments d'antennes adjacents du premier / - des moyens pour commuter de l'énergie à une seconde fréquence radio, différente de la première,à chacun des éléments d'antennes du second réseau successivement au cours de l'excitation de chacun des éléments d'antennes du premier réseau par la première 5 fréquence radio, la commutation aux deux réseaux s'effectuant dans des directions opposées. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. 10 La figure unique du dessin représente un exemple de réalisation d'une balise selon l'invention sous une forme horizontale. On obtient une réduction substantielle du nombre d'éléments rayonnants né essai-res dans la balise selon l'invention, compatible avec la précision et l'intégrité délivrées par le réseau Doppler déjà mentionné qui présente une longueur de 120 ^ 0 15 Au lieu de 360 éléments ayant un écartement d'un tiers de A entre les éléments adjacents, le réseau (désigné ci-après par "réseau primaire")'comprend trente éléments A avec un intervalle S1 de ^ entre les éléments adjacents, c'est-à-dire que le réseau primaire présente une longueur totale de 120 A. Au lieu d'une antenne de référence fixe simple, il y a douze éléments d'anten-20 nés de référence B disposés comme un réseau linéaire (désigné ci-après "réseau de référence") avec un intervalle S2 de Tin tiere de Aentre les éléments rayonnants adjacents, c'est-à-dire que le réseau de référence présente une longueur de U A . En général, la longueur du réseau de référence est ainsi égale à 1'intervalle entre les éléments adjacents du réseau primaire et l'intervalle entre les éléments 25 adjacents du réseau de référence est égal à la variation de l'unité requise de longueur du trajet. Les éléments du réseau primaire et l'élément du réseau de référence sont montés de manière appropriée en alignement sur un élément de support commun M. La variation requise de la longueur du trajet, engendrée comme 360 unités de un 30 tiers de X chacun, est obtenue de manière suivante. Une première fréquence radio (f) délivrée par une première source RI est commutée successivement par un commutateur C1 aux éléments du réseau primaire à une fréquence de balayage déterminant la vitesse apparente de la source mobile. Bien que chaque élément du réseau primaire rayonne à cette fréquence, une secon-35 de fréquence de référence (fi) légèrement décalée, provenant d'une.seconde source R2, est commutée successivement par un commutateur C2, dans la direction opposée du balayage du réseau primaire, vers les éléments du réseau de référence. Le dessin comporte également une source de fréquence radio initiale R3 dans laquelle peuvent être dérivées, comme cela est indiqué par les traits interrompus U0 d'interconnexion, les deux fréquences du réseau et également des fréquences de com 71 4722!) ^ 2120097 mande appropriées vers les contrôleurs PI et P2 pour les commutateurs correspondants. En identifiant les éléments successifs du réseau primaire, dans la direction de balayage du réseau primaire, par A1, A2, A3, etc... et les éléments successifs du réseau de référence dans la direction de balayage du réseau de référence par B1, B2, B3 etc..., la séquence pour un simple balayage est : A1, B1; Al, B2; A2, B1 ; A2, B2; 1 A30, B1; A30, B2; Cette séquence est ensuite inversée pour un balayage bidirectionnel, ou bien répétée pour un balayage unidirectionnel. Comme cela est expliqué dans les demandes de brevets mentionnées ci-dessus, la fréquence de référence peut être inférieure à f ou bien supérieure à f avec un balayage unidirectionnel, ou bien peut être alternée entre une fréquence supérieure à f et une fréquence inférieure à f selon la direction du balayage du réseau primaire avec un balayage bidirectionnel. Cette séquence engendre les 360 unités requises, les unités de un tiers de A étant dérivées comme cela résulte du déplacement simulé opposé des éléments du réseau de référence. De cette manière,le nombre d'unités incrémentales utilisables est égal au produit du nombre d'éléments de référence par le nombre d'éléments primaires. Dans la réalisation décrite,il y a au total k2 éléments alors qu'il y en avait 361 dans les réalisations précédentes. En choisissant convenablement l'intervalle entre les éléments du réseau primaire et du réseau de référence, ainsi que les vitesses de balayage appropriées de chaque réseau, d'autres séquences de commutation sont possibles en plus de la technique décrite ci-dessus qui peut être appelée "Unité et Répétition". Bien que les principes 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 et ne limite pas la portée de l'invention. A1, B3 ; Al, B12; A2, B3 ; A2, B12; r ir 1 A30, B3; A30, BÏ2 71 47225 5 2120097 REVENDICATIONS 1. Balise de radionarigation permettant de simuler un déplacement par fonctionnement séquentiel électrique des éléments d'antennes afin d'engendrer une composante de fréquence Doppler apparente à une station de réception, balise caractérisée en 5 ce qu'elle comporte : - une première source d'énergie à fréquence radio à une première fréquence ; - un premier réseau d'antennes comportant une pluralité d'éléments rayonnants d'antennes régulièrement espacés disposés sur une ligne inclinée par rapport au trajet de navigation idéal ; 10 ~ des premiers moyens de commutation pour commuter successivement la sortie de la première source à chacun des éléments rayonnants du premier réseau selon un diagramme prédéterminé ; - un second réseau d'antennes comportant une pluralité d'éléments rayonnants d'antennes régulièrement espacés«disposés selon une ligne inclinée par rapport au tra- 15 jet de navigation idéal, le second réseau présentant une longueur totale égale à l'intervalle entre les éléments adjacents du premier réseau ; - une seconde source d'énergie à fréquence radio à une seconde fréquence différente de la première ; - des seconds moyens de commutation pour commuter successivement la sortie de la se-20 conde source d'énergie à fréquence radio â chacun des éléments rayonnants du second réseau, séquentiellement au cours de la durée d'excitation de chacun des éléments du premier réseau par l'énergie à la première fréquence. 2. Balise selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments des premier et second réseaux sont disposés pratiquement sur la même ligne. 25 3. Balise selon la revendication 2, caractérisée en ce que les seconds moyens de commutation sont adaptés pour commuter à tout instant l'énergie de la seconde fréquence successivement aux éléments du second résea.". le long de la même ligne selon une direction opposée à 1 irection de commutation délivrée par les premiers moyens de commutation. 30 k. Balise selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'angle d'inclinai son de la ligne selon laquelle les premier et second réseaux sont disposés a. une valeur sensiblement égale à 90° par rapport au trajet de navigation idéal. 5. Balise selon la revendication 3, caractérisée en ce que le premier réseau est identifié comme étant le réseau primaire et le second réseau est identifié comme 35 étant un réseau de référence, le réseau primaire étant défini comme ayant une longueur totale égale à la longueur totale du réseau de référence multipliés par un nombre entier de longueur d'ondes. 6. Balise selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments du réseau primaire sont espacés de quatre longueurs d'ondes chacun et les éléments du 1*0 réseau de référence sont espacés d'un tiers de longueur d'onde chacun, à la suite 71 47225 6 2120097 de quoi les premieis et secondsmoyens de commutation fonctionnent pour délivrer une longueur de trajet d'énergie rayonnée discrète variant de tiers de longueur d'onde en tiers de longueur d'onde. 7- Balise selon la revendication 6, caractérisée en ce que le réseau primaire comporte trente éléments et7ce que le réseau de référence comporte douze éléments. 8. Balise selon la revendication 5 > caractérisée en ce que la seconde fréquence est définie comme étant différente de la première fréquence d'une valeur comparable aux fréquences Doppler délivrées par les commutateurs, la différence entre les première et seconde fréquences représentant un faible pourcentage de la première ou de la seconde fréquence. 9. Balise selon la revendication 8, caractérisée en ce que la différence de fré-quènce est de l'ordre de 20 KHz tandis que les première et seconde fréquences sont de l'ordre de 1 GHz. 10. Balise selon la revendication caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour supporter le réseau primaire et le réseau de référence le long de la même ligne, le réseau de référence étant situé à une distance déterminée le long de la même ligne à partir d'un élément rayonnant d'extrémité du réseau primaire.