<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS. AUX ARRANGEMENTS POUR DETERMINER LES DISTANCES
PAR REELECTION D'IMPULSIONS ELECTRIQUES.
La présente invention concerne des arrangements pour dé- terminer la distance entre un émetteur radio transmettant des im- pulsions électriques et un objet qui réfléchit les impulsions, les ditesimpulsions réfléchies étant reçues vers l'émetteur et le temps s'écoulant entre la transmission d'une impulsion et la réception de l'impulsion réfléchie étant une mesure de la distance.
Dans les systèmes de localisation radio électrique on uti- lise des tubes à rayons cathodiques comme dispositifs permettant de mesurer le temps. Lorsqu'un tube à rayons cathodiques est utilisé de cette manière, il est nécessaire qu'il soit associé à des appa- reils communément connus sous le nom de bases de temps et qui com- prennent usuellement un générateur d'ondes en dentsde scie. Il est
<Desc/Clms Page number 2>
désirable que de telles bases de temps maintiennent leur précision pour de longues périodes et qu'il ne soit pas nécessaire de Les ré- ajuster lorsqu'il faut remplacer le tube. Ces conditions ne sont pas aisément réalisées en pratique.
Un autre désavantage ,le l'emploi du tube à rayons cathodiques comme moyen de mesure du temps est que l'observation visuelle constante est nécessairede la part de l'op@- rateur, d'où une fatigue sérieuse.
Un objet de l'invention est de prévoir un arrangement dans lequel des tubes à rayons cathodiques et des bases de temps ne sont pas nécessairement requises pour la mesure de l'intervalle de temps entre la transmission et la, réception d'un signal, un tel temps étant indiqué ici sous le nom de " temps écoulé "; et aussi la. prévision d'appareils dans lesquels une indication visuelle de la distance d'un objet à, localiser peut être obtenue même si cette distance chan- ge rapidement.
Un autre ennui rencontré dans les systèmes de localisation radio est, que des indications fausses peuvent être données par des objets voisins tels que hauts bâtiments ou barrages de ballons.
Un autre objet de cette invention est deprévoir des moyens tels que les fausses indications dues à, des objets voisins scient éliminées.
Suivant un aspect de l'invention, dans un arrangement du type spécifié, les impulsions originales transmises et les impul- sions correspondantes réfléchies sont utilisées pour établir une impulsion dite impulsion solide " dont la, durée dépentdu temps Si écoulant entre la, transmission et la réception desdites impulsions transmises et reçues, ladite impulsion solide étant utilisée pour déterminer la, distance de l' objet.
Suivant un autre aspect de l'invention, dans des arrange- ments du type spécifié ci-dessus, les impulsions transmises sont courtes comparées à l'intervalle de temps voyage aller et retour sur la distance à mesurer et les impulsions originales transmises
<Desc/Clms Page number 3>
avec les impulsions reçues réfléchies sont utilisées pour établir des impulsions plus longues dont la durée dépend du temps s'écou- lant entre la transmission des courtes impulsions et la réception des impulsions réfléchies, et lesdites impulsions plus longues sont utilisées pour régler la période de répétition des impulsions trans- mises de façon que la durée desdites impulsions plus longues ait une relation prédéterminée avec la distance dudit objet au transmetteur.
Une manière de réaliser cet aspect de l'invention est celle où la durée desdites impulsions plus longues a une relation prédé- terminée avec la fréquence de répétition des impulsions et cette relation peut être convenablement celle de la durée des impulsions plus longues, c'est-à-dire que le temps s'écoulant entre la trans- mission d'une courte impulsion et la réception de l'impulsion réflé- chie correspondante est la moitié de la période de répétition de 1'impulsion.
Dans une autre manière d'exécuter la présente invention les impulsions plus longues peuvent être intégrées dans/une période de temps l,our fournir un voltage ou un courant qui peuvent être utili- sés pour contrôler la période de répétition des impulsions transmi- ses ou pour donner directement une indication de la distance de l'ob- jet. Dans tous les arrangements de fréquence, la fréquence de répé- tition des impulsions transmises est une mesure de,la distance.
Dans une autre manière d'exécuter la présente invention, les impulsions transmises peuvent avoir une durée constante qui est quelque peu plus grande que la moitié du temps écoulé entre la transmission d'une impulsion et la réception de l'impulsion réflé- chie correspondante telle qu'on peut la rencontrer au récepteur.
Les impulsions transmises et réfléchies sont combinées et ainsi se recouvrent pendant une période variable dépendant de la distance.
Ces impulsions combinées sont amenées à une amplitude constante et intégrées de façon à donner une indication de la distance. Comme alternative les parties se recouvrant des impulsions combinées
<Desc/Clms Page number 4>
lesquelles sont aussi variables en fonction de la, distance; couvent être séparées et intégrées pour donner une indication de la distan- ce. Ces parties recouvrantes auront une plus grande amplitude que le reste et seront en conséquence aisément séparées.
EMI4.1
L'invention sera mieux comprise n l'aide de ) a r]e'3crir,,jc'r, suivante prise en rela,tion avec les dessins ci-joints dans lnsxma7 ,w - la fige 1 montre sous forme de diagramme le système r] 1 Q,ntenne i-1 relation avec l'objet dont la distance à l'émetteur doit être mesurée - la fige 2 montre sous forme schématique la disposition du trans- metteur
EMI4.2
- les fige 3, 4 et 6 montrent diverses courbes servant à l'expli- cation des figures précédentes, et enfin - les fig. 5 et 7 montrent chacune l'écran lumineux d'un tube à rayons cathodiques.
EMI4.3
En se reportant aux dessins, on suppose que l'objet 13 FF ...
1 est placé à, une distance de 3.000 mètres de l'antenne II. En ce référant aux fige 2 et 3, un générateur de signal 20, avec des con-
EMI4.4
nections de sortie 21 produit une forme d'ondes ( 22, fi. j ) avenu une fréquence de 25-000 périodes par seconde; en utilisant, la forrn d'ondes 22 comme contrôle principal, de courbes impulsions 23 sont produites, coïncidant avec les pointes de la forme d'ondes 22 . Les
EMI4.5
arrangements pour produire de telles imr,ulsions courte'ô reuVr:;n1, 4;;l'e des multivibrateurs ou des circuits surcharges bien connus. L'inter- valle de temps entre les impulsions successives 23 est dans le cas considéré de 40 microsecondes.
Les impulsions 23 sont utilisées pour exciter des appareils radio qui alimentent, 11 antenne II ( fig. 2 ) .
EMI4.6
Les impulsions 24 réfléchies par l'objet 1t5 sont reçues sur 1 a,r=l>E>n- ne II . Dû au fait que l'objet éloigné 18 est à. 3.000 m. de l'an-
EMI4.7
tenne II, le temps qui s'écoule entre la transmission d'une ¯i¯n. u7 - sion et la réception de l'impulsion réfléchie corresiondanbe esb le 20 micro-secondes, c' est-â-dire la 1/2 de l'intervalle de temrs , erlt-re
<Desc/Clms Page number 5>
les impulsions transmises.
Les impulsions 23 et 24 sont utilisées de façon à établir un train d'impulsions plus longues 25 . Ces impulsions ayant une durée de 20 micro-secondes, 1/2 de la période de répétition des im- pulsions.
Les impulsions 25 peuvent être établies par des moyens bien connus indiqués en 26, fig. 2 tels que des multivibrateurs des cir- cuits à déclanchement, disposés comme des dispositifs à double sta- bilité, ou le type additif de circuit formant des impulsions peut être utilisé comme décrit dans la demande de brevet britannique n 12503 de 1941 . Ces impulsions sont prises dans le débit de l'appareil 26 formant des impulsions et alimenté à l'appareil de contrôle 27, disposé de façon que lorsque la relation entre la durée des impulsi'ons les plus longues et l'intervalle de temps entre les impulsions transmises est autre qu'une valeur prédéterminée, l'appa- reil de contrôle opère pour contrôler la fréquence du générateur de,
signal jusqu'à ce que ladite relation soit obtenue.
L'appareil de contrôle 27 est ajusté de façon que lorsque les impulsions 25 ont une durée égale à la 1/2 de leur période de répétition, c'est-à-dire que les impulsions sont appliquées et en- levées pour la même durée, aucun mouvement de l'appareil de contrôle 27 n'a lieu. Si cependant la durée des impulsions 25 est plus grande que la 1/2 de la période de répétition, c'est-à-dire si elles sont appliquées pour une période plus longue que la période pendant la- quelle elles sont enlevées, l'appareil de contrôle 27 au moyen d'une liaison mécanique indiquée en 28 diminue la fréquence du générateur de signal 20 .
Comme alternative, si la durée des impulsions est moindre que la 1/2 de leur période de répétition, c'est-à-dire si la période d'application des impulsions 25 est moindre que la pé- riode pendant laquelle elles sont enlevées l'appareil de contrôle 27 se déplace de telle manière que la fréquence de la forme d'ondes 22 est accrue.
<Desc/Clms Page number 6>
Supposons que l'objet 18 se déplace dans une direction telle relativement à, l'antenne 1 que la, distance entre eux est ac- crue, c'est-à-dire devienne plus grande que 3.000 m. Le toril}:écoule entre la transmission d'une impulsion et la, réception de l'impulsion réfléchie est maintenant accru ; etles impulsions construites 25 n'ont plus maintenant des durées d'application et d'enlèvement étalon.
Les impulsions 25 sont maintenant appliquées pour une période plus longues qu'elles ne sont enlevées; en conséquence l'appareil de ccn- trôle 27 diminue la fréquence de la forme d'ondes 22, diminution qui continue jusqu'au moment où le temps plus long s'écoulant est la 1/2 de la nouvelle fréquence plus basse, et lorsque cette condition est atteinte,, le mouvement de l'appareil de contrôle 27 cesse.
Comme alternative, si l'objet 18 s'approchait de l' antenne II, le contrôle se déplacerait dans une direction opposée de celle déjà. indiquée et le mouvement cesserait lorsque le temps écoulé se- rait la 1/2 de celui de la durée de la, plus haute fréquence. Etant, donné que le temps pris par le signal transmis pour atteindre l'ob- jet 18 est la 1/2 du temps écoulé, il s'ensuit que la durée d'un cycle de la forme d'ondes 22 est 4 fois le temps nécessaire 'our que le signal transmis voyage de l'antenne II à l'objet 13 et en consé- quence la,
fréquence du générateur 20 donne un moyen disponible peur une indication directe de la distance entre l'objet eloigné et l'ensemble transmetteur-récepteur. Par exemple, le cadran de l'elé- ment réglant la fréquence ordinairement associe à, un générateur de signal, tel que le générateur 22, peut être calibré en distance au lieu de l'être en fréquence ou bien encore une échelle de distances peut être fixée directement sur l'appareil de contrôle 27
Il est important que la phase correcte des induisions 25 soit toujours maintenue, c'est-à-dire que l'application des impul- sions doit toujours, dans le cas décrit,
se produire au moment d'@c- currence de l'impulsion transmise. Le circuit, à déclanchement ei, le circuit additif ont été mentionnés en relation avec la construction
<Desc/Clms Page number 7>
des impulsions 25, mais en pratique une mise en phase plus précise des impulsions 25 peut être obtenue par l'emploi d'un circuit à déclanchement à double stabilité, car les bras du circuit peuvent être indépendamment actionnés par les impulsions transmises d'un côté, et les impulsions réfléchies reçues peuvent agir sur l'autre.
Les impulsions les plus longues sont obtenues dans le circuit d'ano- de d'un des 2 tubes.
Un avantage de l'arrangement décrit utilisant un circuit à, déclanchement est qu'aucun débit ne peut être obtenu de l'appareil 26 à moins que les impulsions réfléchies n'aient une amplitude suf- fisante pour déclancher le circuit établi pour produire les impul- sions 25 . Les bruits dûs au hasard ne feront pas fonctionner le dispositif à déclanchement et donner un débit substantiel.-Le cir-. cuit à déclanchement à double stabilité reçoit dans son entrée une amplitude prédéterminée avant qu'il passe d'une position à l'autre.
Cette caractéristique, à savoir l'obtention d'un grand-débit- dans le circuit de sortie de l'appareil 26, lorsque les impulsions-réfléchies atteignent une valeur critique, peut être utilisée pour que- des fonctions auxiliaires puissent être associées à l'appareil. Par exem- ple les choses peuvent être disposées de façon que lorsque le débit est obtenu par l'appareil 26, des contrôles manuels ou autres moyens d'exploration sont utilisés pour faire tourner la 'structure d'anten- ne, tandis que les moyens de recherche d'un objet peuvent être auto- matiquement débrayés ou mis bars d'action, en même temps que sont mis en oeuvre des moyens plus précis d'orientation automatique de l'antenne.
De tels moyens, pour passer d'une recherche exploratoire à une recherche automatique sur l'antenne II à type portable a d'im- portantes applications dans le cas où l'objet à localiser est un navire en mer. Une autre fonction auxiliaire qui peut être exécu- tée par l'appareil 26 est de donner une indication audible ou autre avertissement de la réception d'une impulsion réfléchie.
Comme alternative de l'arrangement décrit précédemment la
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
forme d'ondes 22 peut rester à une fréquence constante donb cr,, u-e cycle a une durée quelque peu plus longue que 2 fois la plus s lcn=,uc: période de temps écoulé qui pourra, se rencontrer. Les impulsions 25
EMI8.2
sont alors constituées en ajoutant les impulsions tvwi:c7,i:>e cb ré- fléchies qui se recouvrent d'une quantité variable et les parties se recouvrant ou les impulsions complètes résultantes auront des du- rées différentes et peuvent être intégrées pour donner directement une mesure de la distance.
Si la fréquence de répétition des impul- sions est variablecomme décrite précédemment, les induisions trans- mises et reçues peuvent être employées pour établir des inquiétons plus longues qui peuvent alors être intégrées et le produit comparé à un courant électrique constant ou voltage et le courant ou voltage différentiel obtenu appliqué pour contrôler la, fréquence de l'onde à partir de laquelle les impulsions sont produites.
EMI8.3
L'appareil constituant les impulsion.? et, I c 'klliJlJ de l'Pi- pareil 26 ainsi que l'appareil de contrôle 27 1 C1.PT';Dt, (';t;l'3 '.'3"':1,1o, LV" dans leurs éléments essentiels à ceux décrits <la.17s 1.? demande de bou- vet britannique n 12662, de 1941, qui concerne des F',"SL,T:l')2 .le cor- mande à distance radio utilisant des impulsions modulées ,1e>ns 1 '2 temps. L'adaptation de cet appareil au but do la 1',ré[;')i!r)8 invjnbmn sera clairement comprise par l'homme de 11 arL eu aucune description n'est considérée nécessaire ici. Aucune difficulté ne doit dire éprouvée en déterminant la distance avec une précision de + ou - 1/4 de 1 %. Cette précision doit être maintenue même peur des distance; relativement courtes.
EMI8.4
La précision de la mesure de distance .:. al' 1-:#s arran" ornent.'; décrits dépend : 1 de la précision du 'générateur de signal mais peu de difficultés peuvent être rencontrées à cet égard, car les géné- rateurs de signaux avec débits stabilisés sont bien connus dans la.
EMI8.5
technique, aussi des moyens simples r-our,vé¯ri:z.e:c la fréquence irc- duite par de tels générateurs sont bien connus.
Les arrangements suivant la présente invention se prêtent
<Desc/Clms Page number 9>
aisément à, l'élimination de fausses lectures dues à la présence d'objets voisins .
Supposons le cas de la localisation d'avions, un barrage de ballons se trouve à 1.000 m. de hauteur, et on désire utiliser 1 arrangement décrit précédemment en relation avec des appareils de contrôle de tir anti-aérien. Dans de telles circonstances on peut raisonnablement escompter que l'avion volera plus haut que le bar- rage de ballons et que le temps qui s'écoulera, entre les signaux réfléchis par le barrage sera moindre que celui des signaux réflé- chis par l'avion.
Si la plus basse élévation pour le canon qui tire est 30 , alors la distance effective la plus grande qui pourra être obtenue entre le canon et tout barrage de ballons volant à 1.000 m. serait de 2.000 m., il s'ensuit qu'avec les arrangements décrits pré- cédemment placés près du canon et prenant des indications à 30 d'élévation, le temps maximum s'écoulant pour le signal réfléchi par le barrage de ballons serait de 13,3 micro-secondes.
Dans de telles circonstances, de fausses lectures,dues au barrage de ballons peuvent être éliminées en rendant tous les appa- reils inopérants pour une période définie. En se reportant à la fig. 3 un train d'impulsions 29 a une durée de 14 micro-secondes et une fréquence de répétition similaire à celles des impulsions 23 Les bords de commencement de l'impulsion 29 coïncident'avec l'occur- rence des impulsions 23 . Il y a beaucoup d'arrangements bien con- nus en technique pour produire de tels trains d'impulsions 29 ayant une relation déterminée avec les impulsions 23 Par exemple un circuit multivibrateur à double triode ayant une position stable et une constante de temps convenable en relation avec un circuit à dé- clanchement auquel les impulsions 23 sont appliquées. De tels arran- gements n'ont pas besoin de plus de descriptions ici.
Les impulsions 29 sont utilisées pour bloquer un ou plu- sieurs circuits dans les récepteurs ou appareils de contrôle asso- ciés au système d'antenne réceptrice. En conséquence, pour un
<Desc/Clms Page number 10>
intervalle de 14 micro-secondes suivant la, transmission l'une im- pulsion de signal, l'appareil est rendu insensible aux impulsions réfléchies, et éta,nt donné que les impulsions correspondant à un temps écoulé plus grand que 14 micro-secondes sont ducs à des opjets plus hauts que le barrage de ballons, il s'ensuit que les fausses lectures dues aux objets voisins sont éliminées.
Des arrangements pour déterminer la distance d'un avion en déplacement à un émetteur suivant la présente invention peuvent être utilisés convenablement avec un arrangement pour suivre le chemin d'un objet mobile, par exemple un arrangement de 5 antennes aux 4 coins d'un carré et la 5 au centre du carré. L'antenne centrale est disposée pour transmettre des impulsions électriques qui sont réfléchies sur l'objet et reçues sur les antennes aux 4 coins du carré. Les signaux reçus sur une paire d'antennes diagonalement op- posées sont comparés entre eux, et la différence produit un signal utilisé pour donner une indication en ce qui concerne le côté de la. paire où l' objet se trouve.
On fait alors tourner les antennes pour que l'antenne centrale soit dirigée directement vers l'objet lorsque la différence de signaux est nulle. Lorsque cette direction a été trouvée par opération manuelle, les arrangements sont commutés sur un mécanisme automatique sous le contrôle des signaux différents à partir des 2 paires d'antennes.
On a ainsi un appareil radio de lo- calisation qui peut être actionné manuellement ou autrement de façon à explorer l'espace, et lorsque les signaux réfléchis dûs à des ob- jets mobiles au-delà d'une certaine distance de l'appareil de loca- lisation sont reçus, l'appareil peut être disposé jour permettre le changement de l'opération manuelle à l'opération autolatique du lo- calisateur, donnant ainsi des indications continues sur l'objet mo- bile, et aussi un signal audible du changement d'opération. Une lec- ture directe de la distance de l'objet mobile à partir de la dispo- sition du localisateur est aussi donnée et l'appareil n'est pas af- fecté par la réflexion des objets voisins.
<Desc/Clms Page number 11>
Des arrangements indicateurs convenables particulièrement pour indiquer quand la fréquence correcte de l'impulsion transmise a étéobtenue seront maintenant décrits en se référant aux figures 4, 5, 6, 7 .
Dans la figure 4 une forme d'ondes 30 de fréquence varia- ble potentiellement est utilisée pour contrôler la génération d'im- pulsions transmises 33, lesdites impulsions coïncidant avec les pointes positives 31 de la forme d'ondes 30 comme expliqué, précé- demment en ce qui concerne les ondes 22 et impulsions 23 de la'fi- sure 3 . Lorsque la durée d'un cycle de la forme d'ondes 30 est égale à 2 fois le temps écoulé pour la réflexion des impulsions 34 par l'objet mobile, lesdites impulsions 34 coïncident avec les poin- tes négatives 32 de la forme d'ondes. Celle-ci est alors utilisée pour établir la trace 33 sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques 36, fig. 5 . Le côté gauche de la trace correspond à la borne posi- tive de la forme d'ondes 30 .
Les impulsions réfléchies 34 sont utilisées pour modifier la position d'un faisceau cathodique dans une direction transversale à celle de l'exploration due à la forme d'ondes 30 . Lorsque la forme d'ondes 30 a une durée égale à 2 fois le temps écoulé les impulsions réfléchies 34 infléchiront le faisceau cathodique en donnant une trace verticale 37 à l'extrémité droite ' de la trace 35 . Si la forme d'onde 30 a une durée autre que 2 fois le temps écoulé, la trace verticale due aux impulsions 34 prendra une autre position comme montré dans la fig. 8 .
On verra ainsi que pour obtenir une indication de la distance de l'objet éloigné provoquant des signaux réfléchis, il n'est nécessaire que de faire varier la fréquence de la forme d'ondes 30 de façon que la trace verticale 37 apparaisse toujours à l'extrémité droite extrême de la trace 35, ou à d'autres positions prédéterminées pour différentes relations entre la durée des impulsions les plus longues et la pé- riode de répétition des impulsions transmises.
Un indicateur utilisable comme alternative employant un
<Desc/Clms Page number 12>
tube à rayons cathodiques sera mieux compris en se référant aux fig. 6 et 7 .
2 formes d'ondes 39 et 40 sont fournies, la, forme 40 avant 2 fois la, fréquence de la forme 39, et sa phase choisie de façon que chaque 2 demi-période de la forme d'ondes 40 commence au même moment que le commencement d'un 1/2 cycle positif de la forme d'ondes 39 Ces 2 formes d'ondes sont utilisées pour établir de façon bien con- nue une trace en forme de boucle 41 sur l'écran d'un tube à. rayons cathodiques 42 ( fig. 7 ) .
Si la fréquence de la forme d'ondes 39 est telle que lorsque les impulsions transmises coïncident avec des pointes positives 43.de ladite forme d'ondes, comme déjà décrite, et, que des impulsions réfléchies coïncident avec les instants 44, et si lesdites impulsions réfléchies 44 sont utilisées pour déplacer le faisceau cathodique dans la même direction que la forme d'ondes 40, alors la trace verticale 45 due à la,dite réflexion se produira au point de croisement de la trace en boucle 41 .
Cette condition est obtenue lorsque la durée d'un cycle de la forme d'ondes 39 est 4 fois le temps écoulé, c' est-à-dire 8 fois le temps iris - par le signal pour voyager de l'émetteur à l'objet éloigné produisant les signaux réfléchis.
Un avantage de l'arrangement à tuoe à, rayons cathodiques décrit est que la mise a,u point précise du Faisceau du tube à rayons cathodiques est nécessaire .seulement pour une etite portier de la surface du tube, ca,r les observations critiques sont toujours faites en une seule portion de l'écran. Ceci rond plus facile les tolérances requises pour la fabrication de tels tubes.
L'arrangement de tube à rayons cathodiques jour faire les observations peut être utile lorsque les signaux réfléchis sent très faibles ou éparpillés pour diverses raisons.
Un autre avantage de l'arrangement à tube à rayons cathodi- ques est que le générateur de signal qui produit la forme d'ondes de contrôle est le seul appareil qui nécessite un étalonnage précis.
<Desc/Clms Page number 13>
Bien que l'invention ait été décrite en relation avec quelques exemples de réalisation, il est clair qu'elle n'y est en rien limitée et est susceptible de variantes et modifications sans sortir de son domaine.