Brevet FR2403565A1 — publié le 19790413

La présente invention, due a Monsieur Léo THOUREL, du Centre d'Etudes et de Recherches de Toulouse (C.E.R.T.), etablissement de l'ONERA, a pour objet un dispositif de visualisation des obstacles sur piste en matière constituant une hétérogénéité diélectrique par rapport au terrain environnant, notamment pour détecter la présence d'un obstacle sur une piste d'aéroport. Le controle du trafic sur un aéroport exige évidemment qu'il soit possible de deceler la présence sur les pistes des obstacles, afin d'interdire le decollage ou l'atterrissage sur les pistes déjà encombrées, que ce soit par un avion circulant au sol ou par un véhicule de service. L'observation visuelle depuis la tour de contrôle est fréquemment en défaut. La visualisation des avions sur les pistes a l'aide d'un radar panoramique, installé a faible hauteur au-dessus du spl, est une solution trop coûteuse pour être adoptée sur tous les aeroports. De plus, cette solution ne fournit une bonne définition que si le faisceau de l'antenne est fin, ce qui conduit a une fréquence élevee, donc a une augmentation du prix de revient et a une réduction de la porte du radar.Cette réduction est très notable si l'on utilise des ondes millimétriques pour lesquelles on peut de plus craindre des brouillages, même si l'on utilise un radar a polarisation circulaire. La présente invention vise a fournir un dispositif de visualisation qui, tout a la fois, est beaucoup plus economique que l'emploi d'un radar panoramique et est plus sûr. Pour cela, l'invention utilise une constatation : il est inutile d'avoir une vue générale de l'aéroport, car la sécurité du trafic peut être assurée en detectant uniquement les obstacles sur les pistes. L'invention propose notamment un dispositif de visualisation qui comprend un émetteur d'impulsions a très haute fréquence couplé a une partie terminale de la piste par des moyens de couplage en mode TM (champ électrique vertical au voisinage du sol et champ magnétique horizontal et perpendiculaire au grand axe de la piste) et un récepteur des ondes éventuellement réflechies par les obstacles, également couplé a la piste. La fréquence utilisée sera généralement comprise entre 20 et 100 MHz. L'emetteur et le récepteur seront en general couplés a la même partie de la piste. On voit que l'invention utilise le fait qu'une piste en béton encastree dans un terrain plus ou moins meuble ou rocheux constitue une discontinuité diélectrique et peut constituer un guide d'onde de surface, l'effet étant d'ailleurs d'autant plus net que le terrain autour de la piste est humide et tend a se comporter comme un conducteur pour les fréquences inférieures a 1 GHz. Le domaine de valeurs donné plus haut pour les fréquences convient bien pour les pistes classiques d'aéroports, dont la largeur est de quelques dizaines de mètres, l'épaisseur de quelques décimétres et la longueur de quelques kilometres. Le choix de la valeur de la fréquence pourra être effectué en tenant compte des dimensions de chaque piste particuliere et aussi de la nécessité d'éviter le brouillage des installations d'atterrissage dont peut être muni l'aéroport (telles que systèmes d'atterrissage aux instruments ILS ou installations omnidirectionnelles a très haute fréquence VOR). On pourra fréquemment adopter la fréquence ISM de 40,68 MHZ ou une fréquence de l'ordre de 75 MHz. Dans tout le domaine de fréquences envisagé, l'eau liquide ou solide presente peu de pertes, ce qui rend le systeme pratiquement insensible a la pluie, a la neige-et au verglas. Etant donné que la sécurité peut être assurée par simple détection de la présence d'obstacle, sans qu'il soit nécessaire de déterminer la dimension, la forme et la vitesse des obstacles, il n'est pas nécessaire d'utiliser un radar fournissant une precision élevée sur la position ou un radar Doppler. On peut estimer qu'il suffit en général d'une précision de 30 m environ sur la position de l'obstacle, résultat qui peut être atteint en utilisant un radar a impulsions de 0,2 microseconde, la période d'émission des impulsions étant de 100 microsecondes par exemple I1 faut toutefois remarquer que des impulsions de 0,2 microseconde exigent une bande passante de 5 MHZ qui est trop élevee dans de nombreux cas. Mais on peut aisément diminuer cette bande passante par compression d'une impulsion émise plus longue, de 10 microsecondes, par exemple, ce qui ramène la: largeur de bande a 100 KHz et permet d'utiliser plusieurs fréquences porteuses pour discriminer entre elles les différentes pistes d'un même aéroport. La puissance d'emission nécessaire dépendra évidemment de l'atténuation de l'onde de surface le long de la piste et de la surface équivalente radar des obstacles que l'on veut détecter. Dans de nombreux cas, une puissance de crête de l'ordre de 1 kW sera suffisante. La technique mise en oeuvre par le- dispositif suivant l'invention est très différente de celle qui a déjà éte proposée pour détecter les obstacles en avant d'un véhicule sur voie ferrée, qui consiste à encadrer la voie de deux réflecteurs constitués par des plaques ou bandes allonges, présentant- de préférence une forme cambrée pour constituer guide pour les ondes radar émises dans l'atmosphère par un émetteur porte par le véhicule. Cette solution revient en fait a ajouter des organes constitutifs d'un guide d'onde a la voie, alors que l'invention utilise la piste proprement dite en tant que guide d'onde de surface. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné a titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma montrant une repartitipn possible des pistes d'un aéroport et les composants du dispositif suivant l'invention associes a la-piste n0 3; - la figure 2 est un schéma de principe montrant une representation possible de la piste a la tour de contrôle de l'aéroport, en coupe suivant le plan median de la représentation de la piste - la figure 3 montre schématiquement, en vue de dessus, les composants principaux d'un coupleur filaire entre émetteurrécepteur et partie terminale de piste ; - la figure 4 est un schéma de principe en coupe suivant la ligne IV/IV de la figure 3 ; ; - les figures 5 et 6, similaires aux figures 3 et 4, montrent les composants principaux d'un coupleur a guide entre émetteur-réceptéur et piste. La figure 1 montre schematiquement la disposition des quatre pistes principales d'un aeroport, numerotees de 1 a 4. Pour assurer une sécurité complète, le dispositif doit permettre de determiner la présence d'un obstacle sur l'une quelconque des pistes et, dans ce cas - visualiser cet obstacle et son emplacement approximatif a la tour de contrôle, sur.un tableau représentant l'ensemble des pistes, - sur-la piste encombrée, anterdire l'allumage d'un oyant autorisant le déplacement ou le décollage d'un avion. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement-, sur la piste nO 3, l'émetteur-récepteur radar 11 placé a l'une des extrémités de la piste et un guide d'onde 12 destiné au transfert de l'énergie hyperfréquence entre l'émetteur-récepteur et le coupleur 13 avec la piste. L'émetteur-récepteur est relié, par des lignes électriques schématisées par le trait en tirets 14, a latour de contrôle 10 et a un feu vert 15 d'extrémité de piste. Dans le cas ou la piste peut être utilisée dans les deux directions, il sera nécessaire de prévoir un émetteurrécepteur a chaque extrémité, fonctionnant alternativement et avantageusement sur la même fréquence, suivant le sens de décollage adopté. Chacune des autres pistes doit être munie d'un dispositif similaire, mais fonctionnant sur-une fréquence différente. A la tour de contrôle, l'ensemble des pistes pourra être affiché sous forme d'un tableau lumineux représentant leur disposition en plan. Chaque piste pourra être matérialisée par un alignement de lampes telles que 16, placées dans une rigole recouvertes par une lame translucide 17 et séparées par des cloisons 18. L'écartement des cloisons sera choisi pour correspondre a un tronçon de piste égal approximativement à la définition que permet d'atteindre le dispositif. Les lampes seront normalement allumées, la présence d'un écho provenant d'un tronçon déterminé provoquant l'extinction de la lampe. -Comme on l'a indique plus haut, le radar constitue par l'émetteur-récepteur 11 et le coupleur 13 excite la piste 3 par des impulsions qui se reflètent sur les obstacles rencontrés, tels qu'un avion 19, l'énergie réfléchie revenant du coupleur au récepteur du radar. Pour obtenir une précision de l'ordre de 30 mètres sur la position de chaque obstacle, on a vu qu'il suffisait d'un radar a impulsions, fournissant une duree d'impulsions de 0,2 microseconde par compression d'impulsions de 10 microsecondes On aura souvent intérêt a utiliser la fréquence IBM de 40,68 MHz ou une fréquence de l'ordre de 75 MHz. Dans le cas représenté, ou quatre fréquences sont nécessaires, on peut adopter par exemple les valeurs 40,48 MHz 40,68 MHz 40,88 MHz et 41,08 MHz. L'écart entre les frequences, de 200 KHz, est nettement suffisant pour éviter les interférences entre les radars associés aux diverses pistes, interférences qui risqueraient de donner de faux échos. En effet, avec des impulsions de 10 microsecondes, la largeur de bande de chaque radar est de l'ordre de 100 kHz. Naturellement, si certaines pistes sont suffisamment écartées les unes des autres (ce qui serait par exemple le cas si la piste nO 2 se terminait en 20 sur la figure 1), on peut adopter la même fréquence radar pour les deux pistes. Ce n'est toutefois en général pas nécessaire, en particulier lorsqu'on utilise des frequences proches de 40,68 MHz, la largeur de bande autorisée de - 5% correspondant a 2 MHz, donc a dix fréquences différentes. Il est naturellement possible d'adopter des modes de visualisation autres que celui indique sur la figure 2, par exemple sur tube cathodique, éventuellement en plusieurs couleurs. De nombreux types de coupleurs différents sont utilisables pour transférer l'énergie hyperfréquence entre la piste et 1 'émetteur-récepteur. Dans le mode de réalisation illustré en figures 3 et 4, les échanges d'énergie haute fréquence entre I'emetteur-réeepteur et le coupleur sont effectués par une ligne coaxiale 12. Le coupleur est du type filaire. I1 comporte un tube métallique 22 disposé a quelques dizaines de centimètres au-dessus de la piste, parallèlement a celle-ci et dans son plan médian, supporte par des potelets isolants 21, par exemple en chlorure de polyvinyle. Ce tube 22 est alimenté par le conducteur intérieur de la ligne coaxiale 12. La gaine de la ligne 12 est reliée a un moignon ou "stub" 23 placé dans le prolongement du tube 22 et sépare de celui-ci par une pièce isolante en matériau dielectrique, qui assure egalement la rigidité mécanique de l'ensemble. Le sol de la piste porte un grillage métallique a larges mailles (20 a 50 cm de côté en genéral) dans la zone terminale, sous le coupleur et autour de celui-ci. Ce grillage 24 se prolonge en pointe vers l'avant du coupleur, la longueur de la pointe étant en général d'une cinquantaine de mètres, alors que la longueur active du tube 22 formant coupleur est en général d'une vingtaine de mètres.- Les figures 3 et 4 ne doivent évidemment pas être considérées comme étant a l'échelle. La gaine de la ligne coaxiale 12 est également reliée au grillage, qui peut être placé en surface de la piste, ou placé a faible profondeur dans le béton, par exemple simplement recouverte d'une chape. La piste est avantageusement encadrée sur toute sa longueur par des barrieres métalliques 30 electriquement reliées au béton par des potelets de fixation métalliques 31. Ces barrières favorisent le guidage des ondes haute fréquence et les confinent au-dessus de la piste. Elles devront avoir une construction mécanique suffisamment légère pour ne pas endommager un avion volant en bordure de piste. Dans le mode de realisation illustré en figures 5 et 6, le coupleur utilisé constitue la transposition d'un coupleur hyperfréquence a la gamme haute fréquence. Ce coupleur comporte un guide rectangulaire 26 fonctionnant en mode TE 01. Le guide est avantageusement formé par un parallélépipède en grillage à section rectangulaire, ouvert vers l'avant. Le grillage aura généralement une maille comprise entre 10 et 30 cm de côté. Pour une fréquence de 40 MHz, la largeur du guide sera de 5 m et sa hauteur de 2 m environ. Le guide 26 est lui-même excité par une antenne verticale 25 de 1,50 m de hauteur environ, placée a un quart de longueur d'onde environ, soit 1,85 m pour une frequence de 40 MHz, en avant d'un plan de court-circuit 27, en grillage, fermant le guide d'onde vers l'arrière. Le guide d'onde est prolonge vers l'avant par des barrieres en grillage 28, constituant des flasques, présentant la même hauteur que le guide d'onde et faisant un angle qui sera avantageusement de l'ordre de 60Q. Comme dans le cas du coupleur filaire montré en figure 3, la piste est munie d'un revêtement métallique, constitué par un grillage qui se termine en pointe au-delà des flasques 28. Comme dans le cas précédent, on peut placer de part et d'autre de la piste, tout le long de celle-ci, des barrières qui sont alors réunies électriquement aux flasques. L'antenne 25 sera reliée, de façon classique, au conducteur central de la ligne coaxiale 12 dont la gaine sera réunie a la face inférieure du guide 26. Une telle construction se prête bien a un réglage d'adaptation, par modification de la hauteur de antenne ou par tout autre procédé classique. Gracie a ces possibilités d'adaptation, on peut utiliser un coupleur identique pour tous les radars d'un même aéroport. L'émetteur-récepteur du radar pourra être de constitution classique. L'émetteur-pourra notamment comporter une chaîne de puissance a tube tétrode fonctionnant en classe C, modulé en impulsions par commande de grille des derniers étages. La chaîne peut être pilotée par quartz. En effet, la modulation peut être a très faible niveau étant donné que le radar fonctionne en régime d'impulsions. L'élargissement de l'impulsion peut s'effectuer par des techniques courantes mises en oeuvre dans les emetteurs de radar a compression d'impulsions. Le récepteur peut egalement être entierement classique et incorporer un oscillateur local piloté par quartz. Le duplexeur qui permet de brancher le coupleur alternativement sur l'émetteur et le récepteur peut également être réalisé suivant les techniques habituelles en matière de radar sur ondes métriques. L'invention ne se limite évidemment paa aux modes particuliers de réalisation qui ont -été representes et decrits à titre d'exemples et il doit être entendu que la portee du present brevet s'étend a toutes variantes restant dans le cadre des équivalences De plus, elle n'est pas limite au cas des pistes en béton et peut notamment s'appliquer aux pistes constituees par des plaques de métal perfore ou déployé. REVENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation d'obstacle,caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur d'impulsions a une fréquence comprise entre 20 et 100 MHz couplé à une partie terminale de la piste par des moyens de création d'onde de surface en mode et et un récepteur des ondes réfléchies par les obstacles, également couple à la piste. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur est un émetteur radar à impulsions fournissant des impulsions de l'ordre de 10 microsecondes avec compression ultérieure d'impulsions dans un rapport de l'ordre de 50. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2 pour aérodrome comportant plusieurs pistes, caractérisé en ce que chaque piste est munie d'un émetteur-recepteur, les fréquences affectées aux diverses pistes étant écartees d'environ 200 KHz. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que l'émetteur et le récepteur sont couplés a la piste par un coupleur filaire formé par un tube métallique placé au-dessus d'une fraction de la piste qui est revêtue d'un grillage qui se prolonge en pointe en avant du coupleur sur plusieurs dizaines de mètres. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé en ce que l'émetteur et le récepteur sont couplés a la piste par un coupleur à guide d'onde comprenant un guide rectangulaire fonctionnant en mode TE Ol placé au-dessus d t une fraction de la piste revêtue d'un grillage métallique se prolongeant en pointe en avant du coupleur sur une longueur de plusieurs dizaines de mètres. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la piste est encadrée par des barrieres légères fixees au béton par des potelets conducteurs. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que le récepteur comporte un détecteur d'écho fournissant un affichage sur la piste et dans une tour de contrôle. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif d'affichage à la tour de contrôle comporte une représentation schématique de la piste ou des pistes par tronçons de longueur approximativement égale la résolution, chaque tronçon étant muni d'un voyant qui s'éteint lorsqu'un obstacle est present sur le tronçon.