Brevet FR2461312A1 — publié le 19810130

La présente invention concerne un système intégré multifonctione de communication. en numérique et de localication de mobiles entre eu) et par rapport au sol. L'ensemble des mobiles qui se meut dans l'espace aérien doit d'une part être surveillé, d'autre part guidé et pris en charge par 1 sol aux approches d'un aérodrome par exemple. Ces mobiles doivent pouvoir également se repérer et suivre une route déterminée, en un mot naviguer. A tous ces impératifs s'en ajoutent encore d'autres ressortissant de la prévention des collisions en vol. Il faut ajoutez la nécessité d'établir des communications entre ces mobiles et le sol et entre les mobiles eux-mêmes, les informations nécessaires à la détermination des fonctions qui ont été énumérées de façon générale, entratnant dans beaucoup de cas, l'établissement d'un dialogue entre le sol et les mobiles et les mobiles entre eux. Toutes les fonctions de base qui ont été-énumérées ci-dessus et d'autres plus particulières peuvent être remplies par des systèmes déjà existants et opérationnels. On peut citer les radars primaires permettant la détection d'un mobile évoluant dans l'espace aérien couvert par son antenne, les radars secondaires qui interrogent suive un code déterminé un avion muni d'un répondeur, sur son altitude, soe identité, etc..., les bases interférométriques permettant la localisation des mobiles aériens, et tous les systèmes de navigation et d'aides à l'atterrissage qu'il n'est peut être pas utile de rappeler par le détail.Tous les systèmes évoqués ci-dessus -sont des systèmes que l'on peut qualifier de particularisés et qui sont évidemment susceptibles de progrès au prix toutefois, lorsqu'un certain degré d complexité est atteint, d'une augmentation excessive du prix global tous les équipements qu'il faut réunir pour assumer les diverses fonctions de plus en plus nécessaires. Un système dit intégré offre une solution cer-tainement moins onéreuse et avec une capacité de traitement accrue au problème posé par les différentes fonctions que nécessite la prise en charge d'un mobile aérien depuis son décollage jusqu'à son atterrissage, fonctions intervenant successivement et qui sont toutes différentes les unes d autres. De fait le système intégré a pour but essentiel de faciliter les communications et la conception des interfaces, de faciliter l'interchangeabilité des équipements et des fonctions, de faciliter également l'organisation séquentielle de fonctionnement pour utiliser les équipements à pleine charge et de reconfigurer le système suivant son état par la hiérarchisation des fonctions suivant la mission ou la phase du vol.Un système intégré dans le domaine de la navigation aérienne a déjà été étudié et proposé par la Demanderesse. Il consistait essentiellement en un équipement placé au sol comportant un ensemble d'acquisition d'information déterminant la position de chaque aéronef et un dispositif de traitement des informations reçues, un équipement aéroporté comportant un ensemble d'acquisition et d'élaboration des paramètres de navigation et un dispositif d'interaction bilatérale assurant la transmission des informations entre le sol et l'aéronef et vice-versa.D'une façon générale l'équipement au sol comprenait un radar primaire déterminant la position de chaque avion pris en charge et le dispositif de transmission assurait la continuité du contr8le de la- position des avions et la correction de leur système de navigation par les coordonnées réelles de la position de l'aéronef calculées au sol. Dans ce système la transmission des informations se faisait sur une fréquence fixe par un signal codé en numérique. Ce système multifonctions, de l'art antérieur était toutefois limité aux fonctions d'identification, de contrôle du trafic et de navigation à partir des informations de position fournies au sol et non par l'intermédiaire des équipements à bord. Un autre système intégré multifonctions possédant des fonctions plus étendues que les précédentes a été également étudié et proposé par la Demanderesse. Il comporte des stations au sol et des équipements à bord des mobiles justiciables de ses services, et les stations au sol sont réparties de façon telle qu'elles assurent une couverture totale sans trous des sones à surveiller. Les communications bilatérales entre le sol et les mobiles ou entre les mobiles se font par des signaux codés en numérique d'un même type quelle que soit la fonction envisagée et les messages ainsi transmis sont répartis dans le temps avec des fréquence d'émission réparties sur une large bande ; des moyens sont prévus de plus aussi bien au sol qu'à bord-des mobiles pour assurer une parfaite synchronisation des différents éléments du système dans l'établissemen des différentes fonctions qu'il assure. Ce système intégré multifonctions remplit ainsi essentiellement deux fonctions de base qui sont la localisation et les communications à partir desquelles toutes les autres fonctions peuvent être remplies. A bord et au sol la localisation est obtenue par la transmission de messages synchrones à l'émission, le synchronisme étant réalisé par l'utilisation d'horloges à bord et au sol. Ces horloges permettent également l'établissement de communications à sens unique ou bilatérales entre le sol et les mobiles et les mobiles entre eux par répartition des messages dans le temps. Cette répartition dans le temps associée à une répartition des fréquences dans une large bande, autorise l'établissement de commmnicationa simultanées dans la bande consi dérée, avec possibilité de désigner dans le message des adresses caractérisant soit des utilisateurs, soit des fonctions. Cette répartition assure de plus une amélioration de la protectic contre les brouillages, ainsi que le secret des communications. Elle réduit également les effets des interférences dues à la propagation par les trajets multiples. Cependant dans ce dernier système et en particulier lorsque la localisation s'effectue avec le procédé dit Ç i, caest-à-dire par détermination de la distance de l'aéronef considéré et de l'angle soue lequel il est vu du sol, angle donné par l'azimut du faisceau directi: tournant émis par une antenne directive associée à une antenne omnidi rectionnelle, il n'est pas possible si l'on veut conserver une seule émission à la fois pour le- plus grand nombre de stations, de transmett: dans une même récurrence les émissions de navigation et celles de communications (appelées data link suivant la terminologie anglosaxonne). Suivant l'invention, les émissions de communications et de navigation sont placées dans une partie d'une même récurrence suivant le procédé de division dans le temps, le reste de la récurrence étant affecté à la réception des messages émis par les différents aéronefs, cette réception étant elle, faite suivant le procédé de la division en fréquence. L'invention sera mieux comprise, par la description qui suit d'un exemple -de réalisation, donné à l'aide des figures qui repré sentent - la figure 1, la répartition des émissions de navigation et de communications ou phonie dans une récurrence - la figure 2, le principe suivant lequel la réception des messages provenant de plusieurs aéronefs s'établit au sol - la figure 3, un diagramme schématique de l'équipement au sol réalisant l'émission des informations conformément au schéma de la figure 1 - et la figure 4, un diagramme schématique de l'équipement de bord associé. On a rappelé dans l'introduction à la présente description la définition et les-buts d'un système intégré multifonctions capable de prendre en charge une pluralité d'aéronefs dans toutes les phases de leur vol, y compris l'atterrissage et la procédure anti-collision entre eux, en cours de vol On a toutefois constaté que, lors de la transmission des messages concernant la navigation, qui sont émis en permanence c'est-à-dire à chaque récurrence, lorsque l'on utilise pour la localisation le procédé connu sous l'appelation e &commat; 8 où P indique la distance de l'aéronef et &commat; g l'angle l'angle sous lequel il est vu du sol, il n'était pas possible dans la récurrence considérée d'établir en plus des émissions de communications ou data link sans être obligé de doubler l'émetteur ou au moins de quadrupler sa puissance crête. Pour éviter cette dépense, on réalise une division dans le temps dans une récurrence entre les émissions de communications et celles de navigation. Dans le système existant, les émissions de communication ou de phonie sont effectuées pendant la première moitié d'une récurrence à partir du sol et pendant la seconde moitié de cette récurrence sont reçues la ou les réponses des aéronefs touchés par l'émission. Il en est de même dans une autre récurrence pour les émissions de messages concernant la navigation où ceux-ci sont groupés dans la première moitié de la récurrence, l'autre moitié de la récurrence étant attribuée à la réception des informations dites de surveillance transmises par les aéronefs. Les durées des récurrences dans les deux cas sont égales et à titre d'exemple, on pourra noter que cette durée est de l'ordre de 4 ms. La figure 1 montre de façon schématique comment, suivant l'invention, il est possible de répartir les émissions de navigation et de communications dans une même récurrence et d'y recevoir les messages en retour en provenance des aéronefs. Dans une première partie de la récurrence R repérée par AB sur l'axe marqué S représentant le sol, on envoie d'abord le message communication DL précédé d'un préambule P1 pendant une durée AC, puis un message navigation N pendant une durée EF, la partie CE étant occupée par un préambule P2. Ces émissions communications et navigation sont ainsi réparties dans le temps.Elles permettent aux aéronef susceptibles de les recevoir de se localiser par rapport au sol par détermination de la distance par rapport au sol donnée par l'instant d'origine d'arrivée à bord du message, par rapport à l'instant d'orin de l'émission et de l'angle de pointage de l'antenne directive au sol envoyé dans le message. lie message de communication donne également l canal attribué à un aéronef pour transmettre sa réponse. Sur la figure 1, on voit que le ou les messages envoyés par le o les aéronefs touchés par les émissions et qui les atteignent sur l'ax repéré G sont reçus au sol dans la deuxième partie de la récurrence R Par SUR on a repéré le message surveillance et indentification et par D1L1 le message communication renvoyé par un aéronef. Ces messages reçus au sol, lui permettent de localiser l'aéronef qui a répondu. 0n constate donc qu'au niveau des réponses, la répartition se fait suiva une division en fréquence. On sait que les messages dont il vient d'être question sont envoyés par l'équipement au sol, à l'aide de deux antennes, une antenne omnidirectionnelle et une antenne directive. De la sorte, tou les aéronefs qui se trouvent dans le lobe de l'antenne sont touchés par les messages émis par l'équipement au sol et sont susceptibles d'y répondre, chacun dans le canal qui lui a été alloué. Pour éviter les réponses sur les lobes secondaires, le préambule du message navigation est transmis par l'antenne directive tandis que le texte est transmis par l'antenne omnidirectionnelle, permettant la comparaison des niveaux des deux parties du message. La figure 2 montre comment dans la récurrence considérée les messages sont reçus par les différents aéronefs et comment se placent les messages en retour reçus du sol. Dans cette figure Al, A2, A3 désignent les différents aéronefs touchés par les messages émis du sol et C1, C2, C3 désignent les réponses de ces aéronefs qui sont multiplexées en fréquence pour la réception au sol. On constatera que, suivant un exemple de réalisation préférentielle la durée -de la récurrence, suivant l'invention est supérieure à celle qu'elle était dans l'art antérieur, 5 ms au lieu de 4 par exemple, e que la première partie de la récurrence est légèrement supérieure en durée à la deuxième partie, 3 ms et 2 au lieu de 2ms pour les deux parties de la récurrence, suivant l'art antérieur. La figure 3 représente de façon schématique, l'équipement au sol, utilisé dans le système suivant l'invention. il comprend une antenne 1 omnidirectionnelle et une antenne 2, produisant un lobe directif tournant suivant le sens donné par la flèche 3. Ces antennes sont connectées toutes deux, du côté émission à un commutateur 4, suivi d'un commutateur 5, à travers deux duplexeurs 6 et 7. le commutateur 5 permet de mettre en service soit l'émetteur El, 8, soit l'émetteur E2, 9. Toutefois il faut bien noter qu a un instant donné, un seul émetteur est en fonctionnement pour réaliser les émissions correspon dant aux différentes fonctions que le système est capable de-remplir. Cette duplication des émetteurs est une redondance nécessaire pour des questions de sécurité. Chacun de ces émetteurs est connecté à un commutateur 10, auquel sont connectés des circuits 11, 12, 13, 14 par exemple, pilotant l'émetteur pour lui faire transmettre les messages correspondant aux différentes fonctions avec l'indication du canal de réponse alloué à chaque aéronef. Le circuit 15 représente schémati quement un circuit d'exploitation générale, commun à la partie émission et à la partie réception. Celle-ci comprend à partir des duplexeurs 6 et 7, un commutateur 16 connectés à une batterie 17 de circuits préamplificateurs à large bande, chacun d'eux étant connecté à un circuit 18 de démultiplexage. Ce circuit 18 est connecté à une série de récepteurs 19 comprenant les récepteurs Ri à R6, par exemple chacun d'entre eux étant affecté à un aéronef.Ces récepteurs sont connectés au circuit d'exploitation. Cette organisation de l'équipement au sol, répond bien à la caractéristique de l'invention, consistant à répartir les émissions dans le temps et répartir les réceptions des aéronefs en fréquence. La figure 4 représente de façon schématique l'équipement à bord d'un aéronef, qui n'est pas très différent de l'équipement au sol. On retrouve deux émetteurs 20 et 21 dont l'un est redondant et par exemple quatre récepteurs 22, marqués R10 à R40. il comporte un système d'antenne 23 connecté à un duplexeur 24 faisant l'aiguillage sur la partie émission ou sur la partie réception. La partie émission comprend un commutateur 25 connecté aux deux émetteurs 20 et 21 déjà mentionnés, connectés chacun à un pilote 25-26 reliés à travers un commutateur 27 à un circuit de traitement 28. Celui-ci appartient également à la partie réception qui comporte à partir du duplexeur 24, un commutateur 29 connecté à un préamplificateur à large bande 30 (31) alimentant la batterie 22 des récepteurs R10 à R40 connectés chacun au circuit de traitement 28 à travers un circuit multiplexeur 32. On a également fait figurer dans l'équipement de bord, un systèm d'horloge 33 donnant une référence de temps. On a ainsi décrit dans un système intégré multifonctions de communications en numérique et localisation de mobiles entre eux et par rapport au sol, plus particulièrement la transmission dans une même récurrence de messages de communications et de navigation. REVEND i C AT 10 NS 1. Système intégré multifonctions de communications en numérique et localisation de mobiles entre eux et par rapport au sol comportant des équipements au sol et des équipements à bord des mobiles, coopérant pour la transmission de messages diversement spécialisés dans les diverses phases de progression et/ou de vol d'un mobile, et concernant plus particulièrement l'identification, le contrôle du trafic, la navigation, l'atterrissage, l'anti-collision, les communications, lesdits messages étant codés en numérique et d'un même type avec la longueur de bit ajustable suivant la fonction envisagée,avec des fréquences d'émission réparties dans une large bande, caractérisé en ce que dans l'émission de messages de navigation suivant le procédé ss &commat;;, chaque message de navigation est précédé dans une récurrence considérée par un message de communications, ces deux messages étant répartis dans une première partie de ladite récurrence, dans le temps, la seconde partie de la récurrence étant affectée aux réponses provenant des aéronefs touchés par lesdits messages émis, du sol, ces réponses étant réparties suivant une division en fréquence. 2. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque message communicatiorsémis par l'équipement au sol comporte l'indication du canal de réponse affecté à un aéronef si nécessaire. 3. Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un seul émetteur est utilisé pour l'émission des messages à partir du sol, et un seul-émetteur est utilisé également à bord d'un aéronef. 4. Système suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'équipement au sol, comporte autant de récepteurs qu'il y a de canaux affectés simultanément aux réponses des aéronefs, ces récepteurs étant connectés à un circuit de démultiplexage.