Brevet FR2617980A1 — publié le 19890113

L'invention concerne un procédé de radiolocalisation d'un véhicule porteur d'un dispositif récepteur, par mesure des différences de temps de réception de signaux de radiofréquence émis par deux stations émettrices géographiquement éloignées l'une de l'autre, d'au moins un groupe de stations, chaque groupe comprenant au moins deux stations émettrices comportant une station formant émetteur maître et au moins une station formant émetteur esclave asservie à l'émetteur maître, chaque station émettant une série d'impulsions électriques rapprochées décalées dans le temps d'une façon prédéterminée, des séries d'impulsions émises par les autres stations, pendant une période de temps prédéterminée, et un dispositif récepteur pour la mise en oeuvre de ce procédé. Un groupe de stations émettrices du type énoncé peut former une chaîne du type LORAN C. De telles chaînes sont installées le long des cotes et se distinguent par leur période appelée GRI. Pour améliorer la précision de la radiolocalisation dans les zones limites placées à la jonction de deux chaînes, il est intéressant de pouvoir établir les coordonnées de la position du véhicule en exploitant simultanément les signaux en provenance de deux paires de stations faisant parties chacune d'une des deux chaînes. Jusqu'à présent il est connu d'utiliser à cette fin deux canaux de réception, chacun étant accordé à une paire de stations. Or un dispositif récepteur ainsi conçu présente une structure très complexe et est d'un coût élevé. La présente invention a pour objectif de pallier aux inconvénients des dispositifs récepteurs connus. Pour atteindre ce but, le procédé de radiolocalisation selon l'invention est caractérisé en ce que l'on effectue dans un seul canal de réception l'acquisition des signaux et la mesure de la différence de temps de réception des signaux émis par des stations émettrices de deux groupes différents en effectuant lesdites acquisitions et mesures des signaux émis par des stations d'un groupe pendant la période de temps prédéterminé spécifique de ce groupe et en effectuant lesdites acquisitions et mesures des signaux des stations émettrices du second groupe pendant l'intervalle de temps laissé disponible par les acquisitions et les mesures des signaux en provenance du premier groupe, pendant la période spécifique de ce premier groupe. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, avant chaque phase d'acquisition et de mesure des signaux en provenance du second groupe, on vérifie si une phase d'acquisition et de mesure des signaux en provenance du premier groupe est en cours ou aura lieu dans un délai de temps prédéterminé avant cette phase et, dans l'affirmatif on inhibe l'acquisition et la mesure des signaux en provenance du second groupe. Le dispositif récepteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé par un seul canal de réception comportant un dispositif de prélèvement par échantillonnage des signaux reçus, un compteur programmable pour la commande de l'échantillonneur et une unité de calcul programmée pour effectuer le comptage simultané des positions présumées des signaux à mesurer des stations émettrices par chaîne et pour commander le compteur programmable. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence à la figure unique donnée uniquement à titre d'exemple et illustrant sous forme d'un schéma bloc un mode de réalisation de l'invention. On décrira ci-après le procédé et le dispositif émetteur selon l'invention dans leur application a un système comprenant des chaînes LORAN C. Une chaîne LORAN C et un groupe de deux à six stations d'émetteur contenant une station formant émetteur maitre et des stations formant des émetteurs esclaves asservis à l'émetteur maitre. Ce dernier émet une série de huit impulsions pendant une période comprise entre 49 et 100 millisecondes qui caractérise la chaîne. Cette période d'émission est par exemple multiple de 100 microsecondes. L'intervalle entre deux fronts avant d'impulsions émises est égale à une milliseconde. Les émetteurs esclaves de la chaîne émettent dans la période caractéristique de la chaîne chacun un groupe de huit impulsions rapprochées ayant un retard déterminé par rapport à la série d'impulsions émises par l'émetteur maitre, ce qui permet à un dispositif récepteur de reconnaître chaque esclave par sa position grossière dans la période. Les huit impulsions émises par le maitre ont un code de phase qui permet de reconnaître la maître parmi tous les esclaves qui ont un code de phase commun, différent des maîtres. Les périodes de répétition sont divisées en deux groupes A et B formant une séquence d'émission de durée égale à deux périodes de répétition, chaque groupe étant reconnaissable par des codes de phase différents établis pour le maitre et pour les esclaves. Les séquences d'émission reconnaissables sont de ce fait toutes multiples de 200 microsecondes. Les maîtres pilotés par des horloges de haute stabilité sont en outre synchrones du temps universel avec une précision énoncée de plus/moins 5 microsecondes. Le dispositif récepteur selon la présente invention est conçu aussi bien pour effectuer la mesure des différences de temps de réception de deux signaux émis par deux stations maltres comme des signaux en provenance de deux stations esclaves de chaînes différentes, les retards des esclaves étant connus. La mesure a comme précision celle définie par la précision de synchronisation des émetteurs mattres sur le temps universel et comme plus grand espace de temps mesurable, appelé "modulo", qui constitue le plus grand commun diviseur des deux séquences d'émissions, au moins 200 microsecondes. Du fait de la grande stabilité des - oscillateurs pilotes des stations martres, l'imprécision de plus/moins 5 microsecondes peut être compensée périodiquement par étalonnage du récepteur en un point fixe connu. A titre d'exemple, l'instabilité définie à 2 x 10 13 pour les stations émettrices permet de limiter la dérive de position à 10 mètres par tranche de 24 heures. Une fois étalonnée, la capacité du récepteur d'établir une mesure "modulo" de 200 microsecondes ne nécessite qu'une estime de 30 kilomètres. Parmi les applications intéressantes de l'invention figure la radionavigation sur aéronef et d'une manière générale sur tous les mobiles partants d'une position géographique connue pour un trajet limité dans le temps: 5 jours pour un dérivé possible de 50 mètres. Un dispositif récepteur selon;l'invention tel qu'il est représenté à titre d'exemple sur la figure 1 comprend un seul canal de réception qui comporte, montés en série, une antenne 1, un amplificateur sélectif 2 centré sur la fréquence des signaux LORAN C de 100 kilohertz, un convertisseur analogique-numérique 3, une mémoire de mesure 4 et une unité de palcul 5 susceptible de dialogues avec la mémoire de mesure 4. Le gain de l'amplificateur est réglable, par exemple en quatre pas de 12 décibels, par l'unité de calcul, par l'intermédiaire d'un conducteur 6, de manière à fournir au convertisseur 3 un signal de niveau adapté à la dynamique d'entrée. Le canal comporte en outre un générateur de prélèvement qui fournit au convertisseur 3 un signal d'échantillonnage formé de 16 impulsions successives espacées de 2,5 microsecondes, de manière à effectuer la mesure d'un signal LORANC sur une durée de quatre alternances ce qui permet d'identifier le front montant de chaque impulsion LORANC selon une méthode d'échantillonnage bien connue. Le générateur 7 est également relié à la mémoire de mesure 4. Le générateur 7 produit ses signaux de prélèvement sous la commande d'un compteur programmable 8, qui établit un ordre de commande de prélèvement selon un cycle réglable par l'unité de calcul 5 entre une milliseconde et deux millisecondes par pas de 0,1 microseconde. Le compteur programmable 8 auquel est associé un oscillateur pilote 9 transmet à l'unité de calcul 5, par l'intermédiaire d'un conducteur 10 l'information de fin de cycle pour que l'unité 5 effectue le comptage du temps et prélève les données de mesure mémorisées dans la mémoire de mesure 4 formant mémoire tampon du convertisseur 3, sous l'effet du générateur de prélèvement 7. On constate encore qu'un dispositif de clavier et d'affichage 11 est associé à l'unité de calcul 5. Le clavier permet à l'utilisateur de déterminer les chafnes LORAN C à poursuivre par l'inscription de la ou des périodes de répétition et des postes émetteurs définis par leur temps de retard arrondis dans leur période. Le clavier permet en outre l'introduction d'une position géographique d'estime qui sert à l'établissement des différences de temps attendues selon un programme de calcul connu. L'affichage fournit principalement l'information de position géographique, les différences de temps mesurées, les niveaux de réception de chacun des signaux et les informations d'alarme de perte de signal. On décrira ci-après le fonctionnement du dispositif récepteur selon l'invention, qui vient d'être décrit dans son mode d'utilisation pour la poursuite simultanée de deux périodes de respectivement 79,70 millisecondes et de 89,40 millisecondes, qui sont spécifiques des chalnes Norvège et de France. Les deux périodes sont appelées par la suite GRI 1 et 2 (Groupe Répétition Intervalle). Pour la première période (GRI 1), considérée comme prioritaire dans l'exemple, l'unité de calcul programme le compteur à i milliseconde. Au bout de 78 relevés de fin de cycle, reçus par l'intermédiaire du conducteur 10, l'unité de calcul 5 programme le compteur à 1,7 millisecondes. Lorsque l'unité relève la fin de ce cycle de 1,7 milliseconde, le compteur est reprogrammé aux cycles de 1 milliseconde. La séquence décrite permet de définir la période de 79,70 millisecondes. Cette période produite localement dans le récepteur et correspondant à la période du premier groupe ou chalne LORAN C est utilisé pour servir de référence pour la mesure des différences de temps de propagation des signaux radioélectriques en provenance de deux stations émetteurs de cette chaîne qui peuvent être l'émetteur mattre et un émetteur esclave, comme dans l'exemple qui sera décrit ci-après, ou deux émetteurs esclaves. Pour que la séquence ou période locale puisse servir de référence, on l'a fait glisser dans l'espace de temps de la-période de 79,70 millisecondes de la chatne, de façon à placer la réception du maitre en début de la séquence, la programmation du compteur programmable au cycle de 1,7 milliseconde étant remplacé périodiquement par 1,8 milliseconde jusqu'à obtenir la coincidence désirée à 100 microsecondes près. Pour savoir s'il y a coincidence ou non, le compteur programmable 8 déclenche la fin du cycle de 1,8 milliseconde le dispositif échantillonneur et le prélèvement 7 qui fournit le signal formé de 16 impulsions successives espacées de 2,5 microsecondes comme décrit plus haut, pour identifier le front montant de chaque impulsion du signal maitre reçu. Ensuite on agit identiquement sur les poids faibles du compteur qui présente un pas de 0,1 microseconde, pour parfaire la synchronisation du maître. Pour l'acquisition des signaux en provenance de l'émetteur esclave du même GRI 1, l'unité de calcul est programmée pour effectuer le processus de chargement du compteur programmable 8 suivant. En supposant que le front avant de la première des huit impulsions du signal esclave est attendu à la position correspondante à l'intervalle de 14,3 millisecondes compté à partir du signal maitre'dans la séquence de GR 1, l'unité de calcul charge le compteur programmable 8 à la position 13 de la séquence pour qu'il effectue un cycle de 1,3 milliseconde. A la fin de ce cycle constaté par décomptage jusqu'à O, le compteur 8 ordonne au dispositif échantillonneur et de prélèvement 7 de transmettre le signal échantillonnage de 16 impulsions au convertisseur 3 et l'unité de calcul charge le compteur 8 à une milliseconde pour huit temps correspondant aux huit impulsions de la série esclave. Puis l'unité de calcul 5 charge le compteur pour qu'il effectue un cycle de 1,7 milliseconde, 1,7 constituant le nombre complémentaire du décalage de chargement avant de 1, 3 milliseconde. Cette mesure permet de revenir dans la'séquence de GRI 1 à des positions de nombre entier pour conserver la séquence totale de 79, 70 millisecondes, qui est comptée de la manière indiquée plus haut. En effet, après le cycle de 1,7 milliseconde le compteur est à nouveau chargé à effectuer des cycles de 1 milliseconde jusqu'à la position 78 ou il sera amené à effectuer un cycle de 1,7 milliseconde. Si la position présumée de la réception du signal esclave, c'est-à-dire de la série des impulsions - est en avant ou en retard de l'instant de temps de la réception réelle du signal, l'unité de calcul essaye pendant les séquences suivantes des positions présumées décalées en conséquence jusqu'à ce qu'il y a coincidence entre le signal reçu et la position de réception présumée dans la séquence de 79,7 millisecondes produite dans le récepteur. L'acquisition des signaux en provenance de la seconde chatne ayant une période de 89,40 millisecondes s'effectue dans les espaces laissés disponibles par l'acquisition des signaux émis par les deux stations du premier groupe, pendant la période de 79,7 millisecondes de celui-ci. Cette opération sera décrite plus loin. Pour l'acquisition et la mesure des signaux du deuxième groupe l'unité de calcul 5 est programmée pour compter à chaque début de la séquence du premier groupe, c'est-à-dire à l'instant de la réception du front avant de la première impulsion de la série des impulsions maitre le retard de la réception du signal en provenance du mattre du deuxième groupe, la différence des périodes des deux GRI étant de 9,70 millisecondes (99,40 - 79,70), et détermine par comptage l'emplacement présumé du mattre du deuxième groupe dans la séquence locale reproduite dans le récepteur, et celui du signal esclave du GRI 2. Le calage fin sur les deux stations de la seconde chatne ou du second groupe s'effectue de la manière décrite au sujet de l'esclave du premier groupe, en programmant le compteur dans l'espace à deux millisecondes qui précède la position présumée de la première impulsion de la série de huit impulsions au cycle approprié, en plaçant ensuite le compteur programmable 8 à une milliseconde pour mesurer les huit impulsions à traiter et en replaçant le compteur au nombre du complément pour revenir à une position entière dans la séquence du GRI 1. Cependant l'ordre d'acquisition et de mesure n'est déclenché que lorsque le compteur 8 n'est pas occupé par la poursuite des signaux en provenance de la' première chaîne. A cette fin l'unité de calcul est programmée selon un logiciel de déclenchement d'une séquence de huit impulsions sur les signaux de la seconde cha!ne, qui est valable pour les deux stations à poursuivre de cette deuxième chaîne. Selon ce logiciel, au top de comptage interne de l'unité de calcul qui détermine l'instant d'adressage du compteur programmable 8 pour la première des huit impulsions du mattre de la deuxième chaTne par exemple, on vérifie si une station de la première chaîne est en cours de prélèvement. Si cela est le cas il n'y a pas d'adressage du compteur en vue d'un prélèvement sur le signal du maitre. S'il n'y a pas de prélèvement sur une station de la première chafne on vérifie encore si l'espace de temps avant l'arrivée du signal de la prochaine station à prendre en compte de la première chaîne est supérieur à une durée prédéterminée, par exemple à 9 millisecondes. Si la réponse est négative il n'y a pas d'adressage du compteur en vue d'un prélèvement sur le signal du maitre de la deuxième chaîne. Par contre si l'espace de temps est supérieur à la durée prédéterminée, l'unité de calcul adresse le compteur programmable 8 pour un prélèvement sur le maître de la deuxième chaîne. Le même processus de vérification a lieu pour un prélèvement sur un signal esclave appartenant au second GRI, c'est-à-dire en provenance de la deuxième chatne. Concernant l'espace de temps disponible pour le prélèvement sur les signaux du GRI 2, on constate que le temps de non occupation du récepteur selon l'invention est égal à 79,7 - 18 = 61,7 millisecondes, soit 77 % du temps total, les 18 millisecondes constituant la durée totale des deux séries de 8 impulsions du mattre et de l'esclave de la première chatne. C'est donc dans cet espace de temps de 61,7 millisecondes que l'on pourrait effectuer les prélèvements sur le GRI 2 si le GRI 1 le permet. En raison de l'espace de temps prédéterminé de 9 millisecondes de sécurité en amont d'un prélèvement sur un signal du GRI, le temps réellement disponible pour le GRI 2 vaut en moyenne 61,7 - 18 - 43,7 millisecondes, soit dans cet exemple 55 % du temps total et danp le temps général environ 50% ce qui est satisfaisant pour assurer la qualité de traitement du signal, l'effet d'un multiplexage. i sur 2 (50 %) entraînant une dégradation dans le rapport signal égal à 3 db suffisamment faible pour être négligé par rapport aux autres effets d'imprécision. Concernant la mesure de la différence de temps par exemple entre les deux signaux maîtres des deux groupes ou chaanes LORAN C, cette mesure s'effectue en retenant la valeur prévue du retard du deuxième signal maître au moment de l'adressage du compteur programmable 8 dans le but du prélèvement sur la première impulsion de la série d'impulsions du signal mattre. Le prélèvement s'effectue lors du passage de la période B vers la période A du premier groupe et tient compte de l'état de la période A ou B de la deuxième chatne, en ajoutant la valeur de la période du GRI 2, c'est-à-dire de la deuxième chatne, si l'état est B. Les périodes A et B successives d'une séquence totale de chaque chaîne sont identifiées en comparant les codes de phase des groupes de huit impulsions au code modèle établi pour les deux périodes A et B. Pour chaque valeur relevée, on retient le reste de la division par 200 microsecondes, qui représente une donnée stable dépendant de la position du récepteur. R E V E ND I C A T I 0 N S 1. Procédé de radiolocalisation d'un véhicule porteur d'un dispositif récepteur, par mesure.des différences de temps de réception de signaux de radiofréquence émis par deux stations émettrices géographiquement éloignées l'une de l'autre, d'au moins un groupe de stations, chaque groupe comprenant au moins deux stations émettrices comportant une station formant émetteur maitre et au moins une station formant émetteur esclave asservie à l'émetteur maitre, chaque station émettant une série d'impulsions électriques rapprochées décalée dans le temps d'une façon prédéterminée, des séries d'impulsions émises par les autres stations, pendant une période de temps prédéterminé, caractérisé en ce que l'on effectue dans un seul canal de réception l'acquisition des signaux et la mesure de la différence de temps de réception des signaux émis par des stations émettrices de deux groupes différents en effectuant les acquisitions et mesures des signaux émis par des stations d'un groupe pendant la période de temps prédéterminé spécifique de ce groupe et en effectuant lesdites acquisition et mesure des signaux des stations émettrices du second groupe pendant l'intervalle de temps laissé disponible par l'acquisition et la mesure des signaux en provenance du premier groupe, pendant la période spécifique de ce premier groupe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant chaque phase d'acquisition et de mesure des signaux en provenance du second groupe, on vérifie si une phase d'acquisition et de mesure de signaux en provenance du premier groupe est en cours ou aura lieu dans un délai de temps prédéterminé avant cette phase et, dans l'affirmatif, on inhibe l'acquisition et la mesure des signaux en provenance du second groupe. 3. Dispositif récepteur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications i à 2, caractérisé par un seul canal de réception comportant un dispositif de prélèvement (7) de données de mesure sur les signaux à mesurer, avantageusement réalisés sous forme d'un générateur d'impulsions d'échantillonnage, un compteur (8) programmable pour la commande du dispositif de prélèvement et une unité de calcul (5) programmée pour effectuer le comptage simultané des positions présumées des signaux à mesurer en provenance des deux groupes de stations émettrices et pour commander le compteur programmable (8). 4. Dispositif récepteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le compter programmable (8) est adapté pour effectuer des cycles de décomptage de durée réglable par l'unité de calcul (5) et à transmettre à celle-ci l'information de fin d'un cycle. 5. Dispositif générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité de calcul (5) est programmée de façon à amener le compteur programmable (8) d'effectuer une séquence de cycles, dont la durée est identique à la période spécifique d'un groupe de stations émettrices, en synchronisme avec cette période, à déterminer dans cette séquence une position présumée d'un signal correspondant à un signal reçu à acquérir et mesurer, à faire varier la durée du cycle du compteur programmable (8) en fonction de cette position présumée avant et après le déclenchement du dispositif de prélèvement (7), de façon à ramener le compteur (8) à effectuer ses cycles de comptage de ladite séquence. 6. Dispositif générateur selon la revendication , caractérisé en ce que pour l'acquisition et la mesure de signaux en provenance de stations émettrices d'un autre groupe de stations dont la période est différente 5. de celle du premier groupe, l'unité de calcul (5) est programmée pour établir dans la séquence établie pour le premier groupe, la position présumée correspondant à la réception d'un signal à acquérir et mesurer du deuxième groupe et pour faire varier deux fois de façon définie le cycle du compteur programmable (8) en fonction de la position présumée, à la manière précitée, pour que celui-ci reprenne ces cycles de comptage de séquence à une position définissable par l'unité de calcul, tout en tenant compte du décalage dans le temps des signaux des émissions maltres des deux groupes, occasionné par les durées de temps différentes des deux périodes. 7. Dispositif récepteur selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, en aval d'un amplificateur sélectif d'entrée (2), un convertisseur analogique-numérique (3) sur lequel agit le dispositif générateur de prélèvement (7) et qui est relié à une mémoire de stockage de mesure susceptible de dialoguer avec l'unité de calcul (5). 8. Dispositif récepteur selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'affichage et de clavier (11) permettant à un utilisateur d'inscrire la ou les périodes des groupes de stations émettrices et les esclaves définis par leur temps de retard par rapport aux mattres, arrondies dans leur période, ainsi qu'une position géographique d'estime.