Brevet FR2694413A1 — publié le 19940204

Système pour contrôler la position d'aéronefs Cette Demande est en relation avec la Demande de brevet US No de série 07/625040. La présente invention concerne des systèmes de contrôle de la position d'aéronefs pour surveiller des aéronefs qui se trouvent au sol De façon spécifique, il est décrit un système pour identifier l'emplacement d'aéronefs qui sont au sol en utilisant un équipement de transpondeur IFF (Identifi- cation Friend or Foe = Identification ami ou ennemi) de bord conventionnel. Les systèmes de contrôle du trafic aérien pour des aéronefs modernes comprennent un équipement IFF, qui interroge régulièrement les aéronefs en cours d'approche sur un aéroport Les interrogations entraînent l'émission de réponses par chacun des transpondeurs des aéronefs pour identifier l'altitude et l'identité de chaque aéronef en cours d'approche sur un aéroport Dès que l'aéronef a atterri, les transpondeurs sont déconnectés de façon à éviter d'émettre des réponses de brouillage et de perturbations dues à des réponses non synchrones en réponse à d'autres interro- gations d'aéronefs en cours d'approche Bien qu'utiles à des fins de contrôle du trafic aérien pendant le vol et l'appro- che sur un aéroport, les mécanismes transpondeurs sont déconnectés et ne sont pas susceptibles de fonctionner pour indiquer la position des aéronefs ayant atterri. Même si les aéronefs sont au sol, il est encore nécessaire de contrôler de façon précise leur position pour assurer leur sécurité pendant leur déplacement On a fait diverses propositions pour permettre de contrôler de façon précise un aéronef dès qu'il est sur le sol de façon que le contrôle du trafic aérien connaisse les lieux ou se trouvent tous les aéronefs, qu'ils soient en approche ou qu'ils aient déjà atterri sur l'aéroport. Une technique pour contrôler un aéronef qui a atteint le sol est un radar de surveillance ASDE (Airport Surface Detection Equipment = Equipement de détection de la surface d'un aéroport), qui procure une représentation P Pl (Plan Position Indicator = Indicateur de position panoramique) de l'aéroport local et de la position des divers aéronefs sur les pistes et sur les autres zones de surface de l'aéroport Ces radars effectuent un balayage environ une fois par seconde, ce qui permet de positionner les diverses structures sur tout l'aéroport Le radar ASDE ne peut pas déterminer une informa- tion d'identité pour chaque aéronef représenté, de sorte que le contrôle du trafic aérien ne peut pas identifier rapide- ment un aéronef particulier dont la position est importante pour assurer un contrôle du trafic au sol en toute sécurité. La présente invention vise à provoquer une émission des transpondeurs IFF sans interrogation extérieure des transpon- deurs, de façon à donner une information sur la position de l'aéronef pendant qu'il est au sol L'utilisation des transpondeurs doit être telle que les réponses produites par ces transpondeurs n'interfèrent pas avec les réponses des transpondeurs en provenance d'aéronefs en vol qui émettent des réponses. C'est un but de cette invention de procurer un système pour déterminer la position d'un aéronef pendant qu'il se trouve au sol. C'est un but plus spécifique de cette invention de faire que l'équipement transpondeur IFF d'aéronef existant, qui est normalement déconnecté lorsque l'aéronef n'est pas en vol, permette de positionner l'aéronef après l'atterrissage. Ces buts de l'invention, ainsi que d'autres, sont atteints par une augmentation de l'équipement transpondeur IFF conventionnel de l'aéronef L'équipement additionnel permet aux transpondeurs IFF d'initier sur une base pseudo-aléatoire des réponses à une fréquence qui ne produit pas de perturba- tions dues à des réponses non synchrones, ni de brouillage excessifs. Ce système propose un circuit qui empêche les transpondeurs IFF d'atre interrogés à partir d'un interrogateur local de puissance élevée Un dispositif interrogateur local est situé sur chaque aéronef et produit des réponses du transpondeur de l'aéronef à une fréquence inférieure à celle normalement obtenue dans le cas o le transpondeur IFF est interrogé à partir du sol. Le transpondeur interrogé localement déclenche une réponse indiquant l'identité de l'aéronef Chaque station de récep- tion répartie autour de l'aéroport décode la réponse pour obtenir l'information d'identité. Dans la réalisation préférée de l'invention, trois stations de réception déterminent l'instant d'arrivée de chaque réponse émise par l'aéronef L'information de l'instant d'arrivée obtenue aux trois stations est transférée à un processeur central Les trois mesures de l'instant d'arrivée sont utilisées pour déterminer la position de chaque aéronef. Le processeur central peut être situé à l'une quelconque des stations de réception ou bien il peut être disposé à part. L'emplacement spatial de chaque aéronef déterminé à partir des données de l'instant d'arrivée peut être superposé sur l'affichage du radar ASDE responsable du contrôle des conditions au sol de l'aéroport L'affichage du voisinage de l'aéroport sur le radar ASDE peut également recevoir l'infor- mation d'identité produite à partir de chaque réponse. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint sur lequel: la figure 1 représente le plan d'un aéroport sur lequel se trouvent plusieurs aéronefs dont on doit constamment contrô- ler la position; la figure 2 illustre la manière dont l'unité STARS (Supple- mental Transponder Activation and Reply Suppression = Suppression de l'activation et des réponses du transpondeur supplémentaire) se connecte avec l'équipement transpondeur existant d'un aéronef pour permettre une interrogation à bord du transpondeur; la figure 3 illustre les impulsions d'interrogation produites à bord de chaque aéronef; la figure 4 illustre une réponse obtenue à partir des impulsions d'interrogation de la figure 3; la figure 5 est un schéma fonctionnel de l'unité STARS qui procure une interrogation à bord du transpondeur IFF; la figure 6 illustre une station de réception pour mesurer l'instant d'arrivée des réponses de l'aéronef; et la figure 7 illustre le processeur central pour collecter les informations des instants d'arrivée en provenance des stations de réception 16, 17 et 18 de la figure 1. En se reportant maintenant à la figure 1, on voit le plan général d'un aéroport o les aéronef S peuvent atterrir et décoller Un interrogateur IFF 21 interroge le transpondeur IFF d'un aéronef pénétrant dans l'espace aérien de l'aéro- port Les transpondeurs IFF à bord de chaque aéronef répon- dent à ces interrogations pour fournir aux contrôleurs du trafic aérien les données nécessaires pour planifier les atterrissages sur l'aéroport Les aménagements de l'aéroport peuvent comporter un aéronef 11 roulant sur une piste 9, un autre aéronef 12 s'approchant par une piste d'accès 10, en attente pour le décollage, ainsi que plusieurs aéronefs stationnaires 14 et 15 La présente invention a pour but de tenir compte correctement de l'emplacement de chaque aéronef au sol Normalement, les transpondeurs IFF de chaque aéronef 11, 12, 14 et 15 seraient déconnectés jusqu'à ce que l'aéro- nef soit en vol Il en résulte que l'interrogateur IFF 21 ne provoque aucune réponse de ces aéronefs tant qu'ils sont au sol. Les transpondeurs à bord de chaque aéronef 11, 12, 14 et 15 sont empêchés de répondre à une interrogation en provenance de l'interrogateur au sol 21 Il est nécessaire de supprimer les réponses en provenance d'aéronefs se trouvant au sol afin d'éviter de produire une quantité excessive de brouillage et de perturbations dues à des réponses non synchrones qui pourraient interférer avec les réponses en provenance d'aéronefs en vol en approche sur l'aéroport. La présente invention envisage de monter sur chacun des aéronefs 11, 12, 14 et 15 un équipement d'interrogation de bord pour interroger les transpondeurs IFF à une fréquence considérablement inférieure (normalement à intervalles de 1 seconde) à la fréquence d'interrogation de l'interrogateur au sol de grande puissance 21 Les réponses à plus faible fréquence sont reçues par trois stations de réception séparées 16, 17 et 18. Les deux stations restantes 16, 17 ou 18 sont reliées par l'intermédiaire d'une liaison de transmission de données 22 et 23 au processeur central Chacune des stations 16, 17, 18 mesure l'information de l'instant d'arrivée des réponses émises par les aéronefs au sol Chacune des stations comporte une antenne 24, 25 et 26 pour recevoir les réponses et un circuit de décodage pour obtenir l'identité ainsi que l'instant d'arrivée des réponses. Comme on le sait, les informations d'instants d'arrivée en provenance des trois stations de réception séparées 16, 17 et 18 peuvent être corrélées pour identifier l'emplacement précis d'une source de rayonnement, laquelle est dans ce cas un aéronef émettant des réponses IFF. Les stations de réception 16, 17 et 18 envoient à une station maîtresse 18 les mesures des instants d'arrivée des réponses et l'identité décodée correspondant à la réponse Le proces- seur central, qui peut être situé à la station 18, calcule la position de l'aéronef sur la base de l'information des instants d'arrivée et envoie les coordonnées de position à une console de visualisation pour contrôler la position de l'aéronef L'identité de chaque aéronef peut également être superposée sur chaque position d'aéronef visualisée. L'équipement d'interrogation de bord de chaque aéronef est représenté sur le schéma fonctionnel de la figure 2 Le transpondeur IFF conventionnel 32 est raccordé à son antenne respective 30 par l'intermédiaire d'un coupleur directionnel 31 Un circuit de suppression du DME (Distance Measuring Equipment = Equipement de mesure de distance) existant 35 supprime le fonctionnement du transpondeur lorsque l'aéronef est au sol. On voit une unité de suppression de l'activation et des réponses du transpondeur supplémentaire (STARS) 34, qui empêche le transpondeur IFF de l'aéronef existant de répondre aux impulsions d'interrogation reçues de l'antenne 30 du transpondeur Une sortie RF (Radio-Fréquence) de l'unité de suppression de l'activation et des réponses du transpondeur supplémentaire 34 envoie des impulsions d'interrogation au transpondeur existant 32 par l'intermédiaire du coupleur directionnel 31 Ainsi, le transpondeur existant est maintenu à l'état muet jusqu'à ce que l'unité de suppression de l'activation et des réponses du transpondeur supplémentaire déclenche un jeu d'impulsions d'interrogation Pl et P 3 qui, par l'intermédiaire du coupleur 31, réclame une réponse selon un mode approprié du transpondeur existant 32 La réponse d'identité, mode A, est envoyée lorsque les impulsions Pl et P 3 sont distantes de 8 microsecondes. La sortie RF est également configurée pour appliquer une impulsion P 2 pour mettre hors service le transpondeur existant entre les interrogations locales du transpondeur. Ainsi, l'impulsion P 2, ayant une amplitude que le transpon- deur existant reconnaît comme étant une condition de suppres- sion, maintiendra effectivement le transpondeur existant dans un mode muet lorsqu'il reçoit les impulsions d'interrogation de l'interrogateur au sol 21 de la figure 1. Outre l'unité de suppression de l'activation et des réponses du transpondeur supplémentaire 34 est prévu un interrupteur 38 réagissant à l'application d'un poids sur les roues Cet interrupteur amène l'unité de suppression de l'activation et des réponses du transpondeur supplémentaire (STARS) 34 à supprimer toute interrogation extérieure lorsque l'aéronef est au sol Un interrupteur MARCHE/ARRET de commande 36 permet en outre de déconnecter manuellement l'unité 34. Le transpondeur 32 et l'unité DME 35 sont interconnectés comme on le voit pour la mise en oeuvre de la présente invention La ligne de signaux de commande de mise en circuit/hors circuit de la suppression du DME est en consé- quence sous la commande de l'unité 34 Ainsi, l'ordre de mise en service/hors service de la suppression envoyé au transpon- deur existant 32 ne sera appliqué que lorsque l'interrupteur 38 de poids sur les roues et l'interrupteur MARCHE/ARRET 36 sont tous deux fermés. Dans une réalisation préférée, les impulsions d'interrogation produites à bord de l'aéronef par l'unité 34 auront lieu à une fréquence nominale de 1 seconde Cette fréquence peut varier, de façon pseudo- aléatoire, autour de la fréquence nominale de 1 seconde pour réduire la probabilité d'interfé- rence avec des réponses en provenance d'autres aéronefs En outre, on voit un détecteur d'accélération 41 qui, lorsque l'aéronef accélère anormalement, augmentera la fréquence nominale de façon que les données de réponse soient reçues à une fréquence supérieure correspondant au mouvement de l'aéronef. On envisage que, dans certaines réalisations, le transpondeur existant 32 réponde à des modes d'interrogation additionnels autres qu'un mode A d'interrogation Ces interrogations additionnelles du transpondeur 32 peuvent produire une réponse contenant des données émises localement sur l'aéro- nef Ces données émises localement peuvent être des données de position obtenues d'une source de données de position 40. Les informations de position peuvent être obtenues par tout système de navigation et de détermination de position, de façon spécifique des systèmes de positionnement global par satellite En conséquence, un aéronef équipé de tels systèmes émettra, avec son identité, une réponse indiquant la position de l'aéronef. Les impulsions d'interrogation produites par l'unité de suppression de l'activation et des réponses du transpondeur supplémentaire se font à la fréquence nominale de 1,030 G Hz, qui est la fréquence d'interrogation du transpondeur exis- tant 32 Comme on le voit sur la figure 3, une impulsion Pl et une impulsion P 3 sont appliquées à l'intervalle correct pour provoquer une réponse en mode A ou une réponse addition- nelle du transpondeur existant 32 On voit l'impulsion P 2 qui, lorsqu'elle est insérée par l'unité transpondeur supplémentaire 34, supprime les réponses par le transpondeur existant 32 Pendant les intervalles de non-activité entre les intervalles pendant lesquels le transpondeur 32 est localement interrogé, les impulsions Pi, P 2 et P 3 sont appliquées avec l'impulsion P 2 ayant une amplitude égale à l'impulsion Pi, d'o il résulte la suppression de toute réponse du transpondeur existant 32 à toute interrogation en provenance de l'interrogateur à grande puissance 21 En outre, le signal de suppression du DME peut être appliqué à la borne d'entrée/sortie de suppression du transpondeur existant 32. La réponse déclenchée par une interrogation selon la figure 3 est représentée sur la figure 4 La réponse sera reconnue par l'homme de l'art familier avec les communications IFF comme étant une réponse standard ayant les positions d'impul- sion représentées. La figure 5 est un schéma fonctionnel de l'unité de suppres- sion de l'activation et des réponses du transpondeur supplé- mentaire 34 Cette unité comprend un oscillateur RF 45 pour produire un signal porteur d'ondes continu à l'intérieur de la bande passante du transpondeur 32 Un modulateur 47 module le signal porteur RF avec les impulsions d'interrogation Pl et P 3, ainsi que l'impulsion de suppression P 2 pour rendre le transpondeur inactif. Le codeur 44 produit les impulsions d'interrogation exigées Pi, P 2 et P 3 Une horloge de système 46 fournit les signaux d'horloge pour le circuit logique et de commande 43, le circuit de commande de suppression au sol 48 et le codeur 44. En fonction des signaux d'état de l'aéronef procurés par l'interrupteur d'état: poids sur les roues 38, et de l'état de l'interrupteur MARCHE/ARRET 36, une impulsion est fournie à intervalles d'environ 1 seconde au codeur 44 Le codeur 44 déclenche un train d'impulsions ayant le format des impul- sions d'interrogation Pi, P 2 et P 3 et l'envoie au modulateur 47 Le détecteur d'accélération 41 module la fréquence pseudo-aléatoire du jeu d'impulsions fourni au codeur 44, qui augmentera depuis une fréquence nominale de 1 seconde. Le signal d'interrogation à bord produit par le modulateur 47 peut avoir le format pour une interrogation en mode A pour fournir l'identité de l'aéronef, ainsi que pour fournir les interrogations en mode additionnel On envisage que, dans le futur, il peut être souhaitable de provoquer des données de position dérivées à bord, qui peuvent être transmises par une réponse provoquée du transpondeur Le codeur 44 peut ainsi être configuré pour tout type d'interrogation de mode. Le circuit de commande de suppression au sol 48 fournit un signal de suppression du transpondeur en réponse au signal d'entrée de suppression du DME reçu Cette suppression du DME est mise en oeuvre en addition à la suppression d'impulsion RF lorsque le circuit logique et de commande 43 fournit un signal de validation au circuit de commande de suppression au sol 48. Ainsi, on voit qu'il peut en résulter des interrogations à bord qui produiront toute réponse à l'intérieur des possibi- lités du transpondeur de l'aéronef Pendant les périodes pendant lesquelles l'interrogation à bord n'est pas active, le circuit de commande de suppression au sol 48 et le codeur 44 enverront des signaux de suppression à la fois à la borne d'entrée/sortie de suppression du DME du transpondeur et à l'entrée RF du transpondeur par l'intermédiaire du cou- pleur 31. Les interrogations produites à bord et les réponses corres- pondantes en provenance de chacun des transpondeurs d'aéro- nefs sont reçues à chacune des trois stations de réception dans l'aéroport La figure 6 est un schéma fonctionnel d'une telle station de réception qui mesure l'instant d'arrivée d'une réponse en provenance d'un aéronef, en même temps qu'elle décode la réponse pour obtenir l'identité de l'aéro- nef La figure 6 illustre une méthode d'étalonnage RTR; l'homme de l'art reconnaîtra d'autres moyens d'étalonnage, tels qu'ayant un transpondeur d'étalonnage 19 à un emplace- ment connu dans l'aéroport comme décrit dans la Demande de brevet antérieure en instance No de série 07/625040 Toute donnée de position qui peut également être contenue dans une réponse est décodée et envoyée par une liaison de transmis- sion de données 54 au processeur central situé à la station 18 de la figure 1. Le récepteur IFF standard et le décodeur 51 reçoivent et décodent chacune des réponses Le récepteur 51 peut procurer les données d'identité et de position contenues dans une réponse comme données de sortie décodées L'instant d'arrivée de la réponse est mesuré et apparaît sur un port de sor- tie 61. La donnée d'instant d'arrivée est l'instant noté par le récepteur IFF lorsque des impulsions de cadrage d'une réponse sont reçues Un compteur à l'intérieur du récepteur IFF 51 note l'apparition de chaque impulsion et est remis à zéro après le décodage avec succès à la fois des données d'iden- il tité et de position Ainsi, un instant d'arrivée pour la réponse est calculé sur la base d'une moyenne courante d'arrivée d'impulsions de cadrage ou sur l'arrivée de toute donnée d'identité ou de position sélectionnée par le concep- teur du système. Un assembleur de messages 57 compose en temps réel les données d'arrivée, les données d'identité et toute donnée de position ultérieure dans un cadre pour transmission par l'intermédiaire de la liaison de transmission de données à la station maîtresse Une sortie décodée 60 peut également être procurée et représente le signal du détecteur de mouvement utilisé pour moduler la fréquence d'interrogation Le port de sortie 60 permet l'assemblage des données, identifiant le signal de mouvement avec d'autres données pour la transmis- sion par l'intermédiaire de la liaison de transmission de données 54. La synchronisation de chacune des horloges 52 des stations de réception peut être obtenue avec un réseau d'étalonnage et de commande en temps réel 56 Ce réseau 56 contrôle la fréquence et la phase d'un oscillateur à cristal commandé par tension 52 servant d'horloge en temps réel 52 Pendant un intervalle d'étalonnage, des signaux reçus sur la liaison de transmis- sion de données à large bande 54 sont utilisés pour amener l'horloge en temps réel 52 en synchronisme avec l'horloge en temps réel de la station maîtresse. La figure 7 illustre l'organisation de la station maîtresse. Comme on peut le voir, un récepteur IFF et décodeur 68 similaire est procuré et décode les données d'instants d'arrivée, les données d'identité et toute donnée de position contenues dans une réponse en provenance d'un transpondeur, lesquelles sont ensuite appliquées à l'assembleur de messa- ge 69. L'horloge en temps réel 67 pour la station maîtresse peut être utilisée pour étalonner les horloges en temps réel des autres stations de réception Une unité de transmission de réception 61 est représentée pour transmettre les données d'étalonnage par l'intermédiaire de l'antenne 60 pour les stations restantes du système de surveillance de l'aéroport sur la liaison de transmission des données à large bande 54. D'autres unités de transmission de réception à large bande 63 transmettront à la station de réception restante sur l'aéro- port les données de l'horloge en temps réel pour étalonnage par l'intermédiaire d'autres liaisons de transmission de données à large bande. Le processeur central 66 reçoit donc des données, y compris les informations d'identité et d'instants d'arrivée pour chaque réponse reçue des trois stations En utilisant les données d'instants d'arrivée, les opérations mathématiques conventionnelles de détermination de position permettent la détermination de la position pour chaque réponse reçue Cette position est corrélée avec les données d'identité reçues de la réponse. Le processeur central MSU 66 fournit des données d'affichage à un radar de surveillance d'aéroport conventionnel pour permettre d'afficher l'identité de chaque cible sur le radar pour être affichée sur la cible. Ainsi, on a décrit une réalisation d'un système pour contrô- ler de façon précise les aéronefs qui sont au sol dans une installation d'aéroport L'homme de l'art reconnaîtra cependant d'autres systèmes comme il est décrit dans les revendications jointes, mais non limités à celles-ci. Revendications 1. Système pour produire des signaux qui identifient un aéronef qui est au sol, comprenant un transpondeur IFF ( 32) à bord de cet aéronef, ayant une entrée d'antenne ( 30) pour recevoir des impulsions d'interro- gation déclenchées au sol et pour émettre une réponse à cette interrogation; des moyens de coupleur directionnel ( 31) ayant un port raccordé à l'entrée d'antenne du transpondeur et deux ports additionnels dont l'un est raccordé à une antenne de cet aéronef pour recevoir les impulsions d'interrogation; un circuit de suppression du DME pour fournir un signal au transpondeur IFF pour inhiber les réponses de ce transpon- deur; et des moyens de détection du train d'atterrissage ( 38) pour procurer un signal indiquant que l'aéronef est sur le sol; caractérisé en ce que des moyens de circuit ( 34) sont montés pour recevoir le signal de ces moyens de détection du train d'atterrissage et le signal du circuit de suppression du DME, ces moyens de circuit envoyant un signal d'inhibition du DME au transpon- deur IFF et un signal de suppression à un port restant des moyens de coupleur directionnel pour supprimer l'interroga- tion du transpondeur par les impulsions d'interrogation déclenchées au sol et pour introduire une impulsion d'inter- rogation dans le transpondeur IFF à une fréquence inférieure à la fréquence des impulsions d'interrogation au sol. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de détection du train d'atterrissage sont consti- tués par un interrupteur d'état: poids sur les roues ( 38), qui change d'état lorsque l'aéronef est sur le sol. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de circuit produisent des impulsions d'interroga- tion dont la fréquence varie de façon aléatoire. 4 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de circuit produisent des impulsions d'interroga- tion pour produire une réponse qui identifie l'aéronef. 5. Système pour identifier l'emplacement d'un aéronef au sol, ayant un transpondeur IFF, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens pour détecter que cet aéronef est sur le sol; des moyens sur l'aéronef pour supprimer l'interrogation du transpondeur IFF par un équipement d'interrogation au sol; et des moyens pour produire à bord des signaux d'interrogation pour interroger le transpondeur IFF à une fréquence infé- rieure à celle des signaux d'interrogation produits par l'équipement d'interrogation au sol lorsque cet aéronef est sur le sol. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les signaux d'interrogation produits à bord produisent une réponse du transpondeur de l'aéronef identifiant cet aéronef. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que les signaux d'interrogation à bord produisent des données contenant la réponse additionnelle. 8. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une multiplicité de stations de réception au sol ( 16,17,18) pour détecter l'instant d'arrivée de cette réponse et pour décoder chacune de ces réponses, d'o il résulte que la position et l'identité de l'aéronef sont déterminées. 9. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que cette réponse contient des données de position produites à bord de l'aéronef. 10 Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un détecteur d'accélération ( 41) pour augmenter la fréquence des trains d'impulsions d'interroga- tion à bord en réponse à une accélération anormale de l'aéronef. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens dans les stations de réception pour détecter le changement de la fréquence des réponses produites par l'aéronef.