Brevet FR2526248A1 — publié le 19831104

DISPOSITIF DE GENERATION DU SIGNAL 30Hz DE REFERENCE D'UN EMETTEUR DU TYPE VOR CONVENTIONNEL La présente invention concerne un dispositif de génération du signal 30Hz de référence d'un émetteur 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 de l'emplacement 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 O de l'aéronef par rapport au nord magnétique de l'em- placement de l'émetteur sol, la différence de phase basse fréquence existant entre deux signaux sinusoldaux à la fréquence 30Hz l'un dit de référence et l'autre dit variable, qui modulent une fréquence porteuse très haute fréquence.Pour cela, les antennes constituant le système VOR rayonnent deux signaux: - un signal de "référence", rayonné omnidirectionnellement, constitué par une onde porteuse très haute fréquence (pulsation ) modulée en amplitude par une sous porteuse à 9960Hz (pulsation & ') elle-même modulée en fréquence par un signal sinusoldal 30Hz REF (pulsation #dit de référence). - un signal "variable" rayonné suivant un diagramme cardioidal tournant à 30 tours par seconde et dont l'enveloppe basse fréquence a une phase caractéristique de l'azimut O. Ces deux signaux se combinent dans l'espace pour donner le signal VOR complet, dont l'expression mathématique est la sui vante: Ce signal, généré par l'émetteur VOR conventionnel, - se décompose en une porteuse modulée en amplitude: et en bandes latérales: Cette derniére expression mathématique montre bien qu'il s'agit de deux paires de bandes latérales: Bc=m1 V0 sin # t cos # t BS = ml V0 sin t sint respectivement émises par deux antennes ayant comme diagrammes en azimut des lobes en cos # et sin #. Un des systèmes d'émission utilisés actuellement est représenté sur le schéma de la figure 1. Dans ce système, les bandes latérales sont amplifiées indépendamment l'une de l'autre. Un modulateur en anneau l reçoit d'une part un échantillon de l'onde porteuse P = ml Vo sin # t et d'autre part un signal basse fréquence, de pulsation #, délivré par une horloge 2, à 30Hz.A sa sortie, le modulateur délivre le produit de ces deux signaux: bs = ml Vo sin t. sinLt qui contient les deux bandes latérales, de fréquence ( -YL et # +L puisque: un second modulateur en anneau , effectue le produit du signal cos # t, échantillon de Ponde porteuse décalé de 90 par un circuit 50 et d'un signal BF, de pulsation#, également délivré par l'horloge 2 à 30Hz, mais décalé de 90 par rapport au précédent au moyen d'un circuit à retard 5. Les deux signaux, correspondant aux deux paires de bandes latérales avant amplification, b c = ml Vo cos # t-cos# t et bs = m1 Vo sin # t-sin # t ainsi obtenus à partir d'un échantillon de la porteuse P, sont recombinés sur un anneau hybride 7 qui sépare les bandes latérales supérieure w +# 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 S: et sur une seconde sortie, apparaît le signal S@: 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 l'onde porteuse, correspondent aux deux bandes latérales de raies # -5L et + L, 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 et S2, de sorte qu'en sortie de cet anneau hybride on obtient les du signaux 3c et Bs. Un circuit déphaseur 53 de #/2 permet de remettre en phase HF le signal Bc avec le signal Bs. Le signal 30Hz REF qui module en fréquence la sous-porteuse à 9960 Hz déjà citée provient de l'horloge 2 qui commande les deux modulateurs en anneau l et 4. Selon une seconde méthode d'émission d'un signal VOR, représentée figure 2, les bandes latérales sont toujours générées séparément, à partir de l'onde porteuse, mais leur filtrage est assuré pour chacune d'elles séparément au moyen d'une boucle d'asservissement fréquence/phase incluant les moyens d'amplification de ces bandes. Le système d'émission du type VOR conventionnel comporte tout d'abord un dispositif 200 de génération séparée des bandes latérales identique à celui déjà décrit sur la figure 1. A partir d'un échantillon de la porteuse P, sont obtenus les deux signaux S1 et S2 correspondant aux deux raies haute fréquence ) - et CA > +R- ,w étant la pulsation de la porteuse du signal de référence et -It- étant la pulsation basse fréquence 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 l puisqu'ils jouent le même rôle. En sortie de ce dispositif 200 est associée, 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 pulsations -sL 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 - #) des résidus de l'autre bande latérale et de la porteuse, avec le signal de pulsation voisine de ( > :' # - Lissu 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'oscil- lateur est asservi sur la pulsation W -fL 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 1, les deux signaux correspondant aux deux pulsations déterminées Jazz -L et # +#, sont recombinés sur un anneau hybride 13 qui délivre les deux signaux Bs et Bc Un inconvénient de ce système d'émission est le manque de stabilité de la phase des signaux de sortie variables par rapport au signal 30Hz référence en raison des différentes dérives de phase HF. En effet, ce signal 30 Hz REF qui module en fréquence la sous porteuse à 9960Hz est obtenu par un procédé donné à partir de l'horloge 2 du dispositif 200 et les signaux de sortie variables sont obtenus par un procédé distinct du précédent, à partir de cette même horloge ; de sorte que chacun de ces deux procédés entraîne des dérives de phase HF empêchant l'information VOR émise, c'està-dire la différence de phase existant entre les deux signaux à 30Hz, l'un dit de référence et l'autre dit variable, d'être intrinséquement stable. Le but de la présente invention est de pallier le manque de stabilité ci-dessus mentionné et son objet est un dispositif de génération du signal 30Hz de référence d'un émetteur du type VOR conventionnel rayonnant un premier signal constitué par une porteuse haute fréquence, de pulsation g modulée en amplitude par une sous porteuse de pulsation Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif comporte des moyens de calcul de la différence de phase HF entre les signaux correspondant aux bandes latérales de rales (# - #) et (# + #). D'autre caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, illustrée par les différentes figures, qui outre les figures I et 2 déjà décrites et concernant l'art antérieur, représentent: - les figures 3a et 3b : une première variante de réalisation d'un dispositif de génération du signal 30Hz de référence dans un système d'émission du type VOR conventionnel selon l'invention; - les figures 4a et 4b : une seconde variante de réalisation du même dispositif selon l'invention. Les éléments portant les mêmes références dans le différentes figures assurent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. Comme cela a été dit, le but du dispositif selon l'invention est d'assurer une stabilité de l'ordre de 0,1 degré en phase BF, stabilité qui n'est pas atteinte par les dispositifs déjà connus. Mais avant de détailler l'objet même de l'invention le paragraphe suivant va essayer de démontrer que la phase BF de l'information VOR obtenue par exemple par le système de la figure 2, est égale à la moitié de la différence de phase HF existant entre les raies à # - # et #+#. En effet, en sortie de l'anneau hybride 7, les signaux obtenus S1 et S2, correspondant aux deux raies HF ( ' -#) et ( +#), sont dans le cas idéal de la forme: S1 = bc + bs = cos (# + #) t S2 = bc - bs = cos (# - #) t En fait, toute inégalité d'amplitude et de phase dans les différents éléments du montage émetteur détériore les sommations précédentes pour créer les signaux suivants: : et et Si # 2 étant les coefficients correspondant aux résidus des bandes latérales indésirées, #1 et #2 étant les phases HF de ces résidus et 1 1 et 'P2 étant les phases HF des bandes latérales. Dans ces conditions, les sorties en cosinus Bc et en sinus Bs deviennent: Lorsqu'il n'y a pas de résidu de bande latérale indésirée: 1 = #2 = 0. Deux cas peuvent alors se présenter: a) les attaques de l'anneau hybride sont équilibrées V1 = V2 = V d'ou : la phase HF de-la porteuse fantôme des bandes latérales est + + 2 et 2 et la phase BF de la modulation d'amplitude contenue dans les signaux S1 et S2 des bandes latérales est décalée de #1 = # 2 2 On constate bien que la phase de l'information VOR est égale à la différence de phase ( #1- P2)/2 existant entre les deux raies (#- et (# + #) b) si les attaques ne sont pas équilibrées, un signal parasite en quadrature HF avec la porteuse, dont l'information VOR est décalée de 900, apparaît. La quadrature HF rend ce signal négligeable au premier ordre. Ainsi, le dispositif de génération du signal 30 Hz de référence d'un émetteur VOR, objet de la présente invention, effectue la différence de phase haute fréquence existant entre les signaux S1 et S2 correspondant aux bandes latérales de raies ( # - fr) et ( #+ + JL). Pour cela deux variantes sont possibles pour lesquelles le dispositif de génération selon l'invention comporte des moyens de détection de la différence de phase HF entre les signaux S1 et correspondant aux deux bandes latérales. Selon la première variante, dont un schéma de réalisation est représenté sur la figure 3 le dispositif selon l'invention comporte des moyens de détection synchrone constitués par un dispositif mélangeur 14 qui reçoit les signaux S1 et S2 correspondant aux deux bandes latérales, prélevés par les moyens de couplage 51 et 52, et en effectue le produit P: o Pour éliminer la composante HF, de pulsation 2#, le signal PO passe à travers un filtre passe-bas 15 ne laissant passer que la composante C à 60 Hz:: Afin d'obtenir un signal à 30 Hz, cette composante traverse un circuit diviseur 16 par deux, qui délivre le signal : Un circuit de lever de doute 0-180 synchronise ce signal avec celui provenant du générateur 2 des signaux sin JL t et cos # t de commande des circuits mélangeurs 1 et 4 dans deux circuits 72 et 73 pour ne laisser passer que la- composante à 30Hz. Ce signal obtenu en sortie du circuit 16 est un signal de fréquence 30 Hz dont la phase est exactement celle de l'enveloppe des signaux : Ce signal à 30 Hz est ensuite utilisé pour moduler en fréquence la sous-porteuse à 9960Hz du signal VOR.Selon la figure 3b, la détection de la différence de phase HF est réalisée au moyen d'un circuit sommateur 18, qui additionne les signaux S1 et S2 avec la porteuse P. Le signal S résultant: passe dans un circuit détecteur 19 - une diode par exemple - puis est filtré dans un circuit 20. Ce circuit passe-bas 20 ne laisse passer que la composante à 30 Hz: Comme précédemment, ce signal 30 Hz est utilisé dans la modulation de fréquence de la sousporteuse à 9960 Hz du signal VOR.Le système d'émission d'un signal VOR conventionnel, comprenant un dispositif selon l'invention, émet une information VOR intrinséquement stable. La seconde variante d'éxécution de l'invention consiste à stabiliser séparément les phases HF (c? 1 et # 2) de chacune des deux bandes latérales. Pour cela, ces phases # 1 et {t 2 sont comparées chacune à la phase de la porteuse P. Suivant l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4a, cette comparaison est faite au moyen de deux mélangeurs 62 et 63. Chacun d'eux effectue le produit du signal de l'onde porteuse cos t avec le signal de la bande latérale correspondante cos (LO +L) t + #1 et cos (#-#)t + #2. Après filtrage des ondes aux pulsations # - # et # + # dans deux circuits 72 et 73 pour ne laisser passer que la composante à 30 Hz,les signaux de sortie de ces deux mélangeurs 62 et 63 sont: Suivant l'exemple de réalisation représentré sur la figure 4b, la comparaison des phases (P 1 et tuf 2 avec celle de l'onde porteuse P est réalisée au moyen de deux circuits sommateurs 92 et 93, qui additionnent chacun le signal de la bande latérale correspondante avec celui de l'onde porteuse. Le signal résultant de chacune de ces additions est détecté au moyen d'un circuit de détection 102 ou 103 - une diode par exemple - avant d'être filtré comme cela a été dit précédemment. La phase de ces deux signaux 53 et S4 est comparée à la phase du signal sin at à 30Hz de l'horloge 2, dans deux circuits 82 et 83. En sortie, on obtient bien les deux phases # 1 et tP 2 recherchées, que l'on recombine dans un circuit sous tracteur 74 pour obtenir Cette sortie est identique à la sortie du circuit diviseur 16 de la figure 3, concernant la première variante de l'invention. Comme pour cette dernière variante, ce signal à 30 Hz peut former le signal 30Hz REF, de l'émetteur VOR. REVENDICATIONS 1. Dispositif de génération du signal 30Hz de référence d'un émetteur du type VOR conventionnel rayonnant un premier signal constitué par une porteuse haute fréquence de pulsation ( ), modulée en amplitude par une sous porteuse de pulsation (#'), ellemême modulée en fréquence par un signal 30Hz dit de référence, de pulsation (2L), et un second signal suivant un diagramme cardioidal tournant, formant un signal sinusoldal de fréquence 30Hz, dit variable et dont l'enveloppe basse-fréquence a une phase caractéristique de l'azimut ((3) de l'emplacement au sol de l'émetteur VOR, caractérisé en ce que le signal 30Hz de référence, de pulsation (SL), modulant la sous porteuse de pulsation (IL'), est obtenu à partir des signaux (S1 et S2) correspondant aux deux bandes latérales de raies (# - #) et (# + #). 2. Dispositif de génération suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection de la différence de phase haute fréquence entre les signaux (S1 et S2) correspondant aux bandes latérales de raies (# -L) et ( ±fL). 3. Dispositif de génération selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection synchrone constitués par - un dispositif mélangeur (14), effectuant le produit (P0) des deux signaux (S1 et S2) correspondant aux deux bandes latérales; - un filtre passe-bas (15) filtrant la composante (C) à 60Hz du signal (P0); - un circuit diviseur par deux (16) de la pulsation de la composante (C) synchronisé avec le signal 30Hz dit variable, au moyen d'un circuit de lever de doute (17). 4. Dispositif de génération selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection sont constitués par - un circuit sommateur (18), effectuant la somme (SO) des deux signaux (S1 et S2) correspondant aux bandes latérales et de l'onde porteuse (P), - un circuit de détection (19) du signal (SO) issu du circuit sommateur (18) ; - un filtre passe-bas (20), filtrant la composante (C1) à 30Hz du signal (S0). 5. Dispositif de génération selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de détection de la différence de phase haute fréquence entre les signaux (S1 et S2) correspondant aux deux bandes latérales comportent des moyens de détection de chacune des phases( w 1 et # 2) haute fréquence des deux bandes latérales et des moyens effectuant la différence 6.Dispositif de génération selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de détection des phases (# w @ et #2) sont : - deux circuits mélangeurs (62 et 63), effectuant chacun le produit du signal de l'onde porteuse (P) avec le signal de la bande latérale correspondante; - deux filtres (72 et 73) passe-bas, filtrant la composante à 30Hz des signaux issus des deux mélangeurs (62 et 63); - deux circuits comparateurs (82 et 83), comparant la phase du signal 30Hz, issu d'une horloge (2) et à partir duquel sont générés les bandes latérales de raies (co -bL) et ( +L), avec la phase des signaux filtrés; ; et les moyens de calcul de la différence de phase sont constitués par un circuit (74). 7. Dispositif de génération selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de détection sont constitués pour chaque phase ( 91 et #2) par: - un circuit sommateur (92-93), effectuant la somme du signal de l'onde porteuse (P) avec la bande latérale correspondante; - un circuit (102 - 103) de détection des signaux issus des deux circuits sommateurs (92 - 93). 8. Système émetteur du type VOR conventionnel comportant un dispositif de génération du signal 30Hz référence selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.