Brevet FR2655174A1 — publié le 19910531

La présente invention concerne la localisa- tion radioélectrique de véhicules mobiles tels que des aéronefs équipés de transpondeurs, et elle porte plus particulièrement sur des perfectionnements de l'inven- tion qui est décrite dans le brevet des E U A no 4 115 771. Le système qui est décrit dans le brevet des E.U A N O 4 115 771 fournit fondamentalement toute l'information qui serait disponible avec un radar de surveillance secondaire (ou SSR) réel placé au site du radar de surveillance secondaire virtuel, décrit dans le brevet précité, sans émettre de signaux et avec un coût égal à une fraction de celui d'un radar de sur- veillance secondaire réel Ni le radar de surveillance secondaire virtuel, ni le radar de surveillance secon- daire réel n'ont l'obligation de rester dans des posi- tions fixes; leurs positions courantes peuvent être déterminées de façon continue par des moyens connus, tels que le Loran C, ce qui permet au système de fonc- tionner à partir de bases mobiles, telles par exemple qu'un aéronef du système de surveillance AWACS. Dans certains conditions qui apparaissent rarement et qui sont habituellement tout à fait tran- sitoires, l'information concernant la distance d'un aéronef cible par rapport au radar de surveillance se- condaire virtuel, peut devenir erronée ou indéterminée. Dans un cas tout à fait exceptionnel dans lequel de telles conditions existent pendant plus de quelques secondes, la situation pourrait devenir gênante, en particulier s'il existe deux aéronefs cibles, ou plus, à la même altitude. Conformément à l'invention, la condition précitée est détectée à la station de radar de sur- veillance secondaire virtuel, et cette détection dé- clenche l'émission par la station de plusieurs inter- rogations dans la format du système de balise radio- électrique de contrôle de la navigation aérienne (ou ATCRBS), avec un diagramme directionnel étroit qui est pointé vers le radar de surveillance secondaire réel. Ceci fournit à la station de radar de surveillance se- condaire virtuel une information de distance active concernant tout aéronef équipé de transpondeur qui se trouve sur la ligne entre les radars de surveillance secondaire réel et virtuel, ou au voisinage de cette ligne L'information de distance active est visualisée à la station de radar de surveillance secondaire vir- tuel, en compagnie d'autres informations de position qui sont obtenues de façon passive, de la manière qui est décrite dans le brevet des E U A N O 4 115 771. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un schéma synoptique mon- trant un mode de réalisation de l'invention; et La figure 2 est un schéma géométrique qu'on utilise dans l'explication du fonctionnement de l'ap- pareil de la figure 1. En considérant la figure 1, on note que les éléments qui sont désignés par-les références 1-10 et 12-16 sont identiques aux éléments désignés de façon similaire qui sont représentés sur la figure 1 du bre- vet des E U A N O 4 115 771, et qui sont décrits de la colonne 2, ligne 22 à la colonne 3, ligne 66 Les éléments 11, 17, 18 et 20-22 du brevet précité et leurs fonctions sont omis dans le cas présent, du fait qu'ils ne font pas partie de l'invention. Une antenne directionnelle 30 est conçue de façon à produire un faisceau rayonné ayant par exemple une largeur de trente degrés, qui est pointé vers un radar de surveillance secondaire réel Un dispositif actif de mesure de distance 31 est connecté à l'anten- ne 30 Le dispositif 31 comprend un émetteur à 1030 M Hz, similaire à celui d'un radar de surveillance se- condaire, mais de puissance très inférieure, un codeur d'interrogation, un récepteur à 1090 M Hz et un déco- deur de réponse, tous similaires à ceux d'un radar de surveillance secondaire de type classique, mais conçus pour fonctionner à une cadence d'interrogation très inférieure, par exemple une cadence comprise entre le dixième et le centième de celle d'un radar de surveil- lance secondaire de type classique. L'antenne 30 est également connectée par l'intermédiaire d'un bloc d'émission-réception (T-R) 32 au récepteur à 1030 M Hz, 1, pour assurer la discri- mination vis-à-vis de la propagation par chemins mul- tiples, et pour augmenter le niveau des interrogations qui sont reçues à partir du radar de surveillance se- condaire réel. Un dispositif comparateur 33 reçoit le si- gnal de sortie t du dispositif de mesure d'intervalle de temps 12, et il applique un signal de commande à une porte ET 37 chaque fois que l'intervalle de temps qui est représenté par t devient inférieur à une va- leur prédéterminée tmin' qui est par exemple de dix microsecondes On peut faire en sorte que cette valeur soit réglable, comme l'indique la flèche en pointillés 35. Un second dispositif comparateur 36 reçoit un signal de sortie B du convertisseur de coordonnées 14 qui représente le gisement d'une cible, provenant du radar de surveillance secondaire virtuel, et ce dispositif comparateur applique un second signal de commande à la porte ET 37 chaque fois que B s'approche du gisement du radar de surveillance secondaire réel observé à partir du radar de surveillance secondaire virtuel, avec un écart qui est par exemple inférieur ou égal à 150 Chaque impulsion qui provient du géné- rateur PRC 10 est appliquée à titre de signal d'entrée de commande à la porte ET 37, par l'intermédiaire d'un dispositif 38 qui est conçu pour introduire un retard variant de façon aléatoire, qui est par exemple com- pris entre 1000 et 1500 microsecondes Une impulsion provenant du détecteur d'enveloppe 3 apparaît une fois au cours de chaque révolution du faisceau principal du radar de surveillance secondaire, lorsque ce faisceau est pointé vers le radar de surveillance secondaire virtuel Ces impulsions sont appliquées à un capteur de secteur de faisceau de radar de surveillance secon- daire, 39, qui comprend un dispositif de mesure d'in- tervalle de temps tel que celui portant la référence 9, et une bascule qui est conçue de façon à produire un signal de sortie seulement pendant que le faisceau du radar de surveillance secondaire est pointé dans une direction autre que celle du radar de surveillance secondaire virtuel, avec un écart qui est par exemple supérieur ou égal à 90 Ce signal de sortie du cap- teur 39 est également appliqué à la porte ET 37 à ti- tre de signal de commande Chaque fois que tous ces signaux de commande sont présents, la porte ET 37 pro- duit sur la ligne 34 un signal de sortie qui déclenche le dispositif de mesure active de distance 31, pour qu'il fonctionne de façon répétée en fournissant des représentations de distance, d'identité et d'altitude de cibles correctement équipées de transpondeurs, qui se trouvent dans la zone de couverture de l'antenne Ces représentations de distance et d'altitude, coordonnées ou étiquetées dans chaque cas avec l'iden- tité de la cible (ID), sont appliquées au processeur de visualisation 15, en plus des représentations simi- laires concernant d'autres cibles qui sont produites par le convertisseur de coordonnées 14, et dans le mê- me format. En considérant la figure 2, on note que l'appareil de la figure 1 se trouve au point V, par exemple au site d'un petit aérodrome d'aviation géné- ral La distance D et le gisement Z de V, par rapport à un radar de surveillance secondaire réel éloigné, sont connus, par exemple d'après une carte topographi- que T représente la position d'un aéronef équipé d'un transpondeur, se trouvant au voisinage de la ligne D entre le radar de surveillance secondaire et V R dé- signe la distance et B désigne le gisement de T, par rapport à V X désigne la distance de T, à partir du radar de surveillance secondaire A est le gisement différentiel, c'est-à-dire la différence entre les di- rections de V et T par rapport au radar de surveillan- ce secondaire La situation qui est illustrée ici est très différente de celle qui est représentée sur la figure 2 du brevet des E U A N O 4 115 771, et la ter- minologie qui décrit cette situation est quelque peu différente, pour faciliter l'explication du fonction- nement de l'invention. Chaque réponse reçue en V à partir du trans- pondeur qui se trouve en T suit-la réception de l'in- terrogation provenant du radar de surveillance secon- daire qui a déclenché la réponse considérée, avec un écart égal à l'intervalle de temps t, qu'on appelle l'instant d'arrivée différentiel Les retards systéma- tiques étant compensés ou pris en compte, on a ct = R + X D, en désignant par c la vitesse de propagation des ondes radioélectriques. Lorsque le faisceau radar du radar de sur- veillance secondaire tourne en sens d'horloge, il il- lumine tout d'abord le site V, et après un certain in- tervalle de temps, le transpondeur qui se trouve en T. Le signal de sortie du dispositif de mesure d'inter- valle de temps 9 de la figure 1 est une mesure du gi- sement différentiel A. La configuration géométrique de la figure 2 définit la position du point T comme étant un point sur une ellipse E dont un foyer se trouve au radar de surveillance secondaire et l'autre foyer se trouve en V Le grand axe, de longueur D + ct, fait un angle Z par rapport à la direction de référence N, et l'excen- tricité est D/(D+ct) L'aéronef T se trouve sur l'el- lipse E, à l'extrémité de la ligne X qui s'étend en direction radiale à partir du radar de surveillance secondaire, sous l'angle de gisement différentiel A, par rapport à la ligne D Dans la plupart des circons- tances, la position de T peut être déterminée sans ambiguïté à partir des quantités connues D et Z, et des quantités mesurées A et t, comme dans le brevet des E U A N O 4 115 771. Cependant, en de rares occasions, un aéronef T équipé d'un transpondeur peut se trouver sur la li- gne D, à une certaine position entre V et le radar de surveillance secondaire Dans ces conditions, X+R est égal à D, et t est égal à zéro Le convertisseur de coordonnées 14 de la figure 1 ne dispose pas d'une va- leur finie de t, et il ne peut donc pas déterminer R. La cible sera détectée, l'information concernant son identité, l'altitude et le gisement B sera visualisée comme d'habitude, mais la distance ne le sera pas. Lorsque T ne se trouve pas sur la ligne D mais est proche de celle-ci, t tend vers zéro et la précision de la détermination de R se dégrade au fur et à mesure que les lignes X et R (figure 2) se rapprochent de la condition de parallélisme à D. Habituellement, la cible se déplacera plus ou moins transversalement par rapport à la ligne D, et l'absence d'information de distance ne persistera pas, et pourra même ne pas être perceptible, en particulier lorsque le processeur de visualisation 15 est équipé d'un certain type connu de moyens de poursuite prédic- tifs tels qu'un filtre de Kalman Dans le cas rare dans lequel un éaronef continue à voler le long de la ligne D, ou selon une trajectoire proche de laligne D et parallèle à cette dernière, la perte d'information de distance pourrait devenir dangereuse, si un autre aéronef ou un obstacle quelconque se trouvait au voi- sinage de la ligne D et à la même altitude. Un critère de la déficience de l'information de distance consiste en une diminution de t au-dessous de tmin; un autre consiste dans le fait que le gise- ment B de la cible s'approche de celui de la ligne D, par exemple dans une plage de 15 , ces directions étant observées en V L'utilisation du premier critère dans le cas d'une cible se trouvant au point T se com- prend clairement sur la base de l'explication qui pré- cède L'utilisation du second critère vise à empêcher une opération de mesure active de distance lorsqu'elle n'est pas nécessaire, pour minimiser ainsi encore da- vantage la possibilité de brouillage avec l'équipement ATCRBS classique. On considère une cible au point Tl, proche de V Bien que t puisse être inférieur à t min la re- lation angulaire entre X et R permet un calcul précis de la distance par le convertisseur de coordonnées 14, dans un mode de fonctionnement passif, comme dans le brevet des E U A no 4 115 711 Dans ce cas, une mesu- re active de distance par le dispositif 31 n'est pas nécessaire Le comparateur B 36 ne produit aucun si- gnal de sortie et, par conséquent, la porte ET ne pro- duit aucun signal de commande de déclenchement, et le dispositif 31 reste inactif. Lorsque les deux critères t et B sont satis- faits, comme dans le cas d'une cible se trouvant à un point T proche de la ligne D, les deux comparateurs appliquent des signaux d'entrée de commande à la porte 37 Si la situation se prolonge pendant plus de quel- ques secondes, le sélecteur de secteur de faisceau 39 applique un troisième signal d'entrée à la porte 37, et le dispositif de retard 38 applique un quatrième signal, ce qui fait que la porte 37 produit un signal de commande de déclenchement pour activer le disposi- tif de mesure de distance 31. L'un des mérites du système du brevet des E U A N O 4 115 711 consiste en ce qu'il n'émet abso- lument jamais de signaux, et il ne peut donc pas per- turber le fonctionnement de l'équipement ATSRBS exis- tant Le système de l'invention émettra occasionnelle- ment, seulement de façon brève, en cas de détection passive de la présence d'une cible, à une très faible cadence de répétition, et avec un faible niveau de puissance, pratiquement égal à celui de l'émetteur d'un transpondeur de type classique, et seulement dans un secteur d'environ 300 de largeur Toute perturba- tion susceptible de se produire sera de courte durée et ne sera généralement pas perceptible On minimise la possibilité de perturbation en empêchant des émis- sions sauf à des intervalles aléatoires relativement longs après les impulsions P 3 synthétiques provenant du générateur PRC 10, pendant que le faisceau du ra- dar de surveillance secondaire est pointé dans une di- rection éloignée de celle du radar de surveillance se- condaire virtuel. Lorsque deux cibles ou plus sont simultané- ment présentes dans la zone de couverture de l'antenne , elles répondent individuellement à chaque interro- gation qui est émise par le dispositif 31 Si elles sont presque à la même distance de V, leurs réponses se chevaucheront ou se brouilleront On peut s'opposer à cet effet en équipant le dispositif 31 de moyens de suppression de brouillage du type décrit au chapitre 38 de l'ouvrage Radar Handbook, par Merrill I Skolnik publié par McGraw-Hill Book Company, New York. Pour séparer les réponses provenant de ci- bles qui se trouvent à des gisements légèrement diffé- rents, l'antenne 30 peut être conçue d'une manière connue de façon à fonctionner alternativement avec deux lobes en chevauchement déplacés de part et d'au- tre de la ligne D, pour l'émission d'interrogations et la réception de leurs réponses premièrement dans un lobe et ensuite dans l'autre On envisage également la possibilité de changer la puissance de l'émetteur d'interrogation, selon une séquence systématique, pour réduire le brouillage Cette technique de fonctionne- ment à niveau faible-niveau élevé est décrite dans l'article N O 42086/SC 147-213, publié en septembre 1986 par l'organisme Radio Technical Commission for Aeronautics, 1425 K Street, Washington, DC 20005, pa- ges 17-20. Il va de soi que de rnrombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1 Dispositif destiné à indiquer la position d'un transpondeur par rapport à une position de réfé- rence (V) à un emplacement connu à l'intérieur de la zone de service d'un radar de surveillance secondaire (SSR), par la réception à l'emplacement précité d'in- terrogations provenant du radar de surveillance secon- daire, et de réponses provenant du transpondeur, et par la détermination de la position du transpondeur sur la base des relations temporelles entre les in- terrogations et les réponses reçues, caractérisé en ce qu'il comprend, à la position de référence (V): (a) une antenne ( 30); (b) des moyens émetteurs-récepteurs de mesure active de distance ( 31) connectés à l'anten- ne; (c) des moyens ( 33, 36, 37, 38, 39) qui sont des- tinés à produire un signal de sortie de commande sous l'effet de la présence du transpondeur (T) dans une zone qui se trouve sur une ligne (D) s'étendant entre la position de référence (V) et le radar de surveil- lance secondaire (SSR), ou qui est proche de cete li- gne, cette zone étant géométriquement défavorable pour la détermination passive de la distance du transpon- deur (T); et (d) des moyens qui fonctionnent sous la dépendance du signal de sortie de commande, de façon à activer les moyens de mesure àctive de distance ( 31), de façon brève et intermittente. 2 Dispositif selon la revendicaton 1, ca- ractérisé en ce que l'antenne ( 30) est une antenne di- rective qui est pointée vers le radar de surveillance secondaire (SSR), et qui est également connectée à des moyens ( 1) destinés à recevoir des interrogations pro- venant du radar de surveillance secondaire. 3 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les moyens mentionnés en (c) qui sont destinés à produire un signal de sortie de com- mande comprennent des moyens comparateurs ( 33) ayant pour fonction de produire un signal de sortie lorsque l'instant d'arrivée différentiel t diminue et devient inférieur à une valeur prédéterminée tmin 4 Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les moyens mentionnés en (c) com- prennent en outre des seconds moyens comparateurs ( 36) qui sont destinés à produire un signal de sortie lors- que la différence entre le gisement du transpondeur (T) et celui du radar de surveillance secondaire (S), observés de la position de référence (V), diminue et devient inférieure à une valeur prédéterminée. Dispositif selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que les moyens mentionnés en (c) com- prennent en outre des moyens ( 37) qui sont destinés à empêcher l'apparition d'un signal de sortie de comman- de en l'absence de signal de sortie provenant des uns ou des autres des moyens comparateurs ( 33, 36). 6 Dispositif selon la revendication 2, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens destinés à pointer alternativement l'axe du faisceau de l'antenne ( 30) premièrement de quelques degrés d'un côté de la ligne (D) qui s'étend entre la position de référence (V) et le radar de surveillance secondaire (SSR), et ensuite de quelques-degrés de l'autre côté de cette ligne. 7 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les moyens de mesure active de distance ( 31) comprennent un équipement de suppression du brouillage entre des impulsions de réponse. 8 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour faire varier le niveau de puissance de l'émetteur des moyens de mesure active de distance ( 31) au cours d'interrogations successives. 9 Procédé de détermination de la position d'un transpondeur (T) par rapport à une position de référence (V), à un emplacement connu à l'intérieur de la zone de service d'un radar de surveillance secon- daire (SSR), par la réception à cet emplacement d'in- terrogations provenant du radar de surveillance secon- daire et de réponses provenant du transpondeur (T),et par la détermination de la position du transpondeur (T) sur la base des relations temporelles entre les interrogations et les réponses reçues, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations suivantes: (a) on détecte, sur la base des relations temporelles précitées, la présence d'un transpondeur (T) dans une zone située sur une ligne (D) qui s'étend entre la po- sition de référence (V) et le radar de surveillance secondaire (SSR), ou située à proximité de cette li- gne, cette zone étant géométriquement défavorable pour la détermination passive de la distance du transpon- deur (T); et (b) on émet des interrogations à partir de la position de référence (V) et on reçoit des ré- ponses à cette position, pour mesurer de façon active la distance d'un tel transpondeur (T), sous l'effet de la détection précitée. Procédé selon la revendication 9, carac- térisé en ce qu'on effectue l'opération (b) en utili- sant un diagramme directionnel pointé vers le radar de surveillance secondaire (SSR). 11 Procédé selon la revendication 9, carac- térisé en ce que l'étape (a) comprend la détection d'une diminution de l'instant d'arrivée différentiel t au-dessous d'une valeur prédéterminée tmin. 12 Procédé selon la revendication 11, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre la détection d'une diminution, au-dessous d'une valeur prédétermi- née, de la différence entre le gisement du transpon- deur (T) et celui du radar de surveillance secondaire (SSR), observés à partir de la position de référence. 13 Procédé selon la revendication 12, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération qui consiste à empêcher l'émission d'interrogations à partir de la position de référence (V), en l'absence de détection simultanée des deux diminutions précitées au-dessous des valeurs prédéterminées. 14 Procédé selon la revendication 13, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération qui consiste à empêcher l'émission des interrogations lorsque le faisceau du radar de surveillance secondai- re (SSR) est pointé à l'intérieur d'un secteur qui comprend la position du radar de surveillance secon- daire virtuel (V). Procédé selon la revendication 13, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération qui consiste à empêcher l'émission des interrogations pendant un intervalle de 1000 à 1500 microsecondes à la suite de chaque impulsion P 3. 16 Procédé selon la revendication 15, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération qui consiste à faire varier de façon aléatoire la lon- gueur de l'intervalle précité.