Brevet FR2160707A1 — publié le 19730706

L'invention concerne la télémétrie. On a proposé de nombreux appareillages radio-électriques pour la détermination d'une distance entre un premièr corps et un second corps et l'invention vise un tel appareillage du type de ceux dans lesquels la distance est mesurée par la durée de la propagation d'une énergie radio-électrique entre un premier corps et un second corps et, en retour, entre le second corps et ledit premier corps. Le premier corps comporte donc un émetteur et également des moyens pour mesurer le temps qui s 'écoule entre l'émission d'un signal et la réception du signal de retour. L'invention vise une forme de réalisation où le signal de retour est émis par le second corps à la réception du signal provenant du premier corps. Dans ce cas, elle trouve application, notamment, dans la mesure de la distance d'un satellite artificiel jouant, au point de vue de la télémétrie radio-électrique, le rôle de premier corps, le second corps étant alors constitué par une balise placée sur la terre ou une autre planète, ou la lune, et munie d'un répondeur, c 'est-à-dire d'un appareil qui effectue une émission radio-électrique à la réception du signal provenant du satellite artificiel. L'invention vise également une forme de réalisation suivant laquelle le second corps a un rôle purement passif, réfléchissant l'énergie radio-électrique émise par le premier corps et c'est par le temps s'écoulant entre l'émission d'un signal et la réception du signal réfléchi qu'est déterminée la distance séparant le premier corps du second corps. Sous cette forme de réalisation, l'invention trouve application sur un avion ou engin pour la détermination de l'altitude de celui-ci, l'avion ou engin comportant l'émetteur et le second corps étant constitué par la terre. Dans l'un et l'autre cas, l'appareillage selon l'invention est remarquable par la précision qutil apporte dans la détermination de la distance entre le premier corps et le second corps. La distance d'un satellite artificiel à une balise peut être ainsi mesurée avec une précision de l'ordre du mètre pour une distance de l'ordre de 10 000 km. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, dans lequel la figure 1 est un schéma explicatif ; la figure 2 est un diagramme ; la figure 3 est un schéma d'un appareil équipant un satellite; la figure 4 est un schéma d'un appareil equipant un répondeur ou balise ; la figure 5 est un schéma d'un appareillage selon l'invention. Sur la figure 1, A est un satellite artificiel muni d'un appareil radio-électrique 10. A l'instant t = 0, l'appareil 10 est propre à prendre la décision d'émettre un signal de télémétrie. En raison du temps, minime mais non nul, de la transmission électrique dans les circuits que comprend l'appareil 10, le signal n'est effectivement émis qu'après un temps 01, schématisé par le point 1 de la figure 2. Après avoir parcouru la distance qui sépare le satellite artificiel A d'une balise B, en un temps T, le signal émis S parvient à la balise B, comme schématisé par le point 2 du diagramme de la figure 2. La balise comprend un appareil répondeur 11 propre à émettre, à réception du signal S provenant de l'appareil 10, un signal de réponse S'. La durée du traitement du signal reçu au répondeur B, dans la partie réceptrice dudit répondeur, jusqu'à la commande de l'émission du signal S', est 62 et l'émission du signal de balise est commandée à l'instant 3. Le temps qui s'écoule entre la commande de ltemission et l'émission elle-même est 63, l'émis- sion se produisant donc au temps schématisé par le point 4. C'est après une durée de parcours de T que le signal S' parvient au satellite A.Il atteint celui-ci au temps schématisé par le point 5 et son traitement dans la partie réceptrice de l'appareil 10 dure un temps 04, comme schématisé par le point 6. Dans le diagramme de la figure 2, les longueurs relatives des segments représentatifs d'une part des durées de parcours entre le satellite et la balise, et d'autre part des durées de traitement, ont été réduites, pour la clarté de la représentation. Dans la plupart des appareillages radio-électriques de télémétrie du type à répondeur, la durée du trajet aller et retour entre le satellite A et la balise B est mesurée en déterminant le temps qui sépare la prise de décision de l'émission du signal S, schématisé par le point 0 du diagramme de la figure- 2, de l'ob- tention d'un facteur électrique exploitable schématisé par le point 6 du diagramme.Or, cette durée dépend non seulement des durées de parcours aller et retour schematisees par les longueurs des segments 1-2 et 4-5, mais aussi des retards introduits par le fonctionnement même des composants de l'appareil 10 sur le satellite artificiel et de l'appareil 11 sur la balise, ces durées étant variables avec la vie de ccmposanFs, la eemSerature à laquelle ils sont soumis, etc.. Dans un premier aspect, l'inventicr. 'aPfranchit des retards introduits par les corntosants de l'appareil 10 pcXté par le satellite. Suivant une première caracteristique, l'invention prvoit que la mesure de la durée de transmission aller et retour a pour origine, non pas le moment où est prise la décision d'émettre le signal S, mais un moment qui présente un retard par rapport à l'instant de prise de décision et qui tient compte des durées de transmission dans l'appareil radio-électrique 10 du satellIte. Elle prévoit que non seulement l'origine des temps est un instant qui est distant de la prise de décision du temps nécessai- re pour l'émission effective, comme représenté par la longueur du segment 0-1, mais également qui s'écarte de celui-ci d'une durée égale à celle nécessaire pour le traitement du signal S' dans la partie réceptrice de l'appareil 10. Un appareillage selon l'invention comprend, dans la partie émission de l'appareil A que porte le satellite 10, des moyens pour introduire un retard #'4' égal au retard #4, ou aussi proche que possible de ce dernier, et la mesure consiste alors à déterminer le temps qui s 'écoule entre l'émission effective, délibérément retardée de #'4 comme montré par le point 1' du diagramme, et le moment où le signal de retour S' est exploitable, représenté par le point 6, ctest-à-dire la longueur du segment 1'-6 qui est précisément égal à X dans le cas où 0' est égal à 64 et où k on ne tient pas compte des retards inhérents à la balise. Un appareil équipant un satellite comprend des moyens 21, (figure 3), de prise de décision d'émission d'un signal S, des moyens de transmission 22 jusqu'à l'aérien 23 rayonnant ledit signal, la durée de transmission étant ei, un aérien 24 pour capter le signal de retour et des moyens 25 d'extraction et de traitement dudit signal, l'extraction et le traitement prenant un temps 04. Le dispositif de mesure proprement dit 26 reçoit par son entrée 27 le signal de retour traité et par son entrée 28 un signal issu d'une voie 29 dérivée de la voie d'émission 30 et qui comprend des moyens 31 pour introduire un retard de temps 84 égalez ou le plus voisin possible du temps e 4. Le résultat de la mesure est présent sur la sortie 32 du dispositif 26. Ce dernier compare donc, au point de vue du temps, un signal de mesure qui lui est appliqué par la voie 27 et qui provient du signal de retour S' et un second signal de mesure qui lui est appliqué par la voie 28 et qui est extrait du signal S par des moyens introduisant le même retard que celui qui correspond à l'extraction et au traitement du signal S'. L'invention fait application des circuits intégrés qui rendent possible l'exécution sur un même élément des fonctions assurant ie traitement du signal S' dans la partie 25 du récepteur de l'appareil 10 et des fonctions assurant le retard 04 dans la partie 31 de l'émetteur dudit appareil. L'identité ou la communauté de structure des composants réalisant ces deux fonctions donne l'assurance que l'égalité de e4et de 04 est et reste très sensiblement réalisée malgré le vieillissement des composants et les variations de température, etc., auxquelles ils peuvent être soumis. Avantageusement, c'est la même plaquette de silicium ou analogue ou les mêmes plaquettes de silicium ou analogue qui sont utilisées pour la réalisation des dispositifs 25 et 31. Ce perfectionnement s'applique aussi bien pour une balise à répondeur que pour une balise sans répondeur, c'est-à-dire réfléchissant l'énergie électrique qu'elle reçoit du satellite ou analogue, l'appareil 10 effectuant alors le traitement du signal réfléchi. Ce perfectionnement s'applique en particulier dans le cas où le signal émis par l'appareil 10 est destiné à mesurer l'altitude du porteur de l'appareil, qui peut être un avion, ou un engin, le signal reçu résultant alors de la reflexion sur la terre du signal émis. On se réfère maintenant à la figure 4. L'appareil 41 équipant un satellite émet un signal composite S sur deux fréquences porteuses X1 et X2 . Un répondeur 42 de balise reçoit le signal S et un séparateur 43 qu'il comprend dirige la partie de fréquence porteuse Xl sur une première voie 44 et celle de fréquence porteuse À sur une seconde voie 44'. Le traitement dans la partie récep 2 trice 45 de la voie 44 prend un temps e2 et le traitement dans la partie réceptrice 45' de la voie 44' prend un temps o'2. Le signal de réponse, composite, S' comprend deux composantes distinctes par leur longueur d'onde et élaborées respectivement par des dispositifs 46 et 46' des voies 44 et 44', l'élaboration durant des temps respectivement e3 et e'3 et la composition des deux composantes se faisant dans un dispositif 47. Le satellite comprend des moyens pour mesurer la durée de propagation T1 du signal aller et retour sur la première fréquence porteuse et des moyens pour mesurer la durée de propagation T2 sur la seconde fréquence porteuse. L'invention prévoit de constituer l'appareil 42 du répondeur de manière que Si on pose (1) e = e2 + e3 et (2) at = e' + e' 2 3 un appareil du type représenté sur la figure 3 détermine le temps T1 qui s'écoule entre l'émission effective, délibérément retardée, et le moment où le signal de retour est exploitable, et cela sur la première fréquence X . On a donc T1 = T + 8 . Un second appareil détermine le temps qui s'écoule entre l'émission effective, délibérément retardée, et le moment où le signal de retour est exploitable, et cela sur la seconde fréquence 1 . 2 On a donc T2 = T + e'. Selon l'invention, les voies 44 et 44' sont constituées de manière telle que (3) o' = ke , k étant une constante. On a alors kT1 2 k-1 Dans cette formule, ne figurent plus les retards de transmission introduits par le répondeur. Un appareil de répondeur dont les voies satisfont le relation (3) ci-dessus permet donc de s'affranchir des retards de transmission et de traitement du répondeur. L'invention prévoit, dans le cas où la mesure des temps est effectuée au satellite par comparaison de phases, les deux fréquences porteuses étant alors modulées en phase suivant des pulsations respectivement w et X , de choisir une valeur du i 2 coefficient k ci-dessus qui réponde à la formule (ss (4) k = 2 On a alors to e = X o' l 2 Un répondeur dont les voies satisfont à la condition cidessus, c'est-à-dire introduisent les mêmes "sauts" de phase, rend un appareillage comprenant ledit répondeur et un appareil de satellite émettant les fréquences porteuses modulées en phase indépendants, au point de vue de la mesure, des retards incontrôlables introduits par le traitement des signaux dans le répondeur. Une forme de réalisation d'un tel répondeur est montrée sur la figure 5. I1 comprend une antenne de réception 52 appli quant un signal S à deux fréquences porteuses À et À , modulées i 2 en phase respectivement suivant des pulsations U et w , à une I 2 entrée 53 d'un dispositif 54 d'extraction et de séparation des deux fréquences porteuses X et A .La première fréquence por i 2 teuse est dirigée vers une première sortie 551 se divisant en deux branches 561 et 5715 dont la première aboutit à un comparateur de phases 581 et la seconde à un dispositif de retard de temps commandable 591- La seconde sortie 552 du dispositif 54, affectée à la fréquence porteuse X , se divise de même suivant deux branches 562 et 572 constituant des entrées, respectivement, d'un comparateur de phases 582 et d'un dispositif de retard de temps commandable Les sorties 611 et 612 des dispositifs 591 et 592 constituent les entrées d'un dispositif 62, qui recompose les signaux qu'il reçoit à ses entrées. Une partie du signal recomposé est rayonnee par une antenne 63 et constitue le signal S' reçu par l'appareil 10 du satellite, et une autre partie est appliquée par un couplage 64 à un dispositif 65, de constitution analogue au dispositif 54, et qui extrait et sépare les deux fréquences porteuses X et À i 2 et les dirige respectivement,par ses sorties 661 et 662, vers de 2' secondes entrées des comparateurs de phase 581 et 582.Les sorties 671 et 672 des comparateurs de phase 581 et 582 sont reliées aux entrées 681 et 682 d'un comparateur de tension 69 dont les sorties 711 et 712 appliquent les facteurs de commande de retard respectivement aux dispositifs 591 et L'invention concerne les systèmes radio-électriques de télémétrie comprenant un tel répondeur, qu'ils comportent ou non un appareil au satellite qui soit muni du perfectionnement décrit ci-dessus éliminant. l'influence des retards du traitement dans ledit appareil du satellite. L'invention vise complémentairement un appareillage qui comprend des moyens pour introduire temporairement, dans un but de tarage, la même modulation de phase, X ou X , ou bien une valeur i 2 moyenne, sur l'une et l'autre des deux voies haute-fréquence. La comparaison, à l'appareil du satellite, des deux résultats fournis respectivement sur l'une et l'autre des deux hautes fréquences, permet la détermination du zéro utilisé pour la mesure proprement dite effectuée comme indiqué ci-dessus à l'aide des deux fréquences porteuses modulées différemment. Dans le cas où la précision requise n'exige pas un tarage du zéro, la transmission peut faire appel à une fréquence porteuse unique avec une première modulation de phase à pulsation X et une seconde modulation de phase à pulsation X . Le répondeur com 2 prend alors un dispositif pour séparer les deux modulations et non pas les deux fréquences porteuses. Les valeurs de la ou des fréquences porteuses ainsi que des fréquences de modulation peuvent varier dans de larges limites. De bons résultats correspondent à des fréquences porteuses de l'ordre du gigahertz et des fréquences de modulation dont l'une peut être de l'ordre de 5 kHz et l'autre de l'ordre du mégahertz. La précision obtenue pour la mesure de distances de satellites artificiels est de l'ordre du mètre pour des distances mesurées de l'ordre de 10 000 km. REVENDICATIONS 1.- Appareil émetteur-récepteur d'un appareillage de télémétrie émettant un signal vers une balise et recevant un signal de retour de la balise5 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mesurer le temps qui s'écoule entre l'instant de l'é- mission effective du signal et l'instant d'apparition du signal de retour traité. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend des moyens pour traiter le signal à émettre entre la prise de décision d'émission et l'émission effective en vue d'introduire un retard de temps qui correspond à la durée du traitement du signal de retour. 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ce sont des circuits intégrés qui réalisent le traitement du signal de retour et également introduisent le retard de temps. 4.- Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que les circuits intégrés sont réalisés sur la même ou les mêmes plaquettes de silicium ou analogue. 5.- Altimètre, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil d'émission et de réception selon l'une des revendications 1 à 4. 6.- Appareillage de télémétrie par mesure de la durée de propagation d'abord d'un signal d'un émetteur vers un répondeur puis d'un signal du répondeur vers l'émetteur, caractérisé en ce que l'un et l'autre des signaux ont deux composantes à fréquences porteuses différentes modulées et en ce que le répondeur comprend deux voies affectées respectivement aux deux fréquences porteuses, les retards introduits par deux voies pour le traitement des composantes du signal reçu et pour l'élaboration des composantes du signal de réponse restent dans un rapport constant. 7.- Appareillage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fréquences porteuses sont modulées en phase, le rapport de proportionnalité des retards des deux voies étant égal au rapport des pulsations de modulation. 8.- Répondeur d'un appareillage de télémétrie radio-électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend deux voies correspondant respectivement à deux fréquences porteuses et dans chacune des voies des moyens pour le traitement d'une composante d'une fréquence porteuse du signal reçu et ltélabora- tion d'une composante de signal de réponse, ainsi que des moyens pour maintenir à une valeur constante le rapport des temps de traitement et d'élaboration dans chacune des voies. 9. Répondeur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux voies sont prévues pour des fréquences porteuses modulées en phase, des moyens étant prévus pour que les sauts de phase introduits par les deux voies restent les mêmes. 10.- Répondeur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins une voie comprend un dispositif à retard variable commandable à partir de la comparaison des sauts de phase introduits par chacune des voies. 11.- Répondeur selon la revendication 10, caractérisé en ce que chacune des voies comprend un dispositif à retard commandable, dont le facteur de commande est tiré de la comparaison, sur chacune des fréquences porteuses, des phases du signal reçu par le répondeur avec le signal de réponse émis. 12.- Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour, dans un but de tarage de zéro, appliquer temporairement la même modulation aux deux fréquences porteuses. 13.- Appareillage selon la revendication 7, caractérisé en ce que le signal émis est à fréquence porteuse unique mais à deux modulations de phase, le répondeur comprenant deux voies correspondant respectivement auxdites modulations. 14.- Variante du répondeur selon la revendication 9, caractérisé en ce que les deux voies correspondent à la même fréquence porteuse mais à des modulations de phase différentes.