Brevet FR2621397A1 — publié le 19890407

EQUIPEMENT DE GUIDAGE POUR SYSTEME D'ATTERRISSAGE EN RYPERFREQUENCES La présente invention concerne d'une façon générale un sys- tème d'atterrissage en hyperfréquences et, plus particulièrement, un équipement de guidage comportant un guide azimutal et un guide d'élévation qui constituent une partie de l'installation au sol de ce système et sont réalisés en un seul ensemble. L'installation au sol d'un système d'atterrissage en hyper- fréquences comprend un guide azimutal et un guide d'élévation qui coopèrent pour fournir des informations angulaires. Jusqu'ici, il était courant de réaliser les guides azimutaux et d'élévation indé- pendamment les uns des autres et de mettre en place chacun d'eux à un emplacement différent en raison du procédé de développement, de la manière de fonctionner et d'autres raisons différentes parti- culières à ceux-ci. Cependant, il n'est pas nécessaire que les micro- ondes adaptées séparément pour un guide azimutal et un guide d'ëlé- vation soient émises d'emplacements différents pour la même piste, spécialement dans un héliport. Ces deux guides ont des constructions essentiellement similaires entre elles excepté en ce qui concerne la disposition d'un réseau d'éléments émetteurs constituant une antenne directionnelle d'exploration. Spécifiquement, alors que le réseau d'éléments émetteurs du guide azimutal est réalisé comme un réseau de fentes de guide d'ondes, celui du guide d'élévation est réalisé comme un réseau de dipôles de plaquette de circuits imprimés. Par conséquent, les deux guides différents peuvent partager une partie principale des parties et éléments structurels entre eux excepté pour le réseau d'éléments émetteurs et ils peuvent être fournis en un seul ensemble pour constituer un équipement de guidage simple et économique. Néanmoins, on n'a pas proposé dans le passé un guide azimutal et d'élévation unique. Un système d'atterrissage en hyperfréquences de l'art anté- rieur comportant une antenne directionnelle d'exploration qui est réa- lisée comme un réseau à éléments en phase est fourni avec une redon- dance.Cependant,un amplificateur de puissance,une unité de commuta- tion d'antenne et autres éléments analogues qui sont inclus dans chacun des guides azimutal et d'élévation et constituent des éléments-clé du système ne sont pas fournis avec une redondance. Spécialement, 26213 9 7 quand le système est réalisé selon une configuration double, il est extrêmement difficile de fournir l'unité de commutation d'antenne avec une redondance et, par conséquent, d'augmenter la fiabilité de fonctionnement. Un but de la présente invention est donc de fournir un équi- pement de guidage simple, économique et fiable pour un système d'atterrissage en hyperfréquences en réalisant un guide azimutal et un guide d'élévation en un seul ensemble. Un autre but de la présente invention est de fournir d'une façon générale un équipement de guidage perfectionné pour un système d'atterrissage en hyperfréquences. Un équipement de guidage pour un système d'atterrissage en hyperfréquences de la présente invention comprend un réseau d'élé- ments émetteurs azimutal pour produire un faisceau d'exploration pour un guide azimutal, un réseau d'éléments émetteurs d'élévation pour produire un faisceau d'exploration pour un guide d'élévation,un multiplicateur d'oscillations pour engendrer un signal de radiofré- quence, un circuit de commande pour engendrer en sortie un signal de préambule et des signaux de synchronisation de transmission qui sont affectés individuellement au faisceau de guide azimutal et au faisceau de guide d'élévation, un modulateur pour moduler le signal de radio- fréquence avec le signal de préambule et pour transmettre le signal de radiofréquence modulé ainsi que le signal de radiofréquence qui est sensible aux signaux de synchronisation de transmission, un en- semble d'unités de contrôle de déphasage pour répartir la puissance de signal qui est envoyée aux unités de contrôle de déphasage et réagir individuellement à un signal de commande pour contrôler le niveau de la puissance de signal à appliquer à un élément émet- teur du réseau d'éléments émetteurs azimutal ou à un élément émet- teur du réseau d'éléments émetteurs d'élévation et la phase de com- mande de l'élément émetteur, un diviseur de puissance pour répartir la puissance de signal engendrée en sortie du moyen modulateur parmi un ensemble des unités de contrôle de déphasage, et une unité de commande d'exploration pour fournir le signal de commande à chacune d'un ensemble des unités de contrôle de déphasage en réponse aux signaux de synchronisation de transmission et commander les unités de contrôle de déphasage de telle sorte qu'à un temps de synchronisation de transmission du signal de préambule, la caractéristique de diagramme de rayonnement du réseau d'élé- vation d'éléments émetteurs est changée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven- tion seront mis en évidence dans la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est un schéma fonctionnel de principe représen- tant une installation au sol d'un système d'atterrissage en hyper- fréquences de l'art antérieur; la Figure 2 est un diagramme des temps représentant à titre d'exemple des synchronisations de transmission; la Figure 3 est un schéma fonctionnel de principe représen- tant un exemple de réalisation de l'équipement de guidage selon la présente invention; et la Figure 4 est un schéma fonctionnel représentant schémati- quement une construction spécifique d'une unité de contrôle de phase selon la présente invention. Pour mieux comprendre la présente invention, on va se référer brièvement à l'installation au sol d'un système d'atterrissage en hyperfréquences de l'art antérieur, représentée sur la Figure 1. Comme on le voit, le système d'atterrissage est constitué dans son ensemble par un guide azimutal et un guide d'élévation. Le guide azimutal comprend des éléments émetteurs 201 qui sont disposés en un réseau, des dispositifs de déphasage 203, un diviseur de puissance 204, une antenne auxiliaire 206, une unité de commutation d'antenne ou un commutateur d'antenne 207, un amplificateur de puissance 208, un modulateur 209, un multiplicateur d'oscillations 210,uneunité de commanded'exploration 212, et un circuit de commande 214. Pareil- lement, le guide d'élévation comprend des éléments émetteurs 202 disposés en un réseau, des dispositifs de déphasage 203, un diviseur de puissance 205, une antenne auxiliaire 206, une unité de commuta- tion d'antenne 207, un amplificateur de puissance 208, un modulateur 209, un multiplicateur d'oscillations 210, une unité de commande d'exploration 213, et un circuit de commande 215. 262 13 9 7 Le multiplicateur d'oscillations 210 engendre un signal de radiofréquence dont la fréquence se trouve dans la bande C (bande de 5 gigahertzs) et l'envoie au modulateur 209. Chacun des circuits de commande 214 et 215 produit un signal de préambule et un signal de synchronisation de transmission. Le signal de préambule comprend un signal de référence pour effectuer la mesure du temps sur des avions et un signal d'identification de fonction. Le signal de préambule est appliqué sour la forme d'un signal de modulation 216 ou 217 au modulateur 209 alors que le signal de synchronisation de transmission est envoyé comme signal de synchronisation 218 ou 219 à l'unité de commande d'exploration212 ou213. En réponse, le modu- lateur 209 module le signal de radiofréquence avec son signal de modulation associé 216 ou 217 par une opération DPSK (manipulation différentielle de déphasage) pour produire un signal de code numé- rique. Après transmission du signal de modulation 216 ou 217, le modulateur 209 continue à appliquer le signal de radiofréquence à l'amplificateur de puissance 208 jusqu'à ce qu'une période de temps prédéterminée soit écoulée. L'amplificateur de puissance 208 am- plifie le signal de sortie du modulateur 209 jusqu'à un niveau de puissance prédéterminé et envoie le signal amplifié à une borne d'entrée de signaux de l'unité de commutation d'antenne 207. L'unité de commutation d'antenne 207 envoie sélectivement une puissance à l'antenne auxiliaire 206 et à une antenne directionnelle d'exploration àdes temps de synchronisation adéquats qui sont défi- nis par un signal de commande d'unité de commutation 222 ou 223. L'antenne directionnelle d'exploration est constituée par le réseau d'éléments émetteurs 201 ou 202, les dispositifs de déphasage 203 étant chacun associés à un élément respectif des éléments émetteurs principaux du réseau d'antenne 201 ou 202, et le diviseur de puis- sance 204 pour répartir la puissance parmi les dispositifs de dépha- sage 203. Un signal de commande d'exploration 220 ou 221 est envoyé aux dispositifs de déphasage individuels 203. L'unité de commande d'exploration 212 engendre en sortie le signal de commande d'unité de commutation 222 ou 223 et le signal de commande d'exploration 220 ou 221 en fonction du signal de synchronisation 218 ou 219 qui lui est appliqué par le circuit de commande 214 ou 215.I1 en résulte que l'antenne directionnelle d'exploration du guide azimutal et celle du guide d'élévation sont commutées dans le temps de manière à exécuter une exploration directionnelle. Avant l'exploration di- rectionnelle, un signal de préambule est émis par l'antenne auxi- liaire 206 qui est associée à l'antenne directionnelle d'exploration. Comme le montre la Figure 2, on suppose à titre d'exemple qu'on a une période d'exploration en élévation A, une période d'ex- ploration azimutale B, une période d'exploration en élévation A et une période d'exploration en élévation A dans cet ordre. Ensuite, un signal de préambule P apparaît au début de chaque période d'ex- ploration. L'antenne directionnelle d'exploration du guide azimutal définit un faisceau en éventail large verticalement et étroit hori- zontalement et se déplace dans un mouvement de va-et-vient dans la direction azimutale. D'autre part, l'antenne directionnelle d'explo- ration du guide d'élévation forme un faisceau en éventail large ho- rizontalement et étroit verticalement et le déplace dans un mouve- ment de va-et-vient dans la direction d'élévation. La synchronisa- tion des temps de synchronisation de transmission des guides azi- mutal et d'élévation est établie par un signal de synchronisation 211 qui est envoyé par le circuit de commande 214 au circuit de com- mande 215. Comme il ressort de la Figure l, le guide azimutal et le guide d'élévation sont essentiellement analogues en construction excepté pour deux points: le réseau d'élément émetteurs 201 est réalisé com- me un réseau de fentes de guide d'ondes alors que le réseau d'élé- ments émetteurs 202 est réalisé comme un réseau de dipâles de pla- quette de circuits imprimés et les signaux de modulation 216 et 217 et les signaux de synchronisation 218 et 219 qui sont engendrés en sortie des circuits de commandes 214 et 215, respectivement, sont différents les uns des autres. Néanmoins, les circuits de commande 214 et 215 peuvent être réalisés selon pratiquement la même construc- tion, c'est-à-dire, les deux guides différents peuvent partager une partie principale des parties et éléments de structure entre eux excepté pour les réseaux d'éléments émetteurs. La présente invention fournit avec succès le guide azimutal et le guide d'élévation dans une configuration unitaire. On va décrire dans la suite un exemple de réalisation préféré de la pré- sente invention en se référant aux Figures 3 et 4. Sur la Figure 3, on a représenté un équipement de guidage mettant en oeuvre la présente invention qui est indiqué dans son ensemble par la référence numérique 10. Comme on l'a représenté, l'équipement de guidage 10 comprend un réseau d'éléments émetteurs 12 adapté pour un guide d'élévation et un réseau d'éléments émet- teurs 14 adapté pour un guide azimutal. Bien que les réseaux 12 et 14 soient représentés comme comprenant le même nombre d'éléments émetteurs, ce n'est qu'à titre représentatif et non essentiel. L'équipementl10 comprend en outre un ensemble d'unités de contrôle de phase 16. Généralement, le nombre des unités de contrôle de phase 16 est égal à celui des éléments émetteurs d'un des deux réseaux d'éléments émetteurs qui comporte plus d'éléments émetteurs que l'autre. Dans l'exemple de réalisation représenté, puisque les deux réseaux d'éléments émetteurs sont identiques en ce qui concerne le nombre d'éléments, les unités de contrôle de phase 16 sont associées chacune à un des éléments émetteurs du réseau 12 et à un des éléments émetteurs du réseau 14. On va décrire en détail dans la suite une réalisation spécifique d'une telle unité de contrôle de phase 16 en se référant à la Figure 4. Dans l'équipement 10 sont également inclus un diviseur de puissance 18, un multiplicateur d'oscillations , un modulateur 22, un circuit de commande 24, et une unité de commande d'exploration 26 qui sont essentiellement identiques à ceux représentés sur la Figure 1 en ce qui concerne leurs fonctions. En fonctionnement, le multiplicateur d'oscillations 20 engen- dre un signal de radiofréquence qui se trouve dans la bande de gigahertzs et l'envoie au modulateur 22. Le circuit de commande 24 engendre en sortie un signal de préambule ainsi que des signaux de synchronisation de transmission qui sont affectés individuellement à un faisceau de guide azimutal et à un faisceau de guide d'éléva- tion. Le signal de préambule et les signaux de synchronisation de transmission sont délivrés au modulateur 22 alors qu'en même temps, les signaux de synchronisation de transmission sont appliqués à l'unité de commande d'exploration 26. Le signal de préambule peut comporter un contenu différent pour chaque guide parmi le guide 26 2 1 3 9 7 azimutal et le guide d'élévation. Le modulateur 22 module le signal de radiofréquence avec le signal de préambule selon le principe d'opération DPSK et envoie son signal de sortie au diviseur de puis- sance 18 ainsi que le signal de radiofréquence qui est sensible aux signaux de synchronisation de transmission. En réponse, le diviseur de puissance 18 répartit la puissance de signal de sortie du modu- lateur 22 parmi un ensemble des unités de contrôle de phase 16. En même temps, l'unité de commande d'exploration 26 répond au signal de préambule et aux signaux de synchronisation de transmission pour délivrer à l'ensemble des unités de contrôle de phase 16 un signal de commande qui définit un plan vertical pour l'émission d'un signal de préambule et d'un signal de commande d'exploration. Comme le montre la Figure 4, chacune des unités de contrôle de phase 16 comprend un pré-amplificateur 101, un atténuateur varia- ble 102, un dispositif de déphasage 103, un amplificateur de com- mande 104, un amplificateur de puissance azimutale 105a, un amplifi- cateur de puissance en élévation 105b, un circuit de commande 106, une borne d'entrée 107, une borne de sortie azimutale 108a, et une borne de sortie en élévation 108b. En réponse à un signal de commande d'exploration 111 provenant de l'unité de commande d'exploration 26, le circuit de commande 106 engendre différentes sortes de signaux de commande prédéterminés, c'est-à-dire, des signaux de commande 109, 103 et un signal de commande de mise en circuit-hors circuit 112. Les signaux de commande 109 et 110 sont envoyés respectivement à l'atténuateur variable 102 et au dispositif de déphasage 103, alors que le signal de commande de mise en circuit-hors circuit 112 est acheminé jusqu'à l'amplificateur de puissance azimutale 105a et à l'amplificateur de puissance en élévation 105b, ces parties structurelles étant de la sorte commandées chacune dans un état pré- déterminé. Le signal de sortie du diviseur de puissance 18 est appli- qué par la borne d'entrée 107 au pré-amplificateur 101 pour être am- plifié et acheminé ensuite jusqu'à l'atténuateur variable 102 pour être atténué d'une quantité nécessaire. Le signal de sortie de l'at- ténuateur variable 102 est envoyé au dispositif de déphasage 103 pour être déphasé d'une quantité nécessaire et ensuite amplifié par l'amplificateur de commande 104. Le signal de sortie de l'amplificateur 2621397. de commande 104 est réparti parmi les amplificateurs de puissance azimutale et en élévation 105a et 105b. Les amplificateurs de puissance azimutale et en élévation a et 105b sont respectivement commandés chacun dans un état de fonctionnement et un état de non fonctionnement par le signal de mise en circuit-hors circuit 112. Spécifiquement, l'amplificateur de puissance azimutale 105a est mis en fonctionnement à un temps de synchronisation d'exploration directionnelle pour le guide azimutal, l'amplificateur de puissance en élévation 105b restant dans un état de non fonctionnement. Dans ces conditions, le signal de sortie de l'amplificateur de puissance 105a est acheminé par la borne de sor- tie azimutale 18a jusqu'à des éléments associés des éléments émet- teurs du réseau 14 de manière à les commander dans une phase prédé- terminée. Inversement, à un temps de synchronisation d'exploration directionnelle pour le guide d'élévation, l'amplificateur de puis- sance en élévation 105b passe à un état de fonctionnement pour en- voyer son signal de sortie à des éléments associés des éléments émetteurs du réseau 12 par la borne de sortie en élévation 18b, ce qui les commande dans une phase prédéterminée. A chacun des temps de synchronisation d'exploration directionnelle pour le guide azimutal et le guide d'élévation, l'amplitude de signal appliquée au réseau d'éléments émetteurs est contrôlée par l'atténuateur variable 102 pour avoir une répartition de Taylor, et la quantité de déphasage est contrôlée par le dispositif de déphasage 103 dans un rapport de correspondance avec l'angle de faisceau. Dans cette réalisation, les réseaux d'éléments émetteurs 12 et 14 peuvent définir individuel- lement des faisceaux en éventail pour le guide d'élévation et le guide azimutal qui sont comparables à ceux de l'art antérieur. Quand un signal de préambule doit être transmis pour n'importe lequel du guide azimutal et du guide d'élévation, l'amplitude et la phase d'un signal à envoyer aux éléments émetteurs du réseau de guide d'élévation 12 sont contrôlées alors qu'en même temps, le signal appliqué aux éléments émetteurs qui sont placés dans les par- ties extrêmes opposées du réseau 12 est interrompu. Il en résulte que la longueur d'ouverture est changée pour définir un diagramme de rayonnement qui est presque identique à un diagramme de rayonnement 2 262139 7 propre à l'antenne auxiliaire classique. De cette manière, l'exem- ple de réalisation représenté élimine la nécessité de l'antenne auxiliaire et met en oeuvre le réseau d'éléments émetteurs 12 à deux fins différentes, c'est-à-dire, pour former un faisceau desti- né au guide d'élévation et transmettre un signal de préambule. On doit noter que l'amplificateur de puissance azimutale 105a est mis à un état de non fonctionnement quand un signal de préambule doit être transmis. Comme on l'a décrit plus haut, l'exemple de réalisation re- présenté est aussi satisfaisant que celui de l'art antérieur eneffec- tuant latransmission de signaux de préambule et l'exploration directionnelle aux temps de synchronisation typiques indiqués sur la Figure 2. Dans l'exemple de réalisation représenté, il ne s'agit pas de prévoir unamplificateur de puissance dans un étage d'entrée d'un répartiteur de puissance mais les dispositifs de déphasage 16 qui amplifient de façon variable la puissance à un niveau convenable individuellement. De la sorte, le besoin d'un transistor de puis- sance élevée coûteux est éliminé. En outre, en ce qui concerne l'am- plificateur de puissance et l'unité de commutation d'antenne utili- sés jusqu'à maintenant, une redondance équivalente peut être obtenue pour qu'un système très fiable soit réalisé sans avoir recours à un agencement double coûteux. En résumé, on voit que la présente invention fournit un équi- pement de guidage pour un système d'atterrissage en hyperfréquences dans lequel un seul circuit suffit à la fois pour la formation sélective d'un faisceau d'exploration azimutale et d'un faisceau d'exploration en élévation et la transmission de signaux de préambule. Plus spécifiquement, la présente invention fournit un équipement de guidage simple, économique, de petites dimensions, léger et fiable en réalisant le guide azimutal et le guide d'élévation classiques en un seul ensemble. Différentes modifications deviendront possibles pour l'homme de l'art après avoir reçu les enseignements de la présente mise à jour sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Equipement de guidage pour un système d'atterrissage en hyperfréquences comprenant: un réseau d'éléments émetteurs azimutal (14) pour produire un faisceau d'exploration pour un guide azimutal; un réseau d'éléments émetteurs d'élévation (12) pour produire un faisceau d'exploration pour un guide d'élévation; un moyen multiplicateur d'oscillations (20) pour engendrer un signal de radiofréquence; un circuit de commande (24) pour engendrer en sortie un si- gnal de préambule et des signaux de synchronisation de transmission qui sont affectés individuellement au faisceau de guide azimutal et au faisceau de guide d'élévation; un moyen modulateur (22) pour moduler le signal de radiofré- quence avec le signal de préambule et transmettre le signal de radiofréquence modulé ainsi que le signal de radiofréquence qui est sensible aux signaux de synchronisation de transmission; un ensemble de moyens de contrôle de déphasage (16) pour répartir la puissance de signal qui est envoyée aux moyens de con- trôle de déphasage et réagissant individuellement à un signal de commande pour contrôler le niveau de la puissance de signal à appli- quer à un élément émetteur du réseau d'éléments émetteurs azimutal ou à un élément émetteur du réseau d'éléments émetteurs d'élévation et la phase de commande de l'élément émetteur; un moyen diviseur de puissance (18) pour répartir la puissance de signal engendrée en sortie du moyen modulateur parmi un ensemble des moyens de contrôle de déphasage; et un moyen de commande d'exploration (26) pour délivrer le signal de commande à chacun d'un ensemble des moyens de contrôle de déphasage en réponse aux signaux de synchronisation de transmission et commander les moyens de contrôle de déphasage de telle sorte qu'à un temps de synchronisation de transmission du signal de préambule, la caractéristique de diagramme de rayonnement du réseau d'éléments émetteurs d'élévation est changée. 2. Equipement de guidage selon la revendication l,dans lequel, 2621397- lorsque les éléments émetteurs du réseau d'éléments émetteurs azi- mutal (14) et les éléments émetteurs du réseau d'éléments émetteurs d'élévation (12) sont différents ennombre, les moyens de contrl1e de déphasage sont égaux en nombre aux éléments émetteurs d'un des réseaux d'éléments émetteurs azimutal et d'élévation qui a un plus grand nombre d'éléments émetteurs que l'autre.