Brevet FR2687224A1 — publié le 19930813

Procédé et dispositif de détermination de l'angle de relèvement utilisant le signal TACAN et système de radionavigation mettant en oeuvre le procédé. La présente invention se rapporte à la radionavigation par détermination de l'angle de relèvement constitué par l'azimut d'un radiophone tournant TACAN, cet angle étant déterminé au moyen du signal fourni par le radiophare tournant TACAN et plus particulièrement TACAN N, c'est-à-dire TACAN normalisé selon des normes OTAN. II est rappelé que le radiophare TACAN (d'après l'anglais TACtical Air Navigation) émet avec un diagramme de rayonnement qui tourne à 15 tours par seconde, que le diagramme présente une forme dentelée avec 9 dents régulièrement réparties à 400 les unes des autres et que le signal TACAN est constitué de paires d'impulsions émises dans des canaux de fréquence situés à environ 1 GHz. Une des dents présente une amplitude supérieure à celle de toutes les huit autres et, lorsque cette dent est tournée vers l'Est, le radiophare émet un signal de référence, dit référence principale; de plus des signaux de référence, dits références secondaires, sont émis chaque fois que l'une des huit autres dents est tournée vers l'Est.Le signal reçu, par exemple par un avion, présente une enveloppe à 15 Hz modulée à 135 Hz ; L'angle TACAN, c'est-à-dire l'angle que fait la direction radiophare-récepteur de l'avion avec la direction du Nord magnétique, est donné par la position du zéro de cette enveloppe sinusoïdal par rapport à l'instant d'apparition de la référence principale. Les signaux émis par une balise TACAN étant constitués de paires d'impulsions dont l'arrivée est aléatoire par rapport à l'horloge située dans le récepteur, il semblerait que les algorithmes traitant directement ces signaux soient les plus économiques en puissance de calcul, c'est pourquoi certains procédés et dispositifs connus de détermination de l'angle TACAN fonctionnent de cette façon. Néanmoins l'observation des procédés et dispositifs connus fait apparaître une quantité importante de calculs à effectuer. Ainsi dans le cas d'un dispositif utilisant un filtre de Kalman en échantillonnage aléatoire, il faut 21 multiplications, 15 additions et 3 divisions par échantillon, pour estimer les 2 composantes de phase des deux raies 15 et 135 Hz.Les méthodes de filtrage moindre carré demandent encore plus de calculs, car pour chaque échantillon il faut itérer un algorithme d'approximation pour que la variance des résidus descende en dessous d'une certaine valeur limite. Par ailleurs, le traitement porte à la fois sur le moment d'arrivée des impulsions et sur leur amplitude, ce qui double le débit de données d'entrée par rapport à un rééchantillonnage régulier, comme celui qui va être proposé avec l'invention. II est à noter également que les procédés connus travaillant en temps réel posent des problèmes d'extrapolation lors d'un effacement du signal reçu (blanking dans la littérature anglo-saxonne) puisque, par définition, il n'y a plus de réception de signaux. La présente invention a pour but d'éviter ou, pour le moins, de réduire ces inconvénients. Ceci est obtenu en élaborant des échantillons régulièrement répartis sur une durée de un quinzième de seconde et en les conservant en mémoire. Selon l'invention il est proposé un procédé de détermination d'angle utilisant les paires d'impulsions du signal de relèvement TACAN fourni par un radiophare TACAN, pour déterminer l'enveloppe de ce signal et en déduire l'angle TACAN, représentant l'angle de relèvement, c'est-à-dire l'azimut du radiophare, par des corrélations associées à des calculs trigonométriques, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer l'enveloppe par cycles de un quinzième de seconde, au moyen d'impulsions fictives régulièrement réparties et dont l'amplitude est, au moins en l'absence d'effacement dans le signal de relèvement, la moyenne des amplitudes des deux paires d'impulsions du signal de relèvement situées au plus près de l'impulsion fictive considérée, de part et d'autre de l'impulsion fictive considérée et à une distance maximale donnée de l'impulsion fictive considérée. Selon l'invention il est également proposé un dispositif de détermination d'angle de relèvement utilisant le signal TACAN, comportant un ensemble récepteur pour recevoir le signal TACAN émis par un radiophare et délivrer des paires d'impulsions et un signal de référence principal extraits du signal TACAN, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'adressage synchronisé par le signal de référence pour définir n fenêtres d'échantillonnage jointives par quinzième de seconde, un circuit de mémorisation à 2N positions de mémoire, pour définir N paires de fenêtres, avec les n fenêtres, chaque paire de fenêtres étant décalée de la suivante d'un nombre entier positif de fenêtres inférieur à trois et le nombre n étant choisi pour que N soit au moins égal à 9 x 2 = 18, et pour mettre en mémoire, par cycles de un quinzième de seconde, relativement à chacune des N transitions entre les deux fenêtres de chaque paire de fenêtres, les valeurs des deux paires d'impulsions, quand elles existent, qui appartiennent à la paire de fenêtres considérée et qui sont les plus proches de la transition considérée et des moyens de calcul pour élaborer avec les valeurs en mémoire un ensemble de N échantillons fictifs régulièrement répartis sur un quinzième de seconde, chaque échantillon étant obtenu en faisant la moyenne entre les deux valeurs relatives à une même paire de fenêtres, et pour en déduire l'angle TACAN, représentant le relèvement c'est-àdire l'azimut du radiophare, par des corrélations associées à des calculs trigonométriques. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent - la figure 1, le schéma d'un dispositif selon l'invention, - la figure 2 un diagramme des temps relatif au schéma selon la figure 1. La description qui suit va montrer comment, après un échantillonnage du signal TACAN par paires de fenêtres successives, une sélection est effectuée qui consiste à ne conserver, pour une paire de fenêtres donnée, que les deux paires d'impulsions situées au plus près de part et d'autre de la transition entre les deux fenêtres de la paire de fenêtres considérée. Ainsi peuvent ensuite être élaborés des échantillons TACAN fictifs ; il s'agit, pour chaque paire de fenêtres considérée, d'un échantillon qui serait apparu à la transition entre les deux fenêtres de la paire de fenêtres considérée et qui aurait pour amplitude l'amplitude de la moyenne des amplitudes des deux paires d'impulsions sélectionnées.Ces échantillons fictifs sont conservés en mémoire et les données mises en mémoire sont rafraîchies, sauf en cas d'effacement du signal reçu, tous les quinzièmes de seconde. II est alors possible, par des corrélations simples, suivies de calculs trigonométriques, de déterminer l'angle de relèvement du récepteur, c'est-à-dire l'angle TACAN. Une telle façon de procéder conduit à une erreur de position intrinsèquement faible avec l'échantillon fictif car, du fait de l'équipartition statistique des paires de signaux autour de tout instant donné et en particulier autour de la transition entre les deux fenêtres d'une même paire de fenêtres, les lois de probabilité de positionnement des deux paires d'impulsions sélectionnées sont symétriques l'une de l'autre.De plus, comme il va apparaître dans ce qui suit, le dispositif pour élaborer ces échantillons fictifs et calculer l'angle TACAN est simple à réaliser et n'exige pas de calculs en temps réel. La figure 1 montre un récepteur TACAN, 1, qui capte le signal émis par un radiophare TACAN ; ce signal est constitué de paires d'impulsions dont certaines sont groupées et présentent un codage prédéterminé afin de constituer le signal de référence principale qui est émis lors du passage plein Est de la dent d'amplitude maximale du diagramme de rayonnement du radiophare. Le récepteur 1 délivre à un convertisseur analogique-numérique 2, un signal J. Ce signal est fait, pour chaque paire de signaux, d'une seule impulsion dont l'amplitude est égale à l'amplitude crête de la première impulsion de chaque paire ; pour simplifier le langage il sera néanmoins dit, ci-après et dans les revendications, que le récepteur 1 délivre des paires d'impulsions au convertisseur 2. Les signaux de sortie du convertisseur 2 sont fournis à un circuit de commande 3 et à une mémoire, 7, à double accès (Dual Port Memory dans la littérature anglo-saxonne). Le récepteur 1 possède un circuit de décodage de la référence principale qui, pour faciliter les explications, a été représenté sur la figure 1 par un bloc 4 extérieur au récepteur 1 ; ce circuit fournit un signal Q constitué par une impulsion qui indique l'apparition du signal de référence principale dans le signal capté. Comme il a été indiqué au début de cette description l'une des étapes pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est d'effectuer un échantillonnage avec une mise en mémoire correspondant à des échantillons obtenus par cycles de un quinzième de seconde, c'està-dire sur une période de la composante à 15 Hz du signal TACAN. Par souci de simplicité il y a intérêt à avoir un nombre entier de fenêtres d'échantillonnage non seulement pendant la période de la composante à 15 Hz mais aussi pendant la période de la composante à 135 Hz ; dans l'exemple décrit à l'aide des figures il sera, de plus, nécessaire de choisir pour ces nombres entiers des valeurs paires mais ce ne sera pas le cas dans une variante qui sera mentionnée plus loin.De plus, pour assurer de façon valable les corrélations mentionnées plus avant et décrites plus loin, il sera nécessaire, tenant compte du théorème de SHANNON, d'avoir un nombre de paires de fenêtres successives au moins égal à 2 pour une période de la composante à 135 Hz, ce qui fait 18 paires de fenêtres pour une période du signal à 1 5 Hz. Dans la réalisation décrite à l'aide de la figure 1 le nombre de fenêtres d'échantillonnage pendant un quinzième de seconde est de 288 ce qui fait 32 fenêtres pendant une période de la composante à 135 Hz. Ces fenêtres sont élaborées à l'aide d'une horloge, 5, de fréquence égale à 4 320 Hz qui alimente un circuit de comptage, 6, qui compte de O à 287 et repart de 0. Le circuit de comptage 6 est remis à 0 par l'impulsion que délivre le circuit de décodage 4 lors de l'apparition du signal de référence principal. Le circuit de comptage 6 fournit au circuit de commande 3 un signal en créneaux qui prend alternativement les valeurs 0 et 1 pendant un temps égal à (1/288).(1/15) seconde, en commençant par la valeur 0 au moment t = o ou apparaît le signal de référence principale; c'est le signal H selon la figure 2. Le circuit de comptage 6 fournit également, en synchronisme avec le signal H, les adresses d'écriture dans les 288 positions de la mémoire 7 définissant ainsi 288 fenêtres d'échantillonnage : une à chaque nouvel état O ou 1 du signal H; les premières de ces fenêtres ont été repérées par les références Fl, F1', F2, F2', F3 dans le signal H de la figure 2. Le circuit de commande 3 élabore un signal W d'autorisation (strobe dans la littérature anglo-saxonne) d'écriture dans la mémoire 7, à partir du signal H et du signal, J, provenant du récepteur TACAN. Comme indiqué plus avant il est dit ci-après et dans les revendications, pour simplifier le langage, que le signal J est formé de paires d'impulsions, qui sont en fait réduites à une impulsion ; ce signal J est représenté sur la figure 2 mais avec beaucoup moins de "paires d'impulsions" qu'il n'en compte en réalité du moins en dehors des moments où se produisent des effacements. Afin de délivrer le signal W, le circuit de commande 3 comporte une bascule qui passe au niveau 1 quand le signal H est au niveau 0, et qui repasse au niveau 0 quand, alors que le signal H est au niveau 1, une paire d'impulsions apparaît sur la sortie du convertisseur 2 ; le retour de la bascule au niveau 1 se fait au moment du passage du signal H à 0.Le signal W est alors obtenu grâce à une porte ET qui reçoit sur une première entrée le signal de la bascule et sur une seconde entrée le signal délivré par un circuit à seuil qui, lui-même, reçoit le signal J numérique ; le circuit à seuil est destiné à éliminer le bruit dans le signal J et à fournir des signaux tous identiques. Sur la figure 2 le signal numérique de sortie du convertisseur 2 n'a pas été représenté car il a été jugé plus aisé de montrer l'obtention du signal W comme si c'étaient les "paires d'impulsions" et non leur signal numérique qui agissaient, avec le signal H, pour obtenir le signal W. Si plusieurs paires d'impulsions sont écrites successivement dans un même emplacement de la mémoire 7, seule la dernière paire écrite reste en mémoire puisque les autres ont été effacées par l'écriture de celle qui les suit. Ainsi étant donné la façon dont a été élaboré le signal W, les 288 fenêtres d'échantillonnage F1, F1', F2, F2', F3... peuvent être considérées comme formant 144 paires de fenêtres telles que P1 = F1 + F1' P2 = F2 + F2', au cours desquelles, pendant la première fenêtre, telle que F1 ou F2, d'une paire de fenêtres, c'est la dernière paire d'impulsions TACAN qui est mise en mémoire et, pendant la seconde fenêtre, telle que F1' ou F2', c'est la première paire d'impulsions TACAN qui est mise en mémoire; ceci est schématisé, sur la figure 2, dans un graphique M qui représente, par des barres verticales de différentes longueurs proportionnelles aux amplitudes des paires d'impulsions, les instants d'écriture dans la mémoire 7. II est à noter de plus que, si un effacement se produit dans le signal TACAN, les emplacements de la mémoire 7 dans lesquelles auraient dû être inscrites de nouvelles données ne sont pas laissés vides : ils conservent leur information précédente puisque cette information ne s'efface qu'au moment de l'écriture d'une nouvelle information plus récente; simplement il se produit un vieillissement des informations en mémoire et ce vieillissement est d'autant plus grand que l'effacement du signal TACAN dure plus longtemps. Les informations contenues dans la mémoire 7 peuvent être lues à tout instant par un microprocesseur 8 qui délivre à la mémoire 7 un signal de lecture R et des signaux Ad d'adresse des 288 emplacements dans lesquels sont notées des amplitudes de paires d'impulsions, comme il a été expliqué plus avant. Les informations D reçues par le microprocesseur 8 lui permettent de calculer des échantillons fictifs du signal TACAN ; ces échantillons fictifs régulièrement répartis correspondent à des paires d'impulsions fictives qui, chacune, seraient apparues juste au milieu d'une des paires de fenêtres P1, P2, P3... et qui auraient pour amplitude la moyenne des deux valeurs mises en mémoires au cours de la paire de fenêtres considérée. Les échantillons fictifs, tels que El, E2, E3, calculés par le microprocesseur 8 ont été schématisés, dans le graphique M de la figure 2, par des barres verticales en traits interrompus et de différentes longueurs. A l'aide de ces échantillons fictifs il est alors possible pour le microprocesseur de déterminer l'angle TACAN représentant le relèvement du radiophare TACAN, en considérant que les N = 144 échantillons calculés à partir du contenu de la mémoire 7 sont des échantillons de l'enveloppe du signal TACAN. représentant le relèvement du radiophare TACAN, L'angle TACAN est le déphasage entre le signal de fréquence 15 Hz reçu et un signal sinusoïdal de fréquence 15 Hz qui partirait au temps de réception de la référence principale du signal TACAN ; cet angle est déterminé, dans l'exemple décrit, en effectuant les quatre corrélations suivantes où k est un entier et où A et B sont des angles compris entre O et 360 , ce qui permet de calculer tanA et tanB, puis A et B et enfin l'angle A B TACAN ou azimut qui est égal à (A - reste de la division ) + avec A 40 9 et B exprimés en degrés. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit c'est ainsi, en particulier, qu'à l'aide de deux circuits de commande comme le circuit 3 il est possible, avec l'un, de définir des paires de fenêtres telles que F1 +F1', F2+F2'... et avec l'autre des paires de fenêtres telles que F1'+F2, F2'+F3....., ce qui donne, à même nombre de fenêtres, sensiblement deux fois plus de paires de fenêtres qu'avec le dispositif selon la figure 1 ; par contre outre le second circuit de commande il faut alors deux mémoires distinctes, de capacité moitié de la mémoire selon la figure 1, car les signaux d'autorisation d'écriture fournis par les deux circuits de commande, sont différents. REVENDICATIONS 1. Procédé de détermination d'angle utilisant les paires d'impulsions du signal de relèvement TACAN fourni par un radiophare TACAN, pour déterminer l'enveloppe de ce signal et en déduire l'angle TACAN, représentant l'angle de relèvement, c'est-à-dire l'azimut du radiophare, par des corrélations associées à des calculs trigonométriques, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer l'enveloppe par cycles de un quinzième de seconde, au moyen d'impulsions fictives (El, E2, E3...) régulièrement réparties et dont l'amplitude est, au moins en l'absence d'effacement dans le signal de relèvement, la moyenne des amplitudes des deux paires d'impulsions du signal de relèvement situées au plus près de l'impulsion fictive considérée, de part et d'autre de l'impulsion fictive considérée et à une distance maximale donnée de l'impulsion fictive considérée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, quand, lors d'un cycle, une paire d'impulsions parmi les deux paires d'impulsions situées au plus près de l'impulsion fictive considérée, est de valeur nulle, il consiste à prendre, en compte, à la place, I'impulsion correspondante dans le cycle précédent. 3. Dispositif de détermination d'angle de relèvement utilisant le signal TACAN, comportant un ensemble récepteur (1, 4) pour recevoir le signal TACAN émis par un radiophare et délivrer des paires d'impulsions (J) et un signal de référence principal (Q) extraits du signal TACAN, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit d'adressage (5,6) synchronisé par le signal de référence pour définir n fenêtres d'échantillonnage jointives par quinzième de seconde, un circuit de mémorisation (3, 7) à 2N positions de mémoire, pour définir N paires de fenêtres, avec les n fenêtres, chaque paire de fenêtres étant décalée de la suivante d'un nombre entier positif de fenêtres inférieur à trois et le nombre n étant choisi pour que N soit au moins égal à 9 x 2 = 18, et pour mettre en mémoire, par cycles de un quinzième de seconde, relativement à chacune des N transitions entre les deux fenêtres de chaque paire de fenêtres, les valeurs des deux paires d'impulsions, quand elles existent, qui appartiennent à la paire de fenêtres considérée et qui sont les plus proches de la transition considérée et des moyens de calcul (8) pour élaborer avec les valeurs en mémoire un ensemble de N échantillons fictifs régulièrement répartis sur un quinzième de seconde, chaque échantillon étant obtenu en faisant la moyenne entre les deux valeurs relatives à une même paire de fenêtres, et pour en déduire l'angle TACAN, représentant le relèvement c'est-à-dire l'azimut du radiophare, par des corrélations associées à des calculs trigonométriques. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que, quand lors d'un cycle donné les valeurs à mettre en mémoire dans une partie des 2N positions sont nulles, le circuit de mémorisation conserve, dans cette partie des 2N positions, les valeurs qui y étaient mémorisées au cycle précédent le cycle donné. 5. Système de radionavigation, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre le procédé selon la revendication 1 ou 2.