Brevet FR2418470A1 — publié le 19790921

L'invention concerne les aides a la navigation utilises notamment par visibilité réduite à bord des bacs, navires ou engins divers qui effectuent des traversees repétées d'un plan d'eau entre deux atterrages déterminés. Le dispositif, objet de l'invention, indique a bord du véhicule la distance et la direction des atterragesainsi que l'écart avec la route directe. Les aides a la navigation connues telles que les systèmes Decca, Loran, radiogonométrie, radar, radio alignément utilisent en général des moyens radioélectriques et sont adaptés a la navigation des navires au large des cotes. Ils nécessitent l'implantation d'emetteurs coûteux ou requièrent un appareillage tres sophistiqué mis en oeuvre par des spécialistes. Outre ces inconvenients la plupart d'entre eux sont impropres pour une utilisation a courte distance et ils ne peuvent résoudre le problème de la localisation d'un mobile dans une zone restreinte. L'invention propose un dispositif simple, adapte a la navigation entre les berges des plans d'eau de bacs ou engins transbordeurs par exemple. Le dispo sitif, objet de l'invention, utilise des balises, appelées pour simplifier l'ex- posé, A et D, placées aux endroits entre lesquels doit s'effectuer le trafic. Voir sur la planche I la figure 1 qui représente le plan d'eau vu en coupe et la figure 2 qui représente le plan d'eau vu du dessus. Chaque balise est constituée par un émetteur ultra sonore relié par un cable à un boitier de commande. L'emetteur genere dans l'eau un train d'ondes ultra sonores de fréquence élevee et de courte durée lorsque le boitier de commande perçoit un signal radio. Pour obtenir cette fonction, le boitier de commande comprend une antenne, un récepteur radio, un oscillateur pour exciter l'émetteur immergé et un générateur électri- que pour l'alimentation des circuits. Dans l'invention les balises sont identiques, seules différent, les fréquences ultra sonores émises, elles constituent la première partie du dispositif, objet de l'invention.La seconde partie du dispositif est située sur le véhicule V , elle est constituée par : deux hydrophones B et C fixés sur les parties immergées de préférence les plus eloignées de l'axe longitudinal et symétriques par rapport a ce dernier, ces hydrophones sont destinés à percevoir les ondes ultra sonores émises par les balises ; un émetteur radio de faible puissance destiné à commander simultanement les deux balises et déclencher des chronometres, les émissions en impulsions sont récurrentes et de courte durée ; un ensemble électronique de detection et d'exploitation des signaux ultra sonores dont les fonctions sont les suivantes : mesure de la duree de propagation des signaux émis à partir de A entre A et chacun des hydrophones, le temps est compté par des chronomètres déclenchés par l'émetteur radio ; mesure dans les memes conditions des paramètres attenants a D ; calcul a partir des valeurs temporelles précédentes, de la distance du véhicule avec A et D de la direction de A et D par rapport à l'axe du véhicule, de la distance séparant le centre du vehicule de la trajectoire rectiligne AD. La seconde partie du dispositif comprend en outre un ensemble de visualisation et d'indication des grandeurs utilisables pour la navigation. Pour exposer le fonctionnement de l'ensemble énuméré précédemment, on exprime ci-apres l'enchaînement des fonctions a partir d'une émission radio, celle-ci étant récurrente, un fonctionnement identique se produit a chaque émission.A l'instant To l'émetteur délivre une impulsion de courte durée. Les récepteurs placés dans les balises détectent cette impulsion dans le délai extrêmement court propre a la propagation des ondes hertziennes. Chaque récepteur A et D déclenche un train d'ondes ultra sonores au niveau de leur transducteur immergé, la fréquence ultra sonore de A (Fa) est différente de celle de D (Fd). Les ondes ultra sonores envahissent le milieu aquatique, elles atteignent les hydrophones selon des modes différents. Le premier mode correspond à l'onde directe qui emprunte le trajet le plus court entre les emetteurs ultra sonores et les hydrophones. Les modes suivants sont très complexes et correspondent aux ondes réfléchies sur le fond, la surface, les berges et aux ondes parcourant les matériaux du fond. L'onde qui parvient en premier et à une pression élevée sur les hydrophones est l'onde directe, sa détection donnera lieu à la mesure des temps de propagation T1 correspondant au parcours AB;T2 au parcours AC pour la fréquence Fa T3 et T4 pour la frequence Fd.Dans l'invention, la distinction entre Fa et Fd est obtenue au moyen de filtres. Les temps de propagation étant proportionnels , notamment pour l'onde directe detectee, aux distances, on voit qu'il est possible après mesure de ces temps et en tenant compte de la célérité dans l'eau de déterminer, par le calcul, les valeurs utilisables pour la navigation. Les calculs consistent à résoudre les triangles de la figure 3 de la planche 2. La résolution de ces triangles permet d'exprimer : e = MA = distance séparant la balise A de l'intersection de l'axe sur lequel sont situés les hydrophones avec l'axe longitudinal du véhicule ; i = angle détermine par l'axe du véhicule xx' avec le gisement de A ; MP = distance séparant le centre du véhicule M de la trajectoire AD. On elabore de la même manière les paramètres attenants à la balise D.Sur la figure 4 de la planche 3 est resumé l'ensemble des valeurs calculées et utiles à la navigation. Dans l'invention, les calculs sont élabores par des circuits électriques intégres dits microprocesseurs. La figure 5 de la planche 4 donne un exemple non limitatif de l'invention un synoptique des moyens utilisés pour realiser la partie de l'appareillage situé à bord du véhicule : 1 et 2 sont les hydrophones placés sur les parties immergées du vehicule 3 et 4 des amplificateurs permettant d'attaquer respectivement des filtres 5, 7, et 6, 8 qui établissent la separation des frequences émises par la balise A et la balise D, 9, 11 et 10, 12 sont des détecteurs à seuils qui déli- vrent une information à des compteurs 12, 15 ; 14, 16 lorsqu'ils perçoivent le signal provenant du filtre auquel ils sont associés.Les compteurs réalisent avec l'horloge unique 17 qui délivre une fréquence stable FH, les fonctions chronométriques. Ils sont mis en marche dès l'émission radio et arrêtés par les informations délivrées par les détecteurs a seuils ; les valeurs enregistrees sont transférées dans un module de calcul 18 constitué par un microprocesseur qui élabore les valeurs utiles a la navigation. La remise a zéro des compteurs (RAZ) est réalisée automatiquement avant qu'intervienne L'émission radio suivante.Dans l'exemple, la mise en marche et l'arrêt des compteurssonteffectuéspar un circuit programmateur 19 qui commande en outre l'émetteur 20.Le cycle de programmation récurrent : commande émetteur et mise en marche des compteurs, puis la remise à zéro des compteurs est réglée à partir de la fréquence FH délivrée par l'horloge 17. Les valeurs numériques élaborées par le module de calcul 18 sont affichées sur les indicateurs digitaux 27, 28, 29 les valeurs analogiques indiquant les angles apparaissent sur les indicateurs a aiguilles 25 et 25, les conversions entre le systeme digital utilisé dans le module de calcul et le système analogique des indicateurs sont effectuées par les convertisseurs 23 et 24.Le paramètre g qui correspond à la distance séparant les balises est mis en mémoire dans le module de calcul par le circuit 21 qui en élabore la valeur mémorisée lorsque le véhicule est près de la balise A ou de la balise D, une commande manuelle 22 permet d'effectuer cette mise en mémoire par l'opérateur. La figure 6 de la planche 5 montre en exemple non limitatif de l'inven- tion un tableau de visualisation placé sur un coffret renfermant les parties électriques énumerées ci-dessus. L'écart avec la route AD et le positionnement du véhicule par rapport à cette route visualise dans l'exemple par l'illumination d'une fleche ce qui permet en utilisant l'invention, de faire naviguer des véhicules de part et d'autre de la route AD sans risque de collision. Les conducteurs des véhicules convenant entre eux du bord ou ils se tiendront par rapport a la route fictive directe A.D. La planche 6 montre les moyens utilisables pour réaliser les balises, bien entendu d'autres moyens peuvent être utilisés sans pour autant sortir du cadre de l'invention : le boitier de la balise comporte un récepteur 1, accordé sur la fréquence d'émission de l'émetteur placé à bord du véhicule, un détecteur du signal de réception 2 commande le générateur ultra son 3 des qu'une émission radio est perçue, une alimentation autonome à piles ou batteries rechargeables 4 par exemple fournit l'énergie nécessaire au fonctionnement des circuits ci-dessus. Sur le boitier est placé une antenne radio 5 ou tout dispositif équivalent : un cadre de reception par exemple. Le transducteur 6 à immerger est relié au boitier par un cable 7, le cable et le transducteur sont lestés pour éviter leur entraînement par le courant lorsqu'ils sont utilisés dans un cours d'eau. Pour faciliter la compréhension de l'invention, on a volontairement simplifié l'exposé précédent en présentant un dispositif comprenant deux balises et un seul véhicule. Le système de navigation, objet de l'invention, peut être étendu à un nombre différent de balises ou de véhicules. L'utilisation de plus de 2 balises permet de résoudre une navigation selon des trajets non orthodromiques, la ou les balisesutilisées en plus de celles présentes aux atterrages étant disposées, par exemple, sur des dangers à éviter. La navigation s'operera en prenant en compte les balises entre lesquelles se situe le véhicule, chaque balise étant identifiable par sa fréquence propre.Pour que le dispositif puisse prendre en compte un nombre de balise N, l'invention prévoit d'équiper chaque canal représenté par les hydrophones 1 et 2 de filtres et des détecteurs a seuils en nombre égal à N, après les détecteurs un dispositif de multiplexage réalise par des moyens connus, un simple commutateur par exemple permet au conducteur de prendre en compte au cours de son trajet les balises entre lesquelles il se trouve, entre ces balises le mode de navigation demeurant le même que celui décrit au début de l'exposé. Lorsqu'un meme ensemble de balises est utilisé par plusieurs véhicules, l'invention prévoit une synchronisation radio par un emetteur qui peut être indépendant du ou des véhicules qui doivent alors comporter un récepteur pour être synchronise . Dans l'invention, l'émetteur génère des programmes récurrents, codés selon des moyens connus, en fréquence par exemple. Les fonctions successives déclenchées par chaque programme sont les suivantes : déclenchement de l'émission ultra sonore des balises et mise en marche des compteurs ou chronomètres, puis remise a zéro des compteurs et des modules de calcul. Ces deux fonctions peuvent etre obtenues avec l'émission de deux fréquences différentes. Les récepteurs radio des balises n'étant accordés que sur la fréquence qui doit declencher l'émission ultra sonore. REVENDICATIONS 1 Dispositif destiné a la navigation de véhicules tels que navires, bacs ou engins divers qui effectuent la traversee de plan d'eau entre des atterrages déterminés, caractérisé par le fait qu'il comporte un ensemble de balises desti nées à émettre simultanément des signaux ultra sonores dans le plan d'eau, com mandées par une émission radioélectrique récurrente et un appareillage disposé sur le véhicule. 2 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que l'appa reillage disposé sur le véhicule comporte l'émetteur radio. 3 Dispositif selon revendication 2 caractérisé par le fait que l'appa reillage disposé sur le véhicule comporte, pour déterminer la position de ce dernier, des moyens électroniques de calcul qui exploitent la mesure des durées de propagation mises par les ondes ultra sonores pour atteindre deux hydrophones fixés sur la partie immergée du véhicule. 4 Dispositif selon revendication 3 caractérisé par le fait que les moyens électroniques de calculs sont constitués par un ou plusieurs microprocesseurs. 5 Dispositif selon revendication 3 caractérisé par le fait que la mesure des durees de propagation est effectuée par des chronomètres électroniques dé clenches par l'émission radio electrique puis arrêtés par des moyens de détection des signaux ultra sonores,associés au hydrophones. 6 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que chaque balise est caractériséepar une émission ultra sonore de fréquence déterminée. 7 Dispositif selon revendication 5 caractérisé par le fait que les moyens de détection des signaux ultra sonores,associes aux hydrophones,sont idendiques pour chacun de ces derniers et comportent des filtres destines à séparer les si gnaux caractéristiques émis par les differentes balises. 8 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que l'appa- reillage disposé sur le véhicule comporte un circuit pour la mise en mémoire de la valeur significative correspondant a la distance qui separe les balises entre lesquelles s'effectue la navigation. 9 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que les dis tances séparant le véhicule des balises et la distance représentant l'écart ef fectué par le véhicule avec la route directe reliant deux balises sont indiquées sur des appareils digitaux utilisant les informations délivrées par le ou les microprocesseurs. 10 Dispositif selon revendication 1 caractérise par le fait que le posi tionnement du véhicule par rapport à la route directe reliant deux balises est indique par un système de visualisation commandé par le ou les microproces seurs. 11 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la di rection de chaque balise entre lesquelles s'effectue la navigation est indiquée par une aiguille. 12 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la syn chronisation de l'ensemble des balises et de l'appareillage attenants aux véhi cules est obtenue par un émetteur radio produisant un programme récurrent codé. 13 Dispositif selon revendication 12 caractérisé par le fait que le pro gramme récurrent codé est reçu par un récepteur associé à l'appareillage équi pant le véhicule. 14 Dispositif selon revendication 12 caractérisé par le fait que le pro gramme recurrent codé est constitué par deux émissions de fréquences différentes.