Installation de radioguidage.
La présente invention est relative à une installation de radioguidage et plus parti culièrement à une installation de guidage d'un mobile tel qu'un avion vers une balise déterminée parmi plusieurs balises.
Les balises radioélectriques sont couramment utilisées pour guider des avions ou autres mobiles suivant mie route désirée ou vers un champ d'atterrissage déterminé. Dans de tels systèmes, les indications de guidage peuvent être obtenues sur le mobile, à l'aide, soit d'une antenne réceptrice dirigée, soit d'une antenne émettrice dirigée de balisage.
De tels systèmes de balisage exigent une coopération entre l'émetteur de la balise et l'antenne réceptrice de balisage.
L'un des buts de l'invention est d'établir une installation de guidage radioélectrique particulièrement utile pour le guidage d'ap- pareils qui peuvent atterrir avee un angle très voisin de la verticale par rapport au sol tels que, par exemple, les hélicoptères.
L'installation suivant l'invention qui est conçue pour guider un mobile vers une radiobalise déterminée parmi une pluralité de radiobalises dont chacune est définie par un signal d'identification prédéterminé et dans laquelle l'équipement du mobile comprend des moyens pour recevoir de l'énergie desdites stations de radiobalisage et des moyens pour détecter des signaux reçus est caracté- risée par des moyens de sélection d'un signal prévus dans la sortie desdits moyens de dé- tection, lesdits moyens de sélection étant réglables pour la réception d'un signal sélee tionné parmi lesdits signaux d'identification,
et par des moyens indicateurs répondant audit signal d'identification sélectionné reçu pour indiquer la direction relative à la balise rayonnant ledit signal d'identification sélectionné.
Dans une telle installation de balisage radioélectrique, on peut prévoir un appareil lage émetteur-récepteur à bord du mobile aérien et un appareillage répéteur établi à des points fixes pour servir d'émetteur de balisage.
Une forme d'exécution de cette installation, qui est particulièrement utile pour le guidage des hélicoptères ou appareils analobes, vers un terrain d'atterrissage, com- porte des antennes émettrices et réceptrices, désignées généralement par l'expression organes radiateurs actifs , et prévues au sol à proximité du point d'atterrissage, d'une part, et, d'autre part, à bord du mobile. Le diagramme de radiation de l'une desdites antennes est rendu unidirectionnel, mais il comporte une composante importante dans la ligne verticale passant par l'antenne et tourne à une vitesse prédéterminée.
Cette rotation produit, à la sortie du récepteur de bord, un diagramme d'intensité variable dans les différentes directions autour du mobile pour toutes les positions dudit mobile, sauf lorsque celui-ci est directement au-dessus de l'émet leur. Ainsi, en. prévoyant une tension de commande convenable à bord du mobile et un indicateur permettant la comparaison de ladite tension de commande et de l'énergie reçue, on obtient une indication de la position du mobile par rapport à la balise.
Si l'antenne dirigée est à bord du mobile, la tension de commande peut. être obtenue à partir d'une source entraînée en synchro- nisme avec l'antenne tournante. Mais, si l'an- tenne dirigée est aux stations fixes, la tension de commande doit être dérivée de l'éner- gie reçue sur le mobile à partir de ladite station fixe. Par exemple, on peut dériver ladite tension d'un signal de commande émis lorsque l'antenne est alignée dans une direc- tion déterminée.
Si on le désire, on peut donner aux émetteurs de balisage la forme de répéteurs radioélectriques dont le fonctionnement est dé- clenché par l'énergie émise sur le mobile.
Dans ce cas, les indicateurs de bord peuvent être adaptés pour fournir aussi bien des indications de distance que des indications direetionnelles, en utilisant des impulsions de dé- elenchement pour la production d'une ten- sion de base de temps pour lesdits indicateurs.
La description détaillée qui suit est faite en référence au dessin qui, joint, montre, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention.
Dans ce dernier, la fig. 1 représente la disposition générale d'une installation de balisage.
Les fig. 2 et 3 sont des diagrammes de radiation du dispositif émetteur-récepteur de la fig. 1.
La fig. 4 représente, en partie symboliquement sous forme de rectangles, un appa- reillage de bord.
La fig. 4A est un exemple d'un indieateur représenté sur la fig. 4.
La fig. 5 représente symboliquement, sous forme de rectangles, une station fixe destinée à coopérer avec le récepteur de la fig. 4.
La fig. 6 est un ensemble de courbes utiles à l'explication du fonctionnement du dispositif des fig. 4 et 5.
La fig. 7 représente symboliquement, sous forme de rectangles, un récepteur sim- plifié pouvant être utilisé avec la station fixe de la fig. 5.
La fig. 8 est une représentation générale de la disposition d'une variante d'une installation de balisage.
La fig. 9 représente symboliquement, sous forme de rectangles, une station fixe utilisée avee l'installation de la fig. 8.
La fig. 10 représente également symbo- liquement, sous forme de rectangles, une station mobile utilisée avec l'installation repré- sentée sur la fig. 8.
La fig. 11 est une variante du montage émetteur qui peut être substitué à la partie représentée à droite de la ligne 11-11 sur la fig. 9.
La fig. 12 est un schéma simplifié d'un récepteur pouvant, être utilisé avec le montage représenté sur les fig. 9 et 10.
La fig. 13 est un ensemble de courbes utiles à l'explication du fonctionnement d'un montage récepteur, tel que celui repré- senté sur la fig. 10.
On considérera tout d'abord le dispositif représenté sur la fig. 1. Un mobile aérien 9 est muni d'un appareillage émetteur-récepteur 10 et d'un élément radiateur actif tour nant dirigé 11. L'énergie provenant de l'émetteur-récepteur 10 peut être répétée à 1'une quelconque de plusieurs balises radioélectriques telles que les répéteurs d'impulsions 14 et 17, au moyen des antennes 12 ou 1. 5. Les diagrammes de radiation des postes répéteurs sont omnidirectionnels dans le champ horizontal, mais contiennent des composantes de radiation verticales dans toutes les directions, comme représenté dans les diagrammes 13 et 16.
De préférence, le radiateur tournant dirigé 11 est susceptible de produire un diagramme de radiation tel que représenté sur les fig. 2 et 3. Dans le plan vertical, une coupe du diagramme de radiation offre l'aspect de la courbe 18 de la fig. 2, le eentre de radiation étant situe sur la ligne l. l. Il est à noter, par conséquent, que ledit diagramme de radiation a une eomposante verticale dirigée vers le bas à partir du centre de radiation du système, de sorte qu'on peut obtenir une indication, même lorsque le mobile se trouve directement audessus de la balise.
Pour la même raison, les diagrammes de balisage 13 et 16 de la fig. 1 ne comportent, eux non plus, aucune zone susceptible de constituer dans des conditions normales ce qu'on appelle une zone de silence. De préfé- renne, le diagramme du radiateur tournant 11 est relativement étroit dans le champ ho rizontal et une coupe suivant la ligne Y-X de la t'ig. 2 présente un aspect sensiblement identique à celui représenté en 19, fig. 3.
Avee le dispositif représenté sous une forme générale sur la fig. 1, un mobile aérien 9, représenté sous la forme d'un héli- eoptère, suseeptible d'atterrir pratiquement dans le plan vertical, peut être guidé jus qu'à une position située directement au-des sus d'une balise radioélectrique déterminée.
Le mobile peut alors descendre en maintenant sa position dans la verticale jusqu'à ce qu'il soit suffisamment proche du sol pour que les feux d'atterrissage soient visibles, moment où ledit mobile peut se déplacer d'un côté ou de l'autre vers un point ou zone d'atterrissage 121 ou 15A écarté de la balise.
Chacune des balises d'atterrissage est distinguée par une caractéristique d'identification différente et l'appareillage de bord est rendu ajustable, de sorte que les indications qu'il donne peuvent être produites à partir d'une seule des balises sélectionnées.
Le fonctionnement détaillé du système représenté sur les fig. 1, 2 et 3, sera mieux compris en se reportant au dispositif réeep- teur et émetteur représenté sur les fig. 4, 4. 1 et 5. Sur la fi. , 1'a : lpareillaye de bord est représenté, l'élément radiateur actif 11 com- portant un élément d'antenne 21 muni d'un réflecteur parabolique cylindrique 22.
Un moteur 23 est prévu pour faire tourner cet appareillage à une vitesse prédéterminée, de manière qu'il explore le diagramme diree tionnel suivant un are de 3600. L'antenne est couplée, à travers le circuit de couplage 24, à un émetteur 25 et à un récepteur 27.
L'énergie émanant d'un générateur d'impulsions 26 est appliquée à l'émetteur 25, de manière que ce dernier émette à partir de 1'antenne 21 une série d'impulsions. Un dispositif de blocage de récepteur 28 est prévu pour bloquer le récepteur 27 pendant les pé- riodes au cours desquelles les impulsions du générateur 26 sont émises. Lesdites impulsions émises sont transmises à un système répéteur tel que celui de la fig. 5 et les signaux répétés sont renvoyés à l'antenne 21.
Lesdits signaux sont détectés dans le récepteur 27 et appliqués à la grille de commande 31 d'un indicateur à faisceau cathodique 37.
Simultanément avec la rotation du diagramme directionnel à l'antenne 21, un circuit de balayage 30 est excité et fournit une tension de balayage pour les plaques déviatrices 38 et 39 de l'indicateur 37, et le faisceau cathodique tend normalement à tourner à la vitesse de rotation de l'antenne 11.
Toutefois, ledit faisceau ne devient visible que lorsque l'énergie provenant du récepteur 27 est appliquée à la grille de commande 31.
En conséquence, on n'obtient des indications que lorsqu'il y a coïncidence des vecteurs du diagramme de radiation de l'antenne 21 et du diagramme de balisage correspondant de l'une des balises radioélectriques. Une telle indication est obtenue suivant un arc de cercle, comme indiqué en 43, la partie médiane étant plus brillante et donnant une indication réelle de la direction vers le poste.
Lorsque le mobile s'approche de la balise, l'arc tend à augmenter, de sorte que lorsque le mobile est directement au-dessus de la balise, on obtient une indication circulaire, comme représenté en 42 sur la fig. 4A.
Les indicateurs fournissent aussi une indication de la direction vers la station. Toutefois, il peut être désirable d'incorporer une indication de la distance en plus de celle de la direction. A cet effet, un générateur de base de temps 40 est prévu et sert à produire une tension de balayage déviant le faisceau vers l'intérieur, les périodes correspondant à la fréquence de récurrence des impulsions du générateur 26. Ladite tension de balayage est appliquée aux bobines déviatrices 139 qui tournent en synchronisme avec l'antenne 11, étant entraînées par le moteur 23. Comme représenté, ledit faisceau est normalement fixé à la position zéro au centre de l'écran et atteint sa position maximum au bord extérieur espacé du centre.
Etant donné qu'il y a normalement un certain retard dans les impulsions transmises au poste répéteur, une distance zéro ne correspond pas sur le balayage du faisceau cathodique au centre du disque, mais elle en est espacée comme indiqué en 0.
Comme représenté sur la fig. 4, l'indication directionnelle est à environ 45a par rapport à la balise et à une distance de 7 kilomètres environ de ladite balise. Toutefois, sur la fig. 4A, le mobile est directement au-dessus de la balise à une distance de celle-ci d'environ 900 mètres.
Pour rendre le récepteur sensible à une seule balise déterminée, le dispositif émetteur-réeepteur 25, 27 peut être accordé à des hautes fréquences différentes à l'aide de la commande d'accord de haute fréquence commune 29.
D'autre part, des balises peuvent être distinguées l'une de l'autre par les fréquences de récurrence des impulsions, auquel cas le générateur d'impulsions et le générateur de base de temps de blocage de récepteur peuvent être ajustés suivant une fréquence de récurrence déterminée.
Le dispositif répéteur à utiliser avec le système peut être d'un type désiré quelconque ; un exemple en est représenté sur la fig. 5. Suivant ce dispositif, les impulsions provenant de l'émetteur 25 sont reçues sur l'antenne 60 et appliquées par la ligne 61, au détecteur amplificateur 62, de manière qu'on obtienne à la sortie dudit détecteur une série d'impulsions telles que représenté en 62A.
Lesdites impulsions peuvent être appliquées directement, par une ligne 63, à l'une des grilles de commande d'un tube mélangeur 65 et, par l'intermédiaire d'un réseau à retardement 64, à une autre grille de commande dudit tube 65. Les deux grilles en question sont polarisées l'une et l'autre négativement et ne laissent pas passer les impulsions si elles ne sont pas appliquées simultanément aux deux grilles. En déterminant le retard du réseau 64 pour obtenir un retardement d'une pé- riode des impulsions, la même série d'impulsions est répétée à la sortie, comme représenté en 66.
Lesdites impulsions sont alors appliquées de manière à moduler l'émetteur 67, ce qui sert à bloquer le détecteur-amplificateur 62 par le circuit de blocage 68 et à appliquer les impulsions à l'antenne 60 pour leur retransmission au mobile. Un organe à retardement 69 est prévu dans le circuit d'excitation de l'antenne 60 pour ménager un temps suffisant aux impulsions pour bloquer le détee teur-amplificateur 62 avant l'émission desdites impulsions répétées par l'antenne 60.
On peut voir avec le montage tel qu'il a été décrit jusqu'ici, que l'appareillage de la fig. 4 peut émettre une série d'impulsions telles que représenté en 47, courbe a, de la fig. 6. Pendant la transmission desdites impulsions, le récepteur 27 est bloqué et il n'est débloqué que pendant la partie de Sa période 48 indiquée par la courbe b, fig. 6. Pendant cette période de déblocage, à un instant dé- terminé par le retard dans le répéteur et par la. distance entre ledit répéteur et le récepteur, une série d'impulsions 49 sont reçues à bord du mobile, impulsions qui peuvent être utilisées pour produire l'indication directionnelle.
En même temps, une série d'impulsions en dents de scie à base de temps 50 peuvent être produites sous le commande des impulsions 47, servant à faire balayer le faisceau cathodique vers l'intérieur et vers l'extérieur suivant le temps, de sorte que les indications directionnelles sont espacées du centre pour fournir une autre indication concernant la distance du mobile à partir de la balise.
On remarquera en outre que, si on le dé- sire, on peut utiliser le répéteur 60 simplement comme émetteur de balise. A cet effet, un commutateur 160 peut être amené à sa position inférieure et connecter l'émetteur 67 au générateur d'impulsions 161. Les impulsions du générateur 161 peuvent être modu- lées par un indicatif, par exemple par une fréquence musicale déterminée, ou une variation de 1'espacement des impulsions, à l'aide du modulateur d'impulsions 1. 62. La partie réceptrice du répéteur n'est pas utilisée et l on peut la supprimer si on le désire. A bord du mobile aérien, un démodulateur d'impulsions avee filtre 44 est prévu et peut être relié, à l'aide du commutateur 45, à la sortie du récepteur 27.
Ainsi, dès réception d'un signal de balisage convenablement modulé par le signal d'identification désiré, on obtient une indication de ladite réception sur l'indi- catenr 46, de sorte que, en relevant simultanément les indications de 46 et du tube à faisceau cathodique on peut obtenir la direction et l'identité de la station.
Dans certains cas, il peut être préfé- rable de prévoir nn dispositif permettant de n'appliquer à l'indicateur 37 que les seules impulsions caractérisées par le signal désiré.
Pour y parvenir, on peut appliquer l'éner- gie de sortie du démodulateur d'impulsions avec filtre 44 à un circuit de eouplage 144, par le dispositif de blocage 145, de sorte que la a grille 31 n'est excitée seulement qu'aux instants où l'énergie de sortie du démodulateur d'impulsions avec filtre permet une telle excitation. On peut ainsi aisément obtenir, avec un tel dispositif, la direction du mobile par rapport a la station.
Un antre montage récepteur simplifié qui peut être utilisé avec le répéteur 5 lorsque l'indication de la distance importe peu est représenté sur la fig. 7. Dans ce dispositif, l'an- tenne 21, le moteur 23, le circuit de couplage 24, l'émetteur 95, le générateur d'impulsions 26, le récepteur 27 et le dispositif de blocage du récepteur 28 peuvent être identiques aux éléments correspondants de la fig. 4. Toutefois, le récepteur 27 doit être muni d'une commande automatique de gain, de sorte que le niveau de sortie du récepteur soit maintenu pratiquement constant. Toutefois, an lieu d'un générateur de balayage, il est prévu un simple générateur de tension 30A entraîné par le moteur 23.
L'énergie de sortie du gé- nérateur 30A et celle du récepteur 27 sont appliquées aux bobines distinctes 72 et 73 d'un appareil de mesure 71 à zéro au milieu de la graduation. Ainsi, lorsque le mobile se dirige'directement vers la station, l'appareil de mesure peut être à sa position médiane, mais, lors d'un écart du mobile à partir de la direction désirée, l'indication de l'appareil de mesure est décalée d'un côté ou de l'autre, de sorte que le mobile peut être guidé vers la balise. Lorsque la balise de la fig. 5 n'est pas utilisée comme répéteur, mais uniquement comme un simple dispositif émetteur, le commutateur 75 peut être actionné de manière à déconnecter l'émetteur de l'antenne 21.
Sur la fig. 8 est représenté un autre dispositif de balisage analogue à celui de la fig. 1, mais suivant lequel l'émetteur-récepteur de bord 80 est couplé à une antenne non dirigée 81.. Au sol, les postes répéteurs 84 et 86 sont munis de dispositifs émetteurs tournants dirigés. De préférence, le diagramme de l'antenne 81 est pratiquement analogue aux diagrammes 13 et 16 représentés sur la fig. 1 et les diagrammes des antennes 82 et 85 sont analogues aux diagrammes des fig. 2 et 3, à cela près que la radiation se fait suivant un angle dirigé vers le haut et non plus vers le bas.
Un système répéteur pouvant être utilisé avec le dispositif de la fig. 8 est représenté sur la fig. 9. Dans ledit système, l'antenne tournante 87 est entraînée à une vitesse dé- sirée par un moteur 88. Des impulsions reeues de l'émetteur-récepteur 80 sont appliquées, par le dispositif de couplage 89, à l'ap- pareillage détecteur-récepteur 90 et produi- sent à la sortie de celui-ci un train d'impulsions espacées. Lesdites impulsions sont appliques directement, par la ligne 91, à un circuit combinateur 99 et, en même temps, en parallèle, par un organe à retardement 92, au même circuit combinateur d'impulsions 99A.
L'organe à retardement 92 est rendu ajus- table et on le fait varier en relation de temps avec la rotation de l'antenne 87, de sorte que 1'espacement entre les paires d'impulsions 99 est variable suivant la direction du diagramme de radiation. Par exemple, ledit espacement peut varier à partir d'un temps zéro pour le nord réel jusqu'à un espacement de 500 microsecondes à 359 . L'antenne peut, par exemple, tourner à environ 10 tours par seconde et la fréquence de récurrence des impulsions peut être d'environ 2000 par seconde, soit 200 impulsions pour chaque tour de l'an- tenne. Lesdites paires d'impulsions espacées 99A sont ensuite appliquées à un émetteur 94.
Les impulsions modulées à la sortie de 94 sont appliquées à un dispositif de blocage 95 qui sert à bloquer le détecteur du récepteur 90 pendant la transmission des signaux et, par l'intermédiaire des organes à retardement 96 et du couplage 89 à l'antenne 87. Ainsi, le répéteur de la fig. 9 sert à établir une balise radioélectrique permettant la distinction de la direction d'après l'espacement des impulsions.
L'appareillage émetteur-récepteur de bord représenté sur la fig. 8 peut consister en un montage tel que représenté sur la fig. 10. Sui- vant ce dispositif, l'antenne émettrice et ré ceptrice 100 est couplée, par l'organe de couplage 104, à l'émetteur 101 et au déteeteur-amplificateur 105. L'énergie provenant d'un générateur d'impulsions 102 est appli quée, par un organe à retardement 103, à l'émettenr 101 et directement à un dispositif de blocage 106 qui sert à bloquer le détecteuramplificateur 105 pendant les périodes d'émission.
Les impulsions ainsi émises, après répé tition par le répéteur de la fig. 9, sont reeues sur le détecteur-amplificateur 105 et peuvent être utilisées pour actionner le générateur de circuit de balayage 111. Ledit générateur peut être, par exemple, un circuit excité par choc pour produire des ondes à une fréquence convenable et faire balayer le faisceau autour de l'écran de l'indicateur à faisceau catho- dique, à raison d'une ondulation pour chaque impulsion émise. L'énergie de sortie du circuit de balayage 111 est appliquée, par les organes de couplage 112 et 117, aux plaques déviatrices 113 et 114. La première impulsion de chacune des paires sert à commander le circuit de balayage.
Après le déclenchement du balayage, la seconde impulsion n'a aucun effet sur ledit circuit. En même temps, les signaux détectés à la sortie du détecteuramplificateur 105 sont appliqués, par l'organe de couplage 108, à la grille de com- mande 109 de l'indicateur. Ainsi, le faisceau de l'indicateur cathodique effectue un ba layage à raison d'un tour par paire d'impulsions, ce qui produit une première indication en 115 lorsque la première impulsion est reçue et une seconde indication 116 espacée de la première. L'espacement de ladite seconde indication par rapport à la première correspond fidèlement à la direction du mobile par rapport à la balise.
Si l'on désire obtenir une indication de la distance aussi bien que de la direction, on peut prévoir un générateur de base de temps commandé par le générateur d'impulsions 102. En outre, un commutateur-interrupteur électronique 119 est prévu synchronisé avec les impulsions telles qu'elles sont produites, de sorte que le générateur de base de temps 118 et les circuits de couplage 108 et 112 sont rendus alternativement inactifs. Ainsi, la pre mière impulsion peut produire l'indication de balayage circulaire et l'impulsion suivante l'indication de la base de temps.
L'énergie provenant de l'indicateur de base de temps 118 peut être appliquée aux bornes des électrodes 11. cependant que. simultanément, l énergie provenant dn déteetenr-amplifiea- teur 105 est appliquée aux plaques déviatriees verticales 113 en produisant une paire d'indications 180 et 181, comme représenté sur le dessin. L'écran peut être gradué de telle manière que la première impulsion 180 serve à indiquer la distance entre le mobile et le répéteur. En même temps, 1'espacement entre les impulsions 180 et 181 donne une mesure de la direction, mais il n'est pas commode d'utiliser une telle échelle, étant donné que les deux impulsions sont déplacées en différents points sur l'écran, suivant la distance entre le mobile et la balise.
En eonsé- quenee, une telle indication directionnelle serait assez difficile à lire.
Sur la fig. 11 est représenté un appareil qui peut remplacer la partie de l'appareillage représenté sur la fig. 9, à droite de la ligne 11-11. Avec ce dispositif, la station de balisage n'est pas un répéteur, mais sert uniquement d'émetteur d'impulsions retardées suivant la rotation de l'antenne. Ainsi, l'énergie provenant d'un générateur d'impulsions 200 est modulée par un signal modu- lateur caractéristique convenable provenant de la source 204, puis appliquée directement au circuit combinateur 202 et, en parallèle, au même circuit 202 par l'intermédiaire d'nne ligne à retardement ajustable 201. Les signaux combinés sont ensuite appliqués à un émetteur 203 qui sont rayonnés par l'antenne 87.
Un tel montage constitue une balise radioélectrique tournante dirigée, dans laquelle des paires d'impulsions espacées d'une distance dépendant de la direction de la balise sont émises.
A bord du mobile, on peut prévoir un mon tage récepteur simplifié pour utilisation avec la balise des fig. 9 et 11. Un tel montage est représenté sur la fig. 12. Les paires d'impulsions arrivantes sont reçues sur l'antenne 201, et appliquées au détecteur 211 du récepteur.
La première desdites impulsions sert à mettre en action le circuit de balayage 213 par l'organe de couplage 212. Ledit circuit 213 applique à son tour la tension aux plaques déviatrices 214 et 215. En même temps, l'éner- gie de sortie du détecteur du récepteur peut être appliquée à une grille de commande 216 de l'indicateur, de manière qu'on obtienne sur l'écran cludit indicateur les indications directionnelles 217. Pour assurer la sélection d'une balise désirée, on couple un filtre démodulateur 218 à la sortie du déteeteur 211 du récepteur. Ledit filtre démodulateur peut être ajusté pour déterminer la caractéristique de signal désirée de la balise radioélectrique.
Ainsi, l'organe de couplage 212 peut être conçu de façon à interdire normalement l'entrée du circuit de l'indiea- teur à l'énergie de sortie du détecteur 211 du récepteur. Toutefois, immédiatement après réception de signaux comprenant le signal de commande sélecte dans le filtre démodulateur 218, des signaux de déblocage sont appliqués, par la ligne 220, à l'organe de couplage 212, ce qui permet l'application desdites impulsions désirées à l'indicateur. En même temps, un indicateur distinct 219 peut être prévu pour que l'opérateur soit informé de la réception des signaux désirés.
Les courbes représentées sur la fig. 13 servent à illustrer les principes généraux de la balise directionnelle suivant la représentation des fig. 8 à 12. Comme indiqué par la courbe e de la fig. 13, des paires d'impulsions 300 et 301 sont émises. On peut faire varier l'espacement des impulsions 300, 301, comme indiqué par les impulsions en pointillés représentées sur cette courbe. L'impulsion 300 sert à produire les paires d'ondes sinusoï- dales 302, 303 de la courbe f servant à faire balayer par le faisceau cathodique la surface du tube. En même temps, si on désire des indications de distance, on peut prévoir un générateur de circuit de balayage, comme représenté sur la fig. 10, générateur produi- sant la courbe représentée en g, fig. 13.
De cette manière, on obtient alternativement des tensions en dents de scie 304 et des parties d'espacement 305 formant ensemble le courbe g. Pendant la période 305, le faisceau balaie une fois l'écran du tube, tandis que pendant la période en dents de scie 304, le faisceau balaie radialement l'écran, comme décrit plus particulièrement à propos de la fig. 10.
Radio guidance installation.
The present invention relates to a radio guidance installation and more particularly to an installation for guiding a mobile device such as an airplane to a beacon determined from among several beacons.
Radio beacons are commonly used to guide airplanes or other mobile devices along the desired route or towards a determined landing field. In such systems, guidance indications can be obtained on the mobile, using either a directed receiving antenna, or a directed beacon transmitter antenna.
Such beaconing systems require cooperation between the transmitter of the beacon and the receiving antenna of the beacon.
One of the aims of the invention is to establish a radio guidance installation which is particularly useful for guiding devices which can land at an angle very close to the vertical with respect to the ground such as, for example, helicopters.
The installation according to the invention which is designed to guide a mobile towards a determined radiobeacon from among a plurality of radiobeacons each of which is defined by a predetermined identification signal and in which the equipment of the mobile comprises means for receiving information. energy of said radiobeacon stations and means for detecting received signals is characterized by means for selecting a signal provided in the output of said detecting means, said selecting means being adjustable for the reception of a signal selected from among said identification signals,
and by indicator means responding to said received selected identification signal to indicate the direction relative to the beacon radiating said selected identification signal.
In such a radioelectric beaconing installation, it is possible to provide a transmitter-receiver device on board the air mobile and a repeater device established at fixed points to serve as a beacon transmitter.
One embodiment of this installation, which is particularly useful for guiding helicopters or analobe devices, towards a landing field, comprises transmitting and receiving antennas, generally designated by the expression active radiator units, and provided for on the ground near the landing point, on the one hand, and, on the other hand, on board the mobile. The radiation pattern of one of said antennas is made unidirectional, but it has a large component in the vertical line passing through the antenna and rotates at a predetermined speed.
This rotation produces, at the output of the on-board receiver, a diagram of variable intensity in the different directions around the mobile for all the positions of said mobile, except when the latter is directly above the emitter. Thus, in. providing a suitable control voltage on board the mobile and an indicator allowing the comparison of said control voltage and the energy received, an indication of the position of the mobile relative to the beacon is obtained.
If the directed antenna is on board the mobile, the control voltage can. be obtained from a source driven in synchronism with the rotating antenna. But, if the directed antenna is at fixed stations, the control voltage must be derived from the energy received on the mobile from said fixed station. For example, said voltage can be derived from a control signal emitted when the antenna is aligned in a determined direction.
If desired, the beacon transmitters can be given the form of radio repeaters whose operation is triggered by the energy emitted on the mobile.
In this case, the edge indicators can be adapted to provide both distance and directional indications, using trigger pulses for the production of a time base voltage for said indicators.
The following detailed description is made with reference to the drawing which, attached, shows, by way of example, some embodiments of the object of the invention.
In the latter, FIG. 1 represents the general arrangement of a beacon installation.
Figs. 2 and 3 are radiation diagrams of the transceiver device of FIG. 1.
Fig. 4 represents, partly symbolically in the form of rectangles, an on-board device.
Fig. 4A is an example of an indicator shown in FIG. 4.
Fig. 5 symbolically represents, in the form of rectangles, a fixed station intended to cooperate with the receiver of FIG. 4.
Fig. 6 is a set of curves useful for explaining the operation of the device of FIGS. 4 and 5.
Fig. 7 represents symbolically, in the form of rectangles, a simplified receiver which can be used with the fixed station of FIG. 5.
Fig. 8 is a general representation of the arrangement of a variant of a beacon installation.
Fig. 9 represents symbolically, in the form of rectangles, a fixed station used with the installation of FIG. 8.
Fig. 10 also represents symbolically, in the form of rectangles, a mobile station used with the installation shown in FIG. 8.
Fig. 11 is a variant of the transmitter assembly which can be substituted for the part shown to the right of line 11-11 in FIG. 9.
Fig. 12 is a simplified diagram of a receiver which can be used with the assembly shown in FIGS. 9 and 10.
Fig. 13 is a set of curves useful for explaining the operation of a receiving assembly, such as that shown in FIG. 10.
We will first consider the device shown in FIG. 1. Air rover 9 is provided with transceiver apparatus 10 and a rotating, directed active radiator element 11. Energy from transceiver 10 may be repeated at any one of several beacons. such as pulse repeaters 14 and 17, by means of antennas 12 or 1. 5. Radiation patterns from repeater stations are omnidirectional in the horizontal field, but contain vertical radiation components in all directions, as shown in diagrams 13 and 16.
Preferably, the directed rotary radiator 11 is capable of producing a radiation pattern as shown in FIGS. 2 and 3. In the vertical plane, a section of the radiation diagram gives the appearance of the curve 18 of FIG. 2, the radiation entry being located on line l. l. It should be noted, therefore, that said radiation pattern has a vertical component directed downward from the radiation center of the system, so that an indication can be obtained even when the moving body is directly above the surface. tag.
For the same reason, the markup diagrams 13 and 16 of fig. 1 do not include, them either, any zone capable of constituting under normal conditions what is called a zone of silence. Preferably, the diagram of the rotating radiator 11 is relatively narrow in the horizontal field and a section along the line Y-X of the tig. 2 has an appearance substantially identical to that shown at 19, FIG. 3.
With the device shown in general form in FIG. 1, an aerial mobile 9, shown in the form of a helicopter, capable of landing practically in the vertical plane, can be guided to a position situated directly above a determined radio beacon.
The mobile can then descend while maintaining its position in the vertical until it is close enough to the ground for the landing lights to be visible, when said mobile can move to one side or the other towards a point or landing zone 121 or 15A away from the beacon.
Each of the landing beacons is distinguished by a different identifying characteristic and the on-board equipment is made adjustable, so that the indications it gives can be produced from only one of the selected beacons.
The detailed operation of the system shown in Figs. 1, 2 and 3 will be better understood by referring to the repeater and transmitter device shown in FIGS. 4, 4. 1 and 5. On the fi. , The on-board equipment is shown, the active radiator element 11 comprising an antenna element 21 provided with a cylindrical parabolic reflector 22.
A motor 23 is provided to make this apparatus rotate at a predetermined speed, so that it explores the direct diagram according to an are of 3600. The antenna is coupled, through the coupling circuit 24, to a transmitter 25 and to a receiver 27.
Energy from a pulse generator 26 is applied to the transmitter 25, so that the latter emits from the antenna 21 a series of pulses. A receiver blocking device 28 is provided to block the receiver 27 during the periods in which the pulses from the generator 26 are being transmitted. Said transmitted pulses are transmitted to a repeater system such as that of FIG. 5 and the repeated signals are returned to antenna 21.
Said signals are detected in receiver 27 and applied to control grid 31 of a cathode beam indicator 37.
Simultaneously with the rotation of the directional pattern at antenna 21, a scanning circuit 30 is energized and provides a scanning voltage for the deflector plates 38 and 39 of the indicator 37, and the cathode beam normally tends to rotate at the speed antenna rotation 11.
However, said beam only becomes visible when the energy from receiver 27 is applied to control grid 31.
Consequently, indications are obtained only when there is coincidence of the vectors of the radiation pattern of the antenna 21 and the corresponding beaconing pattern of one of the radio beacons. Such an indication is obtained along an arc of a circle, as indicated at 43, the middle part being brighter and giving a real indication of the direction towards the station.
When the mobile approaches the beacon, the arc tends to increase, so that when the mobile is directly above the beacon, a circular indication is obtained, as shown at 42 in FIG. 4A.
The indicators also provide an indication of the direction to the station. However, it may be desirable to incorporate an indication of the distance in addition to that of the direction. For this purpose, a time base generator 40 is provided and serves to produce a sweep voltage deflecting the beam inwards, the periods corresponding to the repetition frequency of the pulses of the generator 26. Said sweep voltage is applied to the beams. deflector coils 139 which rotate in synchronism with antenna 11, being driven by motor 23. As shown, said beam is normally fixed at zero position at the center of the screen and reaches its maximum position at the outer edge spaced from the center.
Since there is normally some delay in the pulses transmitted to the repeater station, a zero distance does not match on the scan of the cathode beam at the center of the disc, but is spaced from it as indicated at 0.
As shown in fig. 4, the directional indication is approximately 45a from the beacon and at a distance of approximately 7 kilometers from said beacon. However, in fig. 4A, the mobile is directly above the beacon at a distance thereof of approximately 900 meters.
To make the receiver sensitive to a single determined beacon, the transceiver device 25, 27 can be tuned to different high frequencies using the common high frequency tuning control 29.
On the other hand, beacons can be distinguished from each other by the pulse repetition frequencies, in which case the pulse generator and the receiver blocking time base generator can be adjusted at a frequency of recurrence determined.
The repeater device for use with the system can be of any desired type; an example is shown in FIG. 5. According to this device, the pulses coming from the transmitter 25 are received on the antenna 60 and applied via the line 61, to the amplifier detector 62, so that at the output of said detector a series of pulses such as this is obtained. than shown in 62A.
Said pulses can be applied directly, via a line 63, to one of the control gates of a mixing tube 65 and, via a delay network 64, to another control grid of said tube 65. The two grids in question are one and the other negatively polarized and do not pass the pulses if they are not applied simultaneously to the two grids. In determining the delay of network 64 to achieve a delay of one period of the pulses, the same series of pulses is repeated at the output, as shown at 66.
Said pulses are then applied so as to modulate the transmitter 67, which serves to block the detector-amplifier 62 by the blocking circuit 68 and to apply the pulses to the antenna 60 for their retransmission to the mobile. A delay member 69 is provided in the excitation circuit of the antenna 60 to allow sufficient time for the pulses to block the detector-amplifier 62 before the emission of said repeated pulses by the antenna 60.
It can be seen with the assembly as described so far, that the apparatus of FIG. 4 can emit a series of pulses as shown at 47, curve a, of FIG. 6. During the transmission of said pulses, the receiver 27 is blocked and it is only released during the part of its period 48 indicated by curve b, FIG. 6. During this unblocking period, at a time determined by the delay in the repeater and by the. distance between said repeater and the receiver, a series of pulses 49 are received on board the mobile, pulses which can be used to produce the directional indication.
At the same time, a series of time-based sawtooth pulses 50 can be produced under the control of the pulses 47, serving to scan the cathode beam inward and outward with time, so that the directional indications are spaced from the center to provide a further indication of the distance of the mobile from the beacon.
It will further be appreciated that, if desired, the repeater 60 can be used simply as a beacon transmitter. To this end, a switch 160 can be brought to its lower position and connect the transmitter 67 to the pulse generator 161. The pulses of the generator 161 can be modulated by a call sign, for example by a determined musical frequency, or variation of the pulse spacing, using pulse modulator 1. 62. The receiving part of the repeater is not used and can be removed if desired. On board the aerial mobile, a pulse demodulator with filter 44 is provided and can be connected, using switch 45, to the output of receiver 27.
Thus, upon receipt of a beaconing signal suitably modulated by the desired identification signal, an indication of said reception is obtained on the indicator 46, so that, by simultaneously recording the indications from 46 and from the tube to cathode beam we can get the direction and identity of the station.
In certain cases, it may be preferable to provide a device making it possible to apply to the indicator 37 only the pulses characterized by the desired signal.
To achieve this, the output energy of the filtered pulse demodulator 44 can be applied to a coupling circuit 144, by the blocking device 145, so that the gate 31 is only energized. at the times when the output energy of the pulse demodulator with filter allows such excitation. It is thus easily possible to obtain, with such a device, the direction of the mobile relative to the station.
A simplified receiver assembly which can be used with the repeater 5 when the indication of the distance does not matter is shown in fig. 7. In this device, the antenna 21, the motor 23, the coupling circuit 24, the transmitter 95, the pulse generator 26, the receiver 27 and the blocking device of the receiver 28 can be identical to the ones. corresponding elements of fig. 4. However, receiver 27 must be provided with automatic gain control, so that the output level of the receiver is kept substantially constant. However, instead of a sweep generator, a simple voltage generator 30A driven by the motor 23 is provided.
The output energy of generator 30A and that of receiver 27 are applied to separate coils 72 and 73 of a measuring device 71 at zero in the middle of the scale. Thus, when the mobile is heading directly towards the station, the measuring device can be in its middle position, but, when the mobile deviates from the desired direction, the indication of the measuring device is shifted to one side or the other, so that the mobile can be guided towards the beacon. When the beacon of FIG. 5 is not used as a repeater, but only as a simple transmitter device, the switch 75 can be actuated so as to disconnect the transmitter from the antenna 21.
In fig. 8 is shown another marking device similar to that of FIG. 1, but according to which the on-board transceiver 80 is coupled to an undirected antenna 81. On the ground, the repeater stations 84 and 86 are provided with rotating transmitters directed. Preferably, the diagram of the antenna 81 is substantially analogous to the diagrams 13 and 16 shown in FIG. 1 and the diagrams of the antennas 82 and 85 are analogous to the diagrams of FIGS. 2 and 3, except that the radiation takes place at an angle directed upwards and no longer downwards.
A repeater system which can be used with the device of FIG. 8 is shown in FIG. 9. In said system, the rotating antenna 87 is driven at a desired speed by a motor 88. Pulses received from the transceiver 80 are applied, by the coupling device 89, to the apparatus. detector-receiver 90 and produces at the output thereof a train of spaced pulses. Said pulses are applied directly, via line 91, to a combiner circuit 99 and, at the same time, in parallel, by a delay member 92, to the same pulse combiner circuit 99A.
The delay member 92 is made adjustable and varied in time relation with the rotation of the antenna 87, so that the spacing between the pairs of pulses 99 is variable in the direction of the pattern diagram. radiation. For example, said spacing can vary from zero time for true north to a spacing of 500 microseconds at 359. The antenna may, for example, rotate at about 10 turns per second and the pulse repetition rate may be about 2000 per second, or 200 pulses for each turn of the antenna. Said spaced pairs of pulses 99A are then applied to an emitter 94.
The modulated pulses at the output of 94 are applied to a blocking device 95 which serves to block the detector from receiver 90 during signal transmission and, through delay members 96 and coupling 89 to antenna 87 Thus, the repeater of FIG. 9 is used to establish a radio beacon to distinguish the direction from the spacing of the pulses.
The on-board transmitter-receiver apparatus shown in fig. 8 may consist of an assembly as shown in FIG. 10. Following this device, the transmitting and receiving antenna 100 is coupled, by the coupling member 104, to the transmitter 101 and to the detector-amplifier 105. The energy coming from a pulse generator 102 is applied, by a delay member 103, to the transmitter 101 and directly to a blocking device 106 which serves to block the detector amplifier 105 during the transmission periods.
The pulses thus emitted, after repetition by the repeater of FIG. 9, are received on detector amplifier 105 and can be used to drive the scanning circuit generator 111. Said generator can be, for example, a shock-excited circuit to generate waves at a suitable frequency and scan the beam. around the screen of the cathodic beam indicator, at the rate of one ripple for each pulse emitted. The output energy of the scanning circuit 111 is applied, by the couplers 112 and 117, to the deflector plates 113 and 114. The first pulse of each of the pairs is used to control the scanning circuit.
After initiation of the sweep, the second pulse has no effect on said circuit. At the same time, the signals detected at the output of the detector-amplifier 105 are applied, by the coupling member 108, to the control grid 109 of the indicator. Thus, the cathode indicator beam scans at a rate of one revolution per pair of pulses, which produces a first indication at 115 when the first pulse is received and a second indication 116 spaced from the first. The spacing of said second indication relative to the first corresponds faithfully to the direction of the mobile relative to the beacon.
If it is desired to obtain an indication of the distance as well as of the direction, a time base generator controlled by the pulse generator 102 can be provided. Further, an electronic switch-switch 119 is provided synchronized with the pulses. pulses as produced, so that the time base generator 118 and the coupling circuits 108 and 112 are alternately made inactive. Thus, the first pulse can produce the circular scan indication and the next pulse the time base indication.
Energy from the time base indicator 118 can be applied across electrodes 11. however. simultaneously, energy from detector and amplifier 105 is applied to vertical deviator plates 113 producing a pair of indications 180 and 181, as shown in the drawing. The screen can be graduated such that the first pulse 180 serves to indicate the distance between the mobile and the repeater. At the same time, the spacing between the pulses 180 and 181 gives a measure of the direction, but it is not convenient to use such a scale, since the two pulses are moved to different points on the screen. depending on the distance between the mobile and the beacon.
As a consequence, such a directional indication would be quite difficult to read.
In fig. 11 is shown an apparatus which can replace the part of the apparatus shown in FIG. 9, to the right of line 11-11. With this device, the beaconing station is not a repeater, but serves only as a transmitter of delayed pulses following the rotation of the antenna. Thus, the energy from a pulse generator 200 is modulated by a suitable characteristic modulator signal from the source 204, then applied directly to the combiner circuit 202 and, in parallel, to the same circuit 202 via of an adjustable delay line 201. The combined signals are then applied to a transmitter 203 which are radiated by antenna 87.
Such an arrangement constitutes a directed rotating radio beacon, in which pairs of pulses spaced apart by a distance depending on the direction of the beacon are transmitted.
On board the mobile, a simplified receiver assembly can be provided for use with the beacon of FIGS. 9 and 11. Such an assembly is shown in FIG. 12. The incoming pulse pairs are received on antenna 201, and applied to detector 211 of the receiver.
The first of said pulses serves to activate the scanning circuit 213 through the coupling member 212. Said circuit 213 in turn applies the voltage to the deflector plates 214 and 215. At the same time, the output energy of the The detector of the receiver can be applied to a control grid 216 of the indicator, so that on the screen cludit indicator the directional indications 217 are obtained. To ensure the selection of a desired beacon, a demodulator filter 218 is coupled. at the output of the detector 211 of the receiver. Said demodulator filter can be adjusted to determine the desired signal characteristic of the radio beacon.
Thus, the coupling member 212 can be designed in such a way as to normally prevent the input of the indicator circuit from the output energy of the detector 211 of the receiver. However, immediately after reception of signals comprising the selected control signal in the demodulator filter 218, unblock signals are applied, through line 220, to the coupling member 212, which allows the application of said desired pulses to the device. 'indicator. At the same time, a separate indicator 219 can be provided so that the operator is informed of the reception of the desired signals.
The curves shown in fig. 13 serve to illustrate the general principles of the directional beacon according to the representation of FIGS. 8 to 12. As indicated by the curve e in fig. 13, pairs of pulses 300 and 301 are output. The pulse spacing 300, 301 can be varied as indicated by the dotted pulses shown on this curve. Pulse 300 serves to produce the pairs of sine waves 302, 303 of curve f serving to scan the surface of the tube with the cathode beam. At the same time, if distance indications are desired, a scanning circuit generator can be provided, as shown in FIG. 10, generator producing the curve shown in g, fig. 13.
In this way, sawtooth tensions 304 and spacing portions 305 together form the curve g are obtained alternately. During period 305, the beam scans the screen of the tube once, while during sawtooth period 304, the beam radially scans the screen, as described more particularly in connection with FIG. 10.