Brevet FR2186656A1 — publié le 19740111

La présente invention concerne un système de navigation radioélectrique, permettant l'autolocalisation d'un mobile à l'intérieur d'un polygone défini par des réseaux d'hyperboles, au moyen d'une comparaison de phases entre les signaux émis par des couples de bases émettrices placées aux foyers des réseaux d'hyperboles. Dans les systèmes de radionavigation hyperboliques connus de ce type, qui peuvent notamment être utilisés pour la navigation côtière ou pour divers travaux maritimes tels que la prospection pétrolière, la génération des signaux se fait en chaque point d'émission, c'est-à-dire au niveau de chaque base émettrice. Chaque couple de bases émettrices est alors associé à une station réceptrice, placée à proximité de l'une des bases et ayant pour fonction d'asservir la phase des signaux émis par cette base sur celle des signaux émis par l'autre base, en fonction de sa situation géographique connue. I1 est en effet absolument indispensable que les signaux émis par chaque couple de bases émettrices soient parfaitement en phase, puisque la localisation du mobile se fait en comparant les phases de ces signaux lorsqu'ils sont reçus par le mobile.Une station supplémentaire de contrôle est par ailleurs prévue pour contrôler les émissions de chacune des bases émettrices composant le système. Un tel système de radionavigation implique évidemment de délicats problèmes de surveillance et de maintenance, d'autant plus que chaque base émettrice comporte un équipement relativement complexe, sans compter les stations réceptrices ainsi que la station de contrôle. La présente invention a pour but principal de remédier à ces inconvénients et, pour ce faire, elle a pour objet un système de radionavigation du type susmentionné qui se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend une station centrale, distincte des bases émettrices et comportant à la fois les circuits générateurs des signaux qui sont ensuite réémis à partir des bases émettrices, ainsi que les circuits de contrôle de la phase de ces différents signaux. Les matériels complexes se trouvent ainsi concentrés en un seul point géographique, ce qui facilite évidemment considérablement les problèmes de surveillance et de maintenance. De plus, les bases émettrices sont simplifiées et peuvent donc être totalement standardisées, ce qui facilite leur implantation, tout en réduisant les opérations de maintenance nécessaires ainsi que leur consommation d'énergie. I1 convient par ailleurs de noter que dans un tel système, il n'est pas nécessaire de prévoir une station de -contrôle particulière, la station centrale génératrice des signaux pouvant avantageusement remplir cette fonction. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, les signaux gégérés par la station centrale sont transmis à chaque base émettrice par l'intermédiaire d'un faisceau hertzien. En variante, les liaisons entre la station centrale et les bases émettrices sont réalisées au moyen de fréquences synchrones multiples des fréquences qui sont émises par ces bases émettrices. Plusieurs formes d'exécution de l'invention sont décrites ci-après à titre d'exemples, en référence aux dessins annexés dans iesquels - la figure 1 est un schéma simplifié illustrant le fonctionnement théorique d'un système de radionavigation hyperbolique conforme à l'invention - la figure 2 est un schéma synoptique de la chaîne d'émission équipant chacune des bases émettrices de ce système ; et, - la figure 3 est un schéma simplifié illustrant une variante de réalisation de l'invention. Le système de radionavigation représenté sur la figure 1 comprend tout d'abord deux bases émettrices A et B définissant un premier réseau d'hyperboles. Conformément à l'invention, les signaux émis par ces deux bases ne sont pas générés aux points d'émission, mais à une station centrale S, comprenant essentiellement un générateur G et un récepteur R dont le rôle apparaîtra plus clairement par la suite. I1 convient de noter dès maintenant que le système complet doit comporter au moins deux ensembles tels que celui représenté sur la figure I, afin de permettre la création de deux réseaux d'hyperboles sécantes dont les bases émettrices constituent les foyers. Chaque hyperbole représente en effet le lieu d'un mobile situé à une différence de distances constante des deux foyers et cette différence de distances peut être obtenue facilement en mesurant, à bord du mobile à localiser, le déphasage entre les signaux émis par chacune des bases émettrices situées aux foyers du réseau d'hyperboles considéré. L'utilisation de deux réseaux d'hyperboles permet donc, de façon connue en soi, de localiser le mobile avec exactitude sur l'intersection de deux hyperboles. Comme illustré sur la figure 1, chacune des bases émettrices A et B émet en fait une série de quatre signaux distincts, à savoir, F1At F2A, F3A, F4A pour l'émetteur A et FlB F2B, F3B, F4B pour l'émetteur B, ceci afin d'obtenir, de façon connue en soi, plusieurs sensibilités sur le même réseau d'hyperboles. Ces différents signaux sont constitués par des ondes entretenues pures qui sont rayonnées respectivement par deux antennes KA et KB, constituées par exemple par des dipôles verticaux. De plus, les fréquences sont telles que F1A -F f lB I F 2A ~ 2B F3A 3B 3 F 4A = f 4A 4B 4 avec fl = f2 = f3 = f4 = fo, fo étant une basse fréquence fixe. Les récepteurs placés à bord des mobiles mesurent en effet les différences de phase entre les battements BF ainsi engendrés. On a en outre entre ces différentes fréquences les deux relations suivantes F1A - F2A -n (F1A - F3A ) = n (F4A - F2A ) = mn fo F1B - F2B = n (F1B - F3B ) = n (F4B - F2BV ) = mnfo Ces deux relations montrent que ltutilisation des canaux 4 et 2 correspond à la sensibilité la plus faible, celle des canaux 1 et 3 à une sensibilité moyenne et celle des canaux 1 et 2 à la sensibilité la plus élevée. Il va de soi par ailleurs que les phases respectives des différents signaux émis doivent tre telles,qu'en un point équidistant des deux émetteurs A et B, les signaux reçus fl, f2, f3 et f4 soient en phase. Comme on l'a vu plus haut, les signaux émis par les bases A et B sont générés par la station centrale S. Le générateur G engendre ainsi à sa sortie, à partir de deux oscillateurs pilotes de fréquences F1A et mn2fo, et grâce à une succession de diviseurs de fréquence et de modulateurs en anneaux, huit fréquences répondant aux conditions énoncées ci-dessus et qui sont respectivement F1A F1B = F lA - fo F1A F1B = F1A - fo F2A = FlA - mn2fo F2B = FlB - mn2 fo 3A FlA - mnfo F3B = FlB - mnfo 4A = F2A - mfo F4B = F2B - mfo On voit par conséquent immédiatement que ces huit fréquences satisfongbien aux dites conditions. Les signaux générés par la station centrale S sont transmis aux bases émettrices A et B par l'intermédiaire d'un faisceau hertzien fonctionnant par exemple dans la gamme de 3800 à 4200 MHz. Les liaisons sont unilatérales et les aériens utilisés sont constitués par des paraboles de deux mètres de diamètre, respectivement LA pour la base A, LB pour la base B, LSA et LSB pour la station centrale S. Afin de limiter la bande passante de ce faisceau hertzien, les huit signaux engendrés par le générateur G sont préalablement divisés par un facteur constant P dans des diviseurs de fréquence appropriés. On obtient ainsi des signaux de FlA F2A la forme P , P , etc..., comme illustré sur la figure. A chacun de ces signaux est attribuée une sous-porteuse qu'il module en phase, et la somme des quatre sous-porteuses module à son tour l'émetteur du faisceau hertzien. On va maintenant décrire la chaîne d'émission qui équipe chacune des bases émettrices A ou B, en se référant plus particulièrement à la figure 2. Le signal hyperfréquence capté par l'aérien L alimente un récepteur hyperfréquence RH qui délivre ainsi à sa sortie les quatre sous-porteuses modulées par les quatre sous-harmoniques des signaux à émettre.Ces sous-porteuses sont d'abord appliquées à des filtres accordés, respectivement C1, C2, C3 et C4, puis à des démodulateurs de phase, respectivement D1, D2, D3 et D4 ce qui permet d'obtenir F1 F2 F3 F4 directement les signaux - , -, - et - P P P P Chaque démodulateur attaque un multiplicateur de fréquence de facteur P, respectivement M1, M2, M3 et M4, délivrant le signal définitif qui est ensuite amplifié dans un amplificateur, respectivement Q1, Q2, Q3 e t Q4 Ces amplificateurs ont une puissance d'environ 20 watts et ils excitenit la même antenne K par l'intermédiaire de trois anneaux hybrides H1, H2 et H3.On notera ici que les antennes d'émission K et K B peuvent être placées directement au sommet des pylones supportant les paraboles correspondantes LA et LB. Les signaux F1A' F2A) F3A' F4A et F1Bss F2Bv F3Bss F4B -émis respectivement par les deux bases émettrices A et B sont captés à bord des mobiles à localiser au moyen d'un récepteur classique, constitué essentiellement d'un dispositif de réception associé à un phasemètre et permettant, comme on l'a vu plus haut, de déterminer la position du mobile sur le réseau d'hyperboles correspondant à ces deux bases émettrices. Conformément à l'invention, ces huit signaux sont également captés par le récepteur R de la station centrale S, grâce à une antenne KS analogue aux antennes K A et K B des deux bases A et B. Ce récepteur R, du même type que celui des mobiles à localiser, comporte un phasemètre qui délivre à sa sortie des signaux d'erreur assurant l'asservissement en phase des signaux issus du générateur G, en fonction de la position géographique connue de l'antenne de réception Ks. Les signaux émis par les deux bases émettrices A et B ont ainsi une relation de phase constante. De plus, un tel dispositif permet de contrôler automatiquement les différentes émissions des bases émettrices et donc de détecter immédiatement une panne éventuelle. On voit par conséquent qu'avec le système de radionavigation hyberbolique conforme à l'invention, tous les matériels complexes sont concentrés en un seul point géographique, à savoir le lieu d'implantation de la station centrale S, ce qui facilite considérablement les problèmes de surveillance et de maintenance. Il est bien évident en effet que cette station centrale S peut être associée à plusieurs couples de bases émettrices définissant respectivement les différents réseaux d'hyperboles nécessaires. Ceci permet d'ailleurs d'obtenir très facilement des combinaisons multiples de réseaux d'hyperboles à partir d'un nombre déterminé de bases émettrices. On notera en outre que l'équipement des bases émettrices est très simple peut être entièrement standardisé, afin de faciliter encore les opérations de maintenance De plus, comme la consommation en énergie de ces bases est relativement faible, leur implantation ne présente absolument aucune difficulté. Dans la variante de réalisation illustrée par la figure 3, la seule différence réside dans les liaisons entre la station centrale S et les bases émettrices A et B. Ces liaisons sont en effet réalisées au moyen de fréquences KF1, KF2, KF3, KF4 synchrones des fréquences F1, F2, F3, F4 à émettre. Pour ce faire, les signaux p , lA ... p4B issus du générateur G sont d'abord ap P P P pliqués à des multiplicateurs de fréquence de coefficient Q, de manière que Q FIA ~ Q F2A l'on ait : p = K F1A' = K F2A = etc... Les signaux ainsi obtenus sont ensuite amplifiés et excitent alors respectivement deux aériens directifs T SA et TSB par l'intermédiaire d'anneaux hybrides. Les signaux K FlA5 K F2A, K F3A) K F4A et K F , K F2B, K F3B, K F4B générés par la station centrale S sont captés respectivement par les deux aériens directifs TA et TB équipant les deux bases émettrices A et B. Ces différents signaux captés sont ensuite amplifiés et séparés au moyen de convertisseurs de fréquence, puis appliqués à des diviseurs de fréquence de coefficient Q, suivis de multiplicateurs de fréquence de coefficient P qui commandent des amplificateurs excitant les antennes d'émission K et KB. Le fonctionnement du reste du système est alors parfaitement identique à celui décrit précédemment. REVENDICATIONS 1.- Système de navigation radioélectrique, permettant l'autolocalisation d'un mobile à l'intérieur d'un polygone défini par des réseaux d'hyperboles, au moyen d'une comparaison de phases entre les signaux émis par des couples de bases émettrices placées aux foyers des réseaux d'hyperboles, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comprend une station centrale, distincte des bases émettrices et comportant à la fois les circuits générateurs des signaux qui sont ensuite réémis à partir des bases émettrices, ainsi que les circuits de contrôle de la phase de ces différents signaux. 2.- Système de navigation radioélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux générés par la station centrale sont transmis à chaque base émettrice par l'intermédiaire d'un faisceau hertzien. 3.- Système de navigation radioélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liaisons entre la station centrale et les bases émettrices sont réalisées au moyen de fréquences synchrones multiples des fréquences qui sont émises par ces bases émettrices.