Brevet FR2178780A1 — publié le 19731116

La présente invention a trait à des perfectionnements apportés aux systemes de télémétrie par rapport a des répondeurs actifs. Elle concerne notamment le positionnement relatif d'une structure par rapport à au moins deux répondeurs actifs dont ltécartement est initialement inconnu. I1 est connu d'associer a cet effet, a la structure a positionner, un ensemble d'émission-réception connu sous le nom d'interrogateur. Cet ensemble interroge les répondeurs et permet ainsi leur localisation. I1 permet en outre de télécommander certaines opérations relatives aux répondeurs. Le signal émis par l'interrogateur est reçu et détecte par le répondeur qui émet à son tour un signal de réponse. Le temps mis par le signal d'interrogation pour être reçu par le répondeur, ajouté a celui mis par le signal de réponse fourni par ce dernier pour parvenir a l'interrogateur permet d'élaborer une mesure de la distance qui sépare ces deux ensembles, en supposant que la celle rité des signaux dans le milieu de propagation est connue avec une bonne précision. Un codage des signaux d'interrogation et/ou de réponse, permet a l'interrogateur d'identifier les différents répondeurs avec lesquels il peut être en liaison. Pour positionner une structure, il est nécessaire de faire une mesure par rapport au moins deux répondeurs actifs, ce qui implique la nécessité, au moment de la mesure, de connaître avec une bonne précision la distance qui sépare ces deux répondeurs. Cette distance n'est pas toujours aise à connaltre et en général elle n'est mesurée qu'au moment de l'installation des répondeurs par des procédés plus ou moins complexes. La présente invention a pour objet de remédier a cet inconvénient en définissant un procédé et un systeme permettant de déterminer la distance entre deux répondeurs préalablement a toute opération de positionnement par rapport a ces répondeurs. Un autre objet de l'invention est de permettre le positionnement simultané de plusieurs structures les unes par rapport aux autres par référence a au moins deux répondeurs actifs. Suivant l'invention, on mesure initialement ltécartement de deux répondeurs en les interrogeant suivant un code tel que l'un fournisse une seule réponse sur un fréquence dite "fréquence générale" tandis que l'autre fournit successivement deux réponses suivant son code particulier, l'une consécutive a la réception de l'interrogation et l'autre consécutive a la réception de la réponse sur la "frequence générale" de l'autre répondeur, la même opération étant répétée en inversant les rôles respectifs des répondeurs de maniere obtenir une mesure redondante. Suivant un autre aspect de l'invention, une autre structure punie d'un répondeur peut titre positionne en mbe temps que la structure prin - cipale équipée de l'interrogateur en interrogeant ce répondeur de manière à ce qu'il réponde sur la "fréquence générale" ; les répondeurs de référence émettent alors successivement deux réponses suivant leur code particulier, la première consécutive a la réception de l'interrogation et la seconde consécutive à la réception de la "fréquence générale" réémise par le répondeur mobile ; à partir des durées ainsi mesurées, les calculateurs équipant les structures à positionner élaborent les coordonnées desdites structures. D'autres caractéristiques, ainsi que des avantages de 1 invention ressortiront au cours de la description qui va suivre illustrée par la figure jointe qui représente un exemple de réalisation d'un répondeur actif permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention. Cette description est donnée à titre d'exemple non limitatif et concerne de maniere plus particulière le positionnement de véhicules marins et/ou sous-marins par rapport à au moins deux répondeurs ultrasonores disposés en des points fixes par rapport ou sur le sol immergé. Dans cet exemple d'application du systeme conforme à 1 invention, il est important que l'ensemble de calcul de distance monté à bord du véhicule à positionner connaisse l'immersion de chaque répondeur. A cet effet, ces derniers sont équipés de dispositifs de mesure de leur immersion et sont capables de transmettre la valeur ainsi mesurée suivant un code séquentiel donné à chaque fois qu'ils sont interrogés suivant un mode pré-établi.Lorsque le véhicule à positionner est du type sous-marin, la connaissance de l'immersion propre-dudit véhicule permet à l'ensemble de calcul de déterminer l'immersion relative des répondeurs qu'il utilise ensuite dans ses calculs de distances. Un autre mode d'interrogation particulier permet de télécommander le largage des répondeurs. Pour commander ces opérations particulières de transmission d'immersion et de largage, le code d'émission nécessite l'utilisation de plusieurs fréquences : une fréquence Fo qui, suivant qu'elle est présente ou absente, permet au répondeur d'identifier la nature de ltopération qu'il doit accomplir et n autres fréquences fl à fns dites fréquences d'adressage, qui permettent aux répondeurs de reconnaître que l'interrogation s'adresse uniquement à eux parmi 2n répondeurs possibles.Le code d'émission comporte en outre une autre fréquence F8,appelée "fréquence générale" qui, suivant qu'elle est présente ou absente, commande la réponse du répondeur concerné suivant ladite fréquence générale Fg ou suivant un code particulier à ce répondeur, ce qui permet d' une part de mesurer la distan-ce qui sépare deux répondeurs entre eux ainsi que les distances séparant itinterrogateur des différents répondeurs.Le tableau ci-dessous montre un exemple de code démission utilisant quatre fréquences, ciest-à-dire permettant la commande de quatre répondeurs N : CODE EMIS PAR INTERROGATEUR des F g Fo F1 F2 REPONSES REPONDEURS Codes : A OUI : NON : OUI : OUI : Emission fréquence particulière des : : ou : où répondeurs 1 à 4 NON : NON : B OUI : OUI : OUI : OUI : Emission fréquence générale Fg par : : : : : répondeur 1 C : OUI : OUI : OUI : NON : Emission fréquence générale Fg par : : : : : répondeur 2 D : OUI : OUI : NON : NON : Emission fréquence générale Fg par : : : : : répondeur 3 E : OUI : OUI : NON : OUI : Emission fréquence générale Fg par : ~~~~~~~~ : : : : répondeur 4 F : NON : NON : OUI : OUI : Emission code d'immersion par : : répondeur 1 G : NON : NON : OUI : NON : Emission code d'immersion par : : : : : répondeur 2 H : NON : NON NON : NON : Emission code d'immersion par : : : : : répondeur 3 I : NON : NON : NON : OUI : Emission code d'immersion par : : : : : ~~~~~~~~~~~~~~~~ répondeur 4 J : NON : OUI OUI : OUI : Largage répondeur K NON : OUI : OUI : NON : " " 2 L : NON : OUI : NON : NON : " " 3 M : NON : OUI NON : OUI : " " 4 Lorsqu'un véhicule marin désire connaître ses coordonnées par rapport aux répondeurs immergés 1 et 2, le procédé de l'invention consiste à mesurer en premier lieu la distance qui sépare ces deux répondeurs 1 et 2. A cet effet, l'interrogateur émet successivement les codes F et G qui commandent l'émission par les répondeurs 1 et 2 de leur code d'immersion respectif. L'interrogateur émet ensuite le code B, ce qui fait que le répondeur 1 répond sur la fréquence générale Fg. Cette réponse est reçue par le récepteur du véhicule qui peut ainsi calculer sa distance à ce répondeur 1. Elle est aussi reçue par le répondeur 2 et équivaut pour lui au code d'émission A, ce qui provoque une réponse de ce répondeur 2 sur sa fréquence particulière. La durée qui s 'écoule entre l'émission du code B et la réception par le véhicule de la fréquence particulière du répondeur 2 permet de déterminer la somme de la distance séparant le véhicule du répondeur~l avec la distance séparant les répondeurs I et 2. On procède ensuite de manière identique avec le répondeur 2, en l'interrogeant suivant le code C. On obtient ainsi la mesure de la distance du véhicule au répondeur 2 ainsi quela somme de cette distance avec l'écartement des répondeurs 1 et 2, ce qui permet de déterminer ce dernier avec redondance par comparaison des mesures obtenues successivement avec les codes B puis C. Un calcul simple permet alors de définir un système de coordonnées fixes par rapport au sol immergé, lié à ces deux répondeurs, dans lequel la surface idéale de la mer constitue le plan xOy, l'axe Ox étant dans le plan vertical passant par les deux répondeurs et l'axe Oy dans le plan médiateur -du segment joignant ces deux répondeurs, l'axe Oz étant perpendiculaire au plan xOy. Le positionnement du véhicule peut ensuite s'effectuer par l'émission du code A uniquement. Un avantage important du procédé de l'invention est que, en plùs du positionnement du véhicule par rapport aux répondeurs fixes I et 2, il permet le positionnement par rapport à ces mêmes répondeurs fixes 1 et 2 d'autres véhicules équipés de l'un des 2n-i répondeurs disponibles. C'est ainsi par exemple, que lorsque l'on désire positionner un véhicule marin équipé de l'interrogateur-récepteur et un véhicule sous-marin équipé du répondeur 3 par rapport aux répondeurs fixes I et 2, on détermine tout d'abord, suivant le procédé décrit dans ce qui précède, l'écartement entre les répondeurs fixes I et 2.L'interrogateur émet ensuite le code D qui provoque l'émission par les répondeurs fixes I et 2 de leur fréquence particulière et l'émission par le répondeur 3 de la fréquence générale Fg. Le récepteur du véhicule marin revoit donc tout d'abord ces trois réponses, puis deux autres réponses provenant des répondeurs fixes 1 et 2 et consécutives à la réception par ces derniers de la fréquence générale émise par le répondeur 3.Le véhicule marin est donc de la sorte en mesure de déterminer ses coordonnées par rapport aux répondeurs fixes I et 2, ainsi que celles du véhicule sous-marin muni du répondeur 3. De même, le véhicule sous-marin est lui aussi en-mesure d'établir ses propres coordonnées ainsi que celles du véhicule marin, à condition que son immersion soit connue. Sa distance à chacun des répondeurs fixes est en effet établie au moyen de la durée qui s'écoule entre l'émission par son répondeur 3 de la fréquence générale Fg et la réception par ledit véhicule sous-marin de la réponse des répondeurs fixes 1 et 2 à cette émission. Pour déterminer les coordonnées du véhicule marin, l'ensemble de calcul équipant le véhicule sous-marin utilise la différence des distances dudit véhicule marin à chaque répondeur fixe ainsi qu'à lui-même qui s'obtient en soustrayant la durée qui s écoule entre la réception de l'interrogation par le véhicule sous-marin et la réponse des répondeurs I et 2 à cette interrogation, à la moitié de la durée qui s s'écoule entre l'émission de la fréquence générale par le répondeur 3 et la réception par le véhicule sous-marin de la réponse des répondeurs de référence 1 et 2 à cette émission. Un exemple de réalisation d'un ensemble d'interrogation et de réception permettant de mettre en oeuvre le procédé de positionnement décrit dans ce qui précède est représenté suivant un schéma synoptique sur la figure jointe à la présente description. Cet ensemble comporte p voies d'émission et q voies de réception, en appelant p le nombre de fréquences distinctes composant le code d'interrogation et q le nombre de fréquences distinctes de réponse. I1 comprend un transducteur électro-acoustique omnidirectionnel 5 fonctionnant à la fois à l'émission et à la réception, relié aux voies d'émission et à celles de réception par le moyen d'un multiplexeur 6. Les voies d'émission se composent d'émetteurs 7i fournissant tous des fréquences distinctes et reliés à des modulateurs 8i. Les voies de réception sont quant à elles composées de récepteurs 9; tous accordés sur des fréquences différentes et reliés à un même circuit 10 de décodage chargé de déchiffrer le code reçu, c'est-à-dire de déterminer quel est le répondeur qui a effectivement répondu.La sortie de ce circuit de décodage 10 est reliée à un calculateur 11 transformateur de coordonnées lui-même relié à un ensemble de visualisation 12. Les modulateurs 8i des voies d'émission fonctionnent par "tout ou rien" et sont commandés par un circuit 13 de codage d'émission, lui-même commandé, suivant la nature de l'opération à réaliser, soit par un circuit 14 définissant les codes particuliers à l'opération de mesure de l'écartement des répondeurs de références, soit par une horloge-mère 15 déclenchant périodiquement l'interrogation sur la fréquence générale. Un commutateur 16 assure la liaison entre ces éléments 14 et 15 et le circuit de codage 13. En ce qui concerne les répondeurs actifs, notamment ceux utilisés comme référence, leurs circuits électroniques sont constitués de manière semblable à ceux de l'interrogateur-récepteur décrit dans ce qui précède, mis à part le fait qu'il y a interversion des fréquences d'émission avec celles de réception.Par ailleurs, ces répondeurs ne comportent pas d'ensembles de calcul 11, de visualisation 12, d'horloge 15 et de définition de code initial 14. Par contre, la sortie de leur circuit de décodage 10 est reliée au circuit- de codage d'émission 13 par l'intermédiaire d'un circuit de transcodage recevant par ailleurs la sortie d'un ensemble de mesure d'immersion. Ce circuit de transcodage commande ainsi le circuit 13 de codage d'émission en fonction de la nature du code reçu par le répondeur. Lorsqu'en plus du véhicule principal, on désire positionner simultanément un autre véhicule, ce dernier est équipé d'un répondeur semblable à celui décrit dans ce qui précède ainsi que d'un récepteur analogue à celui du véhicule principal. On a ainsi décrit un procédé ainsi qu'un système de télémétrie particulièrement bien adapté au positionnement relatif par rapport au sol immergé d'un ou plusieurs véhicules marins et/ou sous-marins par rapport à au moins deux répondeurs ultrasonores immergés, en position fixe relativement à la surface du sol immergé, dont l'écartement et l'immersion ne sont pas connus à priori. Ce système permet d'établir de manière instantanée un référentiel fixe par rapport au sol immergé, dont les coordonnées géographiques ne sont pas connues mais qui permet par exemple d'effectuer un ancrage dynamique, une exploration systématique ou le retour sur un point déjà examiné sans avoir besoin de déterminer à chaque fois le référentiel géographique local. Le procédé de l'invention peut aussi s'appliquer de manière avantageuse au problème de l'atterrissage sans visibilité de véhicules aériens au moyen d'un balisage consistant en des transpondeurs radio-électriques disposés de part et d'autre de la piste d'atterrissage. Dans ce cas, le code d'interrogation est relativement simple et peut ne comporter que deux fréquences, car le véhicule aérien possède son propre altimètre. - REVENDICATIONS 10) - Procédé de télémétrie destiné à positionner au moins une structure équipée d'un dispositif émetteur-récepteur connu sous le nom d'interrogateur, par rapport à au moins deux répondeurs actifs en position fixe dont l'écarte- ment est initialement inconnu, caractérisé en ce que, préalablement aux opérations de positionnement de la structure, une mesure redondante de l'écartement entre les différents répondeurs de référence est effectuée en émettant un premier code d'interrogation composé de plusieurs fréquences parmi lesquelles l'une est dite "frequence générale" et n autres définis sent le code d'adressage des répondeurs en supposant que ces derniers sont au nombre de 2n ; à cette interrogation particulière, seul le répondeur concerné répond sur la "fréquence générale" tandis que les autres répon deurs répondent une première fois suivant leur code d'identification particulier, puis une seconde fois suivant ce meme code particulier lorsque la réponse sur la "fréquence générale" du répondeur initialement interrogé leur parvient ; le récepteur de l'interrogateur détermine donc ainsi des durées qui correspondent les unes aux distances entre chaque répondeur et la structure et les autres aux sommes des distances entre cette dernière, le répondeur interrogé et les autres répondeurs ; en opérant de la sorte pour chaque répondeur, on obtient ainsi une mesure redondante de l'écartement entre les rdpondevrsdeus & deux, ce qui permet de définir le système de coordonnées ; le positionnement est alors effectué en émettant un code d'interrogation auquel les différents répondeurs de référence répondent suivant leur code particulier. 20) - Procédé selon la revendication 1 destiné à positionner simultanément une structure équipée d'un interrogateur ainsi qu'au moins une autre structure équipée d'un répondeur actif, et ce, par rapport à au moins deux répondeurs actifs de référence caractérisé en ce que après ltopé- ration préalable de mesure de l'écartement des répondeurs de référence le positionnement simultané des deux dites structures est obtenu en interrogeant le répondeur mobile équipant l'une des structures de manière à ce qu'il réémette la "fréquence générale" ; les répondeurs fixes de référence émettant donc une première réponse suivant leur code particulier à cette interrogation, puis une seconde réponse identique dès qu'ils reçoivent la réponse sur la "fréquence générale" fournie par le répondeur mobile ; les deux structures peuvent alors calculer leurs positions respectives ainsi que celle de l'autre par rapport aux répondeurs de référence. 30) - Procédé selon la revendication 1 dans lequel la structure est un véhicule marin et les répondeurs actifs, qu'ils soient fixes ou mobiles, sont immergés et émettent des ondes ultrasonores, caractérisé en ce que le code d'interrogation comporte une fréquence supplémentaire qui, suivant qu'elle est présente ou absente du code, commande le largage des répondeurs ou la transmission du code d'immersion de ces derniers. 40) - Procédé selon la revendication 10) caractérisé en ce que la structure à positionner est un véhicule aérien équipé d'un interrogateur radio-élec trique et d'un altimètre et les répondeurs actifs de référence sont des transpondeurs radio-électriques déposés sur le sol. 50) - Système de télémétrie mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que - l'interrogateur se compose d'une antenne omnidirectionnelle d'émission-réception reliée par un multiplexeur d'une part à p voies d'émission et d'autre part à q voies de réception, p étant le nombre de fréquences distinctes contenues dans le code d'interrogation et q le nombre de fréquences distinctes de réponse, chaque voie d'émission comportant un émetteur fournissant une fréquence distincte et un modulateur commandé par un circuit de codage d'émission lui-même commandé successivement par un circuit de définition des codes servant à la mesure d'écartement des répondeurs puis à une horloge mère déclenchant périodiquement l'interrogation sur la "fréquence générale", les voies de réception étant quant à elles composées de récepteurs accordés sur les fréquences respectives du code de réponse des répon deurs et reliés à un circuit de décodage connecté à un calculateur transformateur de coordonnées ; ; - les répondeurs ont une structure semblable à celle de l'interrogateur mis à part le fait que la commande de leur circuit de codage d'émission est assurée par un circuit de transcodage recevant la sortie du circuit de décodage de réception et outil y a interversion entre les fréquences d'émission et celles de réception.