Brevet FR2571862A1 — publié le 19860418

CALCULATEUR DE NAVIGATION POUR RECEPTEUR A PORTEE OPTIQUE OMNIDIRECTIONNNEL La présente Invention concerne un appareil électronique de navigation aérienne sui permet de diriser un Pilote vers un Point non équipé de balises radioélectriques. Dans la description, les définitions suivantes sont nécessaire a la comPréhension du texte: Le radial est l'angle de 1 a 36 degrés compris entre le nord masnétique de la station, et la droite definie par la station et le récepteur. OMEGA est un réseau de cinq stations de forte Puissance assurant en tout Point du siobe la réception de trois d entre elles. VLF sisnifie très basses fréquences (very low frequency). DME sisnifie équipement de mesure de distances (distance measuring equipment). VOR sisnifie portée optique omnidirectionnel (visual omni ranse), ce qui sisnifie qu'une balise VOR n'est recue Par un récepteur VORI que s'il n'existe Pas d'obstacle entre eux.La Procédé habituel pour résoudre le problème est la navisation à l'estime, qui implique le choix d'un cap et d'un temps de vol à une vitesse donnée, et le recaiase fréquent de la Position Par des observations exterieures. Les paramètres mai controlés tel que vent et visibilité, en font une méthode imprécise et difficile à exploiter. Il existe d'autres manières de reJoindre un Point non équipé de balises radioélectriques tels l'utilisation de centrale inertielies, de récepteurs calcuiateurs VLF, de récepteurs calculateurs OMEGA, ou de calculateurs associés a un VOR/DME , qui impliquent l'embarquement de systémes onéreux, lourds et gros consommateurs d'énergie, restreisnant de ce fait leur champ d'application. Selon des variantes plus simple. l'apPareil Permet de donner au pilote, les radiais par rapport à une ou deux stations VOR sous la forme numérique, remplacant avantaseusement les systèmes électromécaniques utilisés habituel@ement, plus chers, Plus délicats et qui obligent du radial. L'appareil selon l'invention, Permet d'allier un faible cout, un faible poids, une faible consommation et une grande précision, Pour PerMettre l'équipement des aeronefs de toutes catégories. Il est prévu dans la Présente application, Pour fonctionner a Partir de signaux recus Par deux récepteurs VOR, ce systéme de balises étant utilisé à l'heure actuelle dans le monde entier. Les fissures 1 et 2 illustrent les explications concernant le calcul mathématique Soit Vi la balise VOR 1, V2 la balise VOR 2, A le mobile, B le but de navisation, X2 et Y2 les coordonnées cartesiennes de VS dans le repère de V1, XB et YB les coordonnées cartesiennes de B dans le repère de Vi, XA et VA les coordonnées cartesiennes de A dans le repère de V1. XB = BV1 x COS(P1) YB = BV1 x SIN(P1) X2 = XB - (BV2 x COS(P2)) Y2 = YB - (BV2 x SIN(P2)) (voir FIG 1) AV1 = ((Y2 x COS(T2)) - (X2 x SIN(T2))) / SIN(T1-T2) XA = AV1 x COS(T1) YA = AV1 x SIN(T1) T3 = ARCts ((XB-XA) / (YB - YA)) AB = (XB - XA) / COS(T3) (voir FIG 2) Nous sommes donc capable, à partir de la connaissance des radials d un mobile A Par raPPort à deux balsise V1 et V2, de la Position du but Par raPPort aux balises , de déterminer la distance à Parcourir et la route à Prendre Par le mobile pour reJoindre le but. La fonction de L'appareil est d'afficher la route à suivre Par l' avion Pour re@oindre le but, et la distance à Parcourir. Il fourni Par ailleurs automatiquement les radials de l'avion Par raPPort aux stations utilisées. Il est constitué de deux Parties fondamentales, soient un module d'acquisition, composé d'un décodeur coupleur associé à un dispositif de sélection, et un module de calcul, composé d'un calculateur associé à un srouPe clavier/affichase. Une vue synoptique est tracée FIG 4. Le récepteur VOR délivre un sisnal composite constitué d'une Porteuse 30 hertz emmenant un signal de 9960 hertz lui même modulé en fréquence a 30 hertz. Le role du décodeur coupleur est d'extraire de ce signal composite, le sisnal 30 hertz de la porteuse, appelé VARIABLE1 et le signal 30 hertz de la modulation de fréquence, appelé REFERENCE, la différence de Phase entre eux étant de Par le Principe du VOR proportionneile à la Position de l'avion Par rapport à la balise. t voir FIG 3) Le diagramme de fonctionnement du module d'acquisition est montré FIG S. Le bloc (7) en haut du diasrammme représente la sélection des VOR, les informations de radial étant demandées alternativement Par le programme, a chacun des deux récepteurs. F2 rePrésente un filtre 30 hertz Passe bande F1 un asservissement en phase appelé PLL (phase locked loop), F3 un comparateur, F4 un draPeau de réception correcte (FLAG). F5 un filtre 1200 hertz passe bande. Du signal composite séléctionné on extrait le signal VARIABLE a l'aide d'un filtre Passe bande (i) et d'un dispositif d'asservissement en Phase (2). Le signal REFERENCE est extrait Par un asservissement en Phase (3), dont la bande passante élimine la VARIABLE, Puis Par un filtre passe bande C4) Pour une remise en forme. L'extraction des signaux terminée, ils sont transformes en sisnaux carrés, compatibles aux normes TTL, par deux comparateurs a collecteurs ouverts (5), ce qui Permet leur exPloitation Par le calculateur. Un dispositif de sécurité interdit l'exploitation de signaux de niveau insuffisant Ce niveau est mesuré sur le sisnal variable, et transformé (6) en sisnal losique a l'intention du calculateur, pro@rammé pour traiter l'information. Un filtre FS Passe bande 1200 hertz (8), associé à un comparateur F3 (9), extrait le signal morse de l'indicatif de la balise, en faisant un sisnal carré compatible TTL. Le synoptique du module de calcul est représenté FIG 6. Toute cette Partie est structurée autour d'un microprocesseur (1), controlé Par un logiciel approprié faisant Partie de cette description. Une base de temps à quartz ( 2) est utilisée: permettant des mesures de durée précises. Le microprocesseur est sous le controle du prosramme charsé dans la mémoire C3). Un circuit d'interface entrées/sorties (4) permet de recevoir les sisnaux REFERENCE, VARIABLE, FLAG bonne récéption Provenants du décodeur coupleur, et de sénerer le signal de sélection VOR 1 ou VOR 2, en fonction des besoins du Prosramme. Ce circuit recoit aussi le signal morse mis en forme Par le Module d acquisition en vue du décodase de l'indicatif station Un clavier (5) et un bloc d'affichage (6) sont aussi reliés à cette interface Permettant la communication homme machine. Ce bloc d'affichage comprend la circuiterie nécessaire aux afficheurs choisis, et le clavier est scruPte périodiquement Par le prosramme. Selon une forme de réalisation de l'appareil le microprocesseur choisi est du type huit bits de données, Peut adresser 64 Rilo-octets de mémoire et Possède ses propres lisnes d'entrées/sorties. L'appareil est caPable d'afficher la route a suivre pour aller de fi vers B, et la distance entre ces deux points, pour autant sue l'utilisateur, ait fourni Par le clavier les coordonnées Polaires de B Par raPPort aux VOR 1 et VOR 2. Sur demande de l'utilisateur, il est capable de fournir les radials Par raPPort au VOR i et par raPPort au VOR 2 sous la forme numérique. L'organigramme du prOgramme est représenté FIG 8. et la partie spécifique au calcul route et distance sur la FIG 9. Dans cette version et dans toutes les variantes proposées, le microprocesseur effectue des séquences de test, controlant l'état matériel de l'appareil, et avertit l'utilisateur d'un défaut Par l'affichage d'un messase approprié les tests concluants au bon fonctionnement ne sont Pas visualisés par l utilisateur mais une touche de fonction appelant un Prosramme de test est prévue Par sécurité un voYant de controle sisnale la mise sous tension lorsqu il est allumé, un fonctionnement anormal de l'appareil lorsqu il clisnote.Ce dispositif indéPendant constitué d'un monostable (7) visible FIG 6 et 7, activé périodiquement Par le Programme via l interface d'entrées sorties, est relié au voYant (B) et à l'entrée d'initialisation du microprocesseur. Selon une première variante. comprenant davantage d'afficheurs, l'appareil est capable d'afficher toutes les informations décrites dans le paragraphe précedent simultanement. Selon une deuxième variante comPrenant un Prosramme Plus complet l'appareil est caPable d'afficher la vitesse sol du mobile L'organigramme corresPondant a cette version est représenté FIG 10, la configuration matérielle étant identique à l'une des deux premierès suivant que l'on désire un affichage sur demande ou simultané de tous les paramètres. Selon une troisième variante l'appareil- Possède en mémoire les indicatifs et les coordonnées géographiques des stations VOR de la zone d utilisation et le pilote n'entre au clavier que les coordonnées géographiques du but de navisation. Le calculateur reconnait automatiquement les balises sélectionnées en analysant leurs indicatifs morse et Peut alors calculer la route la distance, et la vitesse sol, comme dans les cas précédents. L'organigramme corresPondant à cette version est représenté FIG 11, et montre que le Prosramme doit retrouver les coordonnés géographiques de la station identifiée, afin de reconstituer la configuration mathématique nécessaire au calcul des Paramètres route distance et vitesse. L'entrée des coordonnées du but se fait dans ce cas en latitude et longitude ( coordonnées géographiques ), et la configuration matérielle est identique à celle des cas Précédents. Selon une troisième variante dont le synoptique est fourni FIG 7. l'appareil | ne comPorte pas de clavier, et ne Permet que l'affichage des radials Par raPPort au VOR 1 et Par raPPort au VOR 2. L' orsanisramme du prosramme de cette version est représenté FIG 12. Selon une quatrième variante l'appareil ne comPorte Pas de clavier et ses afficheurs ne permettent que l'affichage d'un seul radial VOR commutable sur le VOR 1 ou 2 Par un inverseur, ou tout simplement non commutable. L'orsanisramme pour cette quatrième variante est représenté FIG 13, et le synoptique en FIG 7, la seule différence matérielle étant un nombre d'afficheurs moins grand. Le Programme de test fonctionne dans les troisièmes et quatrièmes variantes de facon automatique uniquement, celles ci n'ayant pas de clavier pour l'appeler. REVENDICATIONS 1) Ca@cu@ateur de navisation pour récepteur VOR, constitué d'un module d'acquisition, et d'un Module de calcul caractérisé en ce qu il est capable a Partir de deux récepteurs de balises VOR, d'afficher directement la route et la distance, Pour reJoindre un Point quelconque non équipé de balise radioélectique. et d'afficher les radials du Mobile Par raPPort à ces balises, sous forme numérique. 2) dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il est caPable de fournir a un module de calcul, des @isnaux exploitables représentant la position d'un mobile par rapports à deux stations, et possédant un dispositif Permettant de sélecter sur demande, l'une ou l'autre de ces stations. 3) dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est capable à partir des sisnaux 30 hertz REFERENCE et VARIABLE de deux stations VOR, et de l'entrée au clavier des coordonnés d'un point par rapport à ces deux stations, de fournir simultanément ou séparément les radia@s du mobile par raPPort a chacune des stations VOR sous la forme numérique, et les valeurs route et distance Pour aller du mobile a ce Point. 4) disPositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il est caPable d'afficher en Plus des Paramètres de la revendication 3 la vitesse sol du Mobile. 5) dispositif selon la revendication 1 , caracterisé en ce qu'il est caPable d'identifier automatiquement les balises par leurs codes morse , de retrouver dans sa mémoire leurs coordonnées sé@@raphiques, et d'afficher a Partir des sisnaux 3 hertz REFERENCE et VARIABLE de deux stations VOR1 et de l'entrée au clavier de la longitude et de la latitude du but, les Paramètres des revendications 3 et 4. 6) dispositif selon la revendication 3 , caractèrisé en ce qu'il est ca@able d'afficher à partir des @i@naux 30 hertz REFERENCE et VARIABLE de deux récépteurs VOR1 les radians du mobile Par raPPort à ces deux stations sous la forme numérique 7 > disPositif Selon la revendication 3 , caractérisé en ce qu'il est caPable d'afficher à Partir des spinaux REFERENCE et VARIABLE d'un récépteur VOR, le radial du mobile Par raPPort & ce VOR sous la forme numerique.