Brevet FR2614456A1 — publié le 19881028

À La présente invention concerne les systèmes anti- collision destinés à des véhicules tels que les aéronefs, et mettant en oeuvre les signaux normaux de systèmes de balayage de faisceaux radar utilisés pour la régulation du trafic des aéronefs, ces systèmes étant du type ATCRBS, afin que, à une station propre, les positions de la station propre et d'autres stations équipées d'émetteurs- récepteurs, se trouvant dans des zones communes à au moins deux postes secondaires de surveillance à radar (SSR), soient déterminées. De nombreux systèmes anti-collision mettant en oeuvre les signaux ATCRBS ont déjà été utilisés ou proposés. Certains donnent simplement une indication ou un signal d'alarme relatif à la proximité de la station propre et d'autres stations. Certains nécessitent des transmissions actives de signaux pour la détermination d'une distance. D'autres nécessitent des transmissions de données à partir d'un appareillage placé au sol et par des liaisons. Tous risquent plus ou moins de donner des fausses alarmes ou de ne pas donner l'alarme nécessaire ou de perturber les signaux radioélectriques, ces conditions apparaissant souvent dans les espaces aériens encombrés, lorsque de telles défaillances sont les moins tolérables. L'obtention de la détermination des gisements à partir d'informations souhaitables de la station propre et d'autres stations a été difficile jusqu'à présent, et des systèmes proposés ayant des antennes directionnelles et de type aéroporté, se sont révélés trop peu fiables et trop coiteux pour pouvoir être utilisés en pratique. Bien que des impulsions de Nord puissent être utilisées pour la détermination des gisements, l'invention évite la nécessité des appareils de détermination des impulsions de Nord qui doivent être montés sur les radars secondaires SSR. L'invention met en oeuvre les techniques décrites dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4 021 802 et dans les brevets auxquels celui-ci se réfère, avec des données mémorisées d'emplacement et d'indicatif de tous les radars secondaires SSR existants ou seulement de radars sélectionnés, afin que les emplacements géographiques d'une station propre et toutes les autres stations équipées d'émetteurs-récepteurs soient déterminés dans une zone intéressante qui est desservie par au moins deux radars secondaires. Les conditions nécessaires sont en général satisfaites très largement chaque fois que le trafic aérien est suffisant pour qu'un système anti-collision soit nécessaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un diagramme synoptique d'un mode de réalisation préféré de l'invention; et la figure 2 est un schéma géométrique utilisé pour l'explication du fonctionnement de l'appareil de la figure 1. On se réfère à la figure 1; l'appareil placé à une station propre, par exemple à bord d'un aéronef ou d'un autre véhicule, comporte un émetteurrécepteur ATCRBS classique 1 destiné à recevoir des interrogations classiques de radar SSR à 1 030 MHz et à renvoyer des réponses à celui-ci à 1 090 MHz. Il est destiné à transmet- tre une impulsion de sortie après réception de chaque interrogation, avec une relation temporelle prédéterminée par rapport à l'interrogation reçue. Un réception 2 à 1 090 MHz est destiné à recevoir les signaux de réponse des autres émetteurs-récepteurs à sa portée, avec transmission d'impulsions de sortie correspondant à de telles réponses. Un altimètre et codeur 3 est relié à l'émetteur-récepteur 1 afin que l'altitude de la station propre soit incluse dans les réponses. Un dispositif 4 de mémorisation, de préférence un registre permanent tel qu'une mémoire passive (ROM), contient un listage organisé de tous les radars secondaires SSR qui peuvent être utilisés avec l'appareil, et comprenant l'indicatif et l'emplacement géographique de chaque radar. L'indicatif d'un radar secondaire est la combinaison distinctive de la période de rotation (P) du faisceau principal et de la caractéristique de répétition d'impulsions (PRC) affectée à ce radar particulier. Le terme "caractéristique" est utilisé compte tenu du fait que certains radars ont des périodes fixes de répétition d'impulsions, et que d'autres ont des périodes "décalées" de répétition d'impulsions, le temps compris entre des interrogations successives variant avec une séquence prédéterminée. Par exemple, une période décalée de répétition d'impulsions se répète de façon continue, et permet la réception d'au moins deux séquences complètes pendant le passage en rotation d'un faisceau principal d'un radar. Comme il n'existe que quelques milliers de radars SSR actuellement installés dans le monde, la mémorisation des emplacements et des indicatifs de tous les radars dans le dispositif 4 est facile, le cas échéant. Un dispositif 5 de mémorisation est destiné à contenir des données déterminant la position estimée de la station propre, ces données pouvant être introduites manuellement ou par un autre dispositif externe tel qu'un appareil "Loran" C comme indiqué par la flèche 6. Le dispositif 5 est destiné à conserver les données introduites en dernier, éventuellement lorsque l'appareil n'est pas en fonctionne- ment, avec remplacement des données présentes par des données révisées ou remises à jour lorsque de telles données sont transmises par une ligne 7. Les données actuelles de position estimée de la station propre sont transmises à un sélecteur 8 de radar SSR qui comporte un comparateur de données monté de manière connue afin qu'il sélectionne, en fonction de leur position mémorisée dans le dispositif 4 et de la position estimée de la station propre, tous les radars se trouvant par exemple à moins de 180 km de la position de la station propre. La fenêtre de sélection peut être réglable et elle peut être réalisée de manière que cinq des radars les mieux localisés soient sélectionnés par exemple. Les indicatifs et les emplacements des radars choisis sont transmis à un ordinateur A, T et H 9 (azimut, temps d'arrivée et altitude). Les impulsions relatives aux interrogations, provenant du récepteur de l'émetteur-récepteur 1 de la station propre, les réponses des autres stations, provenant du récepteur 2, et l'altitude codée de la station propre provenant de l'altimètrecodeur 3 parviennent aussi aux entrées de l'ordinateur 9 qui peut être pratiquement analogue à celui qui est décrit dans le brevet des Etats- Unis d'Amérique n 4 021 802 et notamment en référence aux trois quarts supérieurs de la figure 3, et plus précisément en référence aux éléments qui y portent les références 301 à 304 et 306 à 319. Les circuits sélecteurs PRC (caractéristique de répétition des impulsions) correspondant aux éléments 301 et 304 sont réglés par le sélecteur 8 afin que les interrogations des radars détectés et les réponses qu'ils provoquent soient acceptées. L'ordinateur 9 travaille de la manière décrite dans le brevet précité des Etats-Unis d'Amérique n 4 021 802 et forme des données de sortie représentant la différence de temps d'arrivée T, la différence d'azimut A et la différence d'altitude H pour toutes les autres stations, par rapport à la station propre, avec l'identité de l'autre station ainsi que l'identité ou indicatif du radar à partir duquel ces données ont été obtenues. Ces données apparaissent habituellement en série par salves séparées, suivant une séquence qui dépend des positions des stations qui participent et des périodes de rotation des radars. Les données provenant de l'ordinateur 9 sont conservées, dès qu'elles sont disponibles, dans un dispositif tampon 10 qui comporte un groupe de registres, destinés chacun à conserver en association des données A, T et H concernant une autre station identifiée, avec l'identité de l'autre station et l'emplacement du radar à partir desquels ces données ont été obtenues. Lorsque le jeu des données à été complété, le circuit tampon 10 le présente à un ordinateur 11 de calcul de position. Lorsque ce dernier a terminé un calcul en cours et est libre, il accepte le jeu présenté de données et libère le registre tampon respectif afin qu'il puisse accumuler un autre jeu. L'ordinateur 11 peut être un ordinateur d'emploi universel de petite dimension ou un dispositif spécialisé, programmé de manière qu'il calcule les positions géographiques de la station propre et des autres stations. Un premier type de programme qui a été utilisé de manière satisfaisante à cet effet met en oeuvre l'algorithme "Simplex", tel que décrit à partir de la page 340 du numéro de mai 1984 de "Byte", un périodique publié par McGraw-Hill Inc. L'ordinateur 11 transmet des signaux de sortie représentant les positions de la station propre et d'une autre station identifiée, pour chaque jeu de données. Habituellement, il termine le calcul nécessaire avant qu'un jeu suivant de données ne soit disponible. Lorsque le calcul nécessite plus de temps, par exemple lorsque l'estimation initiale de la position de la station propre est très erronée, les données sont conservées dans le circuit tampon jusqu'à ce que l'ordinateur de calcul de position soit prêt à les accepter. Les données de position de la station propre et d'une autre station, qui peuvent être en format longitude- latitude par exemple, et d'autres données associées au code d'identité, sont transmises à un convertisseur 12 de coordonnées de type connu. Le convertisseur forme des signaux de sortie représentant la distance et le gisement de l'autre station identifiée par rapport à la station propre. Un générateur 13 d'affichage, lui aussi de type connu, utilise des signaux de sortie afin qu'ils forment des signaux de commande d'un dispositif 15 d'affichage, tel qu'un tube à rayons cathodiques, destiné à identiquer la distance, le gisement et le code d'identité d'une autre station. Le cap de la station propre, obtenu à partir d'un dispositif 14 tel qu'un compas, peut aussi être transmis au générateur 13 afin qu'il permette l'orientation de l'affichage par rapport à son cap. La figure 2 est une vue en plan ou une représentation sous forme de carte des positions connues de deux radars SSR1 et SSR2 et des positions (initialement inconnues) de la station propre et d'une autre station. Les azimuts différentiels Ai et A2 de la station propre et de l'autre station par rapport aux radars SSR1 et SSR2 sont déterminés par l'ordinateur 9, de même que les différences de temps d'arrivée T1 et T2 de la station propre et de l'autre station, à partir des radars SSR1 et SSR2 respectivement. La longueur et la direction de la droite D reliant les radars sont connues ou peuvent être obetenues directement d'après des positions connues des radars. Ri et R2 désignent les droites reliant la station propre au radar SSR1 et au radar SSR2 et Si et S2 sont celles qui correspondent à l'autre station, par rapport aux radars. Si l'on suppose que la station propre a une certaine position estimée qui ne coïncide pas habituellement avec sa position véritable, les longueur et direction correspon- dantes des droites de position Ri et R2 peuvent être facilement déterminées. A partir des directions et des valeurs connues de Ai et A2, les directions correspondantes des droites Si et S2 peuvent alors être calculées. La position de l'autre station se trouve à l'intersection des droites Si et S2. Lorsque la position initialement estimée de la station propre est convenable, T1 devient: 1/c (Si + Y - Ri) après prise en compte des retards du système, dans les émetteurs-récepteurs, c étant la vitesse de propagation des ondes radioélectriques. T2 est alors sous la forme: 1/c (S2 + Y - R2) Ces valeurs calculées de T1 et T2 sont comparées aux valeurs réelles données par l'ordinateur 9. Lorsqu'elles sont en accord, l'hypothèse était convenable et les positions véritables de la station propre et de l'autre station ont été déterminées. En cas de désaccord, l'hypothèse n'était pas convenable et une nouvelle hypothèse doit être faite, l'opération étant répétée. Un algorithme par récurrence, par exemple l'algorithme précité "Simplex" donne une meilleure estimation d'une position d'une station propre à chaque itération, avec convergence vers la position véritable aussi près que possible vers celle-ci. Lorsque la position de la station propre est établie par l'algorithme précédent, un algorithme différent connu, par exemple un filtrage de Kalman, peut être utilisé pour la remise à jour des positions de la station propre et de l'autre station d'après les données ultérieures. Le nombre d'itérations nécessaires dépend du degré de précision voulu et peut être très faible lorsque l'estimation originale était raisonnablement proche. Bien qu'on ait décrit l'opération dans le cas de deux radars SSR et d'une autre station, il est le même lors de l'utilisation de plus de deux radars et d'un nombre pratiquement quelconque d'autres stations, puisqu'aucune transmission radioélectrique, autre que celles qui sont déjà utilisées par les systèmes de commande du trafic aérien actuel, n'est nécessaire. Les approximations s'améliorent avec le nombre de participants. L'ordinateur 11 peut être réalisé de manière qu'il utilise le même algorithme par estimation de l'emplacement d'une autre station comme point de départ. Ce mode serait avantageux par exemple lorsqu'une autre station a un emplacement fixe connu, par exemple sur une tour ou à la partie supérieure d'une montagne. L'estimation initiale est alors convenable, et l'estimation de la station propre est déterminée immédiatement, sans approximations successives. Les positions d'autres stations supplémentaires se trouvant dans la zone couverte peuvent être déterminées ensuite à l'aide de la position déterminée pour la station propre, utilisée comme position estimée. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils et procédés Z614456 qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de détermination des positions d'une station propre et d'une autre station équipée d'un émetteur-récepteur, se trouvant dans une zone de recouvrement de deux radars secondaires SSR au moins, occupant des emplacements connus, ledit appareil, placé à la station propre, comprenant: a) un dispositif (1) destiné à recevoir les interrogations émises par les radars, b) un dispositif (8) d'identification des radars d'après leurs caractéristiques de répétition d'impulsions et leurs périodes de rotation de faisceau, c) un dispositif (5) destiné à mémoriser et retrouver les emplacements géographiques des radars identifiés, d) un dispositif (2) destiné à recevoir des réponses émises par l'autre station à la suite des interrogations, e) un dispositif d'identification d'une autre station à partir de ses réponses, f) un dispositif d'identification du radar ayant provoqué une telle réponse à partir de la caractéristique de répétition des impulsions, g) un dispositif (9) destiné à déterminer, d'après les relations dans le temps des interrogations et des réponses reçues, des données déterminant la position de l'autre station par rapport à la station propre, en coordonnées de différence d'azimut (A) et de différence de temps d'arrivée (T), et h) un dispositif (11) destiné à calculer les positions de la station propre et de l'autre station à partir des données et des positions connues des radars. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif (11) de calcul comprend: i) un dispositif destiné à accepter une estimation initiale de la position d'une première station choisie parmi la station propre et l'autre station, j) un dispositif de calcul d'une position estimée d'une seconde station parmi la station propre et l'autre station, à partir de la position estimée et des données concernant une première coordonnée et les positions des radars, k) un dispositif de calcul des données d'estimation concernant la second coordonnée de la position estimée de la première station choisie parmi la station propre et l'autre station, et 1) un dispositif destiné à comparer les dernières données calculées aux données réelles concernant la seconde position afin que la première position estimée initiale soit corrigée. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première position estimée initiale est celle de la station propre. 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première position estimée initiale est celle de l'autre station. 5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première coordonnée est la différence d'azimut (A) et l'autre coordonnée est la différence de temps d'arrivée (T). 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (15) d'affichage des positions des stations. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif (15) d'affichage de la distance et du gisement de l'autre station par rapport à la station propre. 8. Procédé de détermination des positions d'une station propre et d'une autre station équipée d'un émetteur- récepteur, dans une zone de recouvrement d'au moins deux radars secondaires SSR, occupant des emplacements connus, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: a) la réception, au niveau de la station propre, des interrogations émises par les radars, b) l'identification des radars d'après leurs caractéristiques de répétition d'impulsions et leurs périodes de rotation de faisceau, c) la détermination des emplacements géographiques des radars, préalablement mémorisés, d) la réception, au niveau de la station propre, des réponses émises par l'autre station à la suite des interrogations, e) l'identification de l'autre station d'après ses réponses, f) l'identification du radar ayant provoqué une telle réponse, d'après la caractéristique de répétition des impulsions, g) la détermination, d'après les relations dans le temps entre les interrogations reçues et les réponses reçues, de données déterminant la position relative de l'autre station par rapport à la station propre, en coordonnées de différence d'azimut (A) et de différence de temps d'arrivée (T), et h) le calcul, à partir de ces données et des positions connues des radars, des positions des stations propre et autre. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes: i) la formation d'une position estimée initiale d'une première station parmi la station propre et l'autre station, j) le calcul d'une position estimée de la seconde station parmi la station propre et l'autre station, à partir de la position estimée et des données concernant une première coordonnée et des positions des radars, k) le calcul, à partir de cette dernière estimation, de données concernant la seconde coordonnée de la position estimée de la première station parmi la station propre et l'autre station, et 1) la comparaison des dernières données calculées aux données réelles concernant la seconde coordonnée afin que la première position estimée intiale soit coorigée. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première position estimée initiale est celle de la station propre. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première position estimée initiale est celle de l'autre station. 12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première coordonnée est la différence d'azimut (A) et l'autre coordonnée est la différence de temps d'arrivée (T). 13. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'affichage des positions des stations. 14. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'affichage de la distance et du gisement de l'autre station par rapport à la station propre.