Brevet FR2170973A1 — publié le 19730921

La présente invention a pour objet un dispositif de détermination, en grandeur et en signe,de l'écart angulaire minimal, c'est-à-dire l'écart au plus égal à s ou 1800, entre une direction prise pour référence et une direction variable quelconque. L'invention a un intéret particulier pour la navigation ; elle permet la détermination de l'angle d'erreur de cap, c > est-à-dire, dans les techniques du pilotage automatique, d'un signal permettant la détermination de l'angle "de correction de barre", autrement dit de la correction à imposer au gouvernail d'un mobile pour qu'il retrouve le cap imposé. Dans cette application particulière, il importe, en effet, que le mobile (bateau ou aérodyne) piloté automatiquement retrouve ce cap par la voie la plus courte lorsqu'il en est écarté, c'est-à-dire par un déplacement angulaire toujours inférieur à 1800. On détermine usuellement l'erreur de cap (ou plus généralement l'écart angulaire entre deux directions) au moyen d'une tension continue dont la valeur et le signe correspondent à l'angle d'écart. Une telle tension est usuellement prélevée, au moyen de curseurs, sur un potentiomètre circulaire. Un tel prélèvement est imprécis, entraîne des frottements et des chutes de tension difficilement contrôlables. On a aussi proposé de définir l'écart angulaire par le moyen d'un synchro-détecteur ou synchro-transmetteur. Cependant, dans ce cas, le signal obtenu n'est pas linéaire mais proportionnel au sinus de l'écart, ce qui ne peut convenir pour des angles d'écart de plus de 900. L'invention a pour objet un dispositif capable de fournir, en grandeur et en signe, une tension exactement propor- tionnelle à l'écart angulaire entre deux directions, ceci sur toute l'étendue possible de cet écart, c'est-à-dire 1800 de part et d'autre de la position où l'écart est nul. On sait que, spécialement pour les besoins de la navigation, les informations relatives aux angles, par exemple à l'angle de cap, peuvent, à partir d'un appareil d'orientation automatique (compas magnétique ou gyroscopique), être fournies sous forme numérique, soit en numérotation binaire, soit en numérotation décimale dont les chiffres sont codés en éléments binaires, ce qui permet notamment l'affichage automatique de la valeur des angles au moyen de tubes luminescents (tubes "dixie"). On sait aussi que les appareils fournissant ces valeurs sont à double détermination, l'une constituant un vernier pour l'autre, et sont ainsi de grande précision. L'invention s'applique au cas où, d'une manière quelconque et à partir d'une orientation de base quelconque, les angles à comparer des deux directions sont mis en forme numérique dont les signes représentatifs sont binaires, qu'il s'agisse d'une numération purement binaire ou d'une numération décimale dont chacun des chiffres est transformé suivant un code binaire à quatre éléments d'information. Selon l'invention, les signaux récurrents d'une horloge fonctionnant en permanence sont dirigés vers un premier compteur à 2N positions, associé à un dispositif de décodagecodage compatible avec le code à base binaire dans lequel sont exprimées les valeurs des deux directions à comparer, dont l'une est choisie pour référence et l'autre comme variable, et, dans deux ensembles à coïncidence, les valeurs actuelles binaires de ces directions sont comparées à celles dudit premier compteur, la sortie de l'ensemble à coïncidence correspondant à la valeur de référence étant reliée avec la sortie de l'horloge sur une porte à coïncidence déclenchant un second compteur à N positions, la sortie de ce dernier compteur et la sortie de l'ensemble à coïncidence correspondant à la direction variable étant connectées aux deux côtés d'une bascule symétrique dont une sortie est reliée à un intégrateur de la sortie duquel est prélevée, en grandeur et en signe, la tension continue moyenne correspondant à l'écart le plus court entre les deux angles. Comme on s'en rendra compte dans la suite, un tel dispositif transforme les valeurs de l'angle correspondant à la direction variable en une suite récurrente de signaux séparés par des intervalles de temps constants que l'on peut considérer chacun comme distant d'un tour (exprimé par la valeur 2N) d'un précédent ou du suivant, tandis que l'angle correspondant à la direction de référence est transformé en une suite récurrente de signaux, également séparés les uns des autres par un tour (2N)-, mais dont chacun correspond à cette direction de référence majorée d'un demi-tour (i). Ainsi, grâce à l'échelonnement dans le temps des signaux, comparable à l'échelonnement angulaire des directions rencontrées au cours d'une rotation uniforme dans un sens quelconque autour d'un centre d'où partiraient ces directions, la direction variable est comparée, non pas avec la direction de référence, mais avec la direction diamétralement opposée. De la sorte, si les deux directions coïncident (écart zéro), la bascule fournira des créneaux de tension égaux et opposés et la sortie de l'intégrateur fournira une tension nulle, tandis que si les directions ne coïncident pas, les créneaux sont inégaux et l'intégrateur fournira, en grandeur et en signe, la valeur de la différence entre la surface des portions positives et des portions négatives par rapport à la valeur moyenne nulle, c'est-à-dire en grandeur et en signe, une tension proportionnelle au plus court écart angulaire entre les deux directions. On remarquera que, dans une telle réalisation, les mêmes impulsions d'horloge étant utilisées pour l'émission å très faible intervalle de temps des signaux représentatifs des deux directions, l'intervalle entre deux impulsions d'horloge peut être arbitraire et, au besoin, lentement variable, ctest-à- dire qu'aucune précaution de stabilisation n'est utile pour l'horloge. Les dessins annexés permettront de bien comprendre comment l'invention peut être mise en oeuvre. La figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif selon l'invention. Les figures 2 et 3 sont des diagrammes explicatifs du fonctionnement de ce dispositif. La figure 4 est un diagramme représentatif des directions et des angles qu'elles forment. Le dispositif montré sur la figure 1 comprend une horloge 1 émettant une suite récurrente d'impulsions 2. Cette horloge peut comprendre un oscillateur quelconque, d'une fréquence de quelques KHz pour fixer les idées, dépourvu de moyens de stabilisation. Les impulsions 2 sont envoyées directement dans le compteur 3 à 2N positions. A titre d'exemple, si le compte est effectué en degrés, le compteur 3 peut compter de 0 a 359. Il peut aussi compter de 0 à 399 grades ou jusqu'à tous nombres 2N N étant exprimé en fractions de degré, de grade ou de radian, capables d'être estimées par les appareils de mesure. Le compteur 3 est un compteur binaire. Il est associé à un décodeur-codeur 4 transformant, à chaque instant, le nombre contenu dans le compteur 3 en un code binaire, de préférence un code décimal dont chacun des chiffres est codé par quatre éléments binaires, le code étant lui-même quelconque. Les informations sortant de la partie 4 sont chacune dirigées par des conducteurs convenables 5 vers un nombre correspondant d'entrées 6a et 7a de deux ensembles de comparaison à coïncidence 6 et 7. Sur chacune des deux entrées homologues 6b de l'ensemble 6, sont envoyées les valeurs codées des nombres en provenance d'un appareil de mesure d'une direction variable, par exemple celle que donne un compas magnétique ou gyroscopique. Sur les entrées homologues 7b de l'ensemble 7 sont envoyées les valeurs codées du nombre correspondant à la direction de référence. Cette introduction peut être faite par affichage manuel par l'intermédiaire d'un codeur convenable, ou bien le nombre correspondant à cette direction de référence peut être introduit progressivement par un programme convenable qui codifie la valeur instantanée désirée pour ce nombre. Le signal émis dans l'ensemble 6 lorsque la colncidence est obtenue est dirigé sur l'une des entrées d'une bascule 8, tandis que le signal émis dans l'ensemble 7 lors de la coinci- dence est dirigé vers une porte 9 en même temps que la suite récurrente des impulsions issues de l'horloge, porte qui commande le départ d'un compteur 10 dont la capacité est la moitié de celle du compteur 3, c'est-à-dire N. La porte 9 est une porte complexe connue en soi, associant plusieurs portes ET et au moins une porte OU, de façon à être ouverte par la coïncidence de l'impulsion issue de l'ensemble 7 avec une impulsion d'horloge, maintenue ouverte pendant le comptage jusqu a N et enfin fermée à la réception, par le conducteur schématisé en 11, de signal de fin de comptage du nombre N. La sortie du compteur 9 est aussi dirigée vers l'autre entrée de la bascule 8, de sorte que celle-ci change alternativement d'état lorsqu'elle reçoit un signal provenant de l'ensemble 6 et un signal provenant du compteur 10, et émet sur sa sortie 12 une succession de créneaux de tension que, par des moyens connus, on rend symétriques en amplitude par rapport à la valeur nulle de la-tension. Les créneaux sont dirigés vers un intégrateur 13 du type filtre passe-bas, à la sortie 14 duquel on recueille une tension qui est proportionnelle au plus petit écart angulaire des deux directions dont les nombres représentatifs ont été introduits respectivement en 6b et 7b, le signe de cette tension oorrespondant au sens de cet écart. Les figures 2, 3 et 4 illustrent le fonctionnement du dispositif montré par la figure 1. Dans la suite, on appellera a le nombre représentatif de la direction variable dont la valeur est- introduite par les entrées 6b de l'ensemble 6 et ss la valeur de l'angle de la direction de référence qui est introduite par les entrées 7b de l'ensemble 7. Le compteur 3 et le décodeur-codeur 4 fournissent, par l'intermédiaire des ensembles 6 et 7, la représentation des angles a et ss sous une forme périodique, c'est-à-dire que successivement dans le temps apparaissent des successions d'impulsions séparées par l'intervalle de temps 2NT ( T étant l'intervalle de temps entre deux impulsions d'horloge consécutives) qui, étant donné que le nombre 2I correspond à la mesure d'une circonférence complète, sont équivalentes à une révolution d'un tour, c'est-àdire à la périodicité 2s ou 3600 de répétition de chacun des angles. L'angle ss affiché en 7b se traduit ainsi, lors des coïncidences apparaissant dans l'ensemble 7, par une succession d'impulsions 15l, 152, 153, etc... séparées par des intervalles de temps 2NT équivalant à l'intervalle angulaire 2fol. Autrement dit, les impulsions 151... 15k représentent la valeur ss + 2ks de l'angle ss. La coïncidence apparaissant dans l'ensemble 6 émet de même des impulsions 161, 162, 163 ... (figure 2) qui, dans chacun des intervalles 2NT, peuvent se situer, comme montré sur cette figure, plus près de l'impulsion 15 qui précède chacune d'elles que de celle qui suit. Dans ce cas, le plus petit écart entre les deux directions est indiqué par les flèches 17 dirigées dans le sens des temps décroissants, qui sont proportionnelles à l'angle d'écart entre les deux directions. Dans le cas de la figure 3, en supposant que les impulsions 15l, 152, 153 se produisentvaux mêmes instants, les impulsions représentatives de l'angle a2 + 2kit, soit 181,182,183, sont, dans chacun des intervalles 2NT, plus proches de l'impulsion 15 qui termine cet intervalle que de celle qui la débute, de sorte que le plus petit écart angulaire est cette fois représenté par les flèches 19 dirigées dans le sens des temps croissants. Pour la clarté, on a matérialisé cette situation sur la figure 4. Par rapport à une direction d'origine X, la valeur de l'angle al est plus grande que celle de l'angle 6, tandis que celle de l'angle a2 est plus petite, de sorte que les flèches 17 et 19 correspondent effectivement aux angles de même référence sur la figure 4. Les flèches 17 et 19 matérialisent ainsi les trajets les plus courts pour que la direction a se confonde avec la direction ss. Grâce à l'agencement constitué par la porte 9 et le compteur 10, le montage selon l'invention fait apparaître des impulsions 201, 202, 203 qui, par rapport aux impulsions 151, 152, 153, sont décalées en avant de l'intervalle de temps Nt, c'est-à-dire d'un demi-tour. Elles correspondent donc à la direction ss + v indiquée sur la figure 4. En admettant que la bascule 8 passe de l'état négatif à l'état positif chaque fois qu'elle reçoit une impulsion provenant de l'ensemble 6, et inversement de l'état positif à l'état négatif chaque fois qu'elle reçoit une impulsion du compteur 10, les suites d'impulsions montrées par les figures 2 et 3 fournissent respectivement les suites de créneaux 21 et 22. Si on appelle p la durée de la partie positive de ces impulsions et n celle de la partie négative, dans tous les cas de figures on a l'équation p - n = -2(a - a). On a reporté sur la figure 4 les angles correspondant aux valeurs p et n pour la direction al. Cette valeur de p - n est matérialisée avec son signe par la tension recueillie à la sortie 14 de l'intégrateur 13. Graphiquement, on se rend compte que l'égalisation des créneaux peut être obtenue par le déplacement du front avant des créneaux positifs avec l'ampleur et le sens respectivement des flèches 17 et 19. Autrement dit, la direction a tend à se confondre avec la direction ss en étant déplacée vers celle-ci suivant le plus petit écart que forment entre elles les deux directions. Lorsque la direction a est confondue avec celle de ss, on a p = n = NT Les tensions recueillies à la sortie 14 peuvent ainsi être utilisées, non seulement pour la mesure de l'écart angulaire entre deux directions, mais pour fournir une correction sur l'une des directions pour l'amener à être confondue avec l'autre, comme par exemple dans le cas du pilotage automatique. R E V E N D I C A T I O N S 1. Dispositif de détermination, en grandeur et en signe, de l'écart angulaire minimal entre une direction servant de référence et une direction variable, ces deux directions étant exprimées en valeurs numériques suivant un code binaire, un tour complet de l'une des directions correspondant à 2N unités desdites valeurs, caractérisé en ce que les signaux récurrents d'une horloge fonctionnant en permanence sont dirigés vers un premier compteur à 2N positions associé à un dispositif de décodage-codage correspondant au code desdites valeurs numériques et dans deux ensembles à coïncidence, les valeurs instantanées de ce compteur sont comparées à chacune des deux valeurs actuelles représentant ces deux directions, la sortie de l'ensemble à coïncidence correspondant à la valeur de référence étant reliée avec la sortie de l'horloge sur une porte à coïncidence déclenchant un second compteur à N positions, la sortie de ce dernier compteur et la sortie de l'ensemble à coïncidence correspondant à la direction variable étant connectées aux deux côtés d'une bascule symétrique dont une sortie est reliée à un intégrateur de la sortie duquel est prélevée, en grandeur et en signe, la tension continue moyenne correspondant à l'écart le plus court entre les deux angles. 2. Application du dispositif selon la revendication 1 à la fourniture d'un signal correspondant en navigation à l'erreur de cap pour le pilotage automatique d'un mobile.