Brevet FR2418920A1 — publié le 19790928

La présente invention a pour but de réaliser un appareil de navigation qui fonctionne sans frais d'exploitation et qui est cependant construit de manière simple, de sorte qu'il est possible de ltutiliser également pour de petites unités de navigation. Selon l'invention, ce but est atteint au moyen d'un appareil de navigation tel que défini dans les revendications. L'appareil de navigation selon l'invention ne nécessite plus de frais d'exploitation pour la détermination de ltélévation et peut être construit d'une manière très simple. Grâce à la rotation du dispositif de visée, la zone possible d'angles d'élévation est balayée périodiquement et le moment, où l'apparition du signal de visée indique la direction exacte vers la source lumineuse à viser, est transformée en une indication angulaire. L'appareil de navigation représenté à la figure l comprend essentiellement un support de base 2 qui est apte à être disposé sur une surface sous-jacente quelconque 4, par exemple un pont de bateau, un anneau de cardan 10 monté pivotant sur des paliers 6,8, un moteur d'entralnement vertical ih monté pivotant dans des paliers 12 et disposé dans l'anneau de cardan 10, moteur d'entraînement qui est lesté d'un poids situé au-dessous des paliers ,2, un corps de portée 20 ayant la forme d'une plaque circulaire et monté sur l'arbre de transmission 18 du moteur d'entraînement vertical 1h, un dispositif de visée 22 monté sur le corps de portée 20, un dispositif de eommande d'azimut 24 monte également sur le corps de portée 20 et un appareil de commande et d'indication 26. Les paliers 6,8 et 12 forment comme on le voit d'emblée un système de suspension à cardan pour un moteur d'entralnement 14 ainsi que pour le corps de portez 20 lié à celui-ci, de sorte que la surface supérieure du corps de portée 20 représente un horizon artificiel. il va s'en dire qu'il est nécessaire de veiller a une répartition équilibrée du poids. Le dispositif de visée 22 comprend un disque 28 qui peut tourner, sous l'action d'un moteur à courant continu réglable 32 autour de son axe constituant un axe de rotation horizontal 30. L'axe de rotation 30 est disposé parallèlement à l'horizon artificiel matérialisé par le corps de portée 20 et est disposé de ce fait horizontalement. Le disque 28 comporte un perçage radial 36 partant de la surface de son enveloppe et formant un guide de lumière, perçage qui peut être fermé à son extreeité extérieure par un couvercle transparent, en verre plastique par exemple. L e disque 28 est en un matériau transparent. A l'extre- mité intérieure du trou 36 est prévu un détecteur de la lumière 40, constitué avantageusement par un photo-transistor ou une photo-diode.Le signal émis par le détecteur de lumière 40 est extrait par des bagues co'ectricesh2, hk et des contacts coulissants 46, 48 coopérant avec celle-ci. 3ans une position, déplacée d'un angle déterminé, notamment de 900 ou (comme représenté sur la figure) de 1800 par rapport au perçage 36, le disque 28 comporte un perçage 50 traversant celui-ci de part en part parallèlement à l'axe. oe perçage sert de repère d'un dispositif de référence, auquel appartint en outre un dispositif palpeur disposé stationnaire sur l'horizon artificiel (le corps de portée 20), et qui explore la position du repère (grâce au perçage 50) sur le disque 28.Ce dispositif palpeur comprend, selon le mode de réalisation de la figure 1 et la figure 2, une lampe 52 disposée sur le côté du disque et un second détecteur de lumière 54 disposé sur l'autre côté du disque 28. Selon un mode de réalisation-pratique le disque 28, peut avoir un diamètre de 25 mm et une épaisseur d'environ 6 mm. Le perçage 36 peut avoir un diamètre d'environ 2 mm et le perçage 50 peut avoir un diamètre compris entre 0,1 et 0,2 mn environ. La figure n'est pas établie à l'échelle pour plus de clarté et les connexions électriques entre les éléments constitutifs ne sont pas représentées. Pour permettre de diriger le dispositif de visée 22 automatiquement en direction de la source lumineuse à viser, laquelle est indiquée par des rayons parallèles IE sur la figure 1, un dispositif de commande d'azimut 24 est disposé sur le corps de portée (horizon artificiel) 20. Les deux détecteurs de lumière 60 et 62 commandent, par l'intermédiaire d'un circuit de réglage 68, le moteur d'entraînement vertical ou d'azimut 14, de sorte que le corps de portée 20 est orienté vers une position dans laquelle les signaux émis par les détecteurs de lumière 60 et 62 sont égaux. On. comprendra d'emblée que le dispositif de visée 22 est orienté de façon que son axe de rotation horizontal 30 soit perpendiculaire à la direction de rayonnement de la soureevlumineuse 56 à viser. L'appareil d'indication et de commande 26 comprend, comme dispositif de mesure d'angle, un générateur d'impulsions à quartz 70, dont le-train d'impulsions est le nombre de tours du dispositif de visée 22, et un compteur d'impulsiohs 72, qui est mis en circuit par le signal de retférenee, représenté par l'impulsion émise par le second détecteur de lumière 54 et mis hors circuit par le signal de visée, qui est représenté par l'impulsion émise par le détecteur de lumière 40. Le dispositif de mesure d'angle comprend en outre un dis- positif d'Indication 74, qui indique le nombre d'impulsions comme grandeur de l'angle d'élévation de la source-lumineuse visée 56.La fréquence du train d'impulsions du générateur dtimpulsions 70 détermine la vitesse de rotation du moteur à courant continu 32, ainsi également la vitesse de rotation du dispositif de visée 22. Les dispositifs connus pour la régulation correspondante du moteur 32 ne sont pas représentés sur la figure. En outre, on prévoit une horloge 76 commandée par le générateur d'impulsions 70. Cette horloge est avantageusement disposée à proximité du dispositif d'indication 74, de sorte que la valeur mesurée de l'angle d'élévation (sur la figure 36,855 ) et l'heure (sur la figure 17 h 35) puissent etre lues.Avec une utilisation totale de l'exactitude possible (par exemple, avec une indication en millièmes de degrés angulaires) il peut être opportun de compenset des irrégularités dans la dernière position de l'indication par la formation 4'une valeur moyenne. En ce qui concerne le dispositif représenté sur la figure 1 on prévoit, pour-cette raison un indicateur de la valeur moyenne 78 en plus du. dispositif d'indication 74, lequel met en forme et Indique, par intervalles de temps prédéterminés, par exemple toutes les 20 secondes, la valeur moyenne d'un certain nombre, par exemple 1000, des indications individuelles précédentes du dispositif d'indication 74.Sur la figure 1, cette valeur moyenne est repr-sentée par 36,8530. Le circuit électrique permettant d'obtenir une telle valeu moyenne est réalisé de tanière classique et, peut être élaboré facilement par le technicien avise. Le mode de fonctionnelnent du dispositif représenté sur a figure 1 ressort de la description précedente. S'il s'aglt par exemple du soleil, comme source lumineuse à viser, le dispositif représenté peut être mis en marche tout simplement, si le soleil est dégagé. Le dispositif de commande d'azimut 24 fait tourner alors le corps de portée 20, suspendu par cardan et qui constitue un horizon artificiel, à l'aide du moteur d'entraînement vertical ou d'azimut 14 jusqu'à ce que l'axe de rotation horizontal 30 du dispositif de visée 22 se situe perpendiculairement par rapport à la direction des rayons du soleil. Ce dispositif est ajusté automatiquement lors des mouvements de la surface du rapport, par exemple le pont d'un bateau.Le moteur 32 entraîne le dispositif de visée 22 avec une vitesse de rotation déterminée avec précis ion par le générateur d'impulsions. Lors de chaque rotation une impulsion de référence, fournie par le second détecteur de lumière 5h, et une impulsion ou signal de visée fournie par le détecteur de lumière ho sont envoyées à l'appareil d'indication et de commande et, pour préciser, selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, par l'intermédiaire d'un circuit de transformation de signaux 80, qui fait partie du dispositif de mesure d'angle et qui a essentiellement pour effet de raccourcir le signal, notamment le signal de visée, dans le temps.Le compteur 72 compte le nombre d'impulsions fournies par le générateur d'impulsions entre l'impulsion de référence et l'impulsion de visée et indique ce nombre d'impulsions, comme valeur mesurée-d'angle, dans le dispositif dtin- dication 24. Il est avantageux de choisir la fréquence du train d'impulsions du générateur d'impulsions 70 de façon à assurer un simple rapport entre la vitesse de rotation du dispositif de visée 22, les impulsions comptées et la valeur d'angle indiquée. Si, par exemple, la dernière position indiquée de la mesure d'angle doit être en centièmes de degrés, il est avantageux de prévoir un nombre d'impulsions de 36000 pour une révolution du dispositif de visée Ainsi, si, par exemple, le dispositif de visée tourne à une vitesse de 3000 tours par minute, donc 50 par seconde, on peut choisir 50 x 36000 = i 1,8 MHz comme fréquence de base du générateur d'impulsions 70. Une seule implusion correspond, dans ce cas, à un angle de 0,010. On conçoit aisément que ladite fréquence de base peut être produite par division d'une fréquence d'cseillation~assurée par quartz. Les circuits nécessaires pour ce faire sont connus. En général, il suffit de donner l'angle en centièmes de degré. Lt-s indications, représentées sur la figure 1, jusqu'en millièmes de degrés ne sont nécessaires que dans des cas spéciaux et nécessitent alors une fréquence de base plus élevée du générateur d1 impulsions 70, ainsi qu'un réglage exact du moteur d'entralnement 32. Notamment dans les cas o;i une haute précision d'indication est recherchée, il est avantageux d'utiliser le circuit de transformation de signaux 80 représenté sur la figure 1, en vue de raccourcir ltimpulsion de visée dans le temps. Cela est notamment nécessaire lorsque la sourie lumineuse n'est pas ponctuelle, donc en particulier lorsqu'il s'agit du soleil. L'impulsion de visée est eonstntuée alors par un flanc ascendant, qui correspond au passage par le premier bord du soleil, une partie médiane sensiblement constante qui correspond à la surface du soleil et un flanc descendant, qui correspond au passage par l'autre extrémité du diamètre franchi du disque du soleil.Une forme simple permettant d'obtenir le raccourcissement du signal consiste à faire comprendre au dispositif de transformation de signaux 80 un étage de différenciation, de sorte que seuls les flancs ascendant et/ou descendant du signal sont utilisés. Du fait que ces deux signaux différenciés se distinguent Far le signe, on peut très facilement diviser les deux signaux différenciés a l'aide de diodes et les utiliser séparément ou divisés. On obtient une précision même plus élevée, si l'on différencie deux fois et starrête ainsi sur le point d'inversion du flanc ascendant ou descendant. En outre, de ce fait, la différence de polarisation des signaux ainsi obtenus permet une sélection simple.Selon une variante de réalisation, le circuit de transformation de signaux 80 comprend un étage d'intégration et un étage de différenciation connecté après celui-ci pour obtenir les deux quotients différentiels en fonction du temps. De la sorte on obtient un signal de très courte durée, qui apparaît sensiblement lors du passage par le milieu du disque du soleil. Il est particulièrement avantageux que le circuit de transformation de signaux 80 soit commutable à d'autres modes de fonctionnement, par exemple les modes de fonctionnement que l'on vient justement de décrire.Cela est indiqué sur la figure pasun bouton de réglage 82 et par des positions de réglage différentes symbolisées par des points, lesquels sont Indiqués par V (flanc antérieur), H (flanc postérieur), EW (point d'inversion antérieur), HW (flanc d'in- version postérieur) et M (milieu). Les circuits nécessaires à l'obtention des caractéristiques de transformation voulues ne sont par représentés ici, puisquils peuvent être réalisés par le technicien averti. il va de soi que dans les réalisations effectives d'un appareil conforme à la figure I, il est prévu une enveloppe de protection ou analogue dans le but de protéger l'appareil d'influences extérieures et en particulier de l'eau de mer et de l'air marin. il va de soi également qu'une telle enveloppe de protection doit être transparente au moins dans la zone nécessaire en forme d'arc du dispositif de visée 22. En ce qui concerne les liaisons électriques, il est encore à noter qu'il va de soi que la liaison entre le dispositif de commande d'azimut 24 et le moteur d'entrainement d'azimut ou vertical lk doit être flexible ou obtenue par des bagues collectrices. Cependant,eomme le corps de portée 20 ne doit être pivotant globalement que sur 3600, les bagues collectrices ne sont généralement pas nécessaires. La figure 2 représente une forme de réalisation modifiée qui se difftrencie avant tout de la forme de réalisation selon la figure 1 par le Pua t que le détecteur de lumière est disposé stationnaire sur l'horizon artificiel et qu'il est couplé avec le guide lumière sans contact. Il s'ensuit que les bagues collectrices qui sont souvent fragiles, peuvent être supprimées. Dans la figure 2, on utilise pour les parties qui correspondent aux parties de la figure I, des références identiques mais en les faisant précéder du chiffre 2. La figure 3 représente, dans une présentation analogue à celle de la figure 2, une autre forme de réalisation dans laquelle non seulement le détecteur de lumière mais également le conducteur de lumière rattaehé sont disposés de manière stationnaire sur l'horizon artificiel. Ceci conduit à une plus grande simplicité de construction et rend possible un remplacement plus aisé des conducteurs de lumière dans les cas d'encrassement. Pour les parties représentées par la figure 3 et qui se retrouvent de manière correspondante dans la figure l ou la figure 3, on utilise des références dont le premier chiffre est un 3 et dont les deux derniers chiffres sont identiques à ceux des références correspondantes des figures 1 et 2. La figure 4 est, en représentation schématique, une vue de côté dans la direction de la flèche IV de la figure I, de la paroi non transparente 58, du prisme en quart de cercle 66 et du détecteur de lumière 62 de forme allongée. Par ailleurs, dans la figure 4, sont également représentés les rayons 56 de la source lumineuse à viser. Comme cela ressort de la description ci-dessus, l'appareil selon l'invention peut être réalisé d'une manière économique à l'aide de noyers relativement simples. Les frais et le prix de vente correspondant ne s'élèvent sur environ 1/20e des frais et du prix de vente d'un appareil pour radio-navigation. M2eme en comparaison avec un sextant normal, le prix de revient n'est que très faible ment augmenté. Par exemple, le prix de revient d'un appareil selon l'invention comportant un dispositif d'indication et de commande et une horloge 76 est actuellement d'environ 2 000 DM. REVENDICATIONS 1. Appareil de navigation pour la visée d'une source lumineuse, notamment le soleil, qui comporte un dispositif de visée pouvant pivoter autour d'un axe horizontal et dans lequel un guide de la lumière s'étendant pratiquement radialement par rapport a l'axe horizontal, conduit à un détenteur de lumière qui, par alignement du guide de lumière avec la source lumineuse, produit un signal de visée, caractérisé en ce que le dispositif de visée (22, 322) est entraîné en rotation mécaniquement autour de 'axe de rotation horizontal (30, 230, 330) avec une vitesse de rotation prédéterminée, en ce qu'il comporte un dispositif de référence (0, 52, 54, 250, 252, 25e, 350, 352, 354) qui produit un signal de référence pour une position de rotation prédéterminée du dispositif de visée (22, 222, 322) et en relation a=.ee ur horizon artificiel (20, 220, 320), et en ce qu'il comporte un dispositif de mesure angle relation avec ladite vitesse e rotation, dispositif qui forme automatlquement un signal d'angle d'élévation 'a partir u laps le temps s'écoulant entre le signal de référence et le signal de visée, ce signal d'angle d'élévation représentant l'élévation de la masse lumineuse (56, 356) au-dessus de horizon artificiel. 2. Appareil de navigation selon la revendIcation 1, caractérisé en ce que le dispositif de visée (22, 222, 322) eomporte un disque (28, 228, 328) entraîné en rotation autour de son axe de rotation constituant un axe horizontal de rotation (30, 230, 330), et en ce que le guide de lumière comporte un perçage sensiblement radial (36, 236, 336) partant de la surface de l'enveloppe (34, 23h, 334) du disque, perçage dont l'extrémité intérieure est reliée au détecteur de lumière (40, 240, 340). 3. Appareil de navigation selon ia revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur de lumière (40) est disposé à l'extrérité interne du perçage (36) dans le disque (28). 4. Appareil de navigation selon la revendication 3, caractérisé en ce que des contacts coulissants 046, 48) sont prévus pour extraire le signal de visée. 5. Appareil de navigation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le détecteur de lumière (240, 340) est disposé stationnaire sur l'horizon artificiel (corps de portée 223, 320) et est couplé sans contact avec le guide de lumière. 6. Appareil de navigation selon la revendication 5, caraetérlsd en ce que le détecteur de lumière (240, 340) est situé à une distance telle de l'extrémité interne du perçage (236, 336) qu'il peut réagir à la lumière traversant le perçage, au moins dans le domaine angulaire de rotation du disque (228, 328) dans lequel est situé 11 angle d'élévation à mesurer. 7. Appareil de navlgation selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le perçage- radial (36, 235) a une longueur d'envi- ron 10 à 20 mm et un diamètre d'environ 1 a 3 mm. 8. Appareil de navigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de référence comporte un reperde tournant avec le dispositif de visée (22) et auquel correspond un dispositif palpeur disposé stationnaire sur l'horizon artificiel. 9. Appareil de navigation selon la revendication 8 et l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un perçage (50) traversant le disque (28) parallèlement à l'axe de rotation horizontal (32) constitue le repère et en ce que le dispositif palpeur cowpo-xe une lampe (52) située d'un côté du disque (28) et un second détecteur de lumière (54) situé de l'autre côt du disque (28). 10. Appareil de navigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure d'angle comporte un générateur d'impulsions (70), de préférence à quartz, dont la fréquence dal train d' impulsions est grande par rapport ai nombre de tours du dispositif de visée (22), un compteur d'impulsions (72) mis en circuit par le signal de référence et hors de circuit par le signal de visée, et un dispositif d'indication (74) indiquant le nombre d'impulsions comme grandeur de 7'angle d'élévation. 11. Appareil de navigation selon la revendication 10, caractérisé en ce que la fréquence du train d'impulsions du éne-rateur d'impulsions (70) correspond au nombre de tours du dispositif de visée (22). 12. Appareil de navigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une horloge (76). 13. Appareil de navigation selon les revendications 11 et 12, carac- térisé en ce que l'horloge (76) est commandée par le générateur d'impulsions (7 ) 14. Appareil de navigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un moteur réglable à courant continu (32) assure l'entraînement en rotation du dispositif de visée (22). 15. Appareil de navigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un indicateur de valeurs moyennes '78) qui donne à des laps de temps prédéterminés, par exemple toutes les vingt secondes, une valeur moyenne d'un nombre prédéterr,iné, par exemple 1000, de valeurs mesurées de l'angle d'élévation précédentes. 16. Appareil de navigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de tours du dispositif de visée (22) est d'environ 3000 t/mn. 17. Appareil de navigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un corps de portée (20) matérialisant un horizon artificiel et ayant de préférence la forme d'une plaque, ce corps de portée étant suspendu par cardan à un support de base (2). 18. Appareil de navigation selon la revendication 17, caractérisé en ce que le corps de portée (20) est monté rotatif autour d'un axe vertical. 19. Appareil de navigation selon la revendication 18, caractérisé en ce que sur le corps de portée (20) est prévu un dispositif de commande d'azimut (24) sensible à la source lumineuse (56) à viser, et en ce qu'il eomporte un moteur d'entraînement vertical (14) pour créer la rotation du corps de portée (20) autour de l'axe vertical, ce moteur étant apte à être commandé par le dispositif de commande d'azimut (24) de manière telle que l'axe de rotation horizontal (30) du dispositif de visée (22) s'étend normalement dans la direction de l'irradiation de la source lumineuse (56) à viser. 20. Appareil de navigation selon la revendication 19, caractérisé en ce que le dispositif de commande d'azimut (24) comprend une paroi verticale (58) non transparente, des détecteurs de lumière (60, 62) situés chacun de part et d'autre de la paroi et un circuit de réglage (o8) qui règle le moteur d'entrai- nement vertical (14) dans une position du corps de portée (20) dans laquelle les signaux des deux détecteurs de lumière (60, 62) sont égaux. 21. Appareil de navigation sSon la revendication 20, caractérisé en ce que les détecteurs de lumière (60, 62) du dispositif de commande d'azimut (24) sont situés derrière des prismes en quart de cercle (614, 66). 22. Appareil de navigation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de mesure d'angle comprend un dispositif de transformation de signaux (80) qui raccourcit dans,le temps le signal de visée. 23. Appareil de navigation selon la revendication 22, caractérisé en ce que le circuit de transformation de signaux (80) comprend un étage de différenciation qui répond aux flancs ascendant et/ou descendant du signal de visée. 24. Appareil de navigation selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'étage de différenciation forme les deux quotients différentiels en fonction du temps et répond au point d'inversion des flancs ascendant et/ou descendant du signal de visée. 25. Appareil de navigation selon la revendication 22, earaetérisé en ce que le circuit de transformation de signaux (80) comprend un étage d'intégration et un étage de différenciation connecté après eelui-ei pour former les deux quotients différentiels en fonction du temps. 26. Appareil de navigation selon l'une quelconque des revendications 22 à 25, caractérisé en ce que le circuit de transformation de signaux (80) est réglable sur des modes de fonctionnement différents comme le flanc antérieur (V), le flanc postérieur (H), le point d'inversion du flanc antérieur (VW), le point d'inversion du flanc postérieur (HW) et le milieu M du signal de visée.