Brevet FR2118901A1 — publié le 19720804

- i - 2118901 L'invention concerne des systèmes radar, et plus particulièrement un système radar détecteur d'obstacles. Il est désirable qu'un aéronef, tel qu'un hélicoptère, puisse exécuter des opérations dans n'importe quelles conditions atmosphériques. En plus, dans l'emploi militaire d'un aéronef, il est désirable que celui-ci puisse voler suffisamment bas pour éviter la détection par le radar ennemi. En plus, le vol ^ basse altitude s'effectue toujours lors du décollage et de 1'attérissage. Ces vols ^ basse altitude sont dangereux, vu les 10 obstacles présents, tels que des câbles disposés horizontalement et leurs pylônes qui, par exemple dans le cas de lignes de transmission d'énergie électrique, se trouvent au-dessus du niveau du terrain et de la végétation. Les obstacles de ce genre sont difficiles reconnaître par beau temps, et ils sont extrêmement 15 difficiles ^ reconnaître par un autre moyen qu'un moyen optique par mauvais temps. Le seul système détecteur ayant une pénétration suffisamment bonne par mauvais teir.ps pour une détection adéquate est le radar. "eut être,l'objet le plus difficile ? détecter est 20 un câble disposé horizontalement, vu que la section radar d'un câble est bien plus petite que les sections radar des pylônes ou tours verticales qui le supportent. L\n des radars les plus utilisés dans l'art est un radar éviteur ou suiveur de terrain, dans lequel la radiation est transmise suivant un diagramme ayant une 25 extension azimutale faible et une extension en élévation relati vement grande, de sorte ^ livrer un profil du terrain le long d'une ligne azimutale donnée. "Jn tel système ne détectera pas d'une manière satisfaisante un câble disposé horizontalement, puisque sa grande ouverture en élévation ne permet pas l'isolation 30 de l'écho d'un câble de l'écho du terrain pour la même distance. C'est-%-dire, l'écho du terrain est de plusieurs ordres de grandeur plus grand que l'écho du câble, de sorte que le câble reste caché. .ine solution possible pour le problème décrit ci-dessus 35 est de munir l'aéronef d'un radar faisceau en forme de crayon, qui est indépendant des autres systèmes radar sur l'aéronef, afin de pouvoir détecter les câbles et les pylônes. Jne telle solution BAD ORIGINAL i _ 71 W276U - 2 - 2118901 est cependant peu pratique. Il est évident, qu'elle augmente le volume d'équipement, qui doit être transporté par l'aéronef et apporte un grand nombre de problèmes d'installation. Le but de l'invention est de fournir un système radar détecteur d'obstacles, qui facilite les vols ^ basse altitude sous toutes les conditions de visibilité et détectent aussi bien des pylônes verticaux que des obstacles fins, disposés horizontalement, tel que des câbles, tout en employant des parties de systèmes radar existant sur l'aéronef, de sorte qu'il soit simple % installer. En général l'invention prévoit une antenne réceptrice particulière, qui est fixe en direction azimutale, mais qui peut être ajustée en élévation et qui fournit un diagramme récepteur ayant une large étendue azimutale et une étendue en élévation faible, de sorte que l'énergie réfléchie, qui a été transmise par une antenne d'un système radar è interférence des phases, qui est fixe en élévation,mais qui balaie en direction azimutale, et produit un diagramme de radiation ? faible étendueazimutale et grande étendue an élévation. Le système fournit l'effet d'un radar faisceau en forme de crayon, qui produit un signal pour faire fonctionner un alarme ou un dispositif similaire, afin de communiquer au pilote la présence d'un obstacle dans le chemin de vol. Le système radar détecteur d'obstacles de l'invention avertit le pilote de la présence d'obstacles dans le chemin de vol de l'aéronef. Le système utilise des pièces de l'équipement radar existant déj^ sur l'aéronef. Il ne demande pas un système radar particulier et indépendant, il est relativement simple dans l'installation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris "5 la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique du système d'antennes du système radar détecteur d'obstacles selon l'invention; la figure 2 est une vue latérale d'un aéronef muni BAD ORiqiNal 71 k276k - 3 - 2118901 du système rada,r suivant l'invention, l'aéronef se déplaçant le long d'un chemin de vol substantiellenent horizontal, la figure 3 est ane projection horizontale de 1'aéronef illustra dans la figure 2 ; la figure 4 est une vue ce face de l'aéronef représen-t: dans les figurer 2 et 1 et montre la relation entre les diagrammes de transmission et de réception du système radar selon l'invention; et la figure 5 est une vue schématique des détails du système radar détecteur d'obstacles selon l'invention. Nous référant aux figures .1 ^ 4, un aéronef lu, tel qu'un hélicoptère, est représenté comme volant le long d'un chemin de vol ? au-dessus du terrain 12 avec un angle d'attaque L'aéronef lu est muni d'un système radar conventionnel ^ interfsronrètre de phases, comprenant une antenne supérieure 18 et une antenne inférieure 2u qui, tel que connu dans l'art, sont fixes en élévation, mais oscillent en direction azimutsle par l'intermédiaire d'un moteur 22, qui actionne une tringlerie 2* connectée aux antennes. En plus, tel que connu dans l'art, les antennes 18 et 20 fournissent un diagramme de radiation, gvi a une extension azimutale faible, telle que indiquée par les lignes 26 et 28 dans la figure 3, mais une extension en élévation relativemen grande, telle que indiquée par les lignes 30 et 32 dans la figure 2. Par exemple, le diagramme de radiation peut avoir "une ouverture de deux degrés seulement en direction azimutale, mais peut avoir un angle d'ouverture en élévation de 4-0 ^ 70- degrés. Le moteur 22 et la tringlerie 2 1 peuvent balayer le faisceau fourni par le système radar 4 1'interféromètre de phases, par exemple, de +45 degrés par rapport * l'axe longitudinal de l'aéronef 10 entre les limites indiquées par les lignes pointillîes 34 et 30 dans la figure 3 et les lignes 3G et 40 dans la figure 4. Dans le système radar selon l'invention, une antenne réceptrice particulière est montrée sur l'aéronef, de sorte à fournir un diagramme de réception, qui est relativement étendu SAD ORIGINAL 71 42764 - 4 - 2118901 1 en direction azimutale, mais qui a une extension faible en élévation. L'antenne 42 est fixe en azimut, mais peut être ajustée en élévation par un moteur 44 actionnant une tringlerie 46 couplée è l'antenne 42. L'antenne 42 est stabilisée verticalement è un angle qui est tel que le faisceau, résultant de l'intersection du diagramme transmis par les antennes 18 et 20 et du diagramme récepteur de l'antenne 42^31816 le chemin de vol, quand le faisceau transmis balaie la voie au sol. Pour un vol horizontal on peut utiliser, par exemple, le signal de sortie du capteur 16 pour actionner le moteur 44 pour positionner l'antenne 42, de sorte que le diagramme produit est généralement horizontal, quand l'aéronef se déplace le long du chemin de vol P. Par exemple, le faisceau horizontal en forme d'éventail fourni par l'antenne 42 peut avoir un angle d'ouverture de 2 degrés seulement en élévation, tel que indiqué par les lignes 48 et 50 dans la figure 2, mais peut avoir un angle d'ouverture de 120 degrés en azimut, tel que indiqué par les lignes 52 et 54 de la figure 3. Le faisceau est suffisamment large en azimut pour s'étendre au-del^ des limites 34 et 36 du balayage azimutal du faisceau vertical en forme d'éventail. Dans la figure 4, le faisceau vertical en forme d'éventail,produit par les antennes 18 et 20, est indiqué par des hachures s'étendant à droite vers le bas et le diagramme horizontal de l'antenne réceptrice 42 est indiqué par des hachures s"étendant ^ gauche vers le bas. Tel que indiqué ci-dessus, le faisceau vertical en forme d'éventail balaie de gauche -> droite en direction horizontale entre les limites 38 et 40. Dans toutes ces positions intermédiaires il coupe le faisceau horizontal en forme d'éventail suivant les surfaces dont une est indiquée dans la figure 4 par le numéro de référence 56, de sorte =» donner l'effet d'un radar ^ faisceau en forme de crayon. En plus, l'antenne 42 est orientée de f a jon % ce que le faisceau en forme de crayon balaie le chemin de vol P de l'aéronef 10. De cette manière, la radiation transmise par le radar à inter-féromètre de phases qui touche un obstacle, tel qu'un câble 56, fin, disposé horizontalement dans le chemin de vol, et qui est BAD ORIGINAL 71 42764 _ 2118901 1 — 5 — refléchi par celui-ci, sera reçu par l'antenne 42. Tel qu'on vient de l'expliquer plus haut, le système total comprend un système radar t. in ter f éromètre de phases désigné par le numéro de référence GO et comprend les antennes 18 5 et 2o, qui sont fixes en élévation, mais qui peuvent osciller de - 1-5 degrés par rapport H l'axe longitudinal de l'aéronef lo au moyen d'un moteur 22 agissant par l'intermédiaire d"ure tringlerie 24. Des dispositifs transmission/réception respectifs et b4, qui sont commandés par un magnétron C'ô produisant des impulsions 1C de sortie d'une durée d 'approximativement égale fv une microseconde, passent l'énergie * transmettre aux antennes 18 et 2u. Les dispositifs C2 et i'.4 passent aussi l'énergie rejue par les antennes 18 et 20 au système radar 5 interférorsètre de phases Gà, auquel une fréquence auxiliaire est fournie par un oscillateur auxi-15 liaire 70. Le signal de sortie du système 60 apparaît sur un canal 72 et peut être appliqué ^ un dispositif video approprié (non montré) . Le système détecteur d'obstacles est indiqué par le numéro de référence 74 et comprend une antenne 42 à diagramme 20 horizontal en forme d'éventail, qui tel que décrit plus haut, est fixe en azimut et peut être ajusté en élévation par un moteur 14. En plus, tel que décrit ci-dessus, le signal de positionnement initial est fourni par un capteur 16 actionné par une palette 14. Ce signal de positionnement initial est appliqué r un dispositif 25 différentiel 76, qui fournit un signal % un amplificateur 78, qui ri son tour fournit un signal électrique au moteur 14. La tringlerie 46 n'actionne pas seulement l'antenne 42, mais aussi un capteur 80 de réaction, qui fournit un second signal d'entrée pour le dispositif différentiel 75. On comprendra que le sys-30 tème qui vient d'être décrit ajuste l'antenne 42 en élévation de sorte * orienter son faisceau de radiation dans un plan substantiellement horizontal. L'énergie captée par l'antenne 42 est appliquée > un étage mélangeur b4 et par un détecteur 8fc, è un intégrateur 88 35 calibra en distances. L'intégrateur 88 comprend une résistance commune 90 et une pluralité de condensateurs respectifs 92, 94, 96, et 98 adaptés è être connecté en série t la résistance BAD ORIGINAL 71 U276U ~ t - 2118901 1 commune 90 par des circuits porte respectifs lOO, 102, 104 et 106 normalement non-conducteurs. Le signal de sortie du détecteur 86 est passé au différents condensateurs 92, 91; 96 et 98, dont chacun correspond t des distances entre certaines limites. Afin d'obtenir ce résultat, le signal de sortie du magnétron 66 passe par un détecteur 108 à une pluralité de circuits de retardement 110, 112, 114 et 116 resp. connectés en série, les sorties desquels sont couplées aux bornes de commande d'entrée des circuits porte 100, 102, 104 et 106 resp. Dans l'exemple particulier illustré dans les dessins, chacun des circuits de retardement fournit un retardement égal à une microseconde. En plus, de telles valeurs ont été choisies pour la résis tance commune 90 et les différents condensateurs qu'on obtient une constante de temps de 2 microsecondes pour chaque unité de mémorisation formé par la résistance commune 90 et un condensateur 92, 94, 96 ou 38. Quand sous les conditions qui viennent d'être décrites, le magnétron 66 émet une impulsion, l'impulsion est d'abord détectée par le détecteur 1Q8 et passée ensuite par le réseau de retardement 110. Une microseconde après, le réseau de retardement 110 applique l'impulsion h la borne de commande d'entrée du circuit porte lOO, de sorte que le signal de sortie du détecteur 86 est appliqué au réseau comprenant la résistance commune 90 et le condensateur 32 pendant une période d'une microseconde, qui est égale à la longueur de l'impulsion transmise. Deux microsecondes après la transmission de l'impulsion, le réseau de retardement 112 applique une impulsion 5 la borne de commande dlentrée du circuit porte 102, afin que l'énergie captée durant la période de deux microsecondes ~ trais microsecondes après la transmission de l'impulsion soit appliquée au circuit comprenant la résistance commune 90 et le condensateur 94. On voit que d'une manière similaire, la sortie du détecteur Ûfc est appliquée au condensateur 36 durant la période de 3 è 4 microsecondes après la transmission de l'impulsion, tandis que la sortie du détecteur 86 est appliquée au condensateur pendant la période de 4 ? 5 microsecondes après la transmission d'une impulsion. Les condensateurs respectifs 92, 94 bad original 71 42764 - 7 - 2118901 9t. et 38 correspondent resoectivement t ces portées de 152, 4 3 301,810, 3C1, 8 ~ 157,2 m, 157,2 ^ ; 09,fc m et plus 60J, S m. La port ée limite ce 7C2, i m a fit*, choisie afin d'éviter que l'écho de terrain ~ et au-dessus de 311,- m fournisse un alarme faux, continu, tout en asruraanî: que le chemin ce vol est horizontal "• une altitude minimale de 15,21 m avec un faisceau d'une ouverture de 2 dejrïs oour l'antenne réceptrice 42. On' comprendra aussi que, tandis que seulement quatre condensa Leurs ont été montrés, la portée d'environ 511,- m oeut être divisée dans des intervales olus petits pour une discrimination meilleure des échos de terrain dû aux laubes latéraux de l'antenne 42. Les signaux mémorisées dans les condensateurs 32, 31, 3f et 38 sons appliqués " un circuit 118 de formation de la moyenne, qui fournit un signal de sortie indiquant la moyenne de toutes les valeurs des différentes portées auxquelles correspondent les condensateurs. Des diodes 120, 122, 12 4 et 12o resp. connectent les condensateurs 32, 31, 3-. et 3fc - un potentiomètre 12G comprenant un curseur 130. La sortie du circuit 118 de formation de la moyenne et le signal sur le potentiomètre 128 sont apoliqués * un circuit différentiel 132, qui produit un signal de sortie chaque fois que le signal au potentiomètre 128 dépasse la valeur moyenne d'une valeur déterminée donnée pour indiquer qu'un obstacle a détecté car les faisceaux en forme d' éventail croisés. Le curseur 130 est ajusté de sorte que le signal indicateur d'un obstacle doit ri * passer la valeur moyenne d'une valeur qui erf: suffisante pour prévenir des alarmes faux. Le signal indicateur d'un obstacle du réseau 132 est appliqué un cisposi"if de déclenchement 131 appropri î. . ne diode l"5 - relie la sortie de celui-ci un circuit de maintien comprenant un condensateur 13* et une résistance 110 oour actionner le flio—flon 112, qui fournit un signal ?» un dispositif d'alar-ir.e 111 d'un type approori'» connu dans l'srt. Le signal ce sortie du circuit 11c. de formation de la moyenne est aussi appl iqué * une borne c'entr Se d'un second circuit différentiel 14-, dont l'autre borne d'entrée est connectée ^ une source de tension appropri ée, telle qu'une ba tterie lit. Chaque fois que la valeur moyenne apparaissant - la sortie du BAD ORIGINAL 71 42764 2118901 1 dispositif 11C dépasse le potentiel de référence de la batterie 1-18, un signal est apoliquS ? la borne de commande d'amplification 150 de l'amplificateur Lors du fontionnement du système radar., les antennes 1': et 2o sont fixes en élévation et oscillent en direction azimutale de sorte " fournir un diagramme de transmission, qui s une extension faible en direction azirautale, mais qui est relativement large en élévation. En réponse la radiation réfléchie par le terrain, le système 68 fournit un signal de sortie sur le canal 72, qui est apoliqué r, un dispositif video approprié semblable > celui utilis5 oour représenter une information d'un radar connu ^ 1'interféromètre de phases. L'antenne 42 réceptrice particulière est fixe en azimut et est ajustable en élévation, de sorte * fournir un diagramme de transmission, qui comprend le chemin de vol. Par exemple, l'antenne 42 oeut être ajustée en élévation par un signal fourni par la position de la palette 14. Le diagramme de radiation produit par l'antenne 42 a une extension faible en élévation et est relativement large en direction azimutale. Le résultat des deux faisceau croisés respectivement associés aux antennes 18 et 20 et 15 l'antenne 42, est un faisceau en forme de crayon, qui balaie le chemin de vol. Le système comprenant 1"?tage mélangeur 82, l'amplificateur 8 4 et le détecteur 8f- applique la radiation reçue dans le faisceau en forme de crayon ^ l'intégrateur 90 calibré en distance, qui comorend une résistance oo et des condensateur? 12, et Y:-. Le réseau 113 fournit la valeur moyenne des informations ea-agasinées dans les condensateurs. Les signaux individuels ces condensateurs sont appliqués au potentiomètre 128 par des diodes 120, 122, 12 4 et 126. Si,oar exemple, un obstacle est présent ? une distance égale ^ environ 365,75 m le signal de la diode 122 dépasse la valeur moyenne d'une valeur suffisant pour actionner le circuit différentiel 132, afin de commander le circuit d'enclenchement 124 pour apoliquer une impulsion au flip-flop 142 et mettre en marche l'alarme 141. 8AD 0RjginA{_ 71 U276U 2118901 1 Le pilote est donc averti du fait qu'un obstacle se trouve dans le chemin de vol, de sorte qu'il doit gagner en altitude, s'il veut éviter l'obstacle. un coirprendre que le système ne distingue pas seulement d'un manière adéquate entre l'écho du terrain et l'écho d'un câble ou d'un dispositif similaire, du * 1'arrangement des faisceaux croisas, mais au'il détecte aussi d'une manière efficace et sûre des sections radar verticales et. permet de les distinguer de l'écho du terrain. T.l faut noter que, tandis qu'un obstacle horizontal, tel qu'un câble, donne seulement lieu -• un écho détectable, si le faisceau transa-.is 1 ' in er^ecte è angle droit, tout câble a une longueur telle dans le char ss ce balayage, que quelques uns de ces supports verticaux seront détectés. Le circuit différentiel 14 fournit un moyen oour varier l'aniolifi cation du canal détecteur d'obstacles pour compenser les variations du pouvoir réflecteur eu terrain. On voit donc que 1*objet de 1'invention a été accompli, "in racar détecteur d'obstacles pour détecter des obstacles relativement bas a été fourni. Le système ne détecte pas seulement ces obstacles verticaux, mais aussi des obstacles fins, disposés horizontalement, tels que des cables ou des dis.oosi -.ifs sinû -laires. Il utilise 1' équipement radar déj-- existant sur l'aéronef.. Il ne demande pas un système particulier e' indépendant oour la détection d'ofcstcles bas. Il est facile 5 installer. Il est évident que certaines caractéristiques et sous-combinaisons meuvent être utiles et peuvent être emoloyées sans référence * d'autres caractéristiques ou sous-combinaisons.. Ceci se trouve dans la portée de la description. Il est en outre évident que de nombreux changements peuvent être faits dans les détails sans sortir du cadre de 1* invention. Il est donce évident que l'invenMon n'est nas li,;.ir. ée aux détails spécifiques qui viennent- '"'f're d écr i~r- et .-.ontr *«?. BAD ORIGINAL 71 42764 - 10 - 2118901 REVENDICATIONS 1. Système radar détecteur d'obstacles pour un aéronef se déplaçant suivant un chemin de vol damé par rapport i un plan azimutal et un plan vertical, caractérisé par une première antenne t diagramme de radiation large en élévation et étroit dans le plan azimutal, une seconde antenne è diagramme de transmission étroit sur le plan vertical et large dans le plan azimutal, des moyens pour monter les premières et secondes antennes sur l'aéronef de sorte que leuœ diagrammes se croisent, un dispositif pour osciller l'une des antennes dans le plan du diagramme 3. extension faible, un dispositif pour alimenter de l'énergie à transmettre ^ une antenne et un dispositif répondant à l'énergie réfléchie reçue par l'autre antenne pour indiquer la présence d'un obstacle. 2. Système radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif pour osciller la première antenne dans le plan azimutal. 3. Système radar selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par un dispositif pour varier l'orientation de la seconde antenne dans le plan vertical. 4. Système radar selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par un dispositif pour changer l'élévation de la seconde antenne par rapport au chemin de vol. 5. Système radar selon l'une quelconque des revendications 1^4, caractérisé en ce que ledit moyen indicateur comprend un dispositif répondant ^ l'énergie réfléchie reçue par l'autre antenne pour produire un premier signal, une pluralité de dispositifs de mémorisation, un dispositif pour coupler séquentiellement le premier signal auxdits dispositifs de mémorisation en des moments correspondant n des valeurs respectives de distances données et un dispositif pour fournir un second signal en accord avec la valeur moyenne des informations mémorisées dans les dispositifs de mémorisation. ti. Système radar selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen indicateur comprend un dispositif pour comparer le contenu d'au moins un dispositif de mémorisation avec le second signal. 7* Système radar selon la revendication S, caractérisé BAD ORIGINAL 71 4276^ - ii - 2118901 en ce que le dispositif indicateur comprend un dispositif pour fournir un troisième signal en accord avec le contenu maximum d'un dispositif de mémorisation quelconque et un dispositif pour comparer le second signal avec une fraction du troisième sig na 1. t;. Système radar selon l'une quelconque des revendi cations 1 ^ 1, caractérisa en ce que les moyens produisant le premier signal comprennent un amplificateur ^ amplification variable, le système comprenant en outre un dispositif répondant au second signal pour commander l'amplification audit amplificateur, pouî compenser les variations du pouvoir réflecteur du terrain. 9. Système radar selon l'une quelconque des revendica tions 1^7, caractérisé en ce que ledit moyen de fixation donne ^ la première antenne une orientation fixe dans le plan vertical et * la seconde antenne une orientation fixe dans le plan azimutal. t BAD original