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"Méthode et appareil pour la détection de la présence et de la position d'objets dans l'espace au moyen de radiations électro- magnétiques"
La présente invention fournit une méthode et un appareil améliorés pour la détection, par radiation électro-magnétique, de la présence, de la position, et du déplacement d'objets dans l'es- pace, soit sur mer, sur terre ou dans l'air.
La présente invention fournit également une méthode et des appareils pour la détection, par radiation électro-magnétique, du mouvement relatif de deux ou de plusieurs objets ainsi que pour la mesure des distances qui les séparent et deleurs vitesses re-
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Puisque l'invention est relative à la 'détection' de la pré- sence d'objets divers, ainsi qu'indiqué ci-dessus, l'appareil sui- vant l'invention peut être considéré conventionnellement corme un détecteur de réflexions radio-électriques, supprimant ainsi l'usage répété d'une longue description. De plus, par convention également, "l'objet" dont on désire détecter la présence et dont on peut désirer déterminer la distance et la vitesse relative par rapport au détecteur de réflexion radio-électrique, peut être considéré comme l'objectif.
Il y a beaucoup d'emplois pour une telle 'méthode et de tels appareils ; parmi eux on peut mentionner l'utilisation dans la navi- gation aérienne et maritime afin de donner des informations au sujet de forces ennemies ou d'obstacles dangereux, la prévention des collisions et, dans la navigation aérienne, l'aide pour at- terrir ou, dans la navigation maritime, l'aide pour rentrer au port et, sur terre, l'aide pour donner des renseignements au sujet de mouvements de véhicules, etc.. Cette énumération d'utilisations du détecteur de réflexions n'est nullement limitative.
Dans la détection de réflexions par radio, des ondes électro- magnétiques de longueur appropriée peuvent être transmises par un émetteur de radio et réfléchies par un obstacle ; ondes réflé- chies sont reçues dans un récepteur de radio au moyen d'un système d'antenne directionnel, qui permet de déterminer la direction suivant laquelle les ondes réfléchies sont reçues.
Quand la surface du corps est de forme irrégulière et se compose d'éléments qui représentent des angles d'incidence différents vis- à-vis de l'onde reçue et transmise, l'onde réfléchie peut devenir polarisée et la polarisation peut changer à mesure que l'antenne directionnelle de réception se meut, par exemple, par suite de la manoeuvre de l'un ou l'autre obstacle. Cet effet peut être comparé à l'effet de nuit bien connu qui affecte la précision des radio- goniomètres en cachant le minimum ou en produisant des indications erronées au sujet de la direction de l'onde reçue.
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Un émetteur et un récepteur radio-électriques sont employés dans beaucoup de méthodes et d'appareils pour situer les obstacles; l'émetteur est conçu de façon à transmettre périodiquement des im- pulsions brèves d'énergie à très haute-fréquence et le récepteur est bloqué (rendu inopérant) pendant les intervalles de temps qui reviennent périodiquement, intervalles durant lesquels les impul- sions sont transmises par l'émetteur.
L'impulsion présente naturellement une certaine largeur (durée de temps) et le récepteur ne recouvre sa sensibilité qu'après un certain temps après la suppression du blocage. Le résultat est, , que l'appareil est incapable de conserver l'obstacle en vue' par suite du très petit intervalle de temps qui sépare la transmission d'un signal de la réception du signal réfléchit lorsque le détec- teur de réflexion et le corps sont séparés par de très faibles distances.
Ceci ainsi que d'autres effets tendent à s'opposer à une dé- termination rapide et précise et, ce qui est peut-être plus impor- tant, à la fixation d'un obstacle par le détecteur interceptant..
Parmi ses buts, la présente invention a celui de surmonter ces difficultés; elle fournit également un détecteur de réflexions radio-électriques susceptible de détecter des mouvements relatifs initiaux très petits entre le détecteur et l'obstacle, mouvements de l'ordre de quelques pouces, d'indiquer des vitesses instantanées des mouvements relatifs et d'indiquer la distance séparant le dé- tecteur.de l'objectif.
,Par l'emploi de la méthode et de l'appareil de la présente invention, le mouvement relatif peut être déterminé aisément à des distances beaucoup plus faibles que ce qui était possible précédem- ment (par l'emploi de la méthode susmentionnée, par ex.). En fait, on peut facilement détecter le mouvement relatif jusqu'à proximité immédiate des appareils d'émission et de réception.
Dans la réalisation de l'invention, il est fait usage d'un émetteur-récepteur à super-réaction. Ce dernier peut être consi- déré, pour cette description, comme un appareil qui fonctionne
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alternativement comme un émetteur d'énergie oscillante et comme un récepteur très sensible. Il comprend un générateur d'oscillations pour la création d'énergie oscillante à très haute fréquence et des dispositifs pour couper périodiquement le générateur. Dans cet appareil, durant plus qu'un cycle lorsqu'il fonctionne comme émetteur, les amplitudes des oscillations créées dépendent de l'am- plitude ou de la phase de l'énergie du signal reçu durant le court intervalle précédant pendant lequel le circuit fonctionnait comme récepteur.
Selon l'invention, un détecteur de réflexions radio-électri- ques comprend un émetteur-récepteur de radio à super-réaction ayant des dispositifs pour créer et transmettre des oscillations à très haute fréquence, des dispositifs pour couper périodiquement et à une fréquence variable les oscillations engendrées, des dispositifs pour recevoir l'énergie oscillante'réfléchie par un obstacle et pour commander selon l'énergie reçue l'amplitude des oscillations créées,, et un dispositif pour détecter le mouvement relatif entre le détecteur et l'obstacle.
Le détecteur de réflexion peut comprendre des dispositifs éta- lonnés en unités de distance pour varier la fréquence de la dite coupure périoaique. Il peut également renfermer un appareil pour détecter l'amplitude des oscillations créées, de façon à indiquer la distance ou la variation de distance; ou bien, il peut compren- dre des dispositifs pour détecter le changement périodique dans la position phase-temps des oscillations à très haute fréquence créées et des oscillations à très haute fréquence réfléchies et reçues, de façon à indiquer la vitesse du mouvement relatif (les vitesses relatives) du détecteur et de l'obstacle.
Selon une particularité de l'invention, un détecteur de réflexions radio-électriques comporte un circuit émetteur-récep- teur à super-réaction, comprenant un générateur d'oscillations à très haute fréquence, un générateur d'oscillations de fréquence de coupure et des dispositif s pour appliquer les impulsions à la fré- quence de coupure au générateur d'oscillations à très haute fré- quence, un système d'antenne directionnel conjugué avec l'émetteur-
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récepteur pour radier un faisceau d'énergie à très haute fréquence et pour recevoir un faisceau réfléchi, des dispositifs pour modi- fier la fréquence de coupure et des dispositifs pour comparer la phase de l'énergie à très haute fréquence sortante avec celle de l'énergie à très haute fréquence réfléchie et arrivante.
On peut associer à l'émetteur-récepteur, un circuit de bloca- ge pour commander la phase des oscillations qui y sont engendrées, le dit circuit de blocage comprenant un autre générateur d'oscilla- tions à très haute fréquence et, si on désire, un générateur BF approprié à la modulation à une fréquence accoustique des oscilla- tions créées par cet autre générateur à très haute fréquence, les deux circuits (l'émetteur-récepteur et le circuit de blocage) étant couplés l'un à l'autre.
L'émetteur-récepteur à super-réaction comporte des dispositifs grâce auxquels la périodicité des impulsions transmises est régla- ble de façon que les impulsions reçues puissent arriver aux inter- . valles de temps qui sont corrects pour que l'amplitude de l'impul- sion suivante varie d'une quantité maximum, de sorte que l'inter- valle de temps entre deux impulsions coïncide avec le temps néces- saire à l'impulsion pour l'aller et le retour jusqu'à l'obstacle.
La distance peut être déterminée de la sorte. Des dispositifs acoustiques ou visuels peuvent être prévus pour déterminer la va- riation d'amplitude des impulsions. Le mouvement relatif peut être ainsi déterminé. L'appareil peut servir à effectuer la commande automatique d'autres appareils. Par exemple, en liaison avec un dispositif de repérage tel qu'un système à équi-signal (faisceau à recouvrement), le relèvement de l'objectif par rapport à la sta- tion de détection par radio-réflexion peut être déterminé par des dispositifs acoustiques ou visuels ou encore, la commande automa- tique du détecteur par radio-réflexion peut être effectuée de fa- çon qu'il soit dirigé vers l'obstacle ou enfin la commande automa- tique de la position d'un canon ou d'un autre appareil peut être réalisée.
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Il est préférable de monter le détecteur par radio-réflexion avec un système d'antenne directionnel, comme dans les dispositifs de repérage susmentionnés, afin de projeter deux faisceaux à recou- vrement déplacés angulairement et caractérisés différemment (de l'espèce dénommée équi-signal).
Pour le fonctionnement tri-dimensionnel, l'émetteur peut com- prendre au moins trois faisceaux à recouvrement déplacés angulaire- ment et caractérisés différemment.
Dans le cas d'un émetteur à deux faisceaux, celui-ci peut transmettre deux faisceaux alternativement au rythme de deux si- gnaux corrélatifs, par exemple les signaux morse E et T.
Dans le cas d'un émetteur à trois faisceaux, ce dernier peut transmettre les trois faisceaux en une succession cyclique, un émet- teur transmettant une succession de points, un autre une succession de courts traits et le troisième une succession de longs traits, le temps entre deux transmissions successives sur l'un des faisceaux permettant la transmission sur,chacun des deux autres, tout cela successivement.
Le récepteur peut comporter des dispositifs acoustiques pour comparer les puissances relatives des composantes de l'onde réflé- chie reçue, les conditions "sur le parcours" étant indiquées par l'égalité de puissance des composantes.
A la place ou en complément, le récepteur peut comporter un indicateur visuel qui montre les puissances relatives de l'onde réfléchie reçue, les conditions "sur le parcours" étant indiquées lorsque les puissances des composantes sont égales.
La vitesse du mouvement relatif de l'obstacle et de la station de détection par radio-réflexion peut être déterminée par les indi- cations du rapport de la variation des courants de sortie par suite de l'interférence entre les impulsions reçues et engendrées ensuite.
Une note musicale peut servir à cela.
L'invention sera décrite ci-après avec référence' aux dessins annexés.
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La fig. 3 montre d'une façon purement schématique une impul- sion simple d'énergie oscillant à très haute fréquence limitée par une enveloppe. Les oscillations croissent jusqu'à un maximum du- rant la période non amortie et diminuent ensuite.
La fig. 4 représente, toujours de façon purement schématique, un train de semblables impulsions qui ont pratiquement toutes la même forme et la même amplitude. On peut considérer que ces impul- sions atteignent le maximum possible d'amplitude. C'est ce qui se passe si l'énergie réfléchie reçue arrive juste au moment où le générateur d'oscillations va créer le cycle suivant. Il est par conséquent visible que la fréquence de coupure est en rapport avec la distance séparant le détecteur par radio-réflexion et l'obstacle.
La fig. 5 reproduit la fig. 4 et montre en l un train d'oscil- lations de blocage pour assurer, pour une raison qui apparaitra ul- térieurement, que les oscillations créées par le générateur de l'émetteur-récepteur sont maintenues dans une position de phase constante.
La fig. 6 représente en ob un obstacle entre lequel et un dé- tecteur de réflexion par radio rd il peut y avoir un mouvement re- latif dans l'un ou l'autre sens ainsi que l'indique la double flè- che. (Il est à noter que ce mouvement relatif peut être créé par le déplacement de chacun des deux corps ou par les deux simultanément).
L'énergie oscillante créée en ni est figurée en a, de façon conven- tionnelle. De même b représente une onde réfléchie en phase avec l'énergie créée et c une onde réfléchie en opposition de phase avec l'énergie créée; la première condition de l'énergie réfléchie est celle qui existe lorsque ob se trouve à un nombre entier de demi- longueurs d'ondes (c'est à dire un nombre pair de quarts de lon- guéurs d'ondes) de rd; la seconde condition est celle qui existe lorsque ob se trouve distant d'un nombre impair de quarts de lon- gueurs d'ondes.
Si ob se déplace par rapport à rd, l'onde réflé- chie parcourra périodiquement le cycle entier de phase, opposition de phase et phase par rapport à a, et produira par interférence dans le détecteur de réflexion par radio, agissant comme récepteur,
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une note audible dont la hauteur dépendra de la fréquence à laquel- le l'onde réfléchie parcourt un cycle de changement de phase ; ceci, à son tour, dépendra de la vitesse à laquelle ob se déplace par rapport à rd. Pour cette méthode de aétection du mouvement rela- tif, la position phase-temps de l'énergie oscillante a créée en rd doit rester constante ; pour cette raison qu'il est prévu un train d'oscillations de blocage, ainsi qu'il est indiqué en l à la fig. 5.
La fig. 7 représente sous forme schématique un détecteur de réflexion par radio ayant deux projecteurs Pl et P2 qui projettent deux faisceaux à recouvrement qui peuvent être caractérisés par les lettres E et T du code Morse (ou par d'autres lettres). La compa- raison de l'énergie reçue des deux faisceaux peut être effectuée au moyen d'une clef représentée en S. Celle-ci peut être un com- mutateur électronique au mécanique et peut être commandée autona- tiquement ou manuellement. A représente un émetteur-récepteur (dont un circuit convenable sera décrit en liaison avec la fig. 1); sa sortie peut être intégrée et appliquée à un indicateur visuel VI à zéro central. Tout cela peut être relié, ainsi que l'indique la ligne i, avec le commutateur S de façon à donner un sens de direction.
En AR se trouve un dispositif de reproduction acousti- que (haut-parleur ou écouteurs) qui permet d'entendre la note d'interférence.
La fig. 7 représente seulement deux projecteurs: le système est bi-dimensionnel.
Si on le désire, pour le fonctionnement tri-dimensionnel. l'émetteur peut comprendre au moins trois faisceaux a recouvrement déplacés angulairement et caractérisés différemment.
Dans le cas d'un émetteur à trois faisceaux, ce dernier peut les transmettre dans un ordre cyclique, l'un transmettant une suc- cession de points, le deuxième une succession de courts traits et le troisième une succession de longs traits, le temps existant entre des transmissions successives de n'importe quel faisceau étant utilisé pour une transmission de chacun des deux autres, successivement.
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@ Au lieu d'un indicateur VI à zéro central à aiguille unique, on peut utiliser un indicateur à aiguilles d'intersection ayant deux aiguilles (pour un système à deux faisceaux) ou trois aiguilles (pour un système à trois faisceaux); dans ce dernier cas, les ai- guilles sont disposées de préférence de façon que leurs extrémités,, dans la position "parcours" enferment un triangle équilatéral dis- posé symétriquement autour d'une rose; ce triangle est modifié en forme et en surface et est déplacé par rapport à la rose alors que le détecteur par radio réflexion entre dans le champ de l'un des trois faisceaux réfléchis.
Dans le système à deux aiguilles, l'amplitude du signal appli- qué gouverne la variation des aiguilles de façon à donner une indi- cation de distance en plus de celle "sur le parcours". Dans le sys- tème à trois aiguilles le déplacement des aiguilles augmente la surface du triangle et indique ainsi la distance.
Au lieu d'utiliser des faisceaux à recouvrement pour l'effet directionnel, on peut employer des méthodes quasi optiques faisant usage de réflecteurs ou de cornets ; ce serait préférable lorsqu'il faut détecter le mouvement relatif et mesurer sa vitesse. La lar- geur du faisceau directionnel peut être rendue variable de façon à modifier le temps d'observation.
Il est possible d'employer le détecteur par radio-réflexion de manière tout à fait différente, c'est à dire pour vérifier avec précision le relèvement de l'obstacle, par exemple, pour l'entraine- ment manuel ou automatique et, si on le désire, pour diriger le feu d'un canon, ainsi que pour le marquage d'une trace qui précéderait le corps réfléchissant si elle est suivie par une station de détec- tion par radio-réflexion.
Un circuit apprprié à l'eniploi de l'invention est représenté à la fig. 1 des dessins annexés.
Dans cette figure, TR indique d'une façon générale un émetteur récepteur radio-électriqueà super-réaction, tandis que TK représen- te d'une façon générale le circuit dit de blocage.
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L'émetteur-récepteur comprend un générateur d'oscillations à très haute fréquence, un générateur de la fréquence de découpage et un détecteur basse fréquence.
Le générateur à très haute fréquence comporte une lampe V I qui est représentée sous forme d'une triode ayant une anode, une grille de commande et une cathode à chauffage indirect. Entre une extrémité du filament de la lampe et l'extrémité positive 6v d'une source de courant de chauffage du filament (non représentée) se trouve en série une ligne B quart-d'onae en forme d'épingle à che- veu dont la partie courbée est connectée à une antenne quart-a'on- de A. En série entre l'autre extrémité du filament de la lampe et l'extrémité négative mise à la masse de la source de courant de chauf. fage du filament se trouve une ligne co-axiale CL 1 court-circuitée, le filament étant connecté au conducteur interieur tandis que le conducteur extérieur est mis à la masse.
La cathode de la lampe est également reliée au conducteur intérieur de la ligne co-axiale.
Entre la grille de commande de la lampe et la masse est connectée une ligne co-axiale CL2 ouverte, la grille étant reliée au conuc- teur intérieur tandis que le conducteur extérieur est mis à la masse. ntre la grille de commande et la masse sont également con- nectées deux résistances mises en série r et Rg qui forment ensemble le chemin de fuite pour la grille. La résistance r peut être rempla- cée, si on le désire, par une self de choc à très haute fréquence.
Les valeurs nominales de r et de Eg sont'respectivement de 5000 Ohms et de 1 kegohm. L'anode de la lampe VI est connectée par un conden- sateur Cl de faible capacité au conducteur extérieur mis à la masse de la ligne co-axiale CL2. L'anode de la lampe est également reliée à l'extrémité positive + 300 V d'une source de courant anodique (non représentée) au moyen d'une liaison qui comprend une self de choc à très haute fréquence F qui sert à maintenir les oscillations à très haute fréquence dans les parties du circuit décrites.
Le circuit ainsi décrit est celui d'un oscillateur à ligne de transmission à très haute fréquence. La lampe VI et ses éléments peuvent être constitués de façon à rendre possible une oscillation
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satisfaisante à 1000 MHz. Ce circuit produira des oscillations pratiquement entretenues d'une longueur d'onde de 30 cm. Ceci ainsi que les figures suivantes ne sont donnés qu'à titre purement exemplaire.
Afin que le circuit décrit puisse fonctionner en tant qu'émet- teur récepteur à super-réaction, les circuits de grille ou d'anode doivent être excités par des oscillations auxiliaires à fréquence de découpage ; peuvent être obtenues par un générateur séparé et appliquées aux bornes de la résistance Rg. Cependant, dans le @ circuit représenté,la lampe VI sert aux deux générateurs d'oscilla- tions, c'èst-à-dire qu'elle sert au générateur à très haute fréquen- ce et au générateur à fréquence de découpage.
Dans le circuit re- présenté, le générateur d'oscillations à fréquence de découpage comporte un condensateur C2, l'enroulement primaire La.d'un trans- formateur à réaction, une self de choc à très haute fréquence F, l'espace anode-cathode de la lampe VI et la ligne co-axiale CL1. le tout en série. Un condensateur variable Cg est connecté aux bornes du secondaire Lg du transformateur à réaction avec lequel il forme un circuit accordé. Ce dernier l'est dans une gamme de fréquences de découpage relativement basses, par exemple, 100 à 500 Kc/s. Ce circuit accordé est connecté, au moyen d'un condensateur de blocage
04, entre le point de jonction des résistances r et Rg et l'extré- mité mise à la masse de la ligne CLl.
Une self de choc haute fré- quence RFC est insérée entre la self de choc F et l'extrémité posi- tive + 300 V en un point extérieur au circuit-série passant par la lampe VI.
Les éléments qui viennent d'être décrits maintenant, à l'ex- clusion de ceux qui sont destinés essentiellement à la création des oscillations à très haute fréquence, font osciller la lampe VI et son circuit en oscillateur de la classe C à une fréquence de décou- page pratiquement déterminée par, Cg et Lg. En employant une résis- tance de fuite de grille Rg élevée,. le fonctionnement en classe C est possible et le courant anodique consiste en des impulsions à angle étroit (de nouveau à l'exclusion du circuit à très haute
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fréquence) .
Si le circuit à très haute fréquence peut fonctionner de la sorte, les oscillations à très haute fréquence apparaîtront durant les impulsions de courant anodique à la fréquence de découpage.
En un sens, la lampe VI est disposée de façon à osciller sur deux fréquences à la fois qui sont fortement distantes, par exemple, à 1000 MHz et à 100-500 KHz respectivement. L'impulsion du courant anodique ne doit pas être trop peu large car les oscillations à très haute fréquence ne croîtraient pas alors.
La petite résistance r sert à éviter que les circuits de dé- coupage amortissent le circuit à très haute fréquence.
Pour la détection des signaux captés par 1'émetteur-récepteur, fonctionnant comme récepteur, il faut qu'il y ait un accès au cir- cuit anodique de la lampe VI de façon à permettre d'en retirer les signaux et les sifflements à fréquence acoustique. C'est pour cela qu'il se trouve dans le circuit anodique de la lampe VI une self de choc LFC basse fréquence aux bornes de laquelle apparaissent des tensions BF. Ces dernières créent des courants BF dans l'enroule- ment primaire du transformateur T et produisent de la sorte des signaux acoustiques dans le secondaire du transformateur. Ces si- gnaux peuvent être amplifiés de la manière habituelle par une lampe V2 et appliqués à un haut-parleur LS.
Si on désire, la self de choc basse fréquence LFC peut être remplacée par une paire de ré- cepteurs téléphoniques, ce qui permet de supprimer le condensateur de couplage C3, le transformateur etla lampe V2.
Le circuit décrit ci-dessus constitue un détecteur par radio- réflexion. afin d'assurer une position phase-temps constante des oscilla- tions à très haute fréquence engendrées par l'émetteur-récepteur, un circuit de blocage est établi. Il comprend un générateur d'os- cillations à très haute fréquence fonctionnant pratiquement à la même fréquence que le générateur d'oscillations de l'émetteur-ré- cepteur et il peut comporter un modulateur pour la modulation à toute fréquence acoustique convenable, par exemple, 1000 C/s, des oscillations créées.
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Cette modulation a pour but de produire une note musicale au lieu du bruit de fond créé autrement et est particulièrement utile pour détecter de faibles vitesses du mouvement relatif.
L'oscillateur du circuit de blocage comporte une lampe V3 qui peut être une lampe connue sous le nom de "acorn"; des selfs de choc à très haute fréquence uhf se trouvent dans le conducteur du filament et de courts fils formant une ligne de transmission TL sont connectés entre la grille et l'anode. La ligne de transmis- sion est terminée à l'extrémité éloignée de la lampe par un conden- sateur variable Ct qui permet de commander la fréquence des oscil- lations produites. La modulation anodique des oscillations est créée au moyen d'un générateur à fréquence acoustique (par exemple 1000 C/s) qui comprend la lampe V4. Rt est une résistance variable mise en série dans l'anode afin de modifier la haute tension et par conséquent la puissance des oscillations à 60 cm.
Le circuit de blocage et les circuits à 30 cm. de l'émetteur-récepteur sont cou- plés mutuellement. Les variations du couplage ou de la résistance Rt commandent la puissance du signal injecté localement. Le deuxiè- me harmonique du circuit de blocage fournit le signal de désensibi- lisation.
Le fonctionnement optimum est obtenu par un réglage convenable de Ct/Rt et du couplage. Lorsque le circuit de blocage est mis en service, une note à 1000 Hz est entendue dans le haut parleur LS, cette note étant modulée par les signaux réfléchis.
Si l'objet sur lequel les signaux se réfléchissent se déplace relativement vite (par exemple une auto ou un aéroplane), les si- gnaux réfléchis produisent par eux-mêmes une note audible et la mo- dulation à 1000 Hz devient superflue et peut être mise hors service.
Acoustiquement, le récepteur à super-réaction donne un sifflement régulier à une fréquence de découpage donnée. Un objet mobile mo- dule ce sifflement.
Avec le système décrit, la fréquence de découpage donne une indication grossière de la distance séparant le détecteur radio- électrique et l'obstacle; une indication grossière de la variation
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de la distance peut également être obtenue par la variation de cet- te fréquence de façon à maintenir une amplitude constante ae l'é- nergie créée.
La hauteur de la note produite par l'auto-modulation (qui peut être appréciée acoustiquement ou visuellement) donne une indica- tion précise de la vitesse instantanée du mouvement relatif. Un changement de la hauteur de la note indique une modification de la vitesse du mouvement relatif.
Une portée visible de 1 mile a été obtenue aux essais avec cet équipement relativement simple.
Dans une modification, on a prévu l'accroissement de l'ampli- tude de chaque nième impulsion de l'énergie transmise. Cela permet une augmentation de la portée au delà de celle qu'atteignent les impulsions d'amplitude normale.
La fig. 2 représente une modification qui peut être apportée.
Cette figure montre comment on peut obtenir un nombre de gammes de fréquences de découpages, ici représenté égal à quatre. Un com- mutateur S ayant trois bras est utilisé et est approprié à choisir par un bras n'importe lequel des quatre condensateurs CI' à Cl'''' correspondant au condensateur C4 de la figure 1, ainsi que par un deuxième bras n'importe lequel des quatre enroulements secondaires Lg' à Lg''' correspondant à Lg. Le troisième bras du commutateur sert à choisir n'importe lequel des quatre enroulements primaires La' à La'' correspondant a La dans la fig. 1.
Les trois bras du commutateur sont accouplés de façon que le condensateur et l'enroulement secondaire sont associés à l'enroule- ment primaire convenable. Les points X de la fig. 2 indiquent où il faut insérer le système de sélection de la gamme dans la fig. 1.
La variation du condensateur Cg effectue le changement de la fréquence de découpage à l'intérieur d'une gamme.
Il est évident que l'invention présente de nombreux usages dans les domaines de la guerre et de la paix. On peut l'utiliser sur des engins maritimes, terrestres ou aériens afin de faciliter la navï- gation ou la conduite dans des zônes encombrées ou dans des passages
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étroits ou afin de suivre un engin ennemi.
On peutl'utiliser pour diriger automatiquement un engin vers une cible fixe ou mobile ou pour entraîner automatiquement un ca- non ou un télescope, etc... en direction d'une cible et pour main- tenir celle-ci "en vue". On peut l'employer pour conserver une alarme radio- électrique dans certaines zônes de façon à prévenir de l'approche d'obstacles dans ces zônes. Comme appareil de mesu- re de la distance, on peut l'employer comme altimètre radio-élec- trique.
REVENDICATIONS.
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1. Un détecteur par réflexion radio-électrique comprenant un émetteur-récepteur radio-électrique ayant des dispositifs pour créer et transmettre les oscillations à très haute fréquence, des dispositifs pour découper périodiquement à une fréquence variable les oscillations engendrées, des dispositifs pour recevoir l'éner- gie oscillante réfléchie par un obstacle et pour commander, d'a- près l'énergie reçue, l'amplitude des oscillations créées, ainsi qu'un dispositif pour détecter le mouvement relatif de l'obstacle et du détecteur par réflexion radio-électrique.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Method and apparatus for detecting the presence and position of objects in space by means of electromagnetic radiation"
The present invention provides an improved method and apparatus for the detection, by electromagnetic radiation, of the presence, position, and movement of objects in space, whether at sea, on land or in the sea. 'air.
The present invention also provides a method and apparatus for the detection, by electromagnetic radiation, of the relative movement of two or more objects as well as for the measurement of the distances which separate them and of their reciprocal speeds.
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Since the invention relates to the 'detection' of the presence of various objects, as indicated above, the apparatus according to the invention can be conventionally considered as a detector of radioelectric reflections. , thus eliminating the repeated use of a long description. In addition, also by convention, the "object" whose presence it is desired to detect and of which it is possible to determine the distance and the relative speed with respect to the radioelectric reflection detector, can be considered as the objective.
There are many uses for such a method and such apparatus; among them we can mention the use in air and sea navigation to provide information about enemy forces or dangerous obstacles, the prevention of collisions and, in air navigation, assistance in landing. or, in maritime navigation, help to return to port and, on land, help to give information about vehicle movements, etc. This list of uses of the reflection detector is not in any way restrictive .
In the detection of radio reflections, electromagnetic waves of the appropriate length may be transmitted by a radio transmitter and reflected by an obstacle; Reflected waves are received in a radio receiver by means of a directional antenna system, which determines the direction in which the reflected waves are received.
When the surface of the body is irregular in shape and consists of elements that represent different angles of incidence with respect to the received and transmitted wave, the reflected wave may become polarized and the polarization may change as it occurs. that the receiving directional antenna moves, for example, as a result of the maneuver of one or the other obstacle. This effect can be compared to the well known night effect which affects the accuracy of radio direction finders by hiding the minimum or producing erroneous indications about the direction of the received wave.
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A radio transmitter and receiver are used in many methods and apparatus for locating obstacles; the transmitter is designed to periodically transmit short pulses of energy at very high frequency and the receiver is blocked (rendered inoperative) during the periodically recurring time intervals, during which the pulses are transmitted by the issuer.
The pulse naturally has a certain width (duration of time) and the receiver regains its sensitivity only after a certain time after the blocking has been removed. The result is,, that the apparatus is unable to keep the obstacle in view owing to the very small time interval between the transmission of a signal and the reception of the reflected signal when the reflection detector and the reflection detector. bodies are separated by very small distances.
This and other effects tend to oppose a quick and accurate determination and, perhaps more importantly, the fixation of an obstacle by the intercepting detector.
Among its aims, the present invention has that of overcoming these difficulties; it also provides a radio-electric reflection detector capable of detecting very small initial relative movements between the detector and the obstacle, movements of the order of a few inches, of indicating instantaneous speeds of the relative movements and of indicating the distance separating the detector from the lens.
By employing the method and apparatus of the present invention, the relative motion can be readily determined at distances much smaller than was previously possible (by employing the aforementioned method, e.g. ex.). In fact, one can easily detect the relative movement up to the immediate vicinity of the transmitting and receiving devices.
In carrying out the invention, use is made of a super-feedback transceiver. The latter can be considered, for this description, as a device which functions
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alternately as a transmitter of oscillating energy and as a very sensitive receiver. It includes an oscillation generator for the creation of oscillating energy at very high frequency and devices for periodically cutting the generator. In this device, during more than one cycle when it functions as a transmitter, the amplitudes of the oscillations created depend on the amplitude or the phase of the energy of the signal received during the previous short interval during which the circuit was functioning. as receiver.
According to the invention, a radio-electric reflection detector comprises a super-reaction radio transceiver having devices for creating and transmitting very high frequency oscillations, devices for periodically cutting them off and at a variable frequency. oscillations generated, devices for receiving the oscillating energy reflected by an obstacle and for controlling according to the received energy the amplitude of the oscillations created, and a device for detecting the relative movement between the detector and the obstacle.
The reflection detector may include devices calibrated in units of distance to vary the frequency of said perioic cutoff. It may also contain an apparatus for detecting the amplitude of the oscillations created, so as to indicate the distance or the variation in distance; or, it may include devices for detecting the periodic change in the phase-time position of created very high frequency oscillations and reflected and received very high frequency oscillations, so as to indicate the speed of relative movement (the relative speeds) of the detector and the obstacle.
According to a particular feature of the invention, a radio-electric reflection detector comprises a super-feedback transceiver circuit, comprising a generator of very high frequency oscillations, a generator of cut-off frequency oscillations and device for applying the pulses at the cut-off frequency to the generator of oscillations at very high frequency, a directional antenna system combined with the transmitter
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receiver for radiating a beam of very high frequency energy and for receiving a reflected beam, devices for modifying the cut-off frequency and devices for comparing the phase of the outgoing very high frequency energy with that of the reflected and incoming very high frequency energy.
A blocking circuit can be associated with the transceiver to control the phase of the oscillations generated therein, the said blocking circuit comprising another generator of very high frequency oscillations and, if desired. , an LF generator suitable for the modulation at an acoustic frequency of the oscillations created by this other very high frequency generator, the two circuits (the transceiver and the blocking circuit) being coupled to each other .
The super-feedback transceiver has devices by which the periodicity of the transmitted pulses is adjustable so that the received pulses can arrive at the inter-. time values that are correct for the amplitude of the next pulse to vary by a maximum amount, so that the time interval between two pulses coincides with the time needed for the pulse to the outward journey and the return to the obstacle.
The distance can be determined in this way. Acoustic or visual devices may be provided to determine the variation in the amplitude of the pulses. The relative movement can thus be determined. The device can be used to automatically control other devices. For example, in conjunction with a locating device such as an equi-signal (overlapping beam) system, the bearing of the objective from the radio-reflection detection station can be determined by devices. acoustic or visual, or even the automatic control of the detector by radio-reflection can be carried out so that it is directed towards the obstacle or finally the automatic control of the position of a gun or another device can be carried out.
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It is preferable to mount the radio-reflection detector with a directional antenna system, as in the aforementioned locating devices, in order to project two overlapping beams angularly displaced and characterized differently (of the kind called equi-signal ).
For three-dimensional operation, the emitter may comprise at least three overlapping beams which are angularly displaced and characterized differently.
In the case of a two-beam transmitter, the latter can transmit two beams alternately at the rate of two correlative signals, for example the morse signals E and T.
In the case of a three-beam transmitter, the latter can transmit the three beams in cyclic succession, one transmitter transmitting a succession of points, another a succession of short lines and the third a succession of long lines, the time between two successive transmissions on one of the beams allowing transmission on each of the other two, all successively.
The receiver may include acoustic devices for comparing the relative powers of the components of the received reflected wave, the "on-the-run" conditions being indicated by the equal power of the components.
Instead or in addition, the receiver may include a visual indicator which shows the relative powers of the received reflected wave, "on-the-run" conditions being indicated when the component powers are equal.
The speed of the relative movement of the obstacle and the radio-reflection detection station can be determined by the indications of the ratio of the change in the output currents as a result of interference between the pulses received and subsequently generated.
A musical note can be used for this.
The invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
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Fig. 3 shows in a purely schematic way a single pulse of energy oscillating at very high frequency limited by an envelope. The oscillations increase to a maximum during the unamortized period and then decrease.
Fig. 4 represents, still purely schematically, a train of similar impulses which practically all have the same shape and the same amplitude. We can consider that these pulses reach the maximum possible amplitude. This is what happens if the reflected energy received arrives just as the oscillation generator will create the next cycle. It is therefore visible that the cutoff frequency is related to the distance separating the radio-reflection detector and the obstacle.
Fig. 5 reproduces FIG. 4 and shows at 1 a train of blocking oscillations to ensure, for a reason which will appear later, that the oscillations created by the transceiver generator are maintained in a constant phase position.
Fig. 6 represents in ob an obstacle between which and a radio reflection detector rd there can be a relative movement in either direction as indicated by the double arrow. (It should be noted that this relative movement can be created by the displacement of each of the two bodies or by both simultaneously).
The oscillating energy created in ni is conventionally represented in a. Likewise b represents a wave reflected in phase with the energy created and c a wave reflected in opposition of phase with the energy created; the first condition of reflected energy is that which exists when ob is an integer number of half wavelengths (ie an even number of quarter wavelengths) from rd; the second condition is that which exists when ob is distant by an odd number of quarter-wavelengths.
If ob is moving with respect to rd, the reflected wave will cycle periodically through the entire phase, phase opposition and phase cycle with respect to a, and will produce interference in the radio reflection detector, acting as a receiver,
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an audible note, the pitch of which will depend on the frequency at which the reflected wave cycles through a phase change cycle; this, in turn, will depend on how fast ob is moving relative to rd. For this method of detecting relative motion, the phase-time position of the oscillating energy created in rd must remain constant; for this reason, a train of locking oscillations is provided, as indicated at l in fig. 5.
Fig. 7 shows in schematic form a radio reflection detector having two projectors P1 and P2 which project two overlapping beams which may be characterized by the letters E and T of the Morse code (or by other letters). The comparison of the energy received from the two beams can be carried out by means of a key represented in S. This can be an electronic to mechanical switch and can be controlled automatically or manually. A represents a transceiver (a suitable circuit of which will be described in connection with Fig. 1); its output can be integrated and applied to a visual indicator VI at central zero. All of this can be connected, as line i indicates, with switch S so as to make sense of direction.
In AR there is an acoustic reproduction device (loudspeaker or headphones) which makes it possible to hear the interference note.
Fig. 7 represents only two projectors: the system is two-dimensional.
If desired, for three-dimensional operation. the emitter may include at least three overlapping beams angularly displaced and characterized differently.
In the case of a transmitter with three beams, the latter can transmit them in a cyclic order, one transmitting a succession of points, the second a succession of short lines and the third a succession of long lines, the time existing between successive transmissions of any beam being used for one transmission of each of the other two, successively.
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@ Instead of a single needle central zero VI indicator, an intersection needle indicator having two needles (for a two beam system) or three needles (for a three beam system) can be used; in the latter case, the needles are preferably arranged so that their ends, in the "travel" position, enclose an equilateral triangle arranged symmetrically around a rose; this triangle is modified in shape and in surface and is moved with respect to the rose while the radio reflection detector enters the field of one of the three reflected beams.
In the two needle system, the magnitude of the applied signal governs the variation of the needles so as to give an indication of distance in addition to that "on the course". In the three-needle system the movement of the needles increases the area of the triangle and thus indicates the distance.
Instead of using overlapping beams for the directional effect, quasi-optical methods can be employed making use of reflectors or cones; this would be preferable when it is necessary to detect the relative movement and measure its speed. The width of the directional beam can be made variable so as to modify the observation time.
It is possible to use the radio-reflection detector in a completely different way, that is to say to check with precision the bearing of the obstacle, for example, for manual or automatic training and, if it is desired, to direct the fire of a cannon, as well as for the marking of a trace which would precede the reflecting body if it is followed by a radio-reflection detection station.
A circuit suitable for the implementation of the invention is shown in FIG. 1 of the accompanying drawings.
In this figure, TR generally indicates a super-reaction radioelectric transceiver, while TK generally represents the so-called blocking circuit.
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The transceiver includes a very high frequency oscillation generator, a chopping frequency generator and a low frequency detector.
The very high frequency generator comprises a lamp V I which is shown in the form of a triode having an anode, a control grid and an indirectly heated cathode. Between one end of the lamp filament and the positive end 6v of a filament heating current source (not shown) is in series a hairpin-shaped quarter-wave line B with which the curved portion is connected to an A quarter-wave antenna. In series between the other end of the lamp filament and the grounded negative end of the heat current source. At the end of the filament there is a shorted CL 1 coaxial line, the filament being connected to the inner conductor while the outer conductor is grounded.
The cathode of the lamp is also connected to the inner conductor of the coaxial line.
Between the lamp control grid and ground is connected an open coaxial line CL2, the grid being connected to the inner conductor while the outer conductor is grounded. Between the control gate and the ground are also connected two resistors placed in series r and Rg which together form the leakage path for the gate. Resistance r can be replaced, if desired, by a very high frequency shock choke.
The nominal values of r and Eg are 5000 Ohms and 1 keg, respectively. The anode of the lamp VI is connected by a capacitor C1 of low capacity to the earthed outer conductor of the coaxial line CL2. The anode of the lamp is also connected to the positive end + 300 V of an anode current source (not shown) by means of a connection which includes a very high frequency shock choke F which serves to maintain the very high frequency oscillations in the parts of the circuit described.
The circuit thus described is that of a very high frequency transmission line oscillator. The VI lamp and its elements may be constructed in such a way as to make possible an oscillation
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satisfactory at 1000 MHz. This circuit will produce virtually sustained oscillations with a wavelength of 30 cm. This and the following figures are given only as an example.
In order for the circuit described to function as a super-feedback transceiver, the gate or anode circuits must be excited by auxiliary oscillations at chopping frequency; can be obtained by a separate generator and applied across resistor Rg. However, in the circuit shown, the lamp VI is used for both oscillation generators, that is, it is used for the very high frequency generator and the chopping frequency generator.
In the circuit shown, the switching frequency oscillator comprises a capacitor C2, the primary winding La. Of a feedback transformer, a very high frequency shock choke F, the anode space -cathode of the lamp VI and the coaxial line CL1. all in series. A variable capacitor Cg is connected to the terminals of the secondary Lg of the feedback transformer with which it forms a tuned circuit. The latter is used in a range of relatively low switching frequencies, for example, 100 to 500 Kc / s. This tuned circuit is connected, by means of a blocking capacitor
04, between the junction point of resistors r and Rg and the earthed end of line CLl.
A high frequency shock choke RFC is inserted between the shock choke F and the positive end + 300 V at a point outside the series circuit passing through the lamp VI.
The elements which have just been described now, with the exclusion of those which are intended essentially for the creation of very high frequency oscillations, cause the lamp VI and its circuit as a class C oscillator to oscillate at a frequency of cutting practically determined by, Cg and Lg. By employing a high gate leakage resistance Rg ,. Class C operation is possible and the anode current consists of narrow angle pulses (again excluding the very high circuit
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frequency).
If the very high frequency circuit can operate in this way, the very high frequency oscillations will occur during the anode current pulses at the chopping frequency.
In a sense, the VI lamp is arranged to oscillate at two frequencies at a time which are very far apart, for example, at 1000 MHz and 100-500 KHz respectively. The pulse of the anode current must not be too small because the oscillations at very high frequency would not increase then.
The small resistor r is used to prevent the switching circuits from damping the very high frequency circuit.
For the detection of the signals picked up by the transceiver, functioning as a receiver, there must be access to the anode circuit of the lamp VI so as to allow the signals and the frequency hissing to be removed therefrom. acoustic. This is why there is in the anode circuit of the lamp VI a low-frequency LFC shock choke at the terminals of which LF voltages appear. These create LF currents in the primary winding of the transformer T and thus produce acoustic signals in the secondary of the transformer. These signals can be amplified in the usual way by a lamp V2 and applied to a loudspeaker LS.
If desired, the low frequency shock choke LFC can be replaced by a pair of telephone receivers, which eliminates the coupling capacitor C3, the transformer and the lamp V2.
The circuit described above constitutes a radio-reflection detector. in order to ensure a constant phase-time position of the very high frequency oscillations generated by the transceiver, a blocking circuit is established. It includes a very high frequency oscillation generator operating at substantially the same frequency as the transceiver oscillation generator and may include a modulator for modulation at any suitable acoustic frequency, for example. , 1000 C / s, oscillations created.
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This modulation is intended to produce a musical note instead of the background noise created otherwise and is particularly useful for detecting low speeds of relative movement.
The oscillator of the blocking circuit has a lamp V3 which may be a lamp known as an "acorn"; very high frequency uhf shock chokes are found in the conductor of the filament and short wires forming a transmission line TL are connected between the grid and the anode. The transmission line is terminated at the far end of the lamp by a variable capacitor Ct which makes it possible to control the frequency of the oscillations produced. The anodic modulation of the oscillations is created by means of an acoustic frequency generator (for example 1000 C / s) which includes the V4 lamp. Rt is a variable resistor placed in series in the anode in order to modify the high voltage and consequently the power of the oscillations at 60 cm.
The blocking circuit and the circuits at 30 cm. of the transceiver are paired with each other. The variations of the coupling or of the resistance Rt control the power of the locally injected signal. The second harmonic of the blocking circuit provides the desensitization signal.
Optimum operation is obtained by proper adjustment of Ct / Rt and coupling. When the blocking circuit is activated, a note at 1000 Hz is heard in the loudspeaker LS, this note being modulated by the reflected signals.
If the object on which the signals are reflected is moving relatively fast (for example an automobile or an airplane), the reflected signals by themselves produce an audible note and the modulation at 1000 Hz becomes superfluous and can be used. decommissioning.
Acoustically, the super-feedback receiver gives a regular whistle at a given switching frequency. A moving object modulates this hissing sound.
With the system described, the switching frequency gives a rough indication of the distance separating the radio-electric detector and the obstacle; a rough indication of the variation
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distance can also be obtained by varying this frequency so as to maintain a constant amplitude of the energy created.
The pitch of the note produced by auto-modulation (which can be appreciated acoustically or visually) gives an accurate indication of the instantaneous speed of the relative movement. A change in the pitch of the note indicates a change in the speed of the relative movement.
A visible range of 1 mile was obtained in testing with this relatively simple equipment.
In a modification, provision was made for the amplitude of each nth pulse of the transmitted energy to be increased. This allows an increase in range beyond that achieved by pulses of normal amplitude.
Fig. 2 shows a modification that can be made.
This figure shows how it is possible to obtain a number of ranges of chopping frequencies, here represented equal to four. A switch S having three arms is used and is suitable to choose by one arm any of the four capacitors CI 'to C1' '' 'corresponding to the capacitor C4 of figure 1, as well as by a second arm n'. any of the four secondary windings Lg 'to Lg' '' corresponding to Lg. The third switch arm is used to choose any of the four primary windings La 'to La' 'corresponding to La in fig. 1.
The three arms of the switch are coupled so that the capacitor and the secondary winding are associated with the correct primary winding. Points X in fig. 2 indicate where to insert the range selection system in fig. 1.
The variation of the capacitor Cg effects the change of the switching frequency within a range.
It is obvious that the invention has many uses in the fields of war and peace. It can be used on sea, land or air vehicles to facilitate navigation or driving in congested areas or in passages.
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narrow or in order to follow an enemy machine.
It can be used to automatically steer a machine towards a fixed or moving target or to automatically drive a cannon or telescope, etc. in the direction of a target and to keep it "in sight". It can be used to maintain a radio alarm in certain areas in order to warn of the approach of obstacles in these areas. As a distance measuring device, it can be used as a radio-electric altimeter.
CLAIMS.
EMI15.1
& -Rz - & - 3t ---- & - & - F - & - &
1. A radio-electric reflection detector comprising a radio-electric transceiver having devices for creating and transmitting the oscillations at very high frequency, devices for periodically cutting the oscillations generated at a variable frequency, devices for receiving the oscillating energy reflected by an obstacle and for controlling, based on the energy received, the amplitude of the oscillations created, as well as a device for detecting the relative movement of the obstacle and the detector by radio reflection. electric.
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