Brevet FR2214131A1 — publié le 19740809

La présente invention concerne un système d entification et de localisation de mobiles porteurs d1émetteur-récepteur. Il existe de nombreux types- d'aide å la navigation et de systèmes de contrôle de celle-ci. Cependant, la surveillance du trafic de mobiles à courte distance en particulier dans le cas de la surveillance d'un trafic important, par exemple de navires dans un détroit, pose certains porblèmes. Pour une telle suryeillance, on utilise en général des radars permettant d'obtenir les coordqnnées de chaque mobile présent dans la zone surveillée et de représenter leurs positions sur un écran de visualisation. Mais en général, les échos reçus des mobiles détectés ne permettent pas l'identification de ces mobiles, ce qui est pourtant une nécessite, surtout dans le cas d'un-trafic important où plusieurs mobiles peuvent être proches, pour pouvoir contrbler ce trafic et indiquer à chaque mobile la route à suivre. I1 a été imaginé un système de localisation et d'identification simplifié destiné à répondre à ces besoins et utilisant les stations du système Oméga dans lequel les mesures de phase nécessaires sont effectuées à bord des mobiles et le traitement des mesures est effectué par un centre de calcul fixe travaillant en temps partagé. Nais ce système, malgré les simplifications introduites, nécessite- cependant un équipement de bord supplémentaire non négligeable et donc relativement coûteux. La présente invention a pour objet un système simple de localisation et d'identification simultanées de mobiles qui permet un contrôle de trafic aisé avec le minimum de matériel supplémentairé. Selon la présente invention, il est prévu un système d'identification et de localisation d'un mobile porteur d'un émetteur-récepteur radioélectrique dans une zone donnée caractérisé en ce que, dans ladite zone, sont disposées au moins trois balises radioélectriques non alignées définissant une zone élémentaire, en ce que des moyens sont prévus sur au moins une desdites balises pour émettre vers ledit mobile un signal de mesure à fréquence porteuse prédéterminée moduléepar- un signal de tonalité, en ce que ledit émetteur-récepteur du mobile comprend des moyens de liaison pour réémettre ledit signal sur une fréquence porteuse différente, en ce que chaque balise-comporte des moyens de mesure pour mesurer le déphasage subi par le signal de tonalité reçu dudit mobile et définir ainsi, avec une erreur non déterminée sensiblement égale pour toutes les balises, un lieu géométrique de la position dudit mobile par rapport à ladite balise, et en ce qu'il est prévu des moyens de calcul pour, à partir de l'intersection de ces lieux géométriques relatifs à chaque balise, déterminer la position du mobile. Llinvention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparateront à L'aide de la description ci-après et des dessins joints où - La figure 1 est un diagramme de principe du système selon I'invention, - La figure 2 représente le schéma simplifié d'une balise du système selon l'invention, - La figure 3 représente un premier mode d'interconnexion émetteur-récepteur du mobile lors de son utilisation dans le système selon l'invention, - La figure 4 est un autre mode d'interconnexion, - La figure 5 représente un schéma pour l'utilisation du système selon l'inven tion dans le cas du contrôle de trafic dans un détroit, - La figure 6 représente le schéma d'un mode de réalisation d'une balise dans le cas d'utilisation de la figure 5. Dans toute la description qui va suivre, on considèrera, sans que cela soit limitatif de ltinvention, le cas d'un système appliqué au contrale du trafic de navires dans un détroit. Dans le système d'identification et de localisation selon l'invention qui est applicable aux navires équipés d'une liaison radioélectrique duplex, on met à profit le fait que chaque navire est équipé d'un émetteur et d'un récepteur radio. On détermine la position d'un mobile M (figure 1) à partir des informations de distance obtenues de trois stations de communication ou balises A, B et C. Pour cela, chaque balise à son tour émet un signal à une fréquence F1 modulé par une tonalité de mesure à basse fréquence.Ce signal modulé est reçu sur le mobile M et immédiatement réémis vers la balise à une fréquence porteuse F2 (ceci pour éviter les interférences avec le signal à la fréquence F1). Ce signal est reçu par la balise émettrice qui effectue alors sur le signal de tonalité la mesure de la différence de phase entre tonalité émise et reçue. Cette différence de phase est une fonction de la distance balise-mobile et des déphasages fixes subis dans les circuits émetteur-récepteur du mobile. On ne cherche pas à connattre ces déphasages mais on considère que la différence de phase mesurée est une mesure de la distance balise-mobile. On fait ces mesures de distance à partir des- trois balises successivement. On obtient ainsi les distances dA, dB et dC qui représentent respectivement la distance du mobile aux balises A, B et C avec une erreur, toujours la même, due aux déphasages subis par le signal de tonalité dans les circuits émetteur-récepteur du mobile. On définit ainsi un triangle dont les côtés sont des arcs de cercle (en trait plein sur la figure 1) et à l'intérieur duquel se trouve le mobile M. Pour déterminer la position exacte du point M, on envoie les informations de distance dA, dB, dC à un calculateur central connaissant déjà la position des balises fixes A, B et C et qui peut appliquer toute méthode de résolution appropriée. Par exemple, le calculateur détermine l'équation-des trois'cercles par rapport à un système de référence, le triangle comprenant M étant la surface commune à-ces trois cercles. Puis par réduction d'une-même quantité des distances dA, dB et dC, il recherche la réduction de ladite surface commune jusqu'à un point dont la position ainsi déterminée est celle du point M.Ce calcul très simple peut naturellement être conduit de plusieurs manières et la position du point M peut être obtenue au choix dans différents systèmes de coordonnées. Le signal de tonalité servant aux mesures de phase pourras par exemple, avoir une fréquence de 1,5 kllz ( A = 200 km) ce qui permet d'avoir des sta- tions A, B, C dont les distances peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de 100 km. Ceci est suffisant par exemple pour la localisation de navires dans un détroit où les stations pourront etre réparties sur chacune des deux rives. Sur la figure 2 est représenté le schéma de principe. d'une telle station. Elle comporte un émetteur 1 qui, lorsqutil est en position de mesure, émet une onde à la fréquence F1 modulée par une onde de fréquence 1 500 Hz fournie par l'oscillateur 3 par l'intermédiaire d'un commutateur 4. Un récepteur 2 est accordé sur la fréquence porteuse FZ. En position de mesure, le signal de tonalité détecte par-le récepteur 2 et la tonalité prélevée sur l'émetteur 1 sont envoyés par l'intermédiaire respectivement des commutateurs 6 et 5 à un comparateur de phase 7 qui fournit une tension proportionnelle à la distance d à mesurer.Ce signal d est transmis à un circuit 8'de mise en forme d'un message Q permettant l'envoi de-la mesure par tout moyen adéquat (liaison téléphonique, liaison hertzienne, etc...) vers le calculateur central situé de préférence à la station de contrôle du trafic dans la zone considérée (non représentée sur la figure). Des circuits de commande 9 commandent les commutateurs 4, 5 et 6 pour la mise en. position de mesure de la balise. Il est évident qu'en dehors des périodes de mesure l'émetteur 1 et le récepteur 2 peuvent être utilisés dans d'autres fonctions, par exemple pour des communications radiotéléphoniques avec les navires circulant dans la zone surveillée. Selon une des caractéristiques de l'invention, le système de localisation décrit n'exige pratiquement aucun matériel supplémentaire à bord des navires qui sont équipés d'un émetteur et d'un récepteur radio fonctionnant en duplex. La figure 3 représente le moyen de plus simple à bord du navire pour réémettre la tonalité reçue sur la fréquence F1, par le récepteur.ll, avec une fréquence porteuse F2 par l'intermédiaire de l'émetteur 13. Ce moyen consiste, en mettant à profit le fait que la tonalité a une fréquence comprise dans la gamme des fréquences vocales, à placer simplement le microphone 14 de l'émetteur en face du haut-parleur 12 du réceptcur. La tonalité se traduit en effet par une note continue à 1 500 Hz émise par le haut-parleur 12. La figure 4 représente une variante moins rudimentaire dans laquelle le passage de la tonalité du récepteur à l'émetteur sZeffectue sous forme électrique soit au niveau des étages basse fréquence soit au niveau des étages moyenne fréquence. Ceci a l'avantage d'éliminer les effets des imperfections bien connues de restitution des haut-parleurs et microphones. Pour cela, des commutateurs 15 et 16 permettent de connecter les circuits basse fréquence ou moyenne fréquence adéquats du récepteur et de ltémetteur, éventuellement par l'intermédiaire d'un circuit adaptateur 17. Les commutateurs 15 et 16 sont placés en position de mesure par une clé commandée par l'opérateur sur instructions de la station de contrôle qui décide d'effectuer la mesure de position du navire. La figure 5 représente un schéma synoptique du système complet selon l'invention dans le cas de surveillance d'un détroit divisé ici en trois zones il, Z2 et Z3. Le détroit est surveillé à partir d'une station de contrôle centra le S qui est en liaison (hertzienne ou téléphonique par exemple) avec chacune des stations de mesure Al à A3, B1 et B2 qui, prises par trois, permettent de faire les mesures de position dans la zone Z correspondante selon' le principe décrit ci-dessus. La procédure suivie pour tout navire entrant dans une des zones.est la suivante : tout navire pénétrant dans le détroit ou appareillant entre en contact radio avec la statio-de contrôle et lui fournit son indicatif. La station ordonne alors à un des navires qui vient de donner son-indicatif-de se placer en position de mesure (liaison entre émetteur et récepteur du navire) et met en alerte ou active par un ordre de mesure les balises de la zone correspondante, L'ordre des mesures par les trois balises de la zone est pré déterminé ConsidErons un navire entrant dans la zone Z1 où les balises fontla mesure de distance dans l'ordre Al, A2-, B1.A la réception de ordre de mesure P1 caractéristique de la zone Z1, la balise Al va commencer à faire la mesure de distance en émettant la tonalité à 1 500 Hz. Lorsqu'elle aura terminé cette mesure, elle émet tm signal de fin de mesure constitué par l'adresse codée de la balise suivante. Celle-ci, dès réception et décodage de son adresse, effectue sa mesure de distance et de même pour la troisième. D'autre part, chaque balise à la fin de sa mesure envoie à la station de contr8le le résultat de cette mesure. Cela peut être fait par exemple sous forme d'un message codé comprenant un code. de début de message, le résultat de la mesure et un code de fin de message.Naturellement, ce message est envoyé à la station de contre par l'intermédiaire de la liaison (hertzienne ou téléphonique par exemple) entre balise et station de contrez La station decontrole en possession des trois-mesures effectue le calcul indiqué ci-dessus pour obtenir la position du navire dont elle connaît l'indicatif. Avec ces informations, il est alors aisé par exemple d'attribuer sans erreur son indicatif à l'écho radar fourni par le navire si la station de contrôle utilise un contrôle du trafic par radar. La figure 6 représente le schéma d'un exemple de réalisation de balise fonctionnant suivant les principes énoncés ci-dessus. Les mêmes numéros de référence renvoient aux mêmes éléments que sur la figure 2 et l'on retrouve l'émetteur 1, le récepteur 2, l'oscillateur de tonalité 3, les commutateurs 4, 5 et 6, le comparateur de phase 7 et le circuit de mise en forme 8. La balise comprend en outre-un circuit de commande générale 20, un circuit de contré de l'émetteur 23 et un circuit de décodage 22 connecté au récepteur 2 par un commutateur 21 et dont la sortie est reliée au circuit 20. Le fonctionnement de l'ensemble va être donné ci-dessous. Au repos (pas de mesure à effectuer), les commutateurs 4, 5, 6 et 21 sont ouverts et déconnectent ltémetteur ét le récepteur des circuits de mesure.A la réception de l'ordre de mesure P1 concernant la zone de mesure (Z1 par exemple), pour laquelle la balise considérée doit intervenir, le circuit de commande 20 va commander une succession d'opérations. Si la balise considérée n'est pas la premiere balise à effectuer la mesure pour la zone en question, cette succession d'opérations comprend : 1 - La fermeture du commutateur 21 à la réception du signal P1, ceci mettant la balise en état de recevoir son code d'identification-émis en fin de mesure par la balise précédente dans l'ordre des mesures ; à la réception de ce code qui indique que la balise doit commencer sa mesure, le circuit de décodage 22 l'identifie et fournit au circuit 20 un signal déclenchant l'opération suivante. 2 - La fermeture des commutateurs 4, 5 et 6 et le déclenchement par le cir cuit 23 de l'émetteur 1 qui émet alors sur la fréquence F1 modulée conti nuement par la tonalité. 3 - A la fin d'une période prédéterminée, suffisante pour que la mesure de d et l'élaboration du signal Q aient été faites, la modulation, par exemple par tout ou rien suivant un code déterminé, de la tonalité par l'intermédiaire du circuit 23 qui commande cette modulation, sous le contrôle du circuit 20, suivant le code d'identification de la balise suivante dans l'ordre des mesures pour la zone considérée. Cependant, dans le cas où la balise consi dérée est la dernière, cette opération n'a pas lieu, le circuit 20 ne la commandant pas si le signal d'ordre P correspond à une zone où la balise est la dernière dans l'ordre des mesures 4 - La transmission par le circuit 8 du signal Q, cette opération pouvant avoir lieu en meme temps que la précédente. 5 - La remise en position initiale de la balise. Dans le cas où la balise considérée est la première pour la zone en question, le circuit 20 qui en est averti,à la reconnaissance du signal P, ne déclenche pas l'opération- 1 mais passe immédiatement à l'opération 2. Bien entendu, les exemples. de réalisation donnés ne sont nullement limitatifs de l'invention. On pourrait par exemple imaginer que seule la première balise soit émettrice, les autres balises effectuant la comparaison entre le signal reçu directement de la première balise et le signal réélis par le mobile. On obtiendrait ainsi la position du mobile à partir de l'intersection d'un cercle et deux ellipses. On pourrait aussi penser à une station émettrice unique, les trois balises étant réceptrices et donnant par différence trois hyperboles. Bien d'autres variantes peuvent évidemment être imaginées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Système d'identification et de localisation simultanées d'un mobile porteur d'unsémetteur-récepteur radioélectrique dans une zone donnée caractérisé en ce que dans ladite zone sont.disposéos au moins trois balises radioélectriques non alignées, définissant une zone éldmentaire, encre que des moyens sont prévus pour émettre vers ledit mobile-un signal de mesure à fréquence porteuse prédéterminée modulé par un signal de tonalité, en ce que ledit émetteur-récepteur du mobile comprend des moyens de liaison pour réémettre ledit signal sur une fréquence porteuse différente, en ce que chaque balise comporte des moyens de mesure pour mesurer le déphasage subi par le signal de tonalité reçu dudit mobile et définir ainsi, avec une erreur non déterminée sensiblement égale pour toutes les balises, un lieu géométrique de la position dudit mobile par rapport à ladite balise, et en ce qu'il est prévu des moyens de calcul pour, à partir dé l'intersection de ces lieux géométriques relatifs à chaque balise-, déterminer la position du mobile. 2 - Système selon la revendication 1 caractérisé en'ce que chacune des trois balises d'une zone élémentaire comprend des moyens pour émettre d son tour ledit signal de mesure et pour recevoir le signal réémis en réponse par le mobile, en ce que lesdits lieux géométriques sont des cercles et en ce qu'il est prévu une station de contrôle pour commander le fonctionnement desdites balises-de la zoneélémentaire considérée et la mise en oeuvre desdits moyens de liaison sur le mobile. 3 - Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison de ltémetteur-récepteur du mobile sont constitués par le haut-parleur du récepteur et le microphone de l'émetteur placés face à face. 4 - Système selon la revendicatipn 2 caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison de l'émetteur-récepteur du mobile comprennent des circuits de liaison qui sont connectés entre les étages basse fréquence ou les étages moyenne fréquence de l'émetteur et du-récepteur sur ordre de la station de contrôle. 5 - Système selon lune quelconque des revendications 2, 3 ou 4 caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul sont prévus pour effectuer la détermination de la position du mobile par calcul de l'équation desdits lieux géométriques et réduction par une même quantité des distances fournies par les balises pour obtenir une surface commune à ces lieux géométriques réduite à un point. 6 - Système selon l'une- quelconque des revendications 2, 3, 4 ou 5 caractérisé en ce que lesdits moyens de calcul sont disposés à la station de contrôle et en ce que des liaisons sont prévues entre les balises et ladite station de contrôle pour la transmission d'un ordre de mesure de-la station vers les balises et deys résultats des mesures des balises vers la station de contrle. 7 - Système selon lune quelconque des revendications 2, 3, 4, 5 ou 6 caractérisé en ce que chaque balise comprend des moyens pour émettre un code caractéristique de la balise suivante à la fin de sa mesure et des moyens pour déclencher la mesure à-la réception de son propre code caractéristique.