Brevet FR2164723A1 — publié le 19730803

La présente invention concerne la radio-navigation et vise notamment un appareil de radio-navigation destiné à déterminer la position d'un navire par rapport à un point d'accostage. I1 importe de déterminer avec précision la position et la vitesse d'un navire, notamment s'il s'agit d'un gros pétrolier, par rapport à un point d'accostage tel que quai parce que cette détermination est vitale pour permettre d'accoster sans endommager le navire ni le quai. Toutefois, l'obtention d'indications précises est en général assez difficile. Elle exige par exemple des données tant sur la distance que sur l'azimut, dont seules les premières peuvent être obtenues par radar avec une précision suffisante. Certes, de nombreux appareils de navigation, notamment appareils de radio-navigation à comparaison de phase, peuvent dans des conditions optimales indiquer la position d'un navire avec une précision suffisante, mais en général les conditions ne sont pas optimales. Lorsqu'on connais les positions relatives de radiophares dt approche et du quai, ainsi que les azimuts desdits phares par rapport au navire, on peut calculer la position du navire par rapport au quai d'après des relations trigonométriques relativement simples. En général, les données d'entrée variables sont les azimuts des phares par rapport au navire et le cap de ce dernier, bien que, si l'on utilise trois radiophares, il est inutile de connattre le cap du navire, à condition de mesurer les azimuts par rapport à un repère prévu sur le navire. La précision avec laquelle on peut calculer la position, par exemple à l'aide d'un calculateur automatique convenablement programmé, dépend automatiquement de la précision avec laquelle on peut mesurer les azimuts précités. I1 est prévu de disposer, dans la région d'accostage d'un navire, au moins deux radiophares espacés rayonnant des signaux distinctifs. Ces radiophares rayonnent de préférence des signaux d'ondes continus dont chacun subit une modulation particulière au radiophare. L'invention propose un-appareil de navigation à utiliser en association avec au moins deux radiophares fixes rayonnant des signaux d'ondes continus distinctifs, à radiofréquence, comprenant une antenne directionnelle, un moyen imprimant à l'antenne une rotation d'extration en azimut, un récepteur qui reçoit et distingue-les signaux que l'antenne reçoit des radiophares, un détecteur engendrant un signal en relation temporelle fixe avec la crête d'un signal reçu, un moyen entrainé en rotation conjointement avec l'antenne pour indiquer en continu la position azimutale de l'antenne, un moyen opérant, sous l'action du signal de détecteur, un relevé statistiquede ladite indication, et des unités de calcul déterminant la position du récepteur d'après les azimuts de chaque radiophare tels que déterminés par les relevés statistiques respectifs de ladite indication. L'antenne, qui peut autre celle associée au radar du navire, peut entre munie d'un codeur à arbre ou autre moyen propre à fournir sensiblement en continu une indication sur la position angulaire de l'antenne. On peut utiliser un montage relativement simple pour obtenir la grandeur de l'indication de position angulaire de l'antenne à l'instant, déterminé par le récepteur, auquel l'antenne est dirigée vers le radiophare respectif. Quand la direction de l'antenne passe par l'eniplacement du radiophare, l'amplitude du signal reçu atteint un maximum, puis redescend. En comparant ce signal avec une version retardée et inversée du meme signal, on peut obtenir une indication précise sur l'instant auquel l'antenne est dirigée vers le radiophare dans le temps quasi-réel, cet instant survenant à la moitié du délai précédant l'instant auquel le signal de sortie du comparateur change de signe. Pour traitement par calculateur, il suffitd'agencer le codeur ou autre moyen de façon que le signal réel effectivement traité représente la position angulaire de l'antenne à la moitié du délai précédant le changement de signe. En variante, la crête du signal reçu peut entre décelée par un circuit différenciateur engendrant une impulsion de sortie quand la pente de l'enveloppe du signal reçu change de signe. On va maintenant se référer aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est un schéma du navire près d'accoster et de deux radiophares et indique diverses relations trigonométriques servant à la détermination de la position du navire la figure 2 est un schéma de montage de l'un des radiophares; la figure 3 est un schéma simplifié de montage d'un récepteur pour association au radiophare montré sur la figure 2 la figure 4 illustre une variante du récepteur montré sur la figure 3. La figure 1 représente un navire 1 à axe 2, situé à une cer taine distance d'un quai 3 le long duquel il doit accoster. Au moins deux radiophares 5 et 6 sont prévus près du quai. Dans l'installation considérée, la distance d séparant les radiophares et l'angles que fait la droite 7 reliant les radiophares avec la direction du nord, sont des grandeurs de référence emmagasinées dans un calculateur. Les paramètres utilisés avec les grandeurs emmagasinées pour obtenir la position du navire, par exemple par rapport au phare 5, sont le cap #1 du navire et les angles B1 et B2, qui sont les angles esurés entre l'axe du navire et les vecteurs reliant le navire aux radiophares. Par aziaut, on entend ici un angle fait avec une droite imaginaire fixe passant par le navire. L'angle #1 est de préférence fourni par un gyrocompas prati quemen- insensible aux erreurs introduites lors de l'entrée d'un navire dans un estuaire. En fait, si l'on utilise trois phares, un relevé au compas est inutile, les paramètres d'entrée sont les azimuts des trois phares et il n'est pas nécessaire de connaître les positions relatives de chacun des trois phares. Dans un tel cas, le programme nécessaire au calcul de la position est un peu différent. Toutefois, l'exposé ci-dessous n'est donné qu'à titre d'exemple car le but principal de l'invention est la mesu- re précise des azimuts des pliares par rapport au navire. Les angles nécessaires aux calculs sont &alpha;1 = #0 - #1 = (cap du navire) &alpha;2 = B1 - B2; &alpha;3 = B2 - (#0 - #1) et &alpha;4 = # - B1 + #0 - #1 Il est alors assez simple de démontrer que les coordonnées cartésiennes x et y du navire par rapport au phare 5, pris pour origine, sont x = D sin t3 cos &alpha;4/sin et &alpha;2 et y = D sin &alpha;3 sin&alpha;4/ sin&alpha;2. La figure 2 illustre un mode de réalisation adéquat du radiophare 5. Le radiophare 6 et tout autre radiophare sont semblables. Un oscillateur à cristal 10, qui peut fonctionner à une fréquence de 70 Ez, est modulé par un modulateur 11 sur une fréquence re audible lativement faible, typiquement comprise dans la gamme/et par exem- pie de 10 kHz, émise par un oscillateur 12. Le signal de sortie de l'oscillateur 10 est multiplié par un multiplicateur 13 et envoyé à une antee 14. La fréquence rayonnée est de préférence voisine du bord de la bande de fréquences du radar du navire. On peut par exemple adopter une fréquence de 10 G}Iz dépassant tout juste la limite de la bande X. les autres phares sont semblables à celui décrit à propos de la figure 2, mais modulés par une fré quence différente ou d'une autre manière. La figure 5 représente à ttre d'exemple un récepteur qui peut comporter certaines parties du radar usuel du navire. Une antenne directionnelle rotative 15 tourne à vitesse constante, en azimut, sous l'action d'un moteur 16. A la partie rotative de l'antenne est associé un codeur à arbre 17 qui alimente un compteur d'azimut 26 pouvant subir un relevé statistiaue, lors de la réception d'un signal émanant d'un comparateur 24, pour fournir un signal indiquant la position angulaire de l'antenne à 1 'ins- tant du relevé. L'antenne 15 est accouplée à un diviseur de signal 18 qui laisse la majeure partie de l'énergie reçue traverser des unités de radar réceptrices classiques non représentées.De préférence, la puissance reçue n'est réduite que d'une fraction d'environ un demi-décibel, laquelle s'applique à un mélangeur 19 accouplé à un oscillateur local 20 convertissant les signaux re çus en moyenne fréquence. Le mélangeur 19 alimente des étages de moyenne fréquence logarithmiques qui fournissent un signal de sortie proportionnel au logarithme de la puissance d'entrée. Le signal reçu traverse ensuite des filtres 22 appliquant, à travers un circuit retard 23, un signal de sortie à une entrée du compa- rateur 24 et, directenent, le même signal de sortie à une autre entrée du comparateur.Le coparateur peut être de type connu, colportant des moyens propres à inverser l'un de ses signaux d' entrée et agencé pour fournir un signal de sortie indiquant le changement de signe de la resultante de ses signaux d'entrée. le comparateur 24 et le circuit à retard 23 constituent un détecteur de crête qui conpare le signal reçu à sa version retardée et inversée pour en déduire, quand le signal de sortie du comparateur change de signe, une indication précise de la créte du signal re çu. le signal de sortie du conparateur provoque un relevé statistique du contenu du compteur d'azimut 26. Ce compteur peut être cyclique, opérant un cycle de comptage par révolution de l'anten- ne.Pour faire en sorte que la position de l'antenne soit celle existant au milieu du délai précédant le chsngeL.ent de signe, on peut imprimer au compteur une avance de phase telle qu'il fournisse automatiquement le signal de sortie voulu. Bien entendu, on prévoit ledit délai assez court pour annuler toute variation de la vitesse de rotation de l'antenne. Si besoin est, on prévoit un gyrocompas 27 propre à fournir un signal indiquant le cap du navire. Eventuellement, les filtres 22 fournissent des signaux identifiant le radiophare d'où émane le signal reçu. Si nécessaire, on applique les indications d'azimut et les signaux émanant des filtres et du gyrocompas à des unités de calcul 27 agencées pour recevoir sur leurs entrées 28 des signaux indiquant les positions des radiophares et du quai. les unités de calcul sont programmées pour opérer les calculs brièvement indiqués ci-dessus, afin de fournir des indications sur la position du navire. On peut facilement prévoir des déterminations de position répétées pour calculer la vitesse du navire suivant toute direction désirée. La programmation et la réalisation des unités de calcul à prévoir à ces fins sont à la portée de l'homme de l'art. La figure 4 illustre une modification apportée au recepteur représenté sur la figure 3 ; dans le récepteur qu'elle montre, le circuit à retard et le comparateur sont supprimés et remplacés par un différenciateur 40 qui décèle la crête du signal reçu. C'est ce différenciateur qui amorce le relevé statistique du comp teur, dont le comptage n'a plus à être déphasé par rapport à la rotation de l'antenne. Par ailleurs, les récepteurs montrés sur les figures 3 et 4 fonctionnent de la meme manière. REVENDICATIONS 1. Appareil de navigation à utiliser en association avec au moins deux radiophares fixes rayonnant des signaux d'cndes continus distinctifs, à radiofréquence, caractérisé en ce qu'ilcomprend une antenne directionnelle, un moyen imprimant à l'antenne une rotation d'exploration en azimut, un récepteur qui reçoit et distingué les signaux quettantenne reçoit des radiophares, un détecteur engendrant un signal en relation temporelle fixe avec la crête d'un signal reçu, un moyen entrarné en rotation conjointe- ment avec l'antenne pour indiquer en continu la position azimutale de l'antenne, un moyen opérant, sous l'action du signal de détecteur, un relevé statistique de ladite indication, et des unités de calcul déterminant la position du récepteur d'après les azimuts de chaque radiophare tels que déterminés par les relevés statistiques respectifs de ladite indication. 2. Installation de navigation couprenant un appareil de navigation selon la revendication 1 monté sur un navire et au moins deux radiophares occupant des positions fixes près d'un point d'accost ge et conçus pour rayonner des signaux d'ondes continus, à haute fréquence, subissant des modulations distinctives.