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MEMOIRE DESCRIPTIF à l'appui d'une demande de BREVET D'INVENTION "Méthode et installation pour la détermination de la position angulaire d'un poste récepteur par rapport à un radiophare"
EMI1.1
la Société dite: "PATELHOLD" Patentverwertunga- & Blektro-Holding A.G., à GLUUS, Suisse.
Faisant l'objet d'une première demande de brevet déposée en SUISSE: le 6 mai 1944.
Le relèvement de terre pour avions présente, comme on le sait, plusieurs inconvénients : Il exige un nombre relativement élevé de postes radiogoniométriques terrestres, ce qui augmente les frais du service ; ne peut relever qu'un petit nombre d'avions simulta- nément; étant donné que deux postes terrestres sont généralement nécessaires pour relever un avion ; ladurée du relèvement est rela- tivement longue, vu que le résultat doit être communiqué à l'avion;
en dépit de l'introduction du relèvement par impulsions, il est impossible d'éliminer complètement l'effet crépusculaire, de sorte que des relèvements erronés, susceptibles de provoquer des accidents, sont toujours à craindreo
En outre, il est connu d'agencer à bord de grands avions des dispositifs dits compas radiogoniométriques, qui permettent à l'équipage de déterminer la position de l'avion d'après les émetteurs terrestres. Toutefois, de tels dispositifs sont encombrants et pesants; le cadre radiogoniométrique, disposé à l'extérieur du fuselage absorbe une partie notable de l'énergie en raison de sa résistance à l'air et, de plus, les relèvements sont inutilisables dans de nombreux cas en raison de 1,1'effet crépusculaire.
Lorsque les émetteurs terrestres sont constitués par des radiophares spéciaux, ils exigent une gamme très étendue de longueurs d'onde, ce qui provoque des perturbations fréquentes dans les services de radiodiffusion et autres.
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L'invention vise à établir une méthode pour la détermination de la position angulaire d'un récepteur par rapport à un radiophare au moyen de signaux radiogoniométriques émis par ce dernier, méthode dans laquelle les inconvénients.précités sont éliminés grâce au fait que le radiophare est constitué par plusieurs rayons partant d'un point, ces rayons tournant autour d'un axe commun, et consistant en des oscillations électromagnétiques d'une longueur d'onde de quelques mètres tout au plus, oscillations auxquelles on imprime un indicatif d'angle qui se modifie continuellement pendant la rotation, ces rayons comportant les mêmes indicatifs d'angle pour les mânes positions angulaires.
L'installation pour la mise en oeuvre de cette méthode est caractérisée par la prévision de plusieurs antennes directionnelles tournant autour d'un axe commun et émettant des oscillations électromagnétiques d'une longueur d'onde de quelques mètres tout au plus, ondes auxquelles on imprime un indicatif d'angle qui varie continuellement au cours de la rotation, les rayons comportant les mânes indicatifs d'angle pour les marnes positions angulaires.
L'invention offre de nombreux avantages vis-à-vis d'autres méthodes connues. Tout d'abord, l'appareillage de réception est très simple. On peut utiliser à cet effet le récepteur pour ondes de haute fréquence qui est de toute façon installé dans l'avion et que l'on peut munir éventuellement de certains dispositifs supplémentaires.
L'invention permet une lecture rapide, étant donné que le laps de temps pendant lequel un signal de haute fréquence est reçu n'est pas court par rapport à l'intervalle dans lequel il n'y a pas de réception, comme c'est le cas par exemple lorsqu'il n'y a qu'un seul secteur de signaux tournants* Le signal reçu est net et permet une lecture précise, étant donné que l'emploi d'ondes électromagnétiques de la gamme ultracourte ou gamme des micro-ondes offre, à coté d'autres avantages, celui d'une concentration précise des ondes en faisceaux dirigés. En raison de la faible distance angulaire entre faisceaux de rayons voisins, on realise un recouvrement des maxima parasites, lesquels peuvent parfois devenir la cause d'erreurs de relèvement.
Ensuite, le résultat du relèvement radiogoniométrique ne doit pas être corrigé suivant une courbe de radio- émission ("Funkbeschickungskurve"). En outre, le relèvement peut être gardé secret, ceci en modifiant l'indicatif d'angle suivant un programme déterminé, ce qui peut être réalisé d'une manière très simple. Finalement, un autre avantage réside dans le fait que l'invention peut être avantageusement appliquée à l'atterrissage sans visibilité.
L'invention est expliquée plus amplement dans la suite à l'aide des exemples de réalisation ci-après et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : @
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Fig. 1 représente une installation de radiophare suivant l'invention; Fig. 2 sert à expliquer la formation des indicatifs d'angle émis par le radiophare suivant Fig. l; Fig. 3 et 4 servent à expli- quer le fonctionnement d'installations de réception ; 5 et 6 sont des représentations schématiques de telles installations.
Dans l'installation de radiophare représenté dans la Fig. 1, R désigne des antennes réflectrices qui tournent dans le sens horla- gique autour de l'axe M. D désigne des doublets dont le rayonnement est concentré en faisceaux par les réflecteurs R. Leur carac- téristique directive est indiquée par les surfaces hachurées limitées par les courbes Le. Soit I, II ... X les numéros assignés aux divers équipages émetteurs, lesquels peuvent fonctionner en autoamorçage ou être excités par un maître oscillateur commun. E désigne la position d'un récepteur, lequel détermine sa position angulaire par rapport au radiophare grâce à, la réception de signaux de relèvement émis par ce dernier.
A cet effet, les signaux de relèvement émis comportent un indicatif d'angle. Celui-ci est obtenu, dans l'exemple de réalisation représenté au dessin, par l'emploi d'une fréquence auxiliaire. Comme il ressort de la Fig. 1, cette fréquence s'élève, dans la position du radiophare montrée au dessin, à 65 kilocycles pour l'émetteur X, à 70 kilocycles pour l'émetteur IX, et ainsi de suite. L'émetteur I émet deux fréquences différen- tes simultanément, à savoir, 60 kilocycles et 110 kilocycles.
Cette double émission se produit jusqu'à ce que l'émetteur I vient occuper la position de l'émetteur X; à ce moment elle devient de 65 kilocycles et de 110 kil@cycles. Cette mesure a pour but de réaliser un relèvement précis à l'endroit de la transition entre les fréquences élevées et les fréquences moins élevées. Chaque émetteur comporte, dans la même position angulaire, la même fréquence d'indicatif d'angle, de sorte qu'un récepteur, par exemple celui situé à l'endroit E, peut, en déterminant la fréquence qu'il reçoit, relever sa position angulaire par rapport au radiophare, étant donné le rapport certain qui existe entre la fréquence et la position angulaire.
L'indicatif d'angle peut être réalisé par exemple à l'aide de l'installation établie suivant la Fig. 2. Dans cette dernière, G désigne un oscillateur pour la génération de fréquences à allure constante, variables périodiquement dans les limites comprises entre 120 et 170 kilocycles. G'l, G ... G'10 désignent des oscil- lateurs à fréquence constante de la, 15 ... 55 kilocycles, avec modulateurs; Gï, et ... Gï0 désignent des oscillateurs à fréquence constante de 60, 65... 105 kilocycles, avec modulateurs; F'i ... F'9 désignent des filtres passe-bas avec des fréquences limitesà 115 kilocycles; Fï ... fïo désignent des filtres passe-haut avec une fréquence limite à 60 kilocycles.
Lorsqu'on superpose les oscilla-
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tions électriques à fréquence variable provenant de l'oscillateur G, aux oscillations électriques à fréquence constante, fournies par les oscillateurs G' et G", on obtient, à l'émetteur 1 par exemple, des fréquences de modulation qui varient d'une manière rythmique dans les limites comprises entre 110 ... 160 kilocycles et 60 @ 110 kilocycles* Les filtres Fi et Fï laissent passer respectivement les oscillations aux fréquences 110 ... 115 kilocycles et 60 110 kilocycles. Les fréquences engendrées ou transmises par les autres équipages émetteurs II à X sont reportées dans la Fig. 2 et apparaissent aisément dans celle-ci. La méthode d'obtention de ces fréquences est facile à saisir et ne sera pas exposée en détail.
Lorsqu'on veille à ce que la période de variation de fréquence de l'oscillateur G coïncide avec la période d'une rotation mécanique des réflecteurs directionnels R, D de la Fig. 1, et lorsque ces derniers sont régulièrement répartis sur le pourtour, tous les émetteurs comportent des oscillations de même fréquence dans les mêmes positions angulaires. Ces oscillations sont rayonnées par superposition à une oscillation porteuse de la gamme d'ondes ultracourtes ou micro-ondes, de sorte que les oscillations émises peuvent être concentrées en faisceaux à l'aide d'antennes directives ne présentant pas des dimensions excessives. On obtient ainsi des signaux radiogoniométriques directionnels comportant un indicatif d'angle qui représente une fonction certaine de l'angle.
Le signal indicatif d'angle peut être appliqué à l'oscillation porteuse moyennant une modulation en amplitude ou une modulation en fréquence.
Les indicatifs d'angle peuvent aussi être obtenus d'une autre manière. Par exemple, ils peuvent être fournis par des impulsions subordonnées aux angles, le nombre de ces impulsions par unité de temps représentant la fonction de l'angle. La formation d'impulsions peut être réalisée par exemple moyennant manipulation de l'oscillation porteuse. Finalement, un indicatif d'angle peut également être fourni par une polarisation des ondes émises, le plan de polarisation variant comme une fonction de la rotation mécanique.
Dans un mode de réalisation particulier de l'objet de l'invention, et afin d'utiliser l'émetteur d'une manière plus rationnelle, dans le cas d'une modulation en amplitude avec transmission de bande latérale des ondes, on procède en sorte que seule la bande latérale soit rayonnée d'une manière directionnelle, l'émission de l'oscillation porteuse ayant lieu d'une manière non-directionnelle. Plus particulièrement, on a constaté qu'il était avantageux de superposer une bande de fréquences supplémentaire, à la fréquence porteuse comportant déjà un indicatif d'angle. Dans ce cas il est recommandable que la profondeur de modulation déterminée par cette dernière bande de fréquences soit maintenue plus petite que la profondeur de modulation correspondant à l'indicatif d'angle.
La bande de
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fréquences supplémentaire peut sertir par exempleà transmettre, simultanément avec le signal radiogoniométrique, des communications telles que des renseignements météorologiques etc... Pour obtenir le résultat voulu, on a la faculté d'opérer en aorte que le signal modulé en amplitude soit une nouvelle fois modulé en amplitude ou en fréquence, mais à une autre fréquence, ou bien, qu'un signal modulé en fréquence soit modulé en amplitude à titre supplémentaire.
Grâce à ces méthodes de modulation, on peut aussi émettre une impulsion, par exemple, en vue d'annoncer une modification de l'indicatif d'angle, dans le cas où la direction de relèvement doit être maintenue secrète. Le secret peut être assuré, par exemple, lorsque les angles attribués aux valeurs extrêmes du système d'indicatifs d'angle sont modifiés conformément à un programme déterminé.
En considérant que des écarts, par rapport à la direction prescrite des caractéristiques de rayonnement, peuvent être constatés après installation des émetteurs directionnels, les fréquences fixes attribuées aux émetteurs sont prévues réglables, en vue de permettre leur rajustement précis.
Dans le cas où il s'agit de relever des engins de locomotion dans une région déterminée, ou lorsque, pour des raisons quelconques, l'émission de signaux de relèvement dans certaines directions ne présente pas d'utilité, les émetteurs ne doivent rayonner des signaux radiogeniométriques que dans des secteurs, déterminés du pourtour.
Suivant l'importance du secteur considéré, il sera plus rationnel, dans certains cas, d'imprimer aux émetteurs non pas un mouvement rotatif, mais un mouvement angulaire de va**et-vient, ce qui repré- sente une diminution du coût d'exploitation, vu que seuls les émetteurs situés dans un certain secteur doivent fournir une émission.
Afin d'éviter l'emploi de contact à trotteurs, il est avantageux de réunir rigidement entre elles l'installation d'émission et les antennes directives, c'est-à-dire de monter l'ensemble du radiophare sur un même corps tournant.
Pour former l'indicatif d'angle, on peut adjoindre aussi à chaque antenne, dans l'exemple de réalisation suivant la Fig. 1, un émetteur spécial à fréquence variable, la fréquence porteuse de ces émetteurs étant maintenue constante à l'aide d'un oscillateur de comparaison, de fréquence quelque peu différente, commun à tous les émetteurs. A cet effet les oscillations différentielles, par exemple, de l'oscillateur de comparaison et de l'oscillateur d'émission sont amenées à un discriminateur, lequel engendre la grandeur de réglage nécessaire à la commander du dispositif.
Lorsqu'un avion désire relever sa position, il lui suffit de déterminer sa position angulaire par rapport à deux radiophares dont la position est connue. Un avantage important de l'objet de
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l'invention réside précisément dans le fait que cette détermination de la direction peut, en elle-même, être effectuée à l'aide de n'importe quel récepteur voulu pour ondes à haute fréquence.
Lors de la réception de signaux raidogeniométriques à l'aide d'un récepteur, et vu que la concentration en faisceaux des ondes émises n'offre pas la netteté idéale, on ne reçoit pas à un instant déterminé un signal indicatif très bref de 75 kilocycles, comme ce serait le cas pour la position de E représentée dans la Fig. 1, mais la réception d'un signal radiogoniométrique a déjà lieu peu de temps avant le passage du rayonnement maximum et se prolonge encore peu de temps après ce passage. Les phénomènes suivants se passent alors, en substance : Le poste récepteur reçoit un signal très faible de 73 kilocycles par exemple; ce signal va en se renforçant rapidement, atteint sa valeur maximum à 75 kilocycles, s'affaiblit de nouveau et disparaît à 77 kilocycles par exemple.
Les mêmes phénomènes se reproduisent lors du passage de l'émetteur IX, de l'émetteur X, et ainsi de suite, comme le montre la représentation graphique de la Fig. 3. Fig. 3a représente l'allure de la fréquence f de l'indicatif d'angle des signaux radiogoniométriques, tandis que Fig. 3b représente l'allure de l'intensité J du signal reçu, en fonction du temps t. La distance VIII désigne le laps de temps pendant lequel a lieu la réception du signal radiogoniométrique émis par l'émetteur VIII; la distance IX désigne le laps de temps pendant lequel a lieu la réception du signal radiogoniométrique fourni par l'émetteur IX, et ainsi de suite.
Pour déterminer la direction, il importe de trouver quelle est la fréquence qui correspond à l'amplitude maximum du signal reçu.
Il va de soi que, pour effectuer des mesures très précises, il est avantageux d'employer non pas un poste récepteur normal quelconque, mais un dispositif destiné spécialement à la réception de tels signaux radiogoniométriquese Cet appareil sera avantageusement muni d'un dispositif commutateur, afin de pouvoir servir également pour la réception d'ondes normales à haute fréquence.
Dans un appareil pris à titre d'exemple et destiné à la réception des indicatifs d'angle fournis par des fréquences variables, on prélève d'abord, depuis la haute fréquence reçue le signal qui constitue l'indicatif d'angle et dont la fréquence présente l'allure représentée dans la Fig. 3a ou 4a. Par superposition à une fréquence fo, qui est égale à la valeur moyenne du signal formant l'indicatif d'angle, on obtient une oscillation auxiliaire suivant la Fig. 4b.
Lorsque cette fréquence auxiliaire ne correspond pas à la fréquence moyenne, comme c'est le cas de la fréquence f'opar exemple, le produit de modulation basse fréquence obtenu présente l'allure montrée en Fig. 4c. Lors de l'écoute de ces oscillations, lesquelles sont situées dans la gamme audible, il est donc aisé, en mettant à
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profit le battement, de déterminer si la fréquence de l'oscillation auxiliaire correspond à la fréquence moyenne, à déterminer, de l'indicatif d'angle ; il y a lieu de noter que, lorsque la syntonisation est correcte le produit de la modulation doit présenter une allure exactement symétrique.
Lors de la syntonisation, on met à profit la symétrie que le produit de la modulation doit présenter dans le cas d'une syntonisation correcte, c'est-à-dire, que la syntonisation s'opère de telle manière que les valeurs qui se trouvent à égale distance de part et d'autre de l'indicatif proprement dit, correspondant à l'angle considéré, (valeurs du signal radiogoniométrique transformé en signal à basse fréquence), doivent tre réglées de manière à présenter la même grandeur. Une fois la syntonisation réalisée, la fréquence de superposition est identique à la fréquence recherchée de l'indicatif d'angle proprement dit.
Pour réaliser un réglage de la fréquence de superposition f , l'allure du produit de la modulation peut être contrôlée par des moyens optiques au lieu de moyens acoustiques. A cette fin, la fréquence différentielle formée à partir du signal indicatif et de la fréquence de superposition est amenée à un organe constitué par une résistance et une capacité, à la sortie duquel on obtient, après redressement, une tension continue proportionnelle à la fréquence, laquelle est fournie par exemple aux plaques de déviation verticale d'un oscillographe à rayons cathodiques.
Dans ce cas, et lorsqu'on applique dans le sens horizontal une déviation qui correspond au temps, on obtient sur l'écran les deux droites a' et a" (Fige. 4b et 4c), lesquelles doivent être amenées à présenter la même hauteur, ou à occuper une position symétrique, résultat que l'on obtient par variation de la fréquence auxiliaire fo.
Un dispositif simple, qui donne directement la valeur moyenne de la fréquence de l'indicatif d'angle, est constitué par un élément résistance-capacité, dans lequel on prélève sur la résistance R une tension alternative dépendant de la fréquence, et que l'on amène à fournir une indication dans un instrument à amortissement élevé, La tension indiquée par l'instrument est alors donnée par la fréquence moyenne de la tension alternative qui apparatt à l'élément résistancecapacité.
Afin d'empêcher, dans la mesure du possible, que des signaux radiogoniométriques provenant d'émetteurs voisins faisant partie d'un même radiophare ne viennent agir simultanément sur le récepteur, on peut prévoir les mesures ci-après: d'une part, il y a lieu de veiller à ce que les caractéristiques directionnelles principales d'émetteurs voisins ne viennent à se recouvrir mutuellement, résultat que l'on réalise en donnant des dimensions appropriées aux antennes directives des émetteurs; d'autre part, le poste récepteur peut être muni d'un limiteur, ce qui a pour effet, lors de la réception simultanée de
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deux signaux différents, d'éliminer le plus faible de ceux-ci.
La Fig. 5 représente schématiquement un montage récepteur pour signaux radiogoniométriques modulés en fréquence ou en amplitude.
Dans ce montage, 1 désigne la partie haute et moyenne fréquence.
Cette partie est suivie d'un démodulateur 2, lequel fournit le signal qui constitue l'indicatif d'angle. En considérant les valeurs inscrites dans cette figure, on admet que ce dernier signal est reçu avec une intensité remarquable sur la gamme de fréquences 72,5 77,5 kilocycles (position du poste récepteur E suivant la Fig. 1), et qu'il est superposé, dans le modulateur 3, aux oscillations auxiliaires de 75 kilocycles fournies par l'oscillateur variable 4, de sorte qu'on obtient, à la sortie du modulateur 3, une oscillation basse fréquence qui varie d'une manière rythmique dans la gamme de 2,5 0 2,5 kilocycles et qui peut être rendue perceptible à l'aide de l'écouteur 5.
Pour permettre la détermination de la fréquence, la fréquence de l'oscillateur 4 est rendue variable, cette dernière fréquence étant réglée, comme décrit cidessus, de manière que le signal fourni par l'écouteur 5 présente une allure de fréquence symétrique, conformément à la Fig. 4b, par exemple. Comme l'oscillateur 4 est avantageusement étalonné en degrés d'angle, son réglage permet une lecture immédiate de la direction du radiophare recherché.
La Fig. 6 se rapporte à un montage pour la réception de signaux radiogoniométriques modulés en fréquence, dont l'amplitude est modulée par un autre signal. Les signaux de la gamme de micro-ondes captés par l'antenne 16 parviennent d'abord dans un amplificateur 6, comportant des dispositifs à changement de fréquence destinés à transformer le signal haute fréquence, de la gamme de l'ordre de fréquence de 103 de myriacyclea par exemple, en un signal moyenne fréquence de la gamme de l'ordre de fréquences de 15 myriacycles.
A partir de ces moyennes fréquences, on établit, à l'aide d'un dispositif 7a à caractéristique non-linéaire, les basses fréquences qui sont appliquées au signal goniométriques à titre de modulation supplémentaire en amplitude. Ils parviennent à l'écouteur 8 qui suit le dispositif 7a.
Pour déterminer la fréquence de l'indicatif correspondant à l'angle considéré, on fait usage des éléments représentés dans la partie inférieure de la Fig. 60 Le signal indicatif, dont la fréquence est supposée située en quelque point entre 60 et 115 kilocycles, est prélevé sur les oscillations électriques de la gamme de moyenne fréquence au moyen du discriminateur 7b, précédé d'un limiteur, ce signal étant, par suite de son passage dans le modulateur 9 et en raison de sa superposition aux oscillations électriques engendrées par l'oscillateur 10 à fréquence variable, déplacé de telle manière que la tension de sortie du discriminateur 11 est
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égale à zéro, ce qui est constaté au moyen du dispositif de mesure 12.
Lorsque le discriminateur 11 est accordé sur 130 kilocycles par exemple, et, que la fréquence moyenne d'indicatif est située vers 75 kilocycles, la'fréquence de l'oscillateur auxiliaire doit donc être de 55 kilocycles, si l'on utilise la bande latérale supérieure. L'installation suivant la Fig. 6 comporte en outre un autre dispositif pour la détermination de la fréquence de l'indicatif d'angle. Ce dispositif est constitué par les éléments 13, 14 et 15. Dans ce dernier dispositif, l'indicatif d'angle, qui oscille autour de 75 kilocycles par exemple, est modulé, au moyen du modulateur 13, par les fréquences auxiliaires de l'oscillateur 14.
Toutefois, ici, on fait usage de la bande latérale inférieure en vue de l'indication d'accord. La fréquence auxiliaire de l'oscilla- teur 14 est choisie, dans ce cas, de manière à correspondre à la fréquence moyenne de l'indicatif d'angle oscillant, comme c'était déjà le cas dans l'exemple représenté dans la Fig. 5. Par conséquent, on obtient dans l'écouteur 15 un signal situé dans la gamme audible, par exemple entre 0 et 2,5 kilocycles.
L'installation représentée dans la Fig. 6 peut également être utilisée pour la réception de signaux radiogoniométriques modulés en amplitude si le conducteur 17 est alimenté par le détecteur 7a, au lieu de l'être par le discriminateur 7b et si, en outre, on prend des mesures consistant en la prévision d'un filtre passe-bande, pour que seules des oscillations de la gamme de fréquences comprises entre 60 et 115 kilocycles, c'est-à-dire de la gamme de fréquences du signal indicatif d'angle, parviennent jusqu'aux modulateurs 9 et 13. Par conséquent, une disposition avantageuse consiste à prévoir la possibilité de renverser les connexions du conducteur 17 d'une manière appropriée..
Une autre modification avantageuse de l'installation suivant la Fig. 6 consiste en ce que la tension.de sortie du discriminateur 11 est amenée non pas à l'instrument indicateur 12, mais est utilisée en vue du réglage automatique de l'oscillateur 10, par le fait, par exemple, que cette tension influence un dispositif pour la modification de la fréquence de l'oscillateur. On obtient ainsi une indication automatique de la pasition angulaire recherchée, pour autant que la position de l'organe déterminant la fréquence, de l'oscillateur 10, soit utilisée pour fournir une indication sur une échelle étalonnée en unités d'angle d'une manière appropriée.
Le dispositif récepteur suivant l'invention peut naturellement Être appliqué de la marne manière dans le cas de radiophare à mouvement angulaire de va-et-vient.
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DESCRIPTIVE MEMORY in support of a PATENT OF INVENTION application "Method and installation for determining the angular position of a receiving station with respect to a radiobeacon"
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the Company known as: "PATELHOLD" Patentverwertunga- & Blektro-Holding A.G., in GLUUS, Switzerland.
Subject of a first patent application filed in SWITZERLAND: May 6, 1944.
As we know, the ground survey for airplanes has several drawbacks: It requires a relatively large number of land direction-finding stations, which increases the cost of the service; can only survey a small number of planes simultaneously; since two ground stations are generally required to lift an aircraft; the duration of the recovery is relatively long, since the result must be communicated to the airplane;
Despite the introduction of the pulse bearing, it is not possible to completely eliminate the twilight effect, so that erroneous bearings, which can cause accidents, are always to be feared.
In addition, it is known practice to arrange on board large airplanes so-called direction-finding compasses, which allow the crew to determine the position of the airplane from terrestrial transmitters. However, such devices are bulky and heavy; the direction-finding frame, placed outside the fuselage, absorbs a significant part of the energy due to its air resistance and, moreover, the bearings are unusable in many cases due to the twilight effect .
When terrestrial transmitters are made up of special radiobeacons, they require a very wide range of wavelengths, which causes frequent disturbances in broadcasting and other services.
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The invention aims to establish a method for determining the angular position of a receiver relative to a radiobeacon by means of direction-finding signals emitted by the latter, method in which the aforementioned drawbacks are eliminated thanks to the fact that the radiobeacon is consisting of several rays starting from a point, these rays rotating around a common axis, and consisting of electromagnetic oscillations with a wavelength of a few meters at most, oscillations on which an angle indicative is printed which changes continuously during rotation, these radii comprising the same angle codes for the male angular positions.
The installation for the implementation of this method is characterized by the provision of several directional antennas rotating around a common axis and emitting electromagnetic oscillations with a wavelength of a few meters at most, waves which are imprinted an angle indicative which varies continuously during the rotation, the spokes comprising the angle indicative shafts for the angular position marls.
The invention offers numerous advantages over other known methods. First of all, the reception apparatus is very simple. The receiver for high frequency waves can be used for this purpose, which is in any case installed in the aircraft and which can optionally be fitted with certain additional devices.
The invention enables fast reading, since the time period during which a high frequency signal is received is not short compared to the interval in which there is no reception, as is. the case for example when there is only one sector of rotating signals * The received signal is sharp and allows an accurate reading, since the use of electromagnetic waves of the ultra-short range or the micro-range waves offers, besides other advantages, that of a precise concentration of the waves in directed beams. Due to the small angular distance between beams of neighboring rays, an overlap of the parasitic maxima is achieved, which can sometimes become the cause of reading errors.
Subsequently, the result of the direction finding must not be corrected according to a radio emission curve ("Funkbeschickungskurve"). In addition, the bearing can be kept secret, this by modifying the angle code according to a determined program, which can be done in a very simple way. Finally, another advantage lies in the fact that the invention can be advantageously applied to the blind landing.
The invention is explained more fully below with the aid of the exemplary embodiments below and with reference to the appended drawings in which: @
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Fig. 1 shows a radiobeacon installation according to the invention; Fig. 2 is used to explain the formation of the angle codes emitted by the radiobeacon according to Fig. l; Fig. 3 and 4 are used to explain the operation of reception facilities; 5 and 6 are schematic representations of such installations.
In the radiobeacon installation shown in FIG. 1, R designates reflector antennas which rotate clockwise around the axis M. D designates dipoles whose radiation is concentrated in beams by the reflectors R. Their directive characteristic is indicated by the limited hatched areas by the Le curves. Let I, II ... X be the numbers assigned to the various transmitting crews, which can operate in self-priming or be excited by a common master oscillator. E designates the position of a receiver, which determines its angular position relative to the radiobeacon by virtue of the reception of bearing signals emitted by the latter.
For this purpose, the bearing signals transmitted include an angle indicator. This is obtained, in the embodiment shown in the drawing, by the use of an auxiliary frequency. As can be seen from FIG. 1, this frequency rises, in the position of the radiobeacon shown in the drawing, to 65 kilocycles for the transmitter X, to 70 kilocycles for the transmitter IX, and so on. Transmitter I transmits two different frequencies simultaneously, namely, 60 kilocycles and 110 kilocycles.
This double emission occurs until the transmitter I comes to occupy the position of the transmitter X; at this moment it becomes 65 kilocycles and 110 kilocycles. The purpose of this measurement is to achieve an accurate reading at the point of the transition between high frequencies and lower frequencies. Each transmitter has, in the same angular position, the same angle indicator frequency, so that a receiver, for example the one located at location E, can, by determining the frequency it receives, read its angular position with respect to the radiobeacon, given the certain relationship that exists between the frequency and the angular position.
The angle indicator can be produced, for example, by means of the installation established according to FIG. 2. In the latter, G designates an oscillator for the generation of frequencies at a constant rate, varying periodically within the limits between 120 and 170 kilocycles. G'l, G ... G'10 denote oscillators at constant frequency of the, 15 ... 55 kilocycles, with modulators; Gï, and ... Gï0 denote constant frequency oscillators of 60, 65 ... 105 kilocycles, with modulators; F'i ... F'9 denote low-pass filters with cut-off frequencies of 115 kilocycles; Fï ... fïo designate high-pass filters with a cut-off frequency of 60 kilocycles.
When we superimpose the oscilla-
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Variable frequency electrical connections coming from oscillator G, to constant frequency electrical oscillations, provided by oscillators G 'and G ", one obtains, at the transmitter 1 for example, modulation frequencies which vary in a manner rhythmic within the limits between 110 ... 160 kilocycles and 60 @ 110 kilocycles * The filters Fi and Fï allow the oscillations at the frequencies of 110 ... 115 kilocycles and 60 110 kilocycles to pass respectively. The frequencies generated or transmitted by the other crews Transmitters II to X are shown in Fig. 2 and readily appear therein The method of obtaining these frequencies is easy to grasp and will not be discussed in detail.
When it is ensured that the period of frequency variation of the oscillator G coincides with the period of a mechanical rotation of the directional reflectors R, D of FIG. 1, and when the latter are evenly distributed around the periphery, all the transmitters have oscillations of the same frequency in the same angular positions. These oscillations are radiated by superimposition on a carrier oscillation of the ultrashort or microwave range, so that the transmitted oscillations can be concentrated into beams using directional antennas not having excessive dimensions. Directional direction-finding signals are thus obtained comprising an angle indicator which represents a certain function of the angle.
The angle indicative signal can be applied to the carrier oscillation with amplitude modulation or frequency modulation.
Angle codes can also be obtained in another way. For example, they may be provided by pulses subordinate to angles, the number of such pulses per unit time representing the function of the angle. Pulse formation can be achieved, for example, by manipulating the carrier oscillation. Finally, an angle indicative can also be provided by a polarization of the transmitted waves, the plane of polarization varying as a function of the mechanical rotation.
In a particular embodiment of the object of the invention, and in order to use the transmitter in a more rational manner, in the case of amplitude modulation with sideband transmission of the waves, the procedure is so that only the sideband is radiated in a directional manner, the emission of the carrier oscillation taking place in a non-directional manner. More particularly, it has been found that it is advantageous to superimpose an additional frequency band, on the carrier frequency already comprising an angle indicator. In this case, it is advisable that the modulation depth determined by this latter frequency band be kept smaller than the modulation depth corresponding to the angle indicator.
The band
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additional frequencies can be used for example to transmit, simultaneously with the direction-finding signal, communications such as meteorological information etc ... To obtain the desired result, it is possible to operate in aorta that the signal modulated in amplitude is again amplitude or frequency modulated, but at another frequency, or a frequency modulated signal is amplitude modulated additionally.
By virtue of these modulation methods, it is also possible to emit a pulse, for example, with a view to announcing a modification of the angle code, in the case where the direction of bearing must be kept secret. Secrecy can be ensured, for example, when the angles assigned to the extreme values of the angle designator system are changed according to a determined program.
Considering that deviations from the prescribed direction of the radiation characteristics may be observed after installation of the directional transmitters, the fixed frequencies allocated to the transmitters are provided adjustable, in order to allow their precise adjustment.
In the case where it is a question of raising locomotive devices in a specific region, or when, for whatever reasons, the transmission of bearing signals in certain directions is not useful, the transmitters must not radiate radiogeniometric signals only in sectors, determined from the periphery.
Depending on the size of the sector in question, it will be more rational, in certain cases, to give the transmitters not a rotary movement, but an angular back and forth movement, which represents a reduction in the cost of 'operation, as only transmitters located in a certain area must provide a program.
In order to avoid the use of trotter contact, it is advantageous to join together rigidly the transmitting installation and the directional antennas, that is to say to mount the whole of the radiobeacon on the same rotating body. .
To form the angle code, it is also possible to add each antenna, in the embodiment according to FIG. 1, a special variable-frequency transmitter, the carrier frequency of these transmitters being kept constant using a comparison oscillator, of somewhat different frequency, common to all the transmitters. For this purpose, the differential oscillations, for example, of the comparison oscillator and of the transmission oscillator are fed to a discriminator, which generates the control variable necessary to control it from the device.
When an airplane wishes to record its position, it suffices for it to determine its angular position with respect to two radiobeacons whose position is known. An important advantage of the object of
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the invention resides precisely in the fact that this determination of the direction can, in itself, be carried out using any desired receiver for high frequency waves.
When receiving raidogeniometric signals using a receiver, and given that the beam concentration of the emitted waves does not offer the ideal sharpness, we do not receive at a given moment a very brief indicative signal of 75 kilocycles , as would be the case for the position of E shown in FIG. 1, but the reception of a direction-finding signal already takes place shortly before the passage of the maximum radiation and continues for a short time after this passage. The following phenomena then occur, in substance: The receiving station receives a very weak signal of 73 kilocycles for example; this signal grows rapidly, reaches its maximum value at 75 kilocycles, weakens again and disappears at 77 kilocycles for example.
The same phenomena are reproduced during the passage of the transmitter IX, the transmitter X, and so on, as shown by the graphic representation of FIG. 3. Fig. 3a represents the shape of the frequency f of the angle code of the direction-finding signals, while FIG. 3b represents the shape of the intensity J of the received signal, as a function of time t. The distance VIII designates the period of time during which the reception of the direction-finding signal emitted by the transmitter VIII takes place; the distance IX designates the period of time during which the reception of the direction-finding signal supplied by the transmitter IX takes place, and so on.
To determine the direction, it is important to find which frequency corresponds to the maximum amplitude of the received signal.
It goes without saying that, in order to carry out very precise measurements, it is advantageous to use not any normal receiving station, but a device intended especially for the reception of such direction-finding signals. This device will advantageously be provided with a switching device, so that it can also be used for the reception of normal high frequency waves.
In an apparatus taken by way of example and intended for the reception of angle codes supplied by variable frequencies, the signal which constitutes the angle code and whose frequency is first taken from the received high frequency presents the appearance shown in FIG. 3a or 4a. By superposition at a frequency fo, which is equal to the mean value of the signal forming the angle indicator, an auxiliary oscillation is obtained according to FIG. 4b.
When this auxiliary frequency does not correspond to the average frequency, as is the case with the frequency f'op for example, the low frequency modulation product obtained has the pattern shown in FIG. 4c. When listening to these oscillations, which are located in the audible range, it is therefore easy, by putting
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profit the beat, to determine if the frequency of the auxiliary oscillation corresponds to the average frequency, to be determined, of the indicative of angle; it should be noted that, when the tuning is correct, the product of the modulation must present an exactly symmetrical appearance.
When tuning, advantage is taken of the symmetry that the modulation product must exhibit in the case of correct tuning, that is to say, the tuning takes place in such a way that the values which occur located at an equal distance on either side of the code proper, corresponding to the angle considered, (values of the direction-finding signal transformed into a low-frequency signal), must be adjusted so as to have the same magnitude. Once tuned, the overlay frequency is the same as the desired frequency of the actual angle code.
In order to achieve an adjustment of the superposition frequency f, the shape of the product of the modulation can be controlled by optical means instead of acoustic means. To this end, the differential frequency formed from the indicative signal and the superposition frequency is brought to a member constituted by a resistance and a capacitor, at the output of which, after rectification, a DC voltage proportional to the frequency is obtained, which is supplied, for example, to the vertical deflection plates of a cathode ray oscillograph.
In this case, and when a deviation which corresponds to time is applied in the horizontal direction, we obtain on the screen the two lines a 'and a "(Fig. 4b and 4c), which must be brought to present the same height, or to occupy a symmetrical position, a result which is obtained by varying the auxiliary frequency fo.
A simple device, which directly gives the average value of the frequency of the angle indicator, consists of a resistance-capacitance element, in which an alternating voltage depending on the frequency is taken from the resistance R, and that the one leads to provide an indication in an instrument with high damping, The voltage indicated by the instrument is then given by the average frequency of the alternating voltage which appears at the resistancecapacity element.
In order to prevent, as far as possible, direction-finding signals coming from neighboring transmitters forming part of the same radiobeacon from acting simultaneously on the receiver, the following measures can be provided: on the one hand, it care should be taken that the main directional characteristics of neighboring transmitters do not overlap each other, a result which is achieved by giving appropriate dimensions to the directional antennas of the transmitters; on the other hand, the receiving station can be fitted with a limiter, which has the effect, when simultaneously receiving
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two different signals, to eliminate the weaker of these.
Fig. 5 schematically represents a receiver assembly for direction-finding signals modulated in frequency or in amplitude.
In this assembly, 1 designates the high and medium frequency part.
This part is followed by a demodulator 2, which supplies the signal which constitutes the angle code. Considering the values inscribed in this figure, it is assumed that this latter signal is received with remarkable intensity over the frequency range 72.5 to 77.5 kilocycles (position of the receiver station E according to Fig. 1), and that it is superimposed, in the modulator 3, on the auxiliary oscillations of 75 kilocycles supplied by the variable oscillator 4, so that one obtains, at the output of the modulator 3, a low frequency oscillation which varies rhythmically in the range of 2.5 0 2.5 kilocycles and which can be made perceptible using the earpiece 5.
To allow the determination of the frequency, the frequency of the oscillator 4 is made variable, the latter frequency being adjusted, as described above, so that the signal supplied by the earphone 5 has a symmetrical frequency pattern, in accordance with Fig. 4b, for example. As the oscillator 4 is advantageously calibrated in degrees of angle, its adjustment allows an immediate reading of the direction of the desired radiobeacon.
Fig. 6 relates to an arrangement for the reception of direction-finding signals modulated in frequency, the amplitude of which is modulated by another signal. The signals of the microwave range picked up by the antenna 16 first reach an amplifier 6, comprising frequency changing devices intended to transform the high frequency signal, of the range of the order of frequency of 103 of myriacyclea, for example, in a mid-frequency signal of the frequency range of the order of 15 myriacycles.
From these medium frequencies, using a device 7a with a non-linear characteristic, the low frequencies which are applied to the direction finding signal as additional amplitude modulation are established. They reach the listener 8 which follows the device 7a.
To determine the frequency of the indicative corresponding to the angle considered, use is made of the elements shown in the lower part of FIG. 60 The indicative signal, the frequency of which is assumed to be located at some point between 60 and 115 kilocycles, is taken from the electrical oscillations of the medium frequency range by means of the discriminator 7b, preceded by a limiter, this signal being, therefore of its passage through the modulator 9 and due to its superposition on the electrical oscillations generated by the oscillator 10 at variable frequency, moved in such a way that the output voltage of the discriminator 11 is
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equal to zero, which is observed by means of the measuring device 12.
When the discriminator 11 is tuned to 130 kilocycles for example, and the average indicative frequency is around 75 kilocycles, the frequency of the auxiliary oscillator must therefore be 55 kilocycles, if the sideband is used. superior. The installation according to FIG. 6 further comprises another device for determining the frequency of the angle indicator. This device is formed by the elements 13, 14 and 15. In the latter device, the angle indicator, which oscillates around 75 kilocycles for example, is modulated, by means of the modulator 13, by the auxiliary frequencies of the oscillator 14.
However, here use is made of the lower sideband for tuning indication. The auxiliary frequency of oscillator 14 is chosen, in this case, so as to correspond to the mean frequency of the oscillating angle indicator, as was already the case in the example shown in FIG. 5. As a result, a signal is obtained in the earpiece 15 in the audible range, for example between 0 and 2.5 kilocycles.
The installation shown in FIG. 6 can also be used for the reception of amplitude-modulated direction-finding signals if the conductor 17 is supplied by the detector 7a, instead of by the discriminator 7b and if, in addition, measures are taken consisting in the forecasting of 'a band-pass filter, so that only oscillations of the frequency range between 60 and 115 kilocycles, that is to say of the frequency range of the signal indicative of the angle, reach the modulators 9 and 13. Therefore, an advantageous arrangement is to provide the possibility of reversing the connections of the conductor 17 in an appropriate manner.
Another advantageous modification of the installation according to FIG. 6 consists in that the output voltage of the discriminator 11 is not supplied to the indicating instrument 12, but is used for the automatic adjustment of the oscillator 10, by the fact, for example, that this voltage influences a device for changing the frequency of the oscillator. An automatic indication of the desired angular pitch is thus obtained, provided that the position of the frequency determining member of oscillator 10 is used to provide an indication on a scale calibrated in units of angle in a manner. appropriate.
The receiving device according to the invention can naturally be applied in the same way in the case of a radiobeacon with reciprocating angular movement.