Brevet FR2576692A1 — publié le 19860801

SYSTEME DE RADIO-NAVIGATION DU TYPE VOR DOPPLER COMPORTANT UN EMPILEMENT CENTRAL DIELEMENTS RAYONNANTS La présente invention a pour objet un système de radio- navigation du type VOR Doppler, comportant un empilement central d'éléments rayonnants. On rappelle qu'un système VOR est un système de radio- navigation permettant de fournir à un aéronef une information sur son azimut. Les systèmes VOR de type Doppler sont perfectionnés par rapport au précédent en ce qu'ils permettent de minimiser l'in- fluence des échos parasites sur l'information d'azimut. Un système VOR Doppler comporte en principe: - une antenne centrale omnidirectionnelle qui rayonne un signal de référence sinusoïdal Ri, de fréquence égale à 30 Hz, de phase fixe, modulant une porteuse S! en amplitude; la fréquence de la porteuse S1 est de l'ordre de 110 MHz; le signal émis par l'antenne centrale peut donc s'écrire S1 (1 + m R1) si m est le taux de modulation; - un réseau circulaire d'antennes, dont l'antenne précédente occupe le centre; ces antennes émettent la même porteuse Si, modulée en amplitude par une sous-porteuse S2 à 9960 Hz, elle- même modulée en fréquence par un signal R2, sinusoYdal et de fréquence égale à 30Hz comme le signal R1, dont la phase varie en fonction de l'azimut; le signal émis par le réseau peut alors s'écrire: m S2 (R2); en pratique, l'une des possibilités consiste à faire émettre deux antennes du réseau circulaire, diamétralement opposées, chacune étant alimentée par une des bandes latérales à + 9960 Hz de la porteuse, les points d'émission tournant sur le cercle avec une fréquence de rotation égale à celle du signal R2 (30 Hz), produisant ainsi la modulation de fréquence recherchée. Le signal basse fréquence reçu par l'aéronef présente, du fait de la rotation des points d'émission, une phase variable en fonction de l'azimut du récepteur. Dans la pratique, on constate des perturbations dans le fonc- tionnement des systèmes VOR Doppler, conduisant à des erreurs sur les informations fournies (azimut de l'aéronef), notamment lorsque ces systèmes sont implantés dans des sites montagneux. Le problème que se propose de résoudre la présente invention est de minimiser les erreurs dans ce cas. Des solutions à ce problème consistent à changer le site d'implantation du système ou à niveler le terrain, mais elles sont bien entendu d'application limitée. Les recherches menées par la Déposante ont montré que ces perturbations étaient dues principalement aux réflections parasites sur le sol du faisceau portant le signal de référence et émis par l'antenne centrale, et qu'il était possible, en améliorant le diagram- me de rayonnement en site de l'antenne centrale, d'obtenir une très forte diminution des erreurs, sans qu'il soit nécessaire de modifier de la même manière le diagramme du réseau circulaire rayonnant le signal m S2 (R2). En conséquence, selon la présente invention, le rayonnement du signal de référence R1 se fait par un empilement d'au moins deux éléments rayonnants, le diagramme de rayonnement de l'empilement ayant alors un niveau réduit pour les angles de site (O) qui n'appartiennent pas à la zone de couverture en site du système, c'est-à-dire les angles négatifs et, éventuellement, les angles Q de faible valeur, l'origine des angles Q étant prise au pied de l'empi- lement; en outre, l'empilement est réalisé de telle sorte que son centre de phase soit ramené à son pied pour les angles de site appartenant à la zone de couverture. D'autres objets, particularités et résultats de l'invention res- sortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés, qui représentent: - la figure 1, un schéma général d'un système VOR Doppler selon l'invention; les figures 2, a et b, des schémas d'un élément rayonnant utilisé dans le système selon l'invention; - la figure 3, le diagramme de rayonnement en site d'un système VOR Doppler selon l'invention. Sur ces différentes figures, les mêmes références se rappor- tent aux mêmes éléments. La figure I représente donc une vue en coupe verticale et schématique du système VOR Doppler selon l'invention. Classiquement, un équipement VOR Doppler comporte un réflecteur métallique plan 2, de grande dimension, placé au dessus du sol (1), appelé contrepoids et portant les éléments rayonnants. Une première série d'éléments rayonnants est constituée par un réseau d'antennes 3, circulaire de rayon R, qu'on a figuré en pointillé. Deux seulement des antennes du réseau 3, repérées 31 et 32, sont représentées dans le plan de la coupe. Chacune d'elle comporte un élément rayonnant placé par exemple dans un radome 33, portée par un support vertical 34 comportant l'alimentation de l'antenne. L'élément rayonnant est omnidirectionnel; il peut être constitué par exemple par une boucle rayonnante. Selon l'invention, une deuxième série d'éléments est placée au centre du cercle précédent; elle est constituée par un empilement 4 d'éléments rayonnants dont deux ont été représentes, respecti- vement 42 et 41, l'un au dessus de l'autre, portés par exemple par un même support 43. La figure 2a représente un mode de réalisation partiel de l'empilement central 4 de la figui-e 1. Sur la figure 2a, on a donc représenté, vu, en perspective, un fragment du support 43, qui se présente par exemple sous forme d'un cylindre creux, au niveau o.il supporte un élément rayonnant, par exemple l'élément 41. L'élément 41 est une boucle (ou cadre) rayonnante, constituée par une bande métallique divisée en quatre quadrants, repérés 51 à 54. Les quadrants 51 et 54 sont alimentés à celles de leurs extrémités qui sont en vis à vis, à savoir les extrémités 55 et 56 respectivement, par des câbles coaxiaux circulant dans le support 43 et selon un schéma décrit ci-dessous figure 2b. Les autres extré- I mités des quadrants 51 et 54 forment des condcensateurs 57 et 58, respectivement, avec les extremités des deux autres quadrants, 52 et 53, identiques aux deux précédents. La figure 2b représente schématiquement la structure de la figure 2a, vue en coupe transversale, avec l'indication des intercon- nexions. Sur cette figure, on retrouve les quatre quadrants 51 à 54 et le support 43 (figuré en pointillé). Les points de connexion des qua- drants 52 et 53 sont repérés 60 et 59, respectivement. Les interconnexions des quadrants et leur alimentation sont effectués à l'intérieur du support 43, de la façon suivante: les connexions 56 et 60 des quadrants 54 et 52, respectivement, sont reliées entre elles par une liaison coaxiale 61; de même, les connexions 55 et 59 des quadrants 51 et 53 sont reliées entre elles par une liaison coaxiale 62; les câbles coaxiaux 61 et 62 sont reliés entre eux, sensiblement en leur centre (points 64 et 65 respec- tivement), par une liaison coaxiale 63 dont la longueur est de l'ordre de la demi-longueur d'onde de fonctionnement de l'élément rayon- nant; l'alimentation de l'ensemble est assurée par un câble coaxial circulant dans le support 43, par exemple au point 65. Ainsi qu'il a été exposé ci-dessus, l'antenne centrale unique des équipements VOR Doppler de l'art antérieur est donc remplacée selon Pinvention par un empilement (4) d'éléments rayonnant dont les caractéristiques sont telles que le diagramme résultant de cet empilement a un niveau réduit pour les angles de site O qui n'appartiennent pas à la zone de couverture en site du système, ou zone utile, c'est-à-dire les angles 0 négatifs ou faibles, l'origine des angles O étant prise au pied de l'empilement, c'est-à-dire au niveau du contrepoids 2. La figure 3 représente le diagramme de rayonnement en site de l'antenne centrale selon l'invention, les angles de site (O) étant portés, en degrés, en abscisse et les niveaux d'énergie rayonnée, en décibel, en ordonnée. Sur ce diagramme, on a représenté par une courbe 60 le rayonnement en site du réseau circulaire d'antennes 3. Cette courbe présente un maximum pour un angle O de site compris sensiblement entre 15' et 35 , diminue lentement lorsque O croit et diminue avec une pente plus forte pour les angles O faibles ou négatifs. On rappelle que le diagramme de rayonnement de l'antenne centrale doitêtre aussi voisin que possible de celui du réseau circulaire, dans la zone utile. On a représenté par un trait mixte 61 le diagramme de rayonnement idéal, selon l'invention, de l'antenne centrale 4 il est identique à la courbe 60 dans la zone utile des angles de site, c'est- à-dire la zone de couverture en site du système VOR; cette zone utile peut être par exemple celle des angles O positifs comme représenté sur la figure. Dans la zone non utile des angles O (angles o négatifs sur la figure), le diagramme idéal 61 montre un niveau minimum. La transition entre les deux zones est idéalement verti- cale, comme illustré sur la figure. De la sorte, il n'est pas possible que des réflexions parasites soient susceptibles de se produire sur des obstacles au sol, situés à des angles de site négatifs dans les zones montagneuses. Afin de s'approcher autant que possible d'une telle courbe théorique, on réalise selon l'invention un empilement d'éléments rayonnants dont le nombre, les diagrammes de rayonnement et les position3 sont tels que le niveau du rayonnement de l'empilement -2576692 décroisse aussi rapidement que possible dans la zone des angles de site non utile, tout en rejoignant sensiblement la courbe 60 dans la zone utile. Toutefois, la liberté de définition de l'empilement est limitée par le fait que le centre de phase de cet empilement doit, dans ce type de système, être ramené au plan du contrepoids, ce qui influe sur espacement et alimentation des éléments rayonnants de l'empilement. On a représenté en 63 à titre d'exemple une courbe obtenue avec un empilement de deux éléments rayonnants, présen- tant un zéro pour une valeur de Q comprise entre -5 et -10, un lobe 1 C. secondaire au delà de -10%, et rejoignant la courbe 60 des antennes du réseau circulaire en un point A, qui est aussi voisin que possible de la zone des angles de site utile. Dans la pratique, il est suffisant que le point A corresponde à un angle de site égal ou inférieur à 5 et que la pente de la décroissance vers les angles négatifs soit telle que le rapport de l'énergie rayonnée directement vers l'avion à l'énergie réfléchie sur le sol soit suffisamment grand pour que les réflexions parasites puissent être éliminées, par effet de seuil notamment. La détermination de la position (h) et de l'alimentation (a) de chacun des éléments rayonnants de l'empilement s'effectue en sachant que le diagramme de rayonnement est une fonction (connue) des paramètres h, a et notamment, ainsi que du diamètre du contrepoids, fonction qu'on identifie à la courbe 60 pour la zone utile des angles de site et qu'on minimise pour la zone non utile. Des paramètres supplémentaires peuvent bien entendu être retenus, tenant compte de l'environnement géographique par exemple. Dans une variante de réalisation (non représentée), l'empi- lement comporte trois antennes (ou plus). L'avantage en est l'amé- lioration du diagramme selon les critères mentionnés plus haut. L'inconvénient en est un accroissement de la complexité et du coût. Dans la description faite ci-dessus, les éléments rayonnants de l'empilement central sont omnidirectionnels et peuvent avanta- geusement être identiques à l'élément décrit sur les figures 2. Dans une variante de réalisation (non représentée), l'élément rayonnant placé au sommet de l'empilement n'est pas omnidirec- tionnel mais directif, réalisé par exemple par un dispositif de type YAGGI. Cette disposition permet de faire varier le diagramme de rayonnement en azimut, et ainsi de mieux adapter le système VOR à la configuration géographique du site o il est implanté. A titre d'exemple, il a été réalisé un système VOR Doppler selon l'invention émettant sur une fréquence porteuse d'environ 116 MHz, comportant un contrepoids dont le diamètre est de l'ordre de m et portant un réseau d'antennes placées à environ 1,3 m du contrepoids et un empilement de deux éléments rayonnants omnidi- rectionnels, placés respectivement à 1,3 m et 7,3 m du contrepoids. REVENDICATIONS 1. Système de radio-navigation du type VOR Doppler, fournis- sant à un aéronef une information sur son azimut, comportant des premiers moyens d'émission d'un signal de référence (R1) à phase constante et des deuxièmes moyens assurant l'émission d'un signal (m S2 (R2)) tel que sa phase sois fonction de l'azimut de l'aéronef recevant ladite émission; le système étant caractérisé par le fait que les premiers moyens (4) comportent un empilement d'au moins deux élémnents rayonnants (41, 42) tel que son diagramme de rayonnement présente un niveau réduit pour les angles de site de faible valeur qui n'appartiennent pas à la zone de couverture en site du système, et que son centre de phase soit ramené au pieds de l'empilement pour les angles de site de ladite zone de couverture. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diagramme de rayonnement de l'empilement (4) et la position de son centre de phase sont déterminés par le nombre des éléments rayonnants et, pour chacun d'eux, par son alimentation et sa position dans l'empilement. 3. Système selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé par le fait que chacun des éléments rayonnants de l'empi- lement (4e) est omnidirectionnel. 4. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'élément rayonnant formant le sommet de l'empi- lement (4) est directif, le ou les autres éléments de l'empilement etant omnidirectionnels. 5. Système selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que chacun des éléments omnidirectionnels de l'empi- lement (4) est une boucle rayonnante. 6. Système selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé par le fait que les deuxièmes moyens comportent un réseau (3) circulaire d'éléments rayonnants, dont les premiers moyens (4) occupent le centre, les premiers et deuxièmes moyens étant placés s sur un réflecteur (2). 7. Système selon l'une des revendications précédentes, carac- térisé par le fait que les premiers moyens assurent l'émission du signal de référence (R1) par modulation de l'amplitude d'une onde porteuse. 8. Système selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les deuxièmes moyens (3) assurant l'émission d'un signal (R2) de même fréquence que le signal de référence, par modulation de fréquence d'une onde sous-porteuse, résultant d'une deuxième modu- lation de l'amplitude de l'onde porteuse. 9. Système selon les revendications 6-et 8, caractérisé par le fait que les deuxièmes moyens (3) assurent l'émission de la sous- porteuse par au-moins un élément rayonnant du réseau, le point d'émission tournant d'un élément rayonnant au suivant à la fré- quence du signal de référence.