Brevet FR2470388A1 — publié le 19810529

L'invention concerne un procédé de mesure de parcours pour un véhicule aérien, selon lequel des valeurs de mesure caractéristiques de l'air ambiant sont saisies par des cap- teurs, et des valeurs de mesure d'éloignement sont détermi- e nées à l'aide d'ondes électromagnétiques, les valeurs de mesure étant transformées en données de vol, selon des cri- tères prédéterminés, par un calculateur de traitement des valeurs caractéristiques de l'air ambiant. La précision des mesures de parcours au moyen d'ondes électromagnétiques dépend de plus, dans les systèmes de na- vigation modernes des aéronefs, d'influences atmosphériques. Ainsi, on ne peut plus tenir pour négligeablesles variations de l'indice de réfraction de l'air dues aux influences mé- téorologiques, étant donné que la vitesse de propagation v de ces ondes électromagnétiques à l'endroit x dépend de l'indice de réfraction n selon la relation v (x) = -n x (c étant la vitesse de la lumière dans le vide). On connait en géodésie et en radiométéorologie des procédés de mesure de parcours au moyen d'ondes électromagnétiques, dans les- quels on tient compte de l'indice de réfraction sur le par- cours dans l'air mesuré. On connait, par exemple, d'après "Berichte des Instituts fur Radiométéorologie und maritime Météorologie" (Rapports de l'Institut de Radiométéorologie et de Météorologie maritime) no 12, 1968, l'utilisation d'un réfractomètre hyperfréquences dans un avion, avec lequel on mesure l'indice de réfraction dans la zone des faisceaux hertziens. Il s'est avéré que, pour l'utilisation dans les avions, les réfractomètres ne sont appropriés que dans quelques cas d'utilisation, du fait de leur grande sensibilité aux vibrations, notamment des cavités de mesure et des éléments déterminant la fréquence et en tenant compte de nombreuses conditions de montage. Des déforma- tions thermiques de la cavité du résonateur, des impuretés apportées par l'air et des détériorations des parois du résonateur, ainsi que des variations de pression pendant le vol dans des zones d'altitudes différentes, ont une influence considérable sur la fréquence de résonance et de ce fait sur le résultat de la mesure. De même, on ne peut pas exclure l'influence d'autres appareils de l'avionique tels que radars, sur de tels réfractomètres hyperfréquences. C'est donc un but de l'invention de procurer un pro- cédé de mesure de parcours grâce auquel on puisse saisir l'indice de réfraction de l'air et l'utiliser pour corriger la mesure de parcours faite au moyen d'ondes électromagné- tiques. Ce but est atteint en ce que a) on mesure en synchronisme, au moyen des capteurs, au moins la pression statique, la température et l'humidité relative de l'air, b) on calcule de façon connue en soi, à partir des valeurs mesurées par les capteurs et d'une table des pres- sions de vapeur enregistrée dans un calculateur de traite- ment des valeurs caractéristiques de l'air ambiant, l'indi- ce de réfraction instantané de l'air ambiant, et c) les valeurs d'éloignement mesurées sont corrigées de façon connue en fonction de l'indice de réfraction ob- tenu. On sait, par exemple d'après Handbuch der Vermes- sungkunde (Manuel de Géodésie), tome VI, que l'indice de réfraction de l'air dans la plage des hyperfréquences, dé- pend de la température absolue, de la pression de l'air et de la pression de vapeur partielle, et qu'il peut être cal- culé à partir de ces valeurs selon une formule indiquée par Essen et Froome: (nM - 1) 10 = 77,64.(p-e) + 64,68, (1+57489e (1) T T T nM = indice de réfraction pour micro-ondes (plage des hyper- fréquences) T = température absolue (0K) p = pression de l'air (m bar) c = pression de vapeur partielle (m bar) Les dispositifs pour mesurer la température et la pression de l'air font partie de l'équipement standard des avions; toutefois, pour calculer l'indice de réfraction, il faut une détermination supplémentaire de la pression de vapeur partielle de l'air ambiant. Dans ce but, on effec- tue conformément à l'invention une mesure de l'humidité relative de l'air U, étant donné que celle-ci est liée à 3 2470388 la pression de vapeur partielle e par la relation U = e. 100 (%). E est ici la pression de saturation de vapeur & la température considérée. Etant donné qu'on sait que la pression de vapeur saturante au-dessus de l'eau dépend de la température et qu'on peut la calculer d'après des tables ou des courbes, la mesure de l'humidité relative de l'air et de la température absolue est donc suffisante pour dé- terminer la pression de vapeur partielle; la température absolue est de toutes façons mesurée pour déterminer cer- taines données de vol. Des calculateurs de traitement des valeurs de l'air ambiant tels que ceux proposés par exemple par la Société Kollmans Luftfahrtinstrumente GmbH peuvent être relativement facilement transformés pour le procédé de mesure de parcours de l'invention, étant donné qu'aux capteurs pour mesurer la pression statique et la température, on ajoute simplement. un dispositif pour mesurer l'humidité relative de l'air et que le calculateur doit être élargi pour enregistrer une table des pressions de vapeur, pour calculer l'indice de réfraction et pour corriger le parcours mesuré. Il est avantageux, notamment pour des vols effectués radialement à partir d'un point de référence fixe, que 1' indice de réfraction soit calculé de façon continue ou sé- quentielle, que les différentes valeurs d'indice de réfrac- tion soient enregistrées et qu'un indice de réfraction moyen soit calculé le long du parcours pour corriger les valeurs mesurées de distance. L'erreur de mesure provo- quée par des conditions atmosphériques différentes peut ainsi être évaluée très exactement et corrigée de façon appropriée. Le procédé, dont un développement consiste à mesu- rer l'humidité relative de l'air de façon capacitive au moyen d'un diélectrique hygroscopique en couche mince, permet une réaction particulièrement rapide, de sorte qu' il peut être utilisé avantageusement avec des avions très rapides. Un appareil de mesure approprié de l'humidité de l'air et facile à adapter pour l'utilisation en vol est proposé, par exemple, par la Société Vaisala sous la ré- férence HM 11. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une forme de réalisation représentée schémati- quement sur la figure unique sous la forme d'un schéma-bloc. On prévoit pour mesurer la pression statique, l'hu- midité relative de l'air et la température, un tube de Pitot, un hygromètre selon la technique des couches minces ainsi qu'un thermomètre, dont les sorties de mesure électriques sont amenées à un calculateur de traitement des valeurs caractéristiques de l'air ambiant. A l'aide d'une table des pressions de vapeur enregistrée, l'humidité relative de l'air est transformée en pression de vapeur partielle cor- respondante. On dispose alors des valeurs mesurées de la pression statique p, de la pression de vapeur partielle e et de la température T nécessaires au calcul de l'indice de réfraction de l'air. Si, pour la navigation, on effectue des mesures de distances au moyen de micro-ondes, donc par exemple à l'aide d'un radar, on calcule dans un autre étage *du calculateur de traitement des valeurs caractéristiques de l'air ambiant l'indice de réfraction nM valable pour les micro-ondes, selon la formule (1) de Essen et Froome, d'o on obtient la vitesse de propagation des micro-ondes v (x) à l'emplacement x sur la base de la relation v (x) = c nM X (c = vitesse de la lumière dans le vide). Les valeurs mesurées de distances DR provenant du radar, obtenues en supposant une vitesse de propagation constante, peuvent ainsi être corrigées par la vitesse de propagation effective. Les valeurs mesurées de distance corrigées D'R peuvent être traitées ultérieurement de façon connue dans des calculateurs de navigation, de gui- dage et de commande de sorte que finalement, des organes de réglage peuvent être mis en marche pour actionner des moyens de commande pour corriger le cap. Si on utilise, pour calculer les valeurs mesurées de distance, des moyens de navigation ne travaillant pas dans le domaine des hyperfréquences, par exemple des té- lémètres à laser, l'indice de réfraction nL de l'air sera 2470388 calculé selon d'autres formules appropriées. Pour la lumière visible, on peut utiliser la formule de Kohlrausch (nL - 1).106 = 98,7.10. nG - 1.p 4, 1.10 1 + at 1 + at nL = indice de réfraction de l'air en lumière visible nG = coefficient de réfraction combiné pour l'atmosphère normale t = température (0C) p = pression statique de l'air (m bar) e = pression de vapeur partielle (m bar) a = 0,00367, coefficient de dilatation de l'air. Les valeurs mesurées de distances par laser DL sont alors traitées en tant que valeurs corrigées de façon cor- respondante D'L dans l'ordinateur de traitement des valeurs de l'air ambiant. REVENDICATIONS 1. - Procédé de mesure de parcours pour véhicule aérien, selon lequel des valeurs de mesure caractéristiques de l'air ambiant sont saisies par des capteurs, et des va- leurs de mesure caractéristiques de distances sont détermi- nées à l'aide d'ondes électromagnétiques, les valeurs de mesure étant transformées en données de vol, selon des cri- tères prédéterminés, par un calculateur de traitement des valeurs caractéristiques de l'air ambiant, caractérisé en ce que a) on mesure en synchronisme, au moyen des capteurs, au moins la pression statique, la température et l'humidité relative de l'air, b) on calcule de façon connue en soi,à partir des valeurs mesurées par les capteurs et d'une table des pres- sions de vapeur enregistrée dans un calculateur de traite- ment des valeurs caractéristiques de l'air ambiant, l'indi- ce de réfraction instantané de l'air ambiant, et c) les valeurs d'éloignement mesurées sont corrigées de façon connue à l'aide de l'indice de réfraction obtenu. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'indice de réfraction est calculé d-e façon con- tinue ou séquentielle, les différents indices de réfraction sont enregistrés et on calcule, pour la correction des va- leurs mesurées d'éloignement, un indice de réfraction moyen le long du parcours. 3. - Procédé selon la revendication 1 ou la reven- dication 2, caractérisé en ce que l'humidité relative de l'air est mesurée par voie capacitive au moyen d'un dié- lectrique hygroscopique en couches minces. 4. - Dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens adaptés pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes.