Brevet FR2522160A1 — publié le 19830826

SYSTEME D'EMISSION POUR STATION DE RADIONAVIGATION DU TYPE VOR CONVENTIONNEL Un système VOR est une station d'émission sol destinée à fournir à un aéronef, équipé d'un récepteur approprié, une information de relèvement par rapport à cet émetteur au sol, dont la position géographique est connue, c'est-à-dire son azimut # par rapport au nord magnétique du site de l'émetteur sol. De tels systèmes VOR jalonnent les routes aériennes de chaque pays de façon à en assurer une couverture radioélectrique relativement sûre et fiable, imposée par l'accroissement du trafic aérien et du nombre des routes aériennes. De façon générale, un système VOR fait correspondre à l'angle d'azimut # de l'aéronef par rapport au nord magnétique du site de l'émetteur sol, la différence de phase existant entre deux signaux sinusoldaux à la fréquence 30Hz qui modulent une fréquence porteuse très haute fréquence. Pour cela, les antennes constituant le système VOR rayonnent une onde porteuse très haute fréquence VHF modulée en amplitude d'une part par une première onde sinusoldale basse fréquence de fréquence 30Hz et d'autre part par une deuxième onde basse fréquence de fréquence 9960Hz, ellemême modulée en fréquence par un signal sinusoldal de fréquence 30Hz. Un système VOR conventionnel rayonne deux signaux: - un signal de "référence", rayonné omnidirectionnellement, constitué par une onde porteuse HF (pulsation M ) modulée en amplitude par une sous porteuse à 9960Hz (pulsation Q ) elle-même modulée en fréquence par un signal sinusoldal 30Hz REF (pulsation ) ). - un signal "variable" rayonné suivant un diagramme cardioTdal tournant à 30 tours par seconde et dont l'enveloppe BF a une phase caractéristique de l'azimut # Ces deux signaux se combinent dans l'espace pour donner le signal VOR complet, dont l'expression mathématique est la suivante: V = V0 sin (Jt [I+ml cos(# - Q ) + m2 cos (#' t+k sin Ce signal, généré par l'émetteur VOR conventionnel, se décompose en une porteuse modulée en amplitude: P=V0 sin#t[1+m2 cos (#'t+K sin#t)] et en bandes latérales:: B=m1 V0 sin#t[cos (#t-#)] =m1 V0 sin#t [cos#t. cos # + sin # t. sin #] Cette dernière expression mathématique montre bien qu'il s'agit de deux paires de bandes latérales: Bc = m1 V0 sin#t cos#t B5 = m1 V0 sin L)t.sin Qt respectivement émises par deux antennes ayant comme diagrammes en azimut des lobes en cos # et sin #. Dans les émetteurs VOR de l'art antérieur, les problèmes ne viennent pas de la génération de l'onde porteuse, de pulsation #, mais essentiellement de la génération des bandes latérales. Une première méthode connue est l'amplification directe et simultanée des deux paires de bandes latérales Bc et Bs, comme il est représenté sur la figure 1. Un modulateur en anneau 1 reçoit d'une part un échantillon de l'onde porteuse P = m1 Vo sin & gt; t t et d'autre part un signal basse fréquence, de pulsation A, délivré par une horloge 2, à 30Hz.A sa sortie, le modulateur délivre le produit de ces deux signaux : bs = ml Vo sin #t. sin n t qui contient les deux bandes latérales, de fréquence # - # et # + # puisque : sin#t sin # t + [cos (#-#)t-cos (#+#)t] Ce signal bs est ensuite directement amplifié par un circuit 3 s amplificateur qui délivre le signal BS:: BS=m1 V0 sin#t sin#t Un second modulateur en anneau 4, effectue le produit du signal cos # t, échantillon de l'onde porteuse et d'un signal BF, de pulsation n, également délivré par l'horloge 2 à 30Hz, mais décalé de 90 par rapport au précédent au moyen d'un circuit à retard 5.Un déphasage de 90 dans un circuit 50 de ce signal permet d'obtenir à partir du signal bc = ml V0 cos # t cos # t le signal ml Vo cos Q t sin # t qui est ensuite amplifié directement par un circuit 6 pour donner le signal Bc = ml V0 sin#t cos#t qui contient lui-aussi les deux bandes latérales à # + n et qui est en phase HF avec le signal Bs. Le signal 30Hz REF qui module en fréquence la sous-porteuse à 9960 Hz déjà citée provient de l'horloge 1 qui commande les deux modulateurs en anneau I et 4. Le principal inconvénient de cette méthode vient des modulateurs et des amplificateurs qui présentent des dérives d'amplitude et de phase trop importantes pour être utilisés dans un système VOR. Un autre inconvénient provient de l'impossibilité d'un filtrage direct puisque la fréquence HF de la porteuse est comprise entre 108 et 118 MHz, tandis que la fréquence BF séparant les bandes latérales est égale à 30 Hz. Une seconde méthode connue est l'amplification indépendante de chaque bande latérale, représentée sur la figure 2. Les deux signaux, correspondant aux deux paires de bandes latérales avant amplification, bc = ml Vo cos # t cos # t et b5 = ml Vo sinUt sin # t sont obtenus de la même façon que précédemment, à partir d'un échantillon de la porteuse P. Contrairement à la méthode précédente où ces deux signaux étaient ensuite directement et séparément amplifiés, dans cette seconde méthode ils sont recombinés sur un anneau hybride 7 qui sépare les bandes latérales supérieure # + n et inférieure #-#, en procédant d'une part à la somme des deux signaux et d'autre part à leur différence. Ainsi, sur une première sortie, apparaît le signal S1 S1 =bc + b5 = (ml Vo) rcos #t cos fl t + sinwt sinfltJ - ml Vo cos (Q- Q)t et sur une seconde sortie, apparaît le signal S2: S2 = bc - bs = (m1 V0)[cos # t. cos # t-sin#t-sin#t} = m1 V0 cos( & +n)t. On notera que le terme ml Vo étant une constante, il peut être supprimé des expressions qui ont été écrites sans introduire d'erreur, en particulier il n'apparaît pas sur les dessins. Ces deux signaux qui sont générés par le dispositif 200 de génération séparée des deux bandes latérales à partir de tonde porteuse, correspondent aux deux bandes latérales de raies#-#et + fi, qui sont amplifiées séparément par deux amplificateurs 8 et 9 puis recombinées sur un second anneau hybride 10 qui effectue d'une part la somme et d'autre part la différence des deux signaux S1 et S2, de sorte qu'en sortie de cet anneau hybride on obtient les deux bandes latérales Bc et Bs. Un circuit déphaseur 53 de lF/2 permet de remettre en phase HF le signal Bc avec le signal Bs. Par rapport à la première méthode, celle-ci présente un premier avantage qui est l'amplification plus aisée d'une onde sinusoTdale pure, correspondant ici aux deux raies #- - et et #+#, et un second avantage qui concerne les amplificateurs pour lesquels on exige des tolérances de stabilité moins serrées car les dérives affectent simultanément les deux sorties. Cependant, on constate une séparation des bandes latérales imparfaite, de sorte que chaque signal de sortie ne présente pas de pureté spectrale mais comporte entre autre des résidus de la porteuse et de l'autre bande latérale. Une troisième méthode connue, décrite dans le brevet français publié sous le numéro 1 508 340, utilise un modulateur statique, mais son principe entièrement différent ne rentre pas dans le cadre de la présente demande. Le but de la présente invention est de pallier les différents inconvénients présentés par les méthodes décrites, principalement la séparation imparfaite des deux bandes latérales. L'objet de l'invention est un système d'érnission pour station de radionavigation du type VOR conventionnel comportant un dispositif de génération séparée des bandes latérales à partir de tonde porteuse et tel que le filtrage des bandes latérales est assuré pour chacune d'elles séparément, au moyen d'une boucle d'asservissement fréquence/phase incluant les moyens d'amplification de ces bandes latérales. Un avantage de l'invention est la très bonne séparation des bandes latérales ne comportant plus, de surcroit, de résidu de l'onde porteuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, illustrée par les différentes figures, qui outre les figures 1 et 2 déjà décrites et concernant l'art antérieur, représentent - la figure 3 : un système d'émission du type VOR conventionnel selon l'invention ; - la figure 4 : un dispositif d'aide à l'acquisition de la fréquence de chaque bande latérale, utilisé dans un système VOR selon l'invention. Les éléments portant les mêmes références dans les diffé- rentes figures assurent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. L'invention consiste à filtrer séparément chacune des bandes latérales supérieure et inférieure, aux fréquences M + eL ,générées séparé ment, avant de les amplifier. Le principe de ce filtrage consiste à asservir deux oscillateurs sur les deux fréquences des bandes latérales ceci afin de garantir leur pureté spectrale. Ce principe est illustré par le schéma représenté figure 3. Le système d'émission du type VOR conventionnel, objet de l'invention, comporte tout d'abord un dispositif 200 de génération séparée des bandes latérales identique à celui déjà décrit sur la figure 2.A partir d'un échantillon de la porteuse P, sont obtenus les deux signaux Sl e t correspondant aux deux raies HF O-Qet #+#,#étant la pulsation de la porteuse du signal de référence et Q étant la pulsation BF correspondant au signal variable. Les différents circuits constituant ce dispositif 200 de génération séparée des bandes latérales portent les mêmes références que ceux de la figure 2 puisqu'ils jouent le même rôle. En sortie de ce dispositif 200 est associé, à chaque bande latérale, une boucle d'asservissement fréquence/phase constituée par: - des moyens de comparaison fréquence/phase (11 et 12), - des moyens de filtrage (21 et 22), - un circuit oscillateur (31 et 32), - des moyens d'amplification de puissance (41 et 42), - des moyens de couplage (51 et 52). Le fonctionnement de la boucle correspondant à la bande latérale de pulsation 3 - n est le suivant le circuit 12 compare le signal provenant du dispositif 200 de génération séparée des bandes latérales et contenant en plus de la bande latérale inférieure (#- n) des résidus de l'autre bande latérale et de la porteuse, avec le signal de pulsation voisine de # +# issu de l'oscillateur 32 et prélevé par des moyens de couplage (51 et 52). Le filtre passe-bas 22 élimine les harmoniques du 30Hz présents en sortie du comparateur, ne conservant que sa composante continue qui va commander l'oscillateur (V.C.O.) 32 (ou V.C.X.O. si la fréquence du signal qu'il délivre est engendrée par un quartz). Le circuit amplificateur 42 augmente la puissance du signal issu de cet oscillateur. Une fois l'équilibre établi dans la boucle, c'est-à-dire lorsque l'oscillateur est asservi sur la pulsation Cx) - n de la bande latérale, la boucle génére enfin le signal correspondant à cette bande latérale, sans résidus de la porteuse et de l'autre bande latérale. Le fonctionnement de l'autre boucle est identique à celui-ci. Ensuite, comme dans le cas de la figure 2, les deux signaux correspondant aux deux pulsations déterminées & gt; O- Q et r3+n , sont recombinés sur un anneau hybride 13 qui délivre les deux bandes latérales Bs et Bc L'invention ainsi réalisée résoud le problème posé par le dispositif, objet de la figure 2, qui était une mauvaise séparation des bandes latérales supérieure et inférieure et de l'onde porteuse. Sur la figure 4 est schématisé un dispositif d'aide à l'acquisition dans chaque boucle de phase décrite précédemment. D'après ce qui vient d'être décrit, le filtre passe-bas 21 ou 22 de chaque boucle de phase permet d'éliminer dans les signaux S1 ou la la fréquence 30Hz et ses multiples, dont la présence est due à la mauvaise séparation des bandes latérales et de la porteuse. Mais la réjection de ces fréquences impose un gabarit de filtre et une pulsation cvn n propre tels que l'acquisition ne se fait pas naturel- lement à la mise sous tension ou à la mise en marche de l'émetteur VOR. Pour pallier cet inconvénient, on utilise pour chaque boucle de phase un dispositif qui permet dans un premier temps de verrouiller la boucle de phase et dans un second temps d'adapter le filtre passebas de cette boucle aux conditions normales de fonctionnement. Le principe de fonctionnement de ce dispositif d'aide à lacqui- sition dans chaque boucle est le suivant : il détecte tout d'abord l'accrochage de la boucle de phase puis autorise la commutation du filtre passe-bas afin de passer de l'état d'accrochage naturel (large bande de fréquences) à l'état de fonctionnement normal dans l'émetteur VOR (bande étroite). Le dispositif d'aide à l'acquisition comporte tout d'abord, pour chaque bande latérale (3+ fui), un modulateur en anneau 61 et 62 qui compare la fréquence du signal délivré par l'oscillateur VCO par exemple, 31 et 32 à la fréquence de l'onde porteuse (240 ) et qui délivre un signal basse fréquence de pulsation Q qui attaque la chaîne suivante: - un filtre 71 et 72 basse fréquence passe-bande, centré sur 30Hz; - un circuit détecteur crête 81 et 82 - un circuit comparateur à seuil 91 et 92 - un circuit monostable retardateur 101 et 102 ; - un circuit commutateur analogique 111 et 112. Les moyens de détection de l'accrochage de chaque boucle sont constitués par les circuits (61 et 62), (71 et 72), (81 et 82) et (91 et 92). Les moyens de commutation du filtre passe-bas (21 et 22) sont constitués par les circuits (101 et 102) et (111 et 112). En dehors de J'accrochage de la boucle de phase, c'est-à-dire lorsque la fréquence w en sortie du modulateur 61 ou 62 est différente de 30 ho, ou en l'absence d'un des signaux haute fréquence issus de la porteuse, détectée par le circuit 81 ou 82, le circuit comparateur à seuil 91 ou 92 délivre un signal tel que le filtre passe bas de boucle 21 ou 22 est commuté en position "large bande" pour l'acquisition naturelle. Une fois celle-ci effectuée la fréquence du signal délivré par le modulateur en anneau passe de la valeur r à 30Hz, ce qui provoque le basculement du circuit comparateur.Ce dernier agit ensuite sur le circuit de commutation, après un retard de quelques secondes provoqué par le circuit monostable 101 ou 102 pour assurer la stabilisation de la fréquence de l'oscillateur.Ainsi le filtre passe-bas de boucle est commuté en position "bande étroite". De plus, par principe, toute incidence sur les fréquences de l'onde porteuse ou des bandes latérales replace le filtre de boucle en position d'acquisition naturelle. C'est pourquoi l'invention ainsi réalisée, qui consiste à filtrer chacune des bandes latérales, générées séparément, présente trois avantages principaux. Le premier est l'amplification aisée d'une onde sinusoïdale pure ; le second est le filtrage efficace de la bande latérale indésirable et du résidu de l'onde porteuse ; le troisième avantage enfin est la cornpensation des dérives de phase observées sur le circuit amplificateur de puissance par son insertion dans la boucle de phase. Ce système d'émission est utilisé dans les stations de radionavigation du type VOR conventionnel. REVENDICATIONS 1. Système d'émission pour station de radionavigation du type VOR conventionnel, comportant un dispositif (200) de génération séparée des bandes latérales à partir de l'onde porteuse, caractérisé en ce que le filtrage des bandes latérales est assuré, pour chacune d'elles séparément, au moyen d'une boucle d'asservissement fréquence/phase (11-12-21-22-31-33) incluant les moyens d'amplifications (41-42) de ces bandes latérales. 2. Système d'émission selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des deux boucles d'asservissement fréquence/phase, placées en sortie du dispositif (200) de génération séparée des bandes latérales, comprend: - des moyens de comparaison (11 et 12) entre le signal issu du dispositif (200) et le signal prélevé en sortie de la boucle, par des moyens de couplage (51 et 52), - des moyens de filtrage passe-bas (21 et 22) du signal provenant des moyens de comparaison (11 et 12), - un circuit oscillateur (31 et 32) commandé par le signal issu des moyens de filtrage et asservi sur la fréquence de la bande latérale associée à chaque boucle, -- des moyens d'amplification de puissance (41 et 42) du signal issu de l'oscillateur et représentant la bande latérale. 3. Système d'émission selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à chacune des deux boucles d'asservissement associées aux bandes latérales est associé un dispositif d'aide à l'acquisition de la fréquence des bandes latérales, comprenant des moyens de détection de l'accrochage de la boucle (61-62-7 1-72-81-82-91-92) et des moyens de commutation (101-102-111-112) des moyens de filtrage (21 et 22). 4. Système d'émission selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens d'accrochage de chaque boucle sont constitués par: - des moyens de comparaison (61 et 62) entre la fréquence du signal issu de la boucle et la fréquence de l'onde porteuse; - des moyens de filtrage basse fréquence passe-bande (71 et 72) du signal basse-fréquence issu des moyens de comparaison (61 et 62); - un circuit détecteur crête (81 et 82); - un circuit comparateur à seuil (91 et 92) ; et en ce que les moyens de commutation sont constitués par: - un circuit retardateur (101 et 102) assurant la stabilisation de la fréquence délivrée par l'oscillateur (31 et 32) - un circuit de commutation (111 et 112), placé en sortie du circuit retardateur (101 et 102) et agissant directement sur les moyens de filtrage (21 et 22). 5. Système d'émission selon la revendication 2 et la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de comparaison (11 et 12) et (61 et 62) sont des modulateurs en anneau. 6. Station de radionavigation du type VOR conventionnel utilisant un système d'émission selon l'une des revendications précédentes.