Brevet FR2602339A1 — publié le 19880205

La présente inventioon concerne un procédé et uni appareil de radiogorniométrie à modulation de fréquence par effet Doppler. Onr, corrnnaît déjà divers systèmes d'aide à la raviga5 tion aérierrnne ou maritime qui utilisernt la modulatior, de fréquerce par effet Doppler. Parmi les systèmes cornnus utilisarnt ure telle modulation orn peut citer le système VOR Doppler fornctionnrranrt ern émissior, et le radiogoriomètre Rohde et Schwarz en réceptior,. Ces systèmes reposernt sur la commu10 tatiori d'ur rnombre élevé de brirns d'arnternnre (trernte rneuf brirns d'arnterrnne pour le système VOR Doppler et seize brins d'arnternnre pour le système Rohde et Schwarz) qui sont placés sur urne circornférence, à égale distarnce les urns des autres. Ces brirns d'arnternne sornt excités suivarnt une séquernce tour15 rarnte autrement dit les urns à la suite des autres sur la circonrférence, chacurn des brirns étarnt excité perndant urn laps de temps prédétermirné, ce qui correspornd à la rotation d'urnie antennre fictive autour du cerntre de la circonrférence. Le gisemernt d'une source émettarnt un sigrnal haute fréquernce 20 est obternu par la mesure du déphasage erntre ur, sigral de référerce de rotatior, d'arnteririne et le signal obternu à partir de l'arnternne fictive tournarnte, après démodulatior, par un récepteur à modulation de fréquence. La précision d'ur, tel système de radiogorniométrie 25 dépernd du nombre de brins d'aantenne, de la forme des sigraux de commutatiorn, de la reproductibilité des circuits associés à chaque brirn d'antenrne (commutation, amplificatiort, caractéristiques dimensionrnelles) et de la stabilité de phase du récepteur ou d'urn déphasage fixe pouvarnt être 30 compernsé. Pour remédier aux difficultés liées à la précisiorn requise sur les dispositifs de commutatiorn des brins d'arterrne et leurs commandes, la solutiorn la plus simple consiste à augmenter le rnombre de brirs d'anternnre. En effet la 35 précisior, requise sur la forme des sigraux de commarde et les dispositifs de commutatiorn est d'autarnt plus faible que le rnombre des brirns d'arnternnre est plus élevé. Toutefois ceci a pour conséquence de cornduire à des appareils voluminreux, sars résoudre pour autarnt le eroblème du déphasage du récepteur. La présernte invention, vise à remédier à ces iricortvé5 rnierts ern procurart urn appareil de cornceptior, particulièremernt simple, peu volumirneux et peu coûteux mais toutefois capable de fourrir ur, rniveau de performarnce élevée. A cet effet ce procédé de radiogoniométrie à modulatior, de fréquence par effet Doppler, pour mesurer le gisemernt d'urne source émettarnt urn signal haute fréquernce, dans lequel or utilise, er, réceptior, ou émissior, plusieurs brirns d'arnternne répartis régulièremernt sur urnie circonférelnce et onr excite à tour de rôle ces brirns d'arntenrne de manrière à créer urne anrternnre fictive mobile, est caractérisé ern ce 15 qu'or, excite sélectivemernit les brirs d'arntenrne par paires de brirns diamétralemernt opposés de marnière à créer, à chaque instant, urne anternne mobile fictive se déplacarit diamétralemert et alterrativemernt entre les deux brirns d'artenne opposés de la paire de brirns d'arnternne cornsidérée, et or 20 excite successivemernt les diverses paires de brirns d'arntennrre diamétralemernt opposés suivarnt urne séquence tourrnarnte. L'inverntiorn a égalemernt pour objet' urn appareil de radiogoniométrie à modulatior, de fréquence par effet Doppler, pour mesurer le gisemernt d'urne source émettant urn 25 signal haute fréquernce, comprernarnt ur rnombre pair 2r, au moirns égal à quatre, de brirns d'arntennrres répartis régulièremernt sur une circonrférernce, un circuit de commutatiorn des brirns d'arntenne connrecté aux différernts brirns d'arnternnre, urn circuit de commarnde de commutatiorn à 2r, sorties lequel est 30 relié au circuit de commutatior, des brirns d'arnternnres afir, d'exciter sélectivement ces brins d'arnternnre à tour de rôle, ur, récepteur à modulatior, de fréquernce relié au circuit de commutatiorn des brins d'anternnre et auquel est appliqué le signral modulé er, fréquence par la commutatiorn, des brins35 d'anternnre, des moyers pour produire unr, signal de référenrce de rotation d'artenr e, et uri module de traitemernt du signal reçu pour fournir, à partir du déphasage erntre le signal reçu et le sigrnal de référence de rotatiorn d'aantenne, unre indicatiorn du gisement de la source émettant le signal haute fréquence, caractérisé ern ce qu'il comprerd des moyens pour produire urn signal b fréquerce sous-porteuse et pour appliquer ce signal, par l'inrtermédiaire du circuit de commuta5 tieon des brinrs d'ariternrie,successivemernt à chaque paire de brins d'arnternnre opposés suivant urne séquence tourrnarnte, et des moyens pour assurer urne démodulationr syrnchrorne de la sous-porteuse à la sortie du récepteur à modulation de fréquerce. Ainrsi dais le procédé et l'appareil suivant 1 'ir,ventiorn, au lieu de commuter les brirns d'arnternne suivant urie fréquence tourrnarnte, ces brinrs sont commutés diamètralemernt par une fréquernce sous-porteuse. Il ern résulte qu'or, utilise un seul dispositif de commutation proportiorrnnel et qu'oron 15 élimine ainsi le problème lié aux dispersions des caractéristiques des divers composants. Par ailleurs l'appareil est insensible à toutes dissymétries du dispositif d'amplificatiort et de commutation proportiornnel. Ern effet si les deux branches du circuit d'amplification et de mélarge r,'ont 20 pas le même déphasage, celui est compenrsé automatiquement ern faisant la moyernne sur un tour, puisque les entrées sont permutées à chaque demi-tour. L 'inverntiorn permet de construire urne anternne de radiogoriométrie de petite dimensiorn ce qui constitue urne 25 nécessité pour permettre urn fonctionnrement correct. Er, effet pour que la modulation d'amplitude provoquée par la commutatior, des brins d'arnternnre diamétralement opposé soit faible (inférieur à 10%), le diamètre de l'anternne nrie doit pas être supérieur au dixième de la longueur d'onde. L'appareil suivarnt l'inventior, permet d'atteirndre urge précision meilleure + o10 sur un plan de masse correct. La précision obtenue est indépendante du déphasage du récepteur. Or décrira ci-après,à titre d'exemple norn limitatif, urge forme d'exécution de la présente irtvenritior,,ere référence 35 au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est urn schéma synoptique d'urn appareil de radiogoriométrie suivant l'inventiorn. La figure 2 est urn schéma du circuit de commarnde de commutation des brins d' antenne. La figure 3 est un schéma illustrarit la variation de phase du signal capté en forctior de la position de ' arter,5 rie fictive mobile. La figure 4 est urn diagramme illustrait les signraux de commande de commutation des brirns d'arntenne et le signal de référence de rotation d'arnternne. Les figures 5 et 6 sont des diagrammes illustrait la 10 variation de la fréquernce du signal reçu en fonction de la vitesse de l'arntennre fictive mobile. La figure 7 est un schéma synoptique du module de traitement des signaux. La figure 8 est un diagramme illustrait diverses 15 formes de signaux apparaissant darns le module de traitement. L'appareil de radiogoniométrie suivant l'inverntiorn dont le schéma d'ernsemble est représenté sur la figure 1, fornctionner, en réceptiorn et il est destiné à être embarqué à bord d'un aéronef pour repérer le gisement d'urne source au 20 sol S émettant urn signal haute fréquence, quelle que soit la barnde utilisée. Cet appareil utilise un nombre pair 2r de brins d' anterrnne au moins égal à quatre, ces brins d'arnterrnne étant répartis régulièrement sur urne circonférence. Daris la forme d'exécution rnon limitative représentée sur le dessin, 25 l'appareil utilise huit brins d'arntennre diamétralement opposés deux à deux et régulièrement répartis sur la circoriférerce, à savoir les brins d'antenne A,B,C,D,E,F,G et H. Ces huit brins d'arnternne sont respectivement reliés à urn circuit 1 de commutation des brirns d'arntenne qui est lui-mê30 me piloté par un module de commande 3. Ce module de commande comporte, entre autres circuits, un circuit de commande de commutation 3a qui est connecté au circuit de commutation des brins d' anternne 1. Le module de commande 3 comporte également unre horloge 4 qui fourrnit ur, signal périodique 35 appliqué à urn étage diviseur 5 dornt urne sortie produit une sous-porteuse de fréquence FSP, laquelle est appliquée au circuit 1 de commutation des brins d'arntenne. Le module de commande 3 comporte également ur, étage générateur de signaux 6 qui est relié à la sortie du diviseur 5. Cet étage 6 produit des signaux binaires de poids 1,2,4 (FR,2FR,4FR) qui sont appliqués au circuit de commar,5 de de commutation 3a pour provoquer la séquence d'excitation des brins d'ariteririe comme on le verra par la suite. Le signal FR est le signal de fréquence de rotation d'anrterre. Ces signaux FR,2FR,4FR sornt également appliqués à urn module de traitement 7 qui reçoit aussi la sous-porteuse FSP et 10 dont la sortie est reliée à unr, indicateur de gisement 8. Le circuit 1 de commutation des brins d'arterine délivre à sa sortie ur, signal modulé en fréquence qui est appliqué à un récepteur à modulation de fréquence ou de phase 2. Ce récepteur produit à sa sortie un signal basse 15 fréquence modulé en amplitude qui est appliqué au module de traitement 7, pour permettre de calculer le gisement de la source S émettant le signal haute fréquence. Dans le procédé suivant i'inventiorn, les brins d'arnternne A-H re sont pas commutés les uns à la suite des 20 autres suivant une séquence tournante, de la manrière corverntiorirnelle, mais au contraire ils sont excités par paires de brins d'arntenne opposés diamétralement. Autremernt dit dans ur, premier intervalle de temps défini par un signal créneau ae (figure 4), la première paire de brins d'artenne diamé25 tralemert opposés A-E est excitée, puis perndant unri signal crénreau suivant bf la deuxième paire BF est excitée et ainsi de suite avec ur, signal crénreau cg pour la paire C-G et ur, signal créneau dh pour la paire D-H. Après un demitour les deux brins d'antenne de la première paire A-E sont 30 à nouveau excités mais avec un déphasage de 180o de la sousporteuse FSP, sous la commande du signal créneau ea comme onr peut le voir sur le diagramme de la figure 4. Le signal créneau ea est suivi des signaux similairs fb, gc et hd pour les paires de brins d'arntenne F-B, G-C et H- B.Onr voit égale35 ment sur ce diagramme le signal FR qui est un signal logique dornt la période T correspond à un tour complet ou à la commutation, complète des brins d'arntenrne, c'est-à-dire aux huit signaux créneaux successifs ae, bf,cg,dh,ea,fb,gc et hd. La figure 3 illustre bien le principe de base mis er, oeuvre dars le procédé et l'appareil suivant ' irtveritionr,. Ort suppose darns ce cas que la paire de brins d'arnternnre A-E est excitée et que la source S émettarnt le signal] haute 5 fréquence est alignée - avec la direction AE. L'excitation aliterrnative des brins d'arnternne A-E se traduit par la création d'une anterrnne fictive X mobile alternativement sur le diamètre AE. Le diagramme vectoriel de la figure 3 montre la variation de la phase ? du signal reçu ern fornctior, de la 10 position! de l'arntenne fictive X. Cette phase varie d'urne valeur "?max lorsque l ' arnterninre fictive X se trouve à l' endroit du brin d' arnterre E et une valeur + î0max lorsque l'arntennre fictive mobile X se trouve à l'erndroit du brin d'arnternnre A, ern passant par une valeur nulle lorsque 15 l 'anriternrie fictive X se trouve au centre 0. Le diagramme de la figure 5 illustre la variation de la vitesse v de déplacement de l'anternnre fictive X, qui est nrull-e à l'erndroit des brins d'arnternnre A et E et maximale à l'endroit du cerntre 0, et celle de l'excursion de 20 fréquence /f du signal reçu. Ces variations, engendrées par la fréquence sous-porteuse, peuvent être sirusoldales comme il est représenté sur la figure 5, ou bien encore présenter la forme de signaux carrés périodiques comme il est représenrté sur la figure 6, ou bien encore tout autre 25 forme, notammernt triangulaire, compatible avec les possibilités de démodulation du récepteur. Darns tous les cas le signal de l'excursion de fréquenceL est en phase avec le signal de la vitesse v. La commutation des paires de brins d' arntenne s'ef30 fectue de la marnière illustrée sur la- figure 2. Le circuit 3a de commande de commutatiorn émet respectivement, sur huit sorties, les huit signaux de commande de commutation, d'arntennre ae,bf...hd. Ces signaux de commutatiorn d' atenne sonrt appliqués, à l'intérieur du circuit 1 de commutation 35 des brins d'artenrnre, à des paires d'interrupteurs 9,10, rnormalement ouverts, de tout type cornnru, par exemple des diodes P-I-N, et qui sort respectivement connectés aux deux brins d' anterrnne opposés d' unre même paire. Par exemple tous les interrupteurs gauches 9 sur la figure 2 sont conrectés respectivement aux brins d'arnterine dans l'ordre A,B...H tandis que tous les interrupteurs 10 situés à droite sur la figure 2 sont connectés respectivemert aux 5 brins d'sariterrie dais l'ordre E,F,GC,H,A,B,C,D. Airisi le premier signal crénreau ae commarnde la fermeture des deux interrupteurs 9,10 conrnectés respectivement aux deux brins d'artenre A et E, et ainsi de suite pour les signaux crérieaux suivants bf...hd. Tous les interrupteurs gauches 9 10 sornt reliés ern commun à une entrée d'urn amplificateur 11 tandis que tous les interrupteurs droits 10 sornt reliés er, commun à une entrée d'un amplificateur 12, ces deux amplificateurs 11,12 faisant partie d'un étage 10 de commutatiorn diamétrale des brins d'arntenrne par le signal à fré15 querice sous-porteuse FSP. Darns urn but illustratif les sorties des deux amplificateurs 11 et 12 sornt représentées comme étant reliées aux deux extrémités d'un poterntiomètre 13 dornt le curseur 13a est déplacé alterriativemernt entre les deux extrémités de ce potentiomètre 13, à la fréquerce 20 de la sous-porteuse FSP. Il va toutefois de soi qu'enr pratique la commutation par la sous-porteuse FSP peut être réalisée par n'importe quel circuit électronique connu ern soi (par exemple diodes P-I- N). Le curseur 13a est relié à un amplificateur 14 dont la sortie est correctée à urne 25 borne 15 o apparaît le signal s(t) à fréquence modulée et qui est urne combirnaisorn des deux signaux reçus respectivemernt par les deux brins d'arnternne excités se trouvant à unr irnstarnt donrné, par exemple les brins A et E. Si k est urn coefficient définissant la position instarntanée du curseur 30 13a, onr a s(t) = kSA(t)+ (l-k) SE (t), sA(t) et sE(t) étant les deux signaux respectivment reçus par les deux brins d'anterrnne A et E ern, fonction du temps t. Le signal à fréquence modulée s(t) est appliqué au récepteur à modulation de fréquence 2 qui délivre à sa 35 sortie urn, signal basse fréquence sl modulé en amplitude. Ce signal est appliqué au module de traitement 7 qui comprerd (figure 7) un amplificateur 16 auquel est appliqué le signal si, puis ur, filtre passe-barde 17 puis ur, ampli- ficateur à gainr, variable 18 lequel délivre à sa sortie uirt, signral'à modulation d'amplitude s2 (figure 8). Le signal s2 est représenté comme corresporndarnt à nr.e source de signal haute fréquence alignée avec les brins d'antennre 5 C-G, c'est-à-dire se trouvant dans la direction GC, le brin d'arnternne C étant le plus proche de la source S. De ce fait, lorsque la première paire de brins d'arnterrnne A-E est excitée, il n'y a pas de modulation de fréquerice du signal reçu du fait que la direction AE est perperidiculai10 re à la direction GC sur laquelle se trouve la source S. L'amplitude du signa] sur chaque palier au cours de la rotation est proportiornnelle à la valeur absolue du cosinrus de l'angle entre la direction de l'émetteur du signal haute fréquence et la direction des brins d'anternnre sélec15 tiornriés. Le signal est donc maximal si l'angle formé est. nrul et au contraire ce signal est nul si les brins d'arnterne sélectiornnés sornt sur la direction perpendiculaire à la direction de l'émetteur. Le déphasage de la sous-porteuse est nul si l'émetteur est dars le secteur avant et 20 de 180o si l'émetteur est dans le secteur arrière. - Le signral s2 est appliqué à un filtre synrichrorne 19, cornjointemernt avec le signal de fréquence sous-porteuse FSP et les signaux FR, 2FR et 4FR. Le filtre syrnchrorne 19 délivre à sa sortie un signal s3 er, escalier représer,25 tarit les paliers d'amplitude du -signal reçu pour les diverses paires de brins d'arnternnre, ce sigral étant appliqué à un filtre passe-bas 21 qui délivre à sa sortie urn signal s4 sinrusoidal comme orn peut le voir sur la figure 8. Ce signal sinrusoldal s4 est appliqué à un comparateur 22 qui 30 produit à sa sortie urn signal de mesure s5 constitué par un créneau qui est déphasé d'un angle 6 par rapport au signal de référence de rotation FR. Ce signal de mesure s5 est appliqué à urn étage 23 qui calcule, à partir du déphasage 6, la valeur du gisement g par rapport à la direc35 tionr de référence AE (dans le cas présent g = 900). Le module de traitement comprend également ure boucle de commande du gain de l'amplificateur 18. Cette boucle comporte un amplificateur 24 recevant à son entrée un signal 8 FR provenant du filtre syrnchrorte 19, et dorn t 5 la sortie est connectée à unre entrée d'urn comparateur 25 recevant, à unre seconde entrée, unre ternsiorn de référerce V ref correspordant au niveau de ternsiorn de sortie désirée pour l'amplificateur 18. La sortie du comparateur 25 est reliée d'une part à unre entrée de commande de l'amplifi10 cateur 18 à gain variable, à travers un filtre passe-bas 26, et d'autre part à urne entrée d'un détecteur 27 du niveau du signal de commande, lequel reçoit également à urne seconde entrée une tension de référernce Vrefl. La sortie du détecteur de niveau 27 est reliée directement à 15 urne lampe-témoin 28 de validité du gisement et, par l'irtermédiaire d'urn irnverseur 29, à urge entrée d'urne porte ET à deux entrées 31. L'autre entrée de cette porte ET reçoit un signal z indiquant la réception du signal haute fréquence par le récepteur. La sortie de cette porte ET 20 est connectée à urne lampe-témoirn 32 corstituant un iridicateur de verticale. Par cornséquent, lorsque 1' aéronef portant l ' appareil suivant l'irventiorn passe à la verticale de la sourceS du signal HF, cette irndicatior, du passage à la verti25 cale est fournie par l'allumage de la lampe-témoirn 32.En effet l'étage 27 du détecteur de niveau émet urn signal de sortie zéro, si bien que la lampe 28 de validité de gisemert est éteinte. Par contre ce signal est appliqué, après inversion par l'inverseur 29, à la première entrée de la 30 porte ET 31 qui reçoit son autre entrée le signal z iridiquant la présence du signal HF émis par la source S. La porte 31 est alors débloquée et elle provoque l'altlumage de la lampe-témoir, 32 indiquant le passage de l'aéronef à la verticale de la source S. La lampe-témoiri 28 de validité du gisement s'allume tarit que l'aérornef se trouve dans la zonre de récep--tiori du signal HF et elle s'éteint dès que l'aérornef sort de cette zone, ce qui est signalé par la disparition du signal audio sl. REVENDICATIONS 1.- Procédé de radiogoniométrie à modulation de fréquernce par effet Doppler, pour mesurer le gisement d'urne source émettant un signal haute fréquence, dans 5 lequel on utilise, er, réception ou émission, plusieurs brins d'arntennrre répartis régulièrement sur une circonrférerce et or, excite à tour de r6le ces brins d'antenrne de manière à créer ure anternne fictive mobile, caractérisé er, ce qu'ors excite sélectivemernt les brins d'arnternnre par 10 paires de brins diamétralemert opposés (A-E; B-F;C-G;D-H) de manière à créer, à chaque instarnt, une arntenne mobile fictive se déplacanrit diamétralement et alterrnativement entre les deux brins d'antenne opposés de la paire de brins d'antenre cornsidérée, et or, excite successivemernt 15 les diverses paires de brins d'anternne diamétralement opposés suivant urne séquence tourrnante. 2.- Appareil de radiogoniométrie à modulation de fréquence par effet Doppler, pour mesurer le gisemernt d'une source émettant un signal haute fréquence compre20 riant un nombre pair 2n, au moins égal à quatre, de brins d'arntennes répartis régulièrement sur une circornférernce, ur, circuit de commutation des brins d'arntenne connecté aux différents brins d'antenrne, un circuit de commande de commutation à 2n sorties lequel- est relié au circuit de 25 commutation des brins d'arntennes afin d'exciter sélectivemert ces brins d'antennre à tour de rôle, un récepteur à modulation de fréquence relié au circuit de commutation des brins d'anternnre et auquel est appliqué le signal modulé en fréquence par la commutation des brins d'arntenrne, 30 des moyens pour produire un signal de référernce de rotation d'antenne, et un module de traitement du signal reçu pour fournir, à partir du déphasage entre le signal reçu et le signal de référence de rotation d'arntenne, une irndication du gisement de la source émettarnt le signal haute 35 fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (4,5) pour produire ur, signal à fréquence sous-porteuse (FSP) et pour appliquer ce signal, par l'intermédiaire du circuit (1) de commutation des brins d'anritennrire,successive- merit à chaque pai re de brirns d' arnterrnne opposés (A-E,B-F,C-G,D-H), suivant urne séquernce tournarnte, et des moyens (7) pour assurer une démodulatior, syrichronre de la sous-porteuse à la sortie du récepteur à modulation de fréquence (2). 3.- Appareil suivant la reverndicatior, 2 caractérisé ern ce-que le circuit-de commutatiorn des brins d'arnterres (1) comprend 2r, paires d'interrupteurs (9,10) commarndées respectivemernt par les 2ri sorties du circuit de 10 commande de commutatior, (3) sur lesquelles apparaissernt successivemernt et respectivemerit, à chaque tour, des sigrnaux de commarnde (ac, bf...hd), chaque paire d'irnterrupteur étarnt correctée, d'une part, à une paire de brins d'arnternne associée (A-E,B-F...H-D) et d'autre part à urn 15 étage de commutation des brirns d'anterrnes de chaque paire par le sigral à fréquernce sous-porteuse (FSP). -