Brevet FR2680581A1 — publié le 19930226

La présente invention concerne un système de radar de surveillance secondaire qui comporte des fonctions du mode A/C et du mode S, et qui accomplit la surveillance d'aéronefs ainsi que des transmissions de données air-sol. Dans le domaine des radars de surveillance secondaire (ou SSR), on a développé récemment le mode S qui est un mode de fonctionnement d'une nouvelle génération Le mode S procure une fonction de trans- mission de données air-sol, en plus d'une fonction d'adressage sélectif d'un aéronef pour des opérations individuelles d'interrogation/réponse de l'aéronef. Plus précisément, on appelle capteur de mode S le système de surveillance secondaire qui comporte la fonction de mode S en plus de la fonction de mode A/C classique réservée à la surveillance. Comme avec le radar de surveillance secon- daire classique utilisé seuleoent en mode A/O, une manière caractéristique de réaliser le capteur de mode S con- siste à former un faisceau d'antenne dans un plan horizontal, par l'utilisation d'un système d'antenne qui tourne mécaniquement à une vitesse constante, et à diviser le temps pendant lequel le faisceau d'antenne éclaire un aéronef cible (ce que l'on appelle le temps d'éclairement du faisceau) en périodes respectives attribuées à l'interrogation/réponse générale dans le mode A/C et le mode S, et à l'interrogation/réponse individuelle dans le mode S. Le type de rotation mécanique du capteur de mode S est excellent en ce qui concerne la capacité de surveillance, du fait qu'il permet à un faisceau d'antenne d'effectuer un balayage circulaire Cepen- dant, un temps relativement long est nécessaire pour qu'un aéronef cible entre dans la plage d'éclairement du faisceau d'antenne, à cause de la rotation à vitesse constante, et par conséquent des données doivent être enregistrées jusqu'à ce que des transmissions devien- nent possibles Pour cette raison, les limitations concernant la capacité de transmission de données et l'écart de temps entre l'apparition d'une demande de transmission et l'achèvement de la transmission deviennent des problèmes importants. Pour résoudre ces problèmes, on a imaginé un système de balayage électronique Avec ce système, des réseaux d'antenne sont disposés en forme de cylindre pour constituer une antenne à balayage électronique. L'antenne à balayage électronique permet de diriger un faisceau vers un aéronef cible désiré à n'importe quel instant, pour effectuer une opération d'interrogation/ réponse générale ou individuelle avec l'aéronef cible. Ce système est décrit en détail dans un rapport de recherche concernant la version à balayage électroni- que d'antennes de radar, qui a été publié par l'orga- nisme Japan Civil Aviation Promotion Foundation, en mars 1986. On attend du capteur de mode S à balayage électronique qu'il offre des perfectionnements impor- tants en ce qui concerne la capacité de transmission de données et la caractéristique de retard Cependant, les largeurs de faisceau en direction horizontale ne sont pas uniformes pour différents angles de site, du fait que les réseaux d'antenne sont disposés avec une forme cylindrique Par conséquent, des réponses para- sites augmentent en fonction des angles de site, et des caractéristiques de mesure angulaire du type mono- pulse, qui sont exigées dans le mode S, peuvent se dégrader. On pourrait éliminer de tels problèmes en donnant au réseau cylindrique un grand diamètre, par exemple plus d'une dizaine de mètres, et en utilisant un grand nombre de réseaux pour réduire l'écartement des réseaux Ceci est presque impossible à réaliser, du point de vue mécanique et économique. Des problèmes qui apparaissent avec le radar de surveillance secondaire classique, basé sur une rotation mécanique pour mettre en oeuvre le mode S, consistent en limitations sur la capacité de transmis- sion de données et en limitation sur le retard de transmission, qui résultent de la rotation du faisceau d'antenne à vitesse constante D'autre part, avec le radar classique basé sur un balayage électronique, il est impossible d'uniformiser les largeurs de faisceau en direction horizontale en fonction de l'angle de site, du fait que des réseaux d'antenne sont disposés avec une forme cylindrique, ce qui conduit à une augmentation de réponses parasites et à une dégrada- tion de caractéristiques de mesure angulaire en mode monopulse. Un but de l'invention est donc de procurer un capteur pour radar de surveillance secondaire qui constitue un capteur de mode S doté d'une fonction de surveillance de haute précision et d'une fonction de transmission de données air-sol rapide et à capacité élevée. L'invention procure un système de radar de surveillance secondaire comprenant: un capteur à balayage mécanique utilisant une antenne du type à rotation mécanique, pour former un faisceau dans un plan horizontal, et pour faire tourner ce faisceau à une vitesse constante, et ayant une fonction d'interrogation/réponse générale en mode A/C avec des aéronefs cibles se trouvant à l'intérieur du faisceau, et une fonction de préparation de fichier de données de gestion pour les aéronefs cibles, sur la base de réponses provenant des aéronefs cibles; et un capteur à balayage électronique utilisant une antenne du type à balayage électronique pour com- mander le balayage d'un faisceau dans un plan horizon- tal, et ayant une fonction qui consiste à désigner séquentiellement les aéronefs cibles, en se référant au fichier de données de gestion, une fonction d'in- terrogation/réponse individuelle en mode S avec chacun des aéronefs cibles désignés séquentiellement, et une fonction de transmission de données avec chacun des aéronefs cibles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation pré- férés, donnés à titre d'exemples non limitatifs La suite de la description se réfère aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre une configuration d'un système de radar de surveillance secondaire qui met en oeuvre l'invention; La figure 2 est un diagramme que l'on utili- se pour l'explication du fonctionnement d'une antenne du type à rotation mécanique qui est employée dans le mode de réalisation de la figure 1; La figure 3 est un diagramme que l'on utili- se pour l'explication de la fonction de traitement de mode S d'un capteur à balayage mécanique qui est uti- lisé dans le mode de réalisation de la figure 1; La figure 4 est un diagramme que l'on utili- se pour l'explication du fonctionnement d'une antenne du type à balayage électronique qui est utilisée dans le mode de réalisation de la figure 1; Les figures 5 A, 5 B et 5 C sont des schémas que l'on utilise dans l'explication de l'installation d'une antenne du type à rotation mécanique et d'une antenne du type à balayage électronique qui sont uti- lisées dans le mode de réalisation de la figure 1; et La figure 6 représente des caractéristiques de faisceau de l'antenne du type à balayage électroni- que qui est utilisée dans le mode de réalisation de la figure 1. En se référant maintenant à la figure 1, on voit une représentation d'une antenne du type à rota- tion mécanique, 11, qui tourne mécaniquement à une vitesse constante L'antenne Il forme un faisceau d'antenne Bl dans un plan horizontal et elle fait tourner ce faisceau à une vitesse constante Un émet- teur-récepteur 12 accomplit, au moyen de l'antenne 11, une opération d'interrogation/réponse générale et une opération d'interrogation/réponse individuelle concer- nant une cible T qui se trouve à l'intérieur du fais- ceau Des signaux de réponse qui sont reçus sont émis séquentiellement vers une unité de traitement de détection de cible 13 L'unité de traitement de détec- tion de cible 13 détecte la position de l'aéronef cible T dans la zone qui est couverte par le faisceau d'antenne Bi, conformément aux signaux de réponse, et le résultat de la détection est appliqué à une unité de traitement de données de surveillance 14. L'unité de traitement de données de surveil- lance 14 collecte les positions courantes de cibles T individuelles sur la base de résultats de détection de cible, et elle les enregistre dans un fichier de don- nées de surveillance 15 De plus, elle détermine une durée d'éclairement par le faisceau pour chaque cible (c'est-à-dire la durée pendant laquelle le faisceau d'antenne Bl éclaire chaque cible T) La durée d'éclairement par le faisceau est ensuite divisée en périodes d'interrogation/réponse générale en mode A/C et en mode S, et en périodes d'interrogation/réponse individuelle en mode S, comme représenté sur la figure 3 L'unité de traitement de données 14 permet la commutation de l'émetteur/récepteur 12 entre les opé- rations d'interrogation/réponse générales et indivi- duelles. Ainsi, l'antenne 11, du type à rotation mécanique, l'émetteur/récepteur 12, l'unité de traite- ment de détection de cible 12, l'unité de traitement de données de surveillance 14 et le fichier de données de surveillance 15 constituent un capteur de mode S du type à rotation mécanique (qu'on appelle ci- après un capteur à balayage mécanique), qui poursuit chaque cible T dans le mode A/C et le mode S, pour actualiser et entretenir le fichier de données de surveillance 15. D'autre part, la référence 16 désigne une antenne du type à balayage électronique que l'on réalise en disposant des réseaux d'antenne selon une forme cylindrique Dans un plan horizontal, l'antenne 16 peut pointer un faisceau B 2 dans n'importe quel azimut à un instant quelconque, comme représenté sur la figure 4 La commande de pointage du faisceau B 2 est accomplie par une unité de commande de pointage de faisceau 17. L'unité de commande de pointage de faisceau 17 réagit également à une information d'azimut concer- nant le faisceau BE qui provient de l'antenne du type à rotation mécanique, 11, en commandant le faisceau B 2 d'une manière telle qu'il ne soit pas dirigé simulta- nément dans le même azimut que le faisceau BI Cette commande est effectuée dans le but d'empêcher un brouillage qui peut se produire lorsque des fréquences d'interrogation/réponse des faisceaux d'antenne Bl et B 2 coincident mutuellement. En utilisant l'antenne 16, un émetteur/ récepteur 18 effectue une opération d'interrogation/ réponse individuelle en mode S, portant sur une cible spécifique T qui se trouve dans le faisceau B 2. L'émetteur/récepteur est connecté à un équipement de transmission externe (non représenté) par l'intermé- diaire d'une interface de transmission (interface d'entrée/sortie ou E/S) 19, pour établir ainsi une liaison de transmission de données entre l'équipement de transmission de données et la cible T, de la maniè- re nécessaire Des signaux de réponse reçus sont diri- gés vers une unité de traitement de détection de cible , qui détecte la position de la cible T conformément aux signaux de réponse d'entrée Le résultat de la détection est dirigé vers une unité de commande de transmission 21. L'unité de commande de transmission 21 con- sulte tout d'abord le fichier de données de surveil- lance 15 pour établir un programme d'interrogation/ réponse en mode S, et elle désigne ensuite des cibles de façon séquentielle, conformément à ce programme. Ensuite, l'unité de commande 21 prélève dans le fichier de données 15 des données de surveillance concernant une cible désignée, elle détermine la posi- tion courante de la cible désignée, sur la base des données de surveillance, et elle demande à l'unité de commande de pointage de faisceau 17 de pointer le faisceau B 2 vers la cible désignée Après avoir véri- fié que la cible désignée a été détectée, l'unité de commande de transmission 21 commande à l'émetteur/ récepteur 18 d'effectuer une opération d'interrogation/ réponse individuelle en mode S, ou une opération de transmission de données. Outre les fonctions ci-dessus, l'unité de commande de transmission 21 a d'autres fonctions qui sont exigées du capteur de mode S, comme la gestion du système, la gestion du réseau, etc. L'antenne du type à balayage électronique, 16, l'unité de commande de pointage de faisceau 17, l'émetteur/récepteur 18, l'interface de transmission 19, l'unité de traitement de détection de cible 20 et l'unité de commande de transmission 21 constituent ainsi un capteur de mode S du type à balayage élec- tronique (que l'on appelle ci-après un capteur à balayage électronique), qui effectue une opération d'interrogation/réponse individuelle en mode S et des transmissions de données entre des cibles et un équi- pement de transmission de données externe. L'antenne du type à rotation mécanique, 11, et l'antenne du type à balayage électronique, 16, peuvent être installées de façon qu'une antenne soit placée sur l'autre, comme représenté sur la figure 5 A. Les antennes peuvent également être combinées avec une antenne de radar primaire 22, de façon à être placées les unes sur les autres, comme représenté sur la figu- re 5 B Dans le cas o l'antenne du type à rotation mécanique, 11, a déjà été installée, l'antenne du type à balayage électronique, 16, peut être installée sépa- rément de l'antenne du type à balayage mécanique, comme représenté sur la figure 5 C. On décrira ci-après le fonctionnement du système de radar de surveillance secondaire ayant la structure décrite ci-dessus. Comme dans le cas du capteur classique, le capteur à balayage mécanique fait tourner un faisceau d'antenne Bl avec une vitesse constante, il détecte la position d'un aéronef cible T, et il enregistre la position de cible détectée, sous la forme de données de surveillance En outre, le capteur divise une durée d'éclairement par le faisceau en périodes attribuées à l'opération d'interrogation/réponse générale en mode A/C et en mode S, et à l'opération d'interrogation/ réponse individuelle en mode S. Comme décrit ci-dessus, avec le capteur à balayage mécanique un certain temps s'écoule avant qu'un aéronef cible T n'entre dans la plage d'éclaire- ment du faisceau d'antenne Bi, à cause de la rotation à vitesse constante du faisceau L'opération d'inter- rogation/réponse individuelle et la transmission de données ne peuvent pas être effectuées à n'importe quel instant. De ce fait, l'invention ajoute le capteur à balayage électronique grâce auquel le faisceau d'an- tenne B 2 qui est formé par l'antenne du type à balaya- ge électronique, 16, est dirigé en azimut, à un ins- tant quelconque, vers l'aéronef cible T avec lequel on désire établir une communication, tout en consultant le fichier de données de surveillance 15 qui est préparé par le capteur à balayage mécanique Ainsi, l'opération d'interrogation/réponse individuelle en mode S et l'opération de transmission de données entre la cible T et le système peuvent avoir lieu à n'impor- te quel instant. Avec l'antenne du type à balayage électroni- que 16, les largeurs de faisceau en direction horizon- tale varieront en fonction des angles de site, comme représenté sur la figure 16, du fait que les réseau d'antenne sont disposés avec une configuration cylin- drique, comme décrit précédemment Cependant, on peut tolérer dans une certaine mesure la dépendance des largeurs de faisceau vis-à-vis de l'angle de site, et les exigences concernant les caractéristiques de lobes latéraux sont assouplies, du fait que les résultats d'une opération d'interrogation/réponse individuelle qui est accomplie par le capteur à balayage électro- nique ne sont pas utilisés pour actualiser et entre- tenir le fichier de données de surveillance. De plus, l'utilisation de données de sur- veillance de grande précision, qui sont obtenues par le capteur à balayage mécanique, permettra au capteur à balayage électronique de réaliser le balayage élec- tronique et la commande de pointage de faisceau de manière exacte Ceci procure une amélioration impor- tante du degré de liberté dont on dispose pour la con- ception de l'antenne du type à balayage électronique, 16, et permet de réaliser une antenne petite et économique. Le radar de surveillance secondaire de l'in- vention, qui réalise l'interrogation/réponse générale en mode A/C et en mode S, l'interrogation/réponse individuelle en mode S et le traitement de données de surveillance par l'utilisation du capteur à balayage mécanique, peut éliminer les problèmes que l'on ren- contrerait pour effectuer le même traitement en utili- sant le capteur à balayage électronique, c'est-à-dire la dégradation de la mesure d'angle en mode monopulse qui résulte de la dépendance des largeurs de faisceau en direction horizontale vis-à-vis de l'angle de site, la probabilité accrue de réception de réponses parasi- tes, etc. Du fait que les fonctions du capteur à balayage électronique sont restreintes à l'interroga- tion/réponse individuelle en mode S et à la transmis- sion de données, la nécessité d'attribuer des inter- valles de temps pour l'interrogation/réponse générale est éliminée, ce qui augmente la capacité de transmis- sion de données et permet d'effectuer des transmis- sions en temps réel. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus Par exemple, dans le mode de réalisation ci- dessus, chaque capteur parmi le capteur à balayage il mécanique et le capteur à balayage électronique est équipé d'un émetteur/récepteur et d'une unité de trai- tement de détection de cible Il est possible d'inté- grer l'un à l'autre, physiquement ou en grande partie, les émetteurs/récepteurs des deux capteurs, et il est également possible d'intégrer l'un à l'autre, physi- quement ou en grande partie, les unités de traitement de détection de cible des deux capteurs L'unité de traitement de données de surveillance et l'unité de commande de transmission, qui ont de nombreux éléments communs, peuvent également être intégrées ensemble. En outre, l'unité de traitement de données de surveillance 14 peut comprendre des fonctions exi- gées d'un capteur de mode S, comme une fonction de traitement de transmissions de données, etc, en plus de la fonction de traitement de données de surveillan- ce. De plus, le capteur à balayage électronique peut être équipé de la fonction d'interrogation/ réponse générale en mode S, et la structure et la fonction de traitement du capteur à balayage électro- nique peuvent être restreintes à l'interrogation/ réponse générale en mode A/C Cependant, dans ce cas, le capteur à balayage électronique doit préalablement acquérirl'information (à l'heure actuelle, une infor- mation d'adresseà 24 bits) concernant des aéronefs qui travaillent en mode S (aéronefs cibles) qui est néces- saire pour effectuer l'interrogation/réponse générale en mode S. De plus, la fonction de traitement du capteur à balayage mécanique peut être restreinte à l'interrogation/réponse générale en mode A/C et en mode S, toutes les fonctions d'interrogation/réponse individuelles étant laissées au capteur à balayage électronique Dans ce cas, le capteur à balayage peut acquérir l'information concernant des aéronefs travaillant en mode S, au moyen de l'interrogation/ réponse générale en mode S Il est cependant néces- saire qu'après avoir été capturé, un aéronef travail- lant en mode S réponde continuellement à l'interroga- tion générale en mode S, au lieu d'être exclu de l'in- terrogation générale. Bien qu'on ait décrit et représenté le mode de réalisation préféré de l'invention, d'autres modes de réalisation et modifications sont évidemment possi- bles Comme décrit ci-dessus, l'invention procure un radar de surveillance secondaire adapté au mode S, qui permet de mettre en oeuvre une fonction de transmis- sion de données air-sol rapide et de grande capacité, tout en remplissant une fonction de surveillance de grande précision. Il va de soi que de nombreuses autres modi- fications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Système de radar de surveillance secon- daire, caractérisé en ce qu'il comprend: un capteur à balayage mécanique utilisant une antenne du type à rotation mécanique ( 11) pour former un faisceau (Bl) dans un plan horizontal et pour faire tourner ce fais- ceau à une vitesse constante, ce capteur ayant la fonction qui consiste à effectuer une opération d'in- terrogation/réponse générale en mode A/C portantsur ds aéronefs cibles (T) qui se trouvent dans le faisceau (Bi), et la fonction qui consiste à préparer un fi- chier de données de gestion ( 15) pour les aéronefs cibles, sur la base de réponses provenant des aéronefs cibles (T); et un capteur à balayage électronique uti- lisant une antenne du type à balayage électronique ( 16) pour commander de façon électronique le balayage d'un faisceau (B 2) dans un plan horizontal, ce capteur ayant la fonction qui consiste à désigner séquentiel- lement les aéronefs cibles (T) en consultant le fi- chier de données de gestion ( 15), la fonction qui consiste à effectuer une opération d'interrogation/ réponse individuelle en mode S avec chacun des aéro- nefs cibles (T) qui sont désignés séquentiellement, et la fonction qui consiste à effectuer une transmission de données avec chacun des aéronefs cibles (T). 2 Système de radar de surveillance secon- daire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur à balayage électronique comporte en outre la fonction qui consiste à effectuer une opération d'interrogation/réponse individuelle en mode A/C avec les aéronefs cibles (T). 3 Système de radar de surveillance secon- daire selon revendication 1, caractérisé en ce que le capteur à balayage mécanique comporte en outre la fonction qui consiste à effectuer une opération d'in- terrogation/réponse générale en mode S avec les aéro- nefs cibles (T), et le capteur à balayage électronique comporte en outre la fonction qui consiste à effectuer une opération d'interrogation/réponse individuelle en mode A/C avec les aéronefs cibles (T). 4 Système de radar de surveillance secon- daire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur à balayage mécanique comporte en outre la fonction qui consiste à effectuer une opération d'in- terrogation/réponse générale en mode S, et la fonction qui consiste à effectuer une opération d'interrogation/ réponse individuelle en mode S avec les aéronefs cibles (T). Système de radar de surveillance secon- daire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne du type à rotation mécanique ( 11) et l'an- tenne du type à balayage électronique ( 16) sont placées l'une au-dessus de l'autre.