Brevet FR2476854A1 — publié le 19810828

La présente invention se rapporte aux appareils de radiogoniométrie. Elle concerne plus particulièrement les appareils de radiogoniométrie dans lesquels on obtient une valeur de la direction d'arrivée de signaux radio-électriques atteignant deux ou plusieurs éléments d'antennes séparés, à partir des phases relatives de ces signaux radio-électriques au niveau de ces deux ou plusieurs éléments d'antennes. L'invention a pour but d'apporter une solution à ce problème en fournissant un appareil de radiogoniométrie du genre indiqué ci-dessus. Selon l'un de ses aspects, l'invention est matérialisée dans un appareil de radiogoniométrie, du type dans lequel l'an- gle d'arrivée de signaux radio-électriques atteignant deux ou plusieurs éléments d'antennes séparés de l'appareil est déter- miné au moins en partie à partir de la ou des phases relatives des signaux radio-électriques atteignant ces deux ou plusieurs éléments d'antennes, cet appareil étant caractérisé par le fait qu'il comprend au moins trois éléments d'antennes, dont l'un est connecté à un premier récepteur radio-électrique, tandis que les autres éléments sont connectés à leur tour à un second récepteur radio-électrique, des valeurs successives de la phase relative entre des signaux reçus par ces deux récepteurs étant utilisées pour fournir une valeur de la direction d'arrivée dudit signal radio-électrique par rapport aux éléments d'antennes. Selon un autre de ses aspects, l'invention est maté- rialisée dans un appareil de radiogoniométrie du type dans lequel des signaux radio-électriques atteignant des éléments d'antennes séparés sont comparés du point de vue phase, la valeur de la différence de phase étant utilisée pour déter- miner l'angle d'arrivée de ces signaux radio-électriques par rapport aux éléments d'antennes, cet appareil étant caracté- risé par le fait qu'il comprend deux ensembles récepteurs radioélectriques et trois ou plusieurs éléments d'antennes séparés, l'un de ces ensembles récepteurs étant destiné à recevoir des signaux radioélectriques provenant d'un seul des trois ou plusieurs éléments d'antennes et l'autre ensemble récepteur étant destiné à recevoir sélectivement des signaux radio-électriques provenant de l'un quelconque des éléments d'antennes restants, l'angle d'arrivée de ces signaux radio- électriques étant destiné à être déterminé à partir des différences de phases respectives entre les signaux radio-électriques respectivement reçus par ledit premier élément d'antenne et par lesdits autres éléments d'antennes. De préférence, les signaux représentant les diffé- rences de phases sont codés numériquement et sont stockés au moins temporairement dans un dispositif de stockage numé- rique, et les éléments d'antennes restants sont connectés à leur tour à l'autre ensemble de réception, de manière à fournir une succession desdits signaux de différences de phases, à partir desquels il est possible d'obtenir une valeur non ambiguë de l'angle d'arrivée des signaux radio-électriques. Un appareil de radiogoniométrie selon l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple uniquement en regard des dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente une vue schématique de la disposition générale des éléments d'un appareil selon l'invention dans un engin aérien; la figure 2 représente une vue schématique d'un aérien ou réseau d'éléments d'antennes utilisé dans l'appareil les figures 3 et 4 représentent des vues schématiques illustrant l'incidence de signaux radio-électriques sur des éléments d'antennes de l'aérien; et la figure 5 représente une vue schématique sous forme de blocs d'un ensemblede réception faisant partie de l'appa- reil selon l'invention. Sur ces dessins, les mêmes références désignent les mêmes éléments. En se référant à la figure 1, l'appareil de radio- goniométrie selon l'invention est un appareil aéroporté qui doit fonctionner en réponse à des signaux radio-électriques incidents présentant des fréquences comprises dans les limites d'une bande de fréquences s'étendant par exemple de 0,5 GHz à 18 GHz et provenant d'une direction d'azimut quelconque et d'une plage prédéterminée d'angles d'élévation. Dans l'engin aé- rien 1 qui est représenté sur la figure 1 quatre aériens ou réseaux d'antennes ainsi que leurs unités ou ensembles de réception respectifs sont disposés par paires dans des saumons 2 de bouts d'ailes et sont destinés à recevoir des signaux radio-électriques provenant de secteurs avant et arrière 1o respectifs 3 et 4, présentant une ouverture légèrement supé- rieure à 909, chaque aérien et son unité de réception respective devant traiter tous les signaux radio-électriques reçus ou toute "activité" radio-électrique existant dans les limites de la plage de fréquences précitée et provenant de son quadrant respectif. En se référant à la figure 2, chaque aérien ou réseau d'antennes comprend une rangée de cinq antennes 5 à 9 dont chacune a son fonctionnement rendu optimal pour des fréquences correspondant à la plage de 0,5 GHz à 2,0 GHz, six antennes 10 à 15 pour la plage de fréquences de 2,0 GHz à 6,0 GHz et six antennes 16 à 21 pour la plage de fréquences de 6,0 GHz à 18 GHz. Le plan de sol 22 dans lequel ces antennes sont situées fait un angle d'environ 45 par rapport à l'axe longitudinal du saumon 2. Les antennes 7, 14 et 20 sont connectées à des récep- teurs "de référence" respectifs (non représentés sur la figure 2), tandis que les antennes restantes de chaque rangée sont des- tinées à être sélectivement connectées à leur tour à un récepteur "de phase" respectif (non représenté sur la figure 2). Les positions des antennes de référence 7, 14 et 20 dans leurs rangées respectives et par rapport au plan de sol 22 sont choisies de manière à fournir des diagrammes de rayonnement aussi symétriques que possible pour ces antennes particulières. Les antennes peuvent être des antennes spirales du type à cavité. En se référant à la figure 5, qui montre schématiquement 4 2476854 les ensembles de réceotion de référence et de chase d'un quadrant pour les bandes de 0,5 GIz à 2,0 GEzet de 2,0 GEz à 6,0C-Hz, l'antenne 7 est connectée à l'ensemble de réception de réfé- rence respectif qui comprend un filtre passe-bande accor- dable 23, lui-même alimenté par un circuit d'attaque 23a, un limiteur d'amplitude 24 et un mélangeur 25 alimentant Ln amplificateur 25a. Les signaux de fréquence intermédiaire (I.F.) présentant des fréquences comprises par exemple entre 43 MHz et 77 MHz et provenant du mélangeur 25, sont amplifiés et appliqués, par l'intermédiaire d'un commutateur de sélection de bande 26, à une entrée d'un comparateur de phase 27. Les antennes 5, 6, 8 et 9 sont sélectivement connectées à l'ensemble de réception de phase par l'intermédiaire d'un commutateur de sélection 28, le récepteur de phase comprenant un filtre passe-bande accordable 29, luimême alimenté par un circuit d'attaque 29a, un limiteur d'amplitude 30 et un mélangeur 31 alimentant un amplificateur 31a. Les signaux de fréquence intermédiaire provenant du mélangeur 31 sont ainsi amplifiés et appliqués, par l'intermédiaire d'un commu- tateur de sélection de bande 32, à une autre entrée du compa- rateur de phase 27, les deux commutateurs 26 et 32 pouvant 8tre actionnés fonctionnellement l'un par rapport à l'autre. Les ensembles de réception de référence destinés aux deux bandes de fréquencesplus élevéessont similaires à ceux qui ont été décrits précédemment, à ceci près que le filtre accordable 23 est remplacé par trois filtres passe-bande fixes 33, 34 et 35, ces filtres étant connectés, dans le cas de la bande de 2,0 GHz à 6,0 GHz et par l'intermédiaire de commutateurs 37 et 38, entre l'antenne 14 et un limiteur 36, ce dernier alimentant successivement un circuit d'isolement 36a, un mélangeur 36b et un amplificateur 36c. D'une façon similaire, dans les récepteurs de phase à fréquence plus élevée, le filtre accordable 29 est remplacé par des filtres passe-bande 39, 40 et 41 qui, dans le cas de la bande de 2,0 GHz à 6,0 GHz, sont connectés, par l'intermédiaire de commutateurs 44 et 45,entre un commutateur de sélection d'antennes 42 et un limiteur 43, ce dernier alimentant suc- cessivement un circuit d'isolement 43a, un mélangeur 43b et un amplificateur 43c. Les signaux d'oscillateur local 10, qui sont destinés aux mélangeurs 25 et 31 ainsi qu'aux mélangeurs 36b et 43b faisant partie des récepteurs à bande de fréquencesplus élevées, sont obtenus à partir d'un synthétiseur de fréquence (non représenté), des circuits de déphasage 46 et 47, du type à quadrature de phase commutée, étant montés dans les trajets des signaux d'oscillateur local 10 destinés aux récepteurs de phase, de manière à permettre àcessignaux d'oscillateur local d'être sélectivement déphasés de 909. En se référant à la figure 3, lorsque deux antennes, désignées par A et B, reçoivent des signaux provenant de sources éloignées (non représentées), les longueurs des trajets des signaux provenant de ces sources et atteignant les deux antennes diffèrent respectivement selon les distances AC et AC'. Pour des signaux reçus présentant une longueur d'onde donnée quelconque, ces différences de trajets donnent naissance à des différences de phases entre les signaux atteignant les antennes A et B. Lorsque la distance entre ces antennes est supérieure à la longueur d'onde du signal reçu, il est clair qu'il existe plus d'une différence de trajet possible susceptible de donner naissance à une différence de phase particulière. De la même manière, il existe des fréquences de signaux reçus particulières,pour lesquelles les différences de trajets AC etAC' visibles sur la figure 3, diffèrent l'une de l'autre selon exactement une longueur d'onde, ou bien selon des multiples exacts d'une longueur d'onde, de telle sorte que des signaux provenant des deux directions indiquées donnent naissance à la même différence de phase au niveau des antennes A et B. En se référant à la figure 4, celle-ci montre en traits pleins, à titre d'exemple uniquement, les directions en provenance desquelles un signal présentant une longueur d'onde correspondant au cinquième de l'intervalle séparant les antennes A et B peut atteindre ces antennes en opposition de phase, un total de dix directions étant disposé symétriquement autour de la normale 48 par rapport au plan de sol 49 dans lequel sont situées les antennes A et B. La figure montre également en traits interrompus les directions en provenance desquelles un signal de mme longueur d'onde atteignant les deux antennes, cette longueur d'onde correspondant aux trois cinquièmes de l'intervalle séparant les antennes A et B,donnerait naissance à une différence de phase similaire. Comme il est possible de s'en rendre compte, il n'existe que deux directions d'inci- dence, situées à 30 de part et d'autre de la normale 48, en provenance desquelles un signal pourrait donner naissance aux différences de phase précitées au niveau des deux paires d'antennes. Par conséquent, bien que la différence de phase mesurée au niveau de chacune de ces paires d'antennes puisse donner naissance à une certaine ambiguïté dans l'angle d'arrivée du signal, la combinaison des informations provenant des deux paires d'antennes disposées selon des intervalles différents peut largement résoudre ou supprimer cette ambiguïté. Deux antennes séparées par un intervalle inférieur à la longueur d'onde des signaux incidents donnent naissance à une valeur unique pour l'angle d'arrivée, jusqu'à une précision qui est limitée par le pouvoir de résolution du comparateur de phase 27. Lorsqu'on utilise des intervalles de séparation d'antennes plus importants, comme cela a été décrit précédemment, le même pouvoir de résolution adopté pour le comparateur de phase 27 permet d'obtenir une précision plus élevée du fait que la plage des angles d'arrivée est plus réduite pour une plage donnée de différences de phases. En général, on prévoit d'utiliser plusieurs paires d'antennes présentant des intervalles de séparation différents, de manière à combiner des valeurs non ambiguës de l'angle d'arrivée avec une précision acceptable. En se référant à nouveau à la figure 5, l'appareil selon l'invention est nrmnalement destiné à analyser un signal incident qui a déjà été détecté par un récepteur de recherche (non représenté), ou bien à mettre à jour des lectures ou données précédemment obtenues, les commutateurs 26 et 32 étant basculés de manière à connecter les ensembles de réception de référence et de phase requis au comparateur de phase 27, et l'oscillateur local étant destiné à produire-la fréquence requise en fonction des informations stockées relatives au signal incident concerné. Si le signal incident présente une fréquence située dans la bande de 0,5 GHz à 2,0 GHz, les commutateurs 26 et 32 occupent la position représentée sur la figure. Le commutateur 28 est destiné à 9tre déplacé pas à pas de manière à connecter à leur tour les antennes 5, 6, 8 et 9, pas nécessairement dans cet ordre, à l'entrée du filtre accordable 29. Les quatre valeurs de différence de phase qui sont obtenues en tenant compte des quatre mises par paires des antennes sont converties sous la forme numérique dans un convertisseur analogique-numérique 50, et ces valeurs numé- riques ainsi que la fréquence du signal incident sont trans- mises à une unité de traitement (non représentée) qui déter- mine l'angle d'arrivée du signal incident. Le circuit de déphasage 46 peut être utilisé pour faire la distinction entre des signaux intermédiaires dans les deux bandes latérales, de manière à déterminer si le signal incident présente une fréquence supérieure ou inférieure à celle du signal d'oscillateur local. L'appareil peut également être utilisé pour rechercher toute plage de fréquences particulièresd'activité radio-électrique en appliquant aux mélangeurs appropriés une série de signaux d'oscillateur local présentant des fréquences différentes, de telle sorte que la plage de fréquences est couverte sous la forme d'une série de "fenêtres". Toute activité radio-élec- trique apparaissant dans une ou plusieurs fenêtres voisines quelconques serait analysée, lors de sa détection ou ulté- rieurement selon les besoins, de manière à déterminer sa direction d'arrivée et toutes les variations de caractérisation des signaux. Par exemple, la bande de fréquences de 0,5 GHz à 2,0 GHz pourrait etre couverte par une série de 150 fenêtres présentant chacune une largeur correspondant à 10 IvMz,définies par des filtres montés dans le canal de réception, avec un temps de maintien en position ou d'arrgt momentané de 5 milli- secondes par rapport à chaque fenêtre pour un temps de recher- che de 750 millisecondes. Si nécessaire, il est possible d'assigner un degré de priorité à des plages de fréquences restreintes particu- lières, de telle sorte que ces dernières peuvent être recher- chées ou balayées selon des intervalles plus fréquents que ce n'est le cas pour d'autres plages de fréquences. Des signaux d'essai peuvent être produits par le synthétiseur de fréquence (non représenté) et appliqués aux entrées des récepteurs respectifs par l'intermédiaire de circuits de couplage 51. Les longueurs des trajets provenant des artennes , 6, 8 et 9 et traversant le commutateur 28 jusqu'à la sortie de ce dernier devraient toutes présenter une valeur égale, du fait que toute inégalité affecterait directement la pré- cision de la mesure de phase. Le récepteur de référence peut être un récepteur de relativement bonne qualité et sensiblement exempt de réponses parasites, grâce auquel les diverses caractéristiques des signaux reçus peuvent ttre établies avec précision, tandis que le récepteur de phase peut être d'une conception plus simple du fait qu'il n'est concerné que par la mesure de phase. Le fait de n'utiliser que deux récepteurs réduit la pour- suite de phase à celle de l'antenne par commutation de trajets, tandis que le rendement de l'appreil dans son ensemble peut être modifié en ajoutant ou en enlevant des antennes et en modifiant en conséquence le commutateur d'antenne. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'on pourra y apporter toute modi- fication dans le domaine des équivalences techniques sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Appareil de radiogoniométrie du type dans lequel l'angle d'arrivée de signaux radio-électriques atteignant deux ou plusieurs éléments d'antennes séparés de l'appareil est déterminé au moins en partie à partir de la ou des phases relatives des signaux radio-électriques atteignant ces deux ou plusieurs éléments d'antennes, appareil caractérisé par le fait qu'il comprend au moins trois éléments d'antennes, dont l'un est connecté à un premier récepteur radio-électrique tandis que les autres sont connectés à leur tour à un second récepteur radio- électrique, des valeurs successives de la phase relative entre des signaux reçus par ces deux récepteurs étant utilisées pour obtenir une valeur de la direction d'arrivée dudit signal radio-électrique par rapport auxdits éléments d'antennes. 2. Appareil de radiogoniométrie du type dans lequel des signaux radioélectriques atteignant des éléments d'antennes séparés sont comparés du point de vue phase, la valeur de la différence de phase étant utilisée pour déterminer l'angle d'arrivée de ces signaux radio-électriques par rapport aux éléments d'antennes, appareil caractérisé par le fait qu'il comprend deux ensembles de réception radio-électriqueset trois ou plusieurs éléments d'antennes séparés, l'un de ces ensembles de réception étant destiné à recevoir des signaux radio-élec- triques provenant d'un seul des trois ou plusieurs éléments d'antennes et l'autre ensemble de réception étant destiné à recevoir sélectivement des signaux radio-électriques provenant de l'un quelconque des éléments d'antennes restants, l'angle d'arrivée de ces signaux radio-électriques étant destiné à être déterminé à partir des différences de phases respectives existant entre les signaux radio-électriques respectivement reçus par ledit premier élément d'antenne et par lesdits autres éléments d'antennes. D. Appareil de radiogoniométrie suivant la reven- dication 2, caractérisé par le fait que des signaux représentant les différences de phasessont codés numériquement et stockés dans un dispositif de stockage numérique. 2476B54 4. Appareil de radiogoniométrie suivant la reven- dication 3, caractérisé par le fait que les éléments d'antennes restants sont connectés à leur tour à l'autre ensemble de réception de manière à fournir une succession desdits signaux de différences de phases, à partir desquels il est possible d'obtenir une valeur de l'angle d'arrivée desdits signaux radio-électriques. 5. Appareil de radiogoniométrie suivant l'une quel- conque des revendications 2-à 4, caractérisé -par le fait qu'il comprend au moins cinq éléments d'antennes. 6. Appareil de radiogoniométrie suivant la reven- dication 2, caractérisé par le fait que des signaux d'oscilla- teur local destinés aux ensembles de réception radio-électriques sont produits par un synthétiseur de fréquence. 7. Appareil de radiogoniométrie suivant la reven- dication 6, caractérisé par le fait qu'un signal codé numé- riquement représentant une différence de phase et un signal codé numériquement représentant la fréquence du signal reçu sont transmis à une unité de traitement de manière à déter- miner l'angle d'arrivée dudit signal reçu. 8. Appareil de radiogoniométrie suivant l'une quel- conque des revendications 2 à 7, caractérisé par le fait que l'un des deux ensembles de réception est également utilisé pour établir des caractéristiques d'un signal reçu autres que sa direction d'arrivée.