Brevet FR2675267A1 — publié le 19921016

DISPOSITIF DE DETECTION DE RADARS P Ol UR LA NAVIGATION L'invention concerne le domaine de la détection des radars de navigation ou radars marine, équipant généralement les moyens et gros bateaux, appliqué notamment à la navigation des petits bateaux de plaisance ou de pêche, ne disposant pas de radars de navigation et plus généralement à tous les bateaux comme complément pour la sécurité en bénéficiant ainsi d'une veille "alerte par proximité" d'autres bateaux, pouvant être permanente et automatique. L'invention peut aussi être appliquée à la navigation aérienne, et notamment être utilisée par des avions de tourisme pour leur permettre de détecter la présence de radars par exemple, équipant les gros porteurs. On constate que beaucoup de collisions entre petits bateaux de plaisance et gros bateaux ont lieu chaque année sur toutes les mers et océans du monde, soit le jour par mauvaise visibilité (pluie, brume), soit la nuit Parmi les causes occasionnant ces accidents retenons le fait que l'indicateur radar du gros bateau n'est pas surveillé en permanence par l'homme de quart ou le fait que la surface équivalente radar des petits bateaux fabriqués en bois ou en matière plastique tels que canots ou voiliers par exemple est relativement faible Elle ne donne lieu à des échos radar qu'à courte distance, d'o une détection tardive de la part du gros bateau et une collision éventuelle (et ce, malgré les réflecteurs radars en forme de trièdres, installés sur les mâts). Il existe sur le marché des radars de navigation destinés à équiper les petits et gros bateaux Néanmoins de tels radars sont des appareils de mesure sophistiqués et précis, nécessitant une maintenance compliquée, et relativement coûteux et encombrants pour un petit bateau De plus, le navigateur doit regarder l'écran fréquemment et interpréter les plots et images visualisées, ce qui constitue une contrainte d'exploitation. L'invention consiste en un dispositif de détection pour la navigation comportant un module de détection hyperfréquence et un module de signalisation rendant de façon visuelle ou sonore au moins le secteur de gisement o se situe le radar de navigation détecté au moyen d'au moins deux antennes directives détectant chacune un secteur de gisement et alimentant des circuits de détection et de traitement En d'autres termes, l'invention constitue un dispositif d'alerte anti-collision, simple, peut coûteux, peu encombrant, facile d'exploitation, capable de fonctionner en permanence et par tout temps, à installer notamment sur les petits bateaux de plaisance ou de pêche pour détecter les radars de navigation équipant les moyens et gros bateaux. L'invention permettra de fournir avantageusement une indication essentielle et fort précieuse pour la sécurité des petits bateaux: une indication de présence des radars de navigation (donc des gros bateaux) suivant le gisement Cette indication peut par exemple être visuelle L'invention peut par ailleurs fournir de plus une autre information importante: une Indication de présence en proximité des gros bateaux permettant par exemple de déclencher une alerte automatique avec un préavis suffisant pour changer de cap et éviter une éventuelle collision L'indication visuelle peut aussi être remplacée ou doublée d'une indication sonore La distance de sécurité correspondant au déclenchement de l'alarme peut être par exemple de l'ordre de 0,3 à 0,5 nautique Un dispositif permet le réglage de cette distance d'alerte. Il faut noter que tous les moyens et gros bateaux, civils et militaires, sont équipés de radars de navigation du commerce, vendus dans le monde entier et dont les caractéristiques sont bien connues en particulier leur fréquence d'émission en bande X, 9,2 G Hz 30 M Hz en polarisation horizontale Ces caractéristiques ne sont pas mesurées dans l'invention mais utilisées pour assurer les deux fonctions précitées En effet, l'invention n'a pas pour but de remplacer un radar qui est un dispositif actif, mais d'utiliser les caractéristiques des radars de navigation pour évaluer leur gisement et leur distance approximatifs par mesure du niveau détecté C'est un dispositif entièrement passif. Les avantages apportés par cette invention consistent essentiellement à permettre notamment aux petits bateaux de plaisance ou de pêche de s'équiper d'un dispositif anti-collision fiable (de par sa simplicité), peu coûteux, peu encombrant, facile à disposer, sans contraintes de maintenance et ne nécessitant pas dtattention ou de connaissances particulières en exploitation, laissant le ou les navigateurs libres d'opérer par ailleurs en toute sécurité. De plus, en dehors même de l'aspect anti-collision, le dispositif indique la présence de bateaux plus ou moins lointains en dehors de la zone d'alerte, il permet ainsi au navigateur, en cas d'avarie de se diriger dans la direction d'une émission donc d'un bateau voisin pour chercher de l'aide. L'invention est composée de deux parties ou modules, un module de détection hyperfréquence et un module de signalisation. Dans ce qui suit, elle est décrite plus en détail, dans le cas d'une application maritime et d'une réalisation comprenant quatre antennes. Néanmoins, il est possible de réaliser l'invention avec seulement deux antennes ou plus, cela dépend de la précision souhaitée sur l'information de gisement. La description utilise les figures annexées qui représentent: la figure 1, le synoptique d'un mode de réalisation possible du module de détection; la figure 2, le synoptique d'un mode de réalisation possible du module de signalisation; la figure 3, une réalisation possible des modules précités. La description commence par le module de détection présenté en figure 1; celui-ci, installé par exemple sur le mât du voilier, le toit de la cabine ou tout autre endroit dégagé, possède les fonctions suivantes: détection des émissions radar évaluation d'un niveau d'alerte si les radars détectés sont très proches (donc signal reçu de fort niveau) avec génération d'un signal sonore particulier; évaluation du gisement sectoriel et d'une zone de distance des émissions radar détectées. L'invention ne cherchant pas à détecter les radars très lointains, il n'est pas nécessaire d'installer ce module au sommet du mât ce qui simplifie son installation Le module de détection comprend quatre antennes 1, 2, 3 et 4 disposées à 9 Q O et protégées par un radôme en matière plastique Elles couvrent les quatre secteurs de gisement avant, bâbord, arrière et tribord suivant le bateau B Les antennes peuvent être du type cornet ou du type dipôle ou patch, réalisées par exemple en circuit imprimé, fonctionnant en polarisation horizontale avec un diagramme de rayonnement en gisement ayant une ouverture d'environ 9 Q O à 3 d B. Elles alimentent chacune une voie de détection et de traitement Les émissions reçues par les quatre antennes sont détectées par les diodes Schottky 5, 6, 7 et 8 reliées par leur cathode respectivement aux antennes 1, 2, 3 et 4 et reliées par leur anode respectivement aux entrées des amplificateurs 9, 10, 11 et 12 qui amplifient les signaux d'émissions reçues Ces signaux étant impulsionnels, ils sont élargis par les élargisseurs 13, 14, 15 et 16 reliés à leur entrée respectivement aux sorties des amplificateurs 9, 10, 11 et 12 Cette technique permet de conserver l'information d'amplitude des impulsions tout en rallongeant leur durée, de façon à réduire les bandes passantes des circuits intégrés situés en aval, donc leur coût Les élargisseurs précités sont constitués de résistances et condensateurs, associés à un amplificateur opérationnel en circuit intégré. Les circuits de traitement ci-dessus, et les suivants peuvent être par exemple câblés sur une carte de circuit imprimé Ils comprennent: un circuit additionneur 29 dont l'entrée est reliée aux sorties des élargisseurs 13, 14, 15 et 16 Ce circuit permet d'additionner les quatre niveaux reçus sur les quatre antennes Le signal de sortie de l'additionneur 29 est mis en forme dans le circuit de mise en forme 30 dont une entrée est reliée à la sortie de l'additionneur 29 Ce circuit de mise en forme est un circuit de type monostable par exemple Le signal de sortie du circuit 30 attaque le haut parleur HP du module de signalisation via l'amplificateur basse fréquence 32 dont l'entrée est reliée à la sortie du circuit de mise en forme 30 et la sortie au haut parleur HP Le haut parleur permet par exemple d'écouter la période de répétition des impulsions radar dont la source est située dans un cercle de plusieurs kilomètres par exemple Si l'amplitude des impulsions radar détectées dépassent un certain seuil (réglable par exemple par potentiomètre ou par commutateur sur valeurs discrètes) le comparateur différentiel 31 dont l'entrée + est reliée à la sortie de l'additionneur 29 et l'entrée à la sortie du système de réglage de seuil précité commandé par une tension variable excite le circuit de mise en forme dont une entrée est reliée à sa sortie pour générer par exemple un signal sonore d'alerte dans le haut parleur HP via l'amplificateur 32; quatre amplificateurs différentiels 17, 18, 19 et 20, chacun recevant sur son entrée + le signal impulsionnel radar amplifié issu de la voie de détection correspondante, et sur son entrée la somme des signaux des trois autres voies comme l'indique la figure 1 Les liaisons sont réalisées de la manière suivante: l'amplificateur différentiel 17 a son entrée + reliée à la sortie de l'élargisseur 13 et son entrée reliée aux sorties des élargisseurs 14, 15 et 16, l'amplificateur différentiel 18 a son entrée + reliée à la sortie de l'élargisseur 14 et son entrée - reliée aux sorties des élargisseurs 13, 15 et 16, l'amplificateur différentiel 19 a son entrée + reliée à la sortie de l'élargisseur 15 et son entrée reliée aux sorties des élargisseurs 13, 14 et 16, l'amplificateur différentiel 20 a son entrée + reliée à la sortie de l'élargisseur 16 et son entrée reliée aux sorties des élargisseurs 13, 14 et 15. Cette configuration présente l'avantage suivant: si un radar se trouve dans le secteur bâbord ( 1) par exemple, mais à très faible distance, inférieure à 100 mètres environ, le signal sur la voie de détection correspondante sera fort et permettra d'activer les indicateurs associés à ce secteur de gisement Mais, les trois autres antennes, de faible directivité de par leur nature, recevront le signal fort dans leurs lobes secondaires et/ou diffus, ce qui risque de provoquer une détection dans les trois autres voles activant ainsi tous les indicateurs sectoriels Indistinctement Un tel fonctionnement est très gênant pour le navigateur Les voies différence permettent donc au seul signal de plus haut niveau d'activer les indicateurs V, R correspondants à son secteur de gisement, après comparaison dans chaque amplificateur différentiel 17, 18, 19 et 20 des niveaux détectés relatifs Les amplificateurs 17, 18, 19 et 20 ont leur sortie reliée respectivement aux entrées des circuits de mise en forme 21, 22, 23 et 24 de type monostable par exemple, produisant une impulsion suffisamment élargie et calibrée en niveau pour activer les indicateurs sectoriels V, R. On laisse provisoirement le module de détection pour décrire le module de signalisation présenté en figure 2 Celui-ci peut être installé dans la cabine du petit bateau ou à proximité de la barre Ce module, recevant tous les signaux délivrés par le module de détection donne deux indications au navigateur: une indication de gisement sectoriel, avant, bâbord, arrière et tribord, de la source d'émissions radar réalisée par exemple suivant la figure 2, par allumage d'ampoules ou de LED noyées dans des secteurs de plexiglas, avec le code suivant couleur verte allumée, zones 33, 34, 35 ou 36: radars lointains couleur rouge allumée, zones 37, 38, 39 et 40: radars proches. A ce stade de la description, il est nécessaire de revenir à celle du module de détection et plus particulièrement sur le rôle des portes logiques 25, 26, 27 et 28 en sortie de ce module et représentées sur les figures 1 et 2 En effet, les signaux d'activation des indicateurs lumineux transitent par ces portes dont chacune possède une entrée commandée par le signal de sortie du comparateur 31 de telle manière que suivant le niveau détecté, une zone rouge ou une zone verte s'allume, le seuil correspondant étant par exemple le même que celui de l'alerte sonore. A cet effet, les sorties des circuits de mise en forme 21, 22, 23 et 24 sont reliées respectivement à une entrée des portes logiques 25, 26, 27 et 28, l'autre entrée de ces portes 25, 26, 27 et 28 est reliée à la sortie de l'amplificateur différentiel 31, enfin chacune des portes 25, 26, 27 et 28 a une sortie reliée à un indicateur V et une sortie reliée à un indicateur R, activant respectivement une zone de couleur verte et une zone de couleur rouge. La seconde indication fournie par le module de signalisation est une information sonore transmise par le haut parleur 41 qui permet d'écouter la période de répétition des impulsions radar détectées à chaque balayage des faisceaux et d'émettre un signal sonore particulier (type buzzer par exemple) pour les radars proches, c'est-à-dire quand le seuil d'alerte est dépassé. Ce module comprend en outre un réglage manuel 42 de la distance d'alerte, au choix du navigateur La figure 2 montre quatre distances d'alerte: 100 m, 200 m, 500 m et 1000 m, graduées sur le module de signalisation C'est une possibilité citée à titre d'exemple. La durée de passage du lobe principal d'un radar de navigation, au niveau du détecteur, est de l'ordre de 20 millisecondes, quelques dizaines d'impulsions radar sont donc détectées à chaque passage Pour avoir un éclat lumineux suffisant, surtout le jour, chaque lampe ou LED sera allumée pendant au moins 0, 5 seconde Un secteur rouge allumé en mode "flash" pulsé par exemple, indique la présence d'un radar (donc d'un bateau) très proche C'est une alerte visuelle Un secteur vert allumé fugitivement indique la présence de radars lointains. Les deux modules précités sont reliés par un câble multiconducteur standard L'ensemble peut être alimenté électriquement par la batterie de bord 12 Volts ou 24 Volts Par ailleurs, tous les circuits utilisés pour la réalisation de ce dispositif peuvent être de type standard. Une possibilité de réalisation est décrite ci-dessous suivant la figure 3. Le module de détection présenté par la figure 3 a peut être conçu en forme de cylindre Le fond est constitué par une embase circulaire 43 recevant un circuit imprimé 44 et le connecteur multiconducteur 45 Le circuit imprimé 44 contient les fonctions électroniques de détection et de traitement La paroi cylindrique est un radôme de protection 46 par exemple en matière plastique La face intérieure du radôme peut contenir des circuits imprimés souples sur lesquels sont gravées les antennes Une autre solution consiste en antennes gravées sur quatre petits circuits imprimés 47, 48 et 49 (trois seulement sont représentés sur la figure) de forme carrée ou circulaire et placés verticalement sur le circuit Imprimé 44 à 900 les uns par rapport aux autres Chacun des circuits imprimés d'antenne 47, 48, et 49 contient un plan réflecteur 50, 51 et un dipôle de détection 52 accordé suivant la bande d'émission des radars de navigation à détecter Les quatre diodes Schottky de réception sont soudées directement en sortie du dipôle 52. L'ensemble est étanche pour être monté à l'extérieur. L'embase 43 peut être pourvue de trous taraudés pour fixer le module sur le mât par exemple par l'intermédiaire d'une équerre de fixation. Le module de signalisation présenté sur la figure 3 b est constitué par un boîtier en plastique regroupant le haut parleur 53, l'indicateur à ampoule ou à LED, voire même à cristaux liquides 54, le réglage du seuil de distance d'alerte 55 et le connecteur du câble multiconducteur 56. Il peut être envisagé des variantes possibles à cette invention Une première consiste à remplacer les quatre voies de détection par une seule et d'utiliser un commutateur à diode pin. Cette solution réduit le nombre des composants donc le coût du dispositif Elle a néanmoins l'inconvénient de diminuer la probabilité de détection. Une autre variante, plus sophistiquée consiste en la manière suivante Les amplitudes relatives des signaux issus des élargisseurs sont comparées en tenant compte des diagrammes des antennes Un algorithme simple du type "loi parabolique" ou "loi barycentrique" programmé pour un microprocesseur permet alors d'afficher le gisement des radars de navigation détectés à quelques degrés près sur un indicateur contenant 36 LED rouges et 36 LED vertes, soit une LED tous les 100 Une autre solution pour augmenter la précision en gisement consiste à augmenter le nombre d'antennes. Une variante peut consister par exemple en un dispositif avec huit antennes avec une seule voie de détection et un commutateur à diode pin Par ailleurs, en ajoutant un comparateur supplémentaire et des portes logiques, il est possible de créer une troisième zone intermédiaire en distance, de couleur orange par exemple, entres les zones rouges et vertes Cette variante permet de suivre l'évolution d'un radar détecté, donc de son bateau porteur, en éloignement ou en rapprochement, après franchissement des différentes zones. REVENDICATIONS 1 Dispositif de détection pour la navigation comportant un module de détection hyperfréquence et un module de signalisation, caractérisé en ce qu'il rend perceptible de façon visuelle ou sonore le secteur de gisement o se situe le radar de navigation détecté au moyen d'au moins deux antennes directives détectant chacune un secteur de gisement et alimentant des circuits de détection et de traitement. 2 Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il rend perceptible de façon visuelle ou sonore la proximité du radar de navigation détecté au moyen d'au moins les deux antennes, des circuits de détection et de traitement précités. 3 Module de détection selon les revendications 1 et 2 contenant une partie traitement contenant elle-même un circuit ( 29) additionnant les signaux reçus par les antennes ( 1, 2, 3, 4), caractérisé en ce que ladite partie traitement contient autant d'amplificateurs différentiels ( 17, 18, 19, 20) qu'il y a d'antennes réalisant chacun la différence entre le signal reçu par son antenne associée et la somme des signaux des autres antennes pour définir quelle antenne, donc quel secteur de gisement délivre le signal le plus puissant. 4 Module de détection selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient des circuits de mise en forme ( 21, 22, 23, 24) de signaux issus d'amplificateurs différentiels ( 17, 18, 19, 20) et dont les sorties sont combinées à l'entrée de portes logiques ( 25, 26, 27, 28) à un signal de seuil de proximité réglable issu d'un amplificateur différentiel ( 31), les sorties desdites portes logiques attaquant des indicateurs de gisement ou de proximité. Module de détection selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient un circuit de mise en forme ( 30) du signal issu d'un circuit additionneur ( 29), lequel circuit de mise en forme est commandé par un signal de seuil de proximité réglable issu d'un amplificateur différentiel ( 31) et dont la sortie est reliée à un amplificateur basse fréquence ( 32) dont la sortie attaque un haut parleur (HP). 6 Module de signalisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des indications de gisement sectoriel ou de zones de proximité ( 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40). 7 Module de signalisation selon les revendications 1 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un haut parleur ( 53), un indicateur à ampoule ou à cristaux liquides ( 54) et un réglage du seuil de distance d'alerte ( 55).