Brevet FR2327551A1 — publié le 19770506

La présente invention a pour objet un dispositif hyperbolique de surveillance d'une source émettant une onde radioélectrique. On connut des dispositifs hyperboliques déterminant la position d'une telle source, par détermination de la différence des distances de la source en deux points de chacune des bases comportants deux tels points, dits senseurs, captant tonde émise Trois bases sont généralement nécessaires, mais nombre peut être réduit à deux si la zone de surveillance peut etre assimilée à un plan. Pour déterminer la différence des distances de la source aux deux points senseurs, on utilise en un point central un dispositif de retard différentiel permettant d'égaliser les temps de trajet des signaux reçus de la source au poste central. Lorsque l'égalisation de ces temps de trajet est détectée, le réglage du dispositif de retard permet de connaître la différence cherchée. Dans l'art connu, l'égalisation des temps de trajet est détectée par comparaison des phases des signaux modulant l'onde émise par la source et reçue par les deux trajets. Le dispositif suivant l'invention permet, outre une localisation du type général sus-indiqué, la détermination précise du vecteur vitesse de la source. Au moyen de celui-ci, il pourra être possible de reconstituer, à une translation près tenant à l'erreur sur la localisation initiale, la trajectoire de la source avec une précision plus grande que celle que donne la série des points de localisation; cette trajectoire pouvant ensuite généralement etre corrigée de l'erreur de localisation initiale par comparaison avec une carte géographique, au moins dans le cas d'une source se déplaçant au sol. Son principe repose sur l'obtention pour chaque base d'un signal, qui sera dit signal Doppler différentiel, dont la variation de phase est proportionnelle à la différence entre les vitesses radiales de la source relativement aux deux points senseurs de la base, et sur la mesure de la vitesse de variation de la phase de ce signal dans des conditions interdisant toute ambiguité. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-apres et des dessins s'y rapportant sur lesquels - la figure 1 est un diagramme explicatif - la figure 2 est le schéma d'un dispositif suivant l'in- vention, et la figure 3 illustre en détail un élément de ce schéma. Sur la figure 1, on a représenté deux points A et B, distants par exemple de 20 km l'un de liautre, en chacun desquels se trouve une antenne réunie par câble à un récepteur assimilé à un point R; un mobile S, véhicule automobile ou avions volant basse altitude, par exemple, émet une onde radioélectrique. On désignera par L(A), L(B), les temps de trajet SAR, SBR, par t(A) , #(B) les phases des ondes reçues en R via A, et en R via B, par L la différence L(B)-L(A), par # la différence t(A)xt(B), par f = F + #F, F fixe, la fréquence instantanée de l'onde reçue en R; par SI et SE les bissectrices interne et externe de angle ASB, par V le vecteur vitesse de S, par V son module, par V(A), V(B) ses projections sur les axes SA et SB, par V(E) sa projection sur la bissectrice externe SE de l'angle ASE, par 28 l'angle SB SA, et par &alpha; l'angle SI,V, les angles étant orientés dans le plan SAB de manière que l'angle E soit positif; SI, SE = + 90 . On a : = = 2rLf Pour des temps d trajet AR et BR constants : dL = dL(B) - dL(A)= V(A) - V(B) = 2Vsin#sin&alpha; = V(E) dt dt dt c c Pour L nul, ou bien pour une onde qui n'est pas affectée d# 2# d'une modulation angulaire, on a donc = f.V(E). dt c Si lton mesure la variation de tau cours d'un intervalle de temps bref T = dt, tel que ## soit connu sans ambiguité, on aura = = ct f.V(E)T ceci répété dans trois bases permettra de connaître les projections du-vecteur vitesse sur trois axes, donc ce vecteur vitesse. On remarquera que seule importe la direction des trois axes, et que la direction de la bissectrice externe SE du triangle SAB (figure 1) est peu influencée par une erreur sur la localisation de S au moins pour S suffisamment éloigné de A et B. Le dipositif qui va être décrit, à titre d'exemple, suppose une source 5 émettant une onde modulée en fréquence par un signal téléphonique. On a représenté sur la figure 2 une base de mesure utilisant les points senseurs A et B situés dans des postes (A) et (21 et un poste de mesure (R). Pour simplifier ltexposé, an a supposé que les trajets AR et BR étaient des trajets entièrement par câbles; il va de soi que ces parcours seront de préférence réalisés par de petits faisceaux hertziens, avec modulation d'une porteuse par le signal abaissé en fréquence. Les entrées, sorties et connexions recevant des bits en parallèle sont représentés par des entrées, sorties et connexions simples mais tracées en traits plus épais que les autres. Les Organes situés aux postes (A) et (B) sont encadrés dans deux rectangles en pointillé repérés par ces mêmes lettres. Les postes (A) et (B) comportent respectivement les antennes, 1 et 2 alimentant en A et B deux mélangeurs, 3 et 4, recevant d'autre part une même fréquence locale de deux oscillateurs 5 et 6, asservis à un oscillateur du poste (R) comme il sera indiqué plus loin. Les mélangeurs 3 et 4 alimentent respectivement des amplificateurs à fréquence intermédiaire, 7 et 8 dont-les sorties sont reliées aux entrées C et D du poste (R). L'entrée D est reliée à la première entrée H d'un comparateur de phase 20 comportant des limiteurs d'entrée par l'intermédiaire d'une ligne à retard fixe 13, et l'entrée C est reliée à la seconde entrée G du comparateur par l'intermédiaire d'une ligne de retard variable 14. Les dispositifs 13 et 14 sont précédés de limiteurs non représentés. On désignera par M(A) et M(B) les distances SA et SB, et par M la différence M(B) - M(A). Posant AB = Mo on aura -Mo La ligne de retard 13 est ajustée de manière que pour une valeur nulle du retard imparti par la ligne î4, et pour M-= -Mo, les temps de trajet SACG et SBDH soient égaux. La ligne de retard 14 permet d'introduire par échelons un retard de trajet allant de O à 2 M0/c. A cet effet la ligne de retard t4 est constituée par une série d'éléments de retard r1, r2 ... rp dont chacun peut être sélectivement inséré entre l'entrée C et le comparateur 20 ou au contraire mis hors circuit L'élément r1 introduit un temps de retard élémentaire r, et l'élément rk un retard r.2k-1. On peut ainsi réaliser par échelons de r = par exemple (5/c)cm tous les retards compris entre 0 et (P-l)r. Les insertions des éléments de retard de la ligne 13 sont commandées par un compteur binaire 15 à p étages, la sortie du pe étage commandant l'insertion de r si cette sortie affiche 1, et la mise hors circuit p de r dans le cas contraire. p Les éléments de retard de rangs faibles pourront être des tronçons de câble coaxial, et ceux de rangs plus élevés des circuits à constantes localisées ou autres dispositifs de retard artificiels. Le poste (R) comporte une antenne 40 alimentant un récepteur 41 muni d'une fréquencemètre fournissant sur ses sorties 42 la fréquence F + #F sous forme d'un nombre binaire N(F + aF). Le récepteur 41 commande d'autre part par ses sorties 43 un synthétiseur de fréquence 44 fournissant la fréquence locale à laquelle doivent être asservis, les oscillateurs locaux des postes (A) et (B), pour l'obtention dans ces postes d'une fréquence intermédiaire de par exemple 5 MHz. Ceci s'opère par des voies de transmission 45 et 46, également symbolisées par des câbles, reliant le synthétiseur 44 aux circuits d'asservissement 51 et 52 des oscillateurs 5 et 6. On remarquera que si les conversions de fréquence intervenant pour les trajets A-borne 201 et B-borne 202 peuvent avoir une influence sur S , ils n'en ont aucune sur dt Si l'onde émise par S n'était pas modulée angulairement, le signal fourni par le comparateur de phase, pour un réglage donné du dispositif à retard variable, errait, à une constante près : sin t avec dw 2a f V(E) dt dt - c comme indiqué précédemment. La fréquence de ce signal de sortie serait fV(E). Des considérations théoriques indiquent que si l'on dispose à la sortie du comparateur de phase un filtre passe-haut, ou passe-bande, dont la limite inférieure de la bande passante est inférieure à la plus basse fréquence modulant l'onde émise, on aura à la sortie du filtre passe-haut un signal C2 qui s'annulera pour L = o. Des considérations théoriques indiquent en outre que si l'on dispose à la sortie du comparateur de phase un filtre passe-bas dont la limite supérieure de la bande passante est inférieure à la plus basse fréquence modulant l'onde émise, on aura, à condition que f1 = fV(E) soit suffisamment inferieure à cette limite supérieure, et au moins pour une valeur de L suffisamment voisine de zéro, un signal C1 de la forme sin P, tel que dP d# dt peut être assimilé à dt .Les considérations théoriques indiquent en outre qutun signal C1 continuera d'apparaître à la dP da sortie du filtre passe-bas, avec une phase P telle que dt = dt au cours d'intervalles de mesure brefs débutant à un instant to faisant suite à un réglage du dispositif à retard variable ramenant P à une valeur telle que\Arc sin PU Etant donné que l'on a supposé ici une modulation par un signal téléphonique, les composantes du signal C2 de niveau non négligeable resteront de fréquence supérieure à 300 Hz. On admettra que l'appareil peut entre utilisé pour f1 La formule donnant en Hz f1M, c'est-à-dire f1 maximale en fonction de , pour une fréquence d'démission donnée exprimée en MHz, soit f', une vitesse de la source exprimée en km/h soit V', et un angle g maximal soit #o donnés est f'V' f1M = 540 sin #o On supposera que sin O = 0,9 o f'V' f1M = 600 ce qui donne les limites d'utilisation de l'appareil avec les suppositions faites dans cet exemple. Un véhicule atteignant 100 km ne devra pas émettre sur une fréquence supérieure à environ 1500 MHz. Un avion à 500 km/h nè devra réalisé. pas émettre sur plus de 3z0 MHz environ ce qui sera généraiement/ Compte tenu de ce qui précède, le comparateur 20 alimente un filtre passe-haut 30 de fréquence de coupure 300 Hz destiné à isoler le signal C2 et une batterie 21 de huit filtres passebas destinée à fournir C1. Ces huit filtres ont des fréquences de coupure respectivement égales à 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 Hz. On les numérotera dans l'ordre des fréquences de coupure croissantes. Le filtre passe-haut 30 alimente un montage de commande du compteur 15 en vue de donner initialement au retard de trajet imposé par le dispositif 14 une valeur annulant sensiblement L. Le signal de sortie du filtre passe-haut devient en effet nul pour L = o. Ce montage comporte un dispositif de détection à seuil constitué, en série, par un détecteur 53 suivi d'un amplificateur double écrêteur 54 trånsformant son signal d'entrée en un signal logique 1 ou O suivant que le signal de sortie du détecteur 53 atteint ou non un seuil donné. La sortie de l'amplificateur 54 est reliée à l'entrée "1" (ctest-à-dire de mise dans l'état 1) d'un basculeur 55 par l'intermédiaire d'un élément de retard 57 et à l'entrée "C" de ce basculeur par l'intermédiaire d'un inverseur 59. Dans son état 1 le basculeur 55 débloque une porte 56 dont la seconde entrée reçoit les impulsions rapides d'une horloge 34 et dont la sortie est reliée à l'entrée de compte du compteur 15. Ce dispositif assure l'ajustement initial de L à une valeur sensiblement nulle. Il est remis automatiquement en action si le filtre passe-haut fournit un signal non négligeable, l'élément de retard 57 empêchant cependant un déclenchement intempestif de la recherche. Une fois ce premier réglage effectué, le signal C1 est utilisé de la manière suivante : Les huit filtres passe-bas 21 alimentent respectivement huit détecteurs à seuil 22 dont chacun peut être constitué par un montage identique au montage (53-54-59-55) faisant suite au filtre passe-haut 30, abstraction faite d'un élément correspondsnt à l'élément de retard 57 qui n'a pas à être inséré ici. Les filtres passe-bas 21 alimentent les 8 entrées d'un commutateur 31 dont la sortie unique est -reliée à l'entrée d'un convertisseur analogique digital 32 alimentant un calculateur 36. Les 8 détecteurs 22 alimentent d'autre part un circuit logique 33. CeTui-ci est normalement inactif. Son fonctionnement est déclenché par un signal reçu sur son entrée 330 sensible aux transi tions 1-0 du signal de sortie du basculeur 55, la liaison entre ce basculeur et l'entrée 330 n'étant représentée qu'à ses deux extrémités. Lorsque son fonctionnement est ainsi déclenché, le circuit 33 lorsque les détecteurs des j-1 premiers filtres fournissent le signal "O", et Le le signal "I", sélectionne le (j+1)e filtre pour alimenter le convertisseur 32 pour j 48, et le huitième danse cas contraire. Ce.choix du (j+1)e filtre au lieu de je est dû au souci d'opérer sur la partie linéaire phasefréquence du filtre utilisé.Cette sélection s'opère au moyen de 3 bits appliqués aux entrées de commande du commutateur 31. Le circuit 33 détermine d'autre part en fonction de j la période T = l/FE de l'échantillonnage, opéré par le convertisseur 32, du signal de sortie du filtre sélectionné. FE est choisie égale à 10.2i Hz, j ayant la signification indiquée plus haut. cet effet, l'horloge rapide 34 alimente un diviseur variable 35 constitué par un diviseur fixe fournissant un signal de 10.2 = 40960 Hz, suivi d'un diviseur variable par Z-q (q = 1, 2 ...8) dont les entrées de commande sont reliées à des sorties du circuit 33. Les impulsions de sortie du diviseur 35 sont reliées à l'entrée de commande d'échantillonnage du convertisseur 32; 1 étant inférieur à 2j, il en résulte que AP = 2,tf1 T sera inférieur à 2# = # , ou, en degrés 2 degrés 1/4. 160 80 Une fois cas commandes effectuées, le circuit 33 ne les modifie plus avant nouvelle transition 1-0 du basculeur 55. Le mesure repose sur la variation #P de P entre deux échantillonnages successifs d'un intervalle de mesure. Pour que cette mesure soit sans ambiguité il faut que sin P ne traverse pas la valeur +1 ou la valeur -1 entre deux échantillonnages. On a vu que la fréquence d'échantillonnage était telle que |AP | variait de moins de 10 entre deux échantillonnages. Tant que sin Pi n'a pas atteint W /2 (ce qui correspond à àArc sin PH- 450, on est assuré de pouvoir faire encore 20 échantillonnages significatifs. Le dispositif 70 qui va être décrit repose sur cette remarque. Un diviseur de fréquence 67 alimenté par le diviseur variable 35 fournit des impulsions, qui seront désignées par K, de fréquence 16 fois moins élevée que celle des impulsions d'échantillonnage appliquée au convertisseur 32. Un dispositif 70 reçoit les impulsions K et le signal en sin P fourni par le commutateur 31. On supposera ici que le comparateur 20 fournit le signal en sin , ou tP est égal à la phase du signal appliqué sur sa borne H diminuée de la phase du signal appliqué sur sa borne G. Si |sin P| est supérieur à #2/2 (correspondant à |Arc sin P| = #/4 lors de l'apparition d'une impulsion K, le dispositif 70 suivant que sin P est positif ou négatif, diminue ou augmente de 3ç/8, à la précision possible près, le retard imparti par le dispositif 14 en modifiant, en moins ou en plus, d'un nombre fixe N le compte N du compteur 0. Ceci se fait par o modification du compte N du compteur 15 et affichage direct du nouveau compte N + N par une entrée multiple d'affichage direct o 15t du compteur 15; en même temps il fournit sur une entrée auxiliaire 361 du calculateur 36 une impulsion qui sera dite "de discontinuité" signalant la discontinuité artificielle ainsi subie par P. La figure 3 donne un mode de réalisation du dispositif 70. Le signal en sin P appliqué au convertisseur 32 par le commutateur 31, est également appliqué à deux dispositifs à seuil 91 et 92, le premier fournissant un signal lorsque sin P est inférieur à - V/2 et le second lorsque sin P est supérieur à V/2. Ces deux dispositifs à seuil, lorsqu'ils fournissent un signal "1", autorisent respectivement deux portes ET 93 et 94 dont les secondes entrées reçoivent du diviseur 67 (Fig.2) les impulsions K. Les impulsions transmises par les portes 93et 94 sont appliquées à deux entrées de commande d'un dispositif d'addition algébrique 95 recevant d'autre part le compte N du compteur 15 et effectuant lorsqu'il reçoit une impulsion, l'opération N-N ou o N+N suivant que cette impulsion provient de l'une ou l'autre o porte. Les impulsions de sortie des portes 93 et 94 réunies par une porte OU,96, sont appliquées à l'entrée 361 du calculateur 36. Le calculateur 36 (figure 2) reçoit la suite des valeurs de sin P fournies sous forme numérique par le convertisseur 12 et calcule les incréments successifs correspondants AP, abstracfaite de ceux qui correspondent à deux valeurs de sin P séparées par une impulsion de discontinuité appliquée sur son entrée 361 ou à deux valeurs de sin P dont la première correspond à une impulsion d'échantillonnage qui n'est séparée de la précédente impulsion de discontinuité que par un intervalle de temps inférieur à l'inverse de la fréquence de coupure du filtre 21 utilisé.Il reçoit à cet effet de la sortie multiple du commutateur 33 commandant le diviseur 35 l'indication sous forme numérique du temps T d'échantillonnage et par conséquent celle du filtre 21 utilisé, et fournit Ap = f.V(E)= f V(A)-V(B) T c c à une unité de calcul 100 recevant d'autre part les comptes successifs du compteur 15 et l'indication de fréquence f, sous forme numérique, des sorties 42 du récepteur 41. L'unité de calcul 100 reçoit les données correspondantes des calculateurs des postes centraux des autres bases par des liaisons non représentées et fournit de manière classique la position du point S au moyen des données hyperboliques des différentes bases, et le vecteur V par ses projections sur des axes de référence fixe. Le vecteur V est effectivement déterminé puisqu'on connait sa projection sur trois axes dont les directions sont connues lorsque la position de S est connue. On remarquera que les différentes bases pourront avoir deux à deux un poste senseur commun, n bases de mesure supposant cependant un minimum de (n + 1) points senseurs pour donner des informations indépendantes, et que leurs postes centraux seront -avantageusement en un même lieu géographique, le récepteur 41 et le synthétiseur 44 étant communs à toutes les bases de mesure. Le système du calcul du dispositif hyperbolique est composé par l'unité 100 et les divers calculateurs 36, et la répartition des rôles entre l'unité 100 et les calculateurs tels que 36 dépend de considérations pratiques et non théoriques. A la limite, tout le travail de calcul pourrait- être effectué par l'unité fOO, L'invention ntest naturellement pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté ou l'on a supposé le cas particulier, d'ailleurs fréquent, d'une source émettant une onde modulée en fréquence par un signal téléphonique. Le cas de la modulation de phase est analogue à celui de la modulation de fréquence. En ce qui concerne les autres points, on notera ce qui suit : pour une onde modulée angulairement, on peut accroître l'intervalle d'utilisation, quant au produit f'V', en diminuant la longueur de la base AB, ceci se faisant naturellement au détriment de la précision. Pour une onde pure ou modulée en amplitude, cette limite de produit f'V' n'existe pas, mais le dispositif de retard différentiel ne peut pas être ajusté initialement de la manière décrite. Pour une onde modulée en amplitude on peut le commander, comme connu, par un dispositif modifiant ce retard aussi longtemps que les modulations reçues des deux points ne sont pas en phase. On peut d'ailleurs toujours utiliser tout dispositif connu pour la localisation approximative initiale. REVENDICATIONS 1. Dispositif hyperbolique de surveillance d'une source S émettant une onde radioélectrique, comprenant des bases de mesure, dont chacune comporte un poste central comportant deux entrées C et D recevant des signaux reproduisant respectivement, à des constantes respectives près, les phases de ladite onde en deux points A et B caractéristiques de la base; deux dispositifs de retard dont l'un est variable, le premier ayant son entrée couplée à l'entrée C et sa sortie couplée à un point t, le second ayant son entrée couplée à l'entrée D et sa sortie couplée à un point H; un premier circuit ajustant le retard imposé par le dispositif à retard variable de manière à égaliser les temps de trajet SACG et SBDH; ledit dispositif hyperbolique comportant un système de calcul recevant des postes centraux desdites bases l'indication du réglage du dispositif à retard variable en vue de la localisation de la source S, caractérisé en ce que le poste cen -tral d'au moins n desdites bases (n étant normalement égal à 3 mais pouvant être réduit à 2 pour une source se déplaçant sensiblement dans un plan) comporte un second circuit comprenant : un comparateur de phase dont les entrées sont reliées aux points G et H, un convertisseur analogique-numérique recevant du comparateur de phase, après filtrage passe-bas au moins si ladite onde est modulée angulairement, un signal en sin P où P varie linéairement avec le temps pour une fréquence f fixe de la source, un vecteur vitesse fixe de la source, et un réglage fixe du dispositif de retard variable, et un circuit de commande fournissant au convertisseur des impulsions d'échantillonnage de période T suffisamment faible pour que la variation de P entre deux échantillonnages successifs et pour un réglage constant du dispositif de retard variable, reste inférieur à une valeur donnée u, et modifiant le réglage de ce dispositif de retard en fournissant un signal de discontinuité lorsque Arc sin dépasse un seuil donné v pour le ramener au-dessous de ce seuil, u et v étant tels que u + v soit inférieur à 900, ledit système de. calcul recevant l'indication de la fréquence f de l'onde reçue de la source, et, de chaque second circuit, les valeurs échantillonnées de sin P, les valeurs de T, et les signaux de discontinuité, pour la détermination du vecteur vitesse de la source à partir des valeurs AP/T ou nP est la variation de P entre deux échantillonnages de sin P non séparés par un signal de discontinuité et dont le premier n'est pas séparé du dernier signal de discontinuité par un intervalle de temps inférieur à une valeur de seuil. 2. Dispositif hyperbolique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de retard variable est composé de p éléments de retard imposant respectivement des retards r, 2r ... 2P 1rX chacun de ces éléments étant inséré ou mis hors circuit par le signal de sortie d'un étage d'un compteur binaire, l'ajustement du retard s'effectuant par modification du compte du compteur. 3. Dispositif hyperbolique suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que dans chaque second circuit le comparateur de phase est couplé au convertisseur par l'intermédiaire d'une batterie de q filtres passe-bas de fréquences de coupure croissantes et numérotées dans l'ordre des fréquences de coupure croissantes et d'un commutateur reliant l'un des filtres au convertisseur, lesdits filtres étant respectivement suivis de détecteurs à seuil reliés aux entrées d'un circuit logique qui, en fonction du rang j du filtre de rang le plus bas qui se trouve alimenté de façon suffisante pour que le détecteur à seuil correspondant fournisse un signal, agit sur la commutateur pour sélectionner le filtre de rang j + 1 si j est inférieur à q, et du filtre de rang j dans le cas contraire, et commande un diviseur variable fournissant les impulsions d'échantillonnage à une fréquence supérieure à quatre fois la fréquence de coupure du filtre de rang j. 4. Dispositif hyperbolique suivant l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit de commande dudit second circuit modifie le réglage du dispositif de retard variable en modifiant le compte dudit compteur par addition ou soustraction d'un nombre fixe. 5. Dispositif hyperbolique suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit premier circuit comporte un filtre passe haut suivi d'un détecteur et un dispositif d'alimentation de l'entrée de compte dudit compteur par des impulsions rapides aussi longtemps que le signal de sortie du détecteur est supérieur à un seuil donné. 6. Dispositif hyperbolique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valeur u est prise telle que mu + v soit inférieure à 90Des m étant un entier supérieur à 1, en ce que le circuit de commande comporte un divi -seur de fréquence divisant par m la fréquence des impulsions d'échantillonnage du convertisseur et provoque la modification du compte du compteur dans un sens ou dans autre lorsqu'une impulsion de sortie de ce diviseur apparait en meme temps que Arc sin P est supérieur à v ou inférieur à -v.