FR2552884A1 - Systeme de radionavigation avec dispositifs pour accroitre le secret des informations de distance et/ou de gisement - Google Patents

Abstract

SYSTEME DE RADIONAVIGATION: OU LA BALISE EST EQUIPEE DE MOYENS POUR CREER UN MOT M REPRESENTANT UNE ERREUR D SUR LA DISTANCE D OU G SUR LE GISEMENT G, METTRE M EN MEMOIRE, ENVOYER M APRES CRYPTAGE VERS LES AERONEFS DANS DES MESSAGES SPECIAUX, INTRODUIRE D OU G EXTRAITE DE M DANS LES INFORMATIONS NORMALES D OU G; OU LES AERONEFS POSSEDENT LES MOYENS POUR RECEVOIR LES MESSAGES SPECIAUX, DECRYPTER M, LE METTRE EN MEMOIRE, RETRANCHER D OU G DES INFORMATIONS NORMALES D OU G RECUES. AMELIORATION DU SECRET DES INFORMATIONS DANS LES SYSTEMES DME OU TACAN.

Description

La présente invention concerne les systèmes de radionavigation dans

lesquels une station centrale -ou balise émet des messages comportant des informations qui, détectées et reconnues par des aéronefs convenablement équipés, leur permettent de déterminer, entre autre, leurs coordonnées distance D et/ou gisement G par rapport à cette balise Elle concerne notamment les systèmes de radionavigation qui fonctionnent comme des radars

secondaires et comportent un interrogateur à bord de chaque aéronef du système et un répondeur dans la balise tels que par exemple les systèmes connus internationalement sous les sigles DME et TACAN.

i O Elle porte particulièrement sur les systèmes dans lesquels il est utile d'améliorer considérablement le secret des informations de distance D et/ou

de gisement G fournies par la balise.

I) Préambule: Dans les systèmes de radionavigation connus, tels que par exemple le DME 15 (abréviation de la désignation anglaise "Distance Measuring Equipment") un émetteur-interrogateur de bord envoie en tous azimuts des paires d'impulsions d'interrogation dont la fréquence porteuse est caractéristique d'une balise au sol munie d'un répondeur Le répondeur reçoit le signal d'interrogation, le détecte et reconnaît les paires d'impulsions d'interrogation et s'en sert 20 pour former d'autres paires d'impulsions de réponse sur une autre fréquence porteuse qui peuvent être reçues, détectées et reconnues par le récepteur de l'appareil de bord La mesure de temps t entre les fronts des impulsions d'interrogation et les impulsions de réponse reçues à bord donne l'information

de distance.

Le temps t croit linéairement en fonction de la distance D entre l'interrogateur et le répondeur; t n'est pas nul en même temps que D car les deux équipements et en particulier le répondeur imposent certains retards pour la transmission et le traitement des signaux émis ou reçus; l'équipement du répondeur est ajusté à l'aide de lignes à retard de façon à introduire un 30 temps de retard systématique t; la distance D est alors donnée par la relation D = 2 C (t t) dans laquelle C représente la vitesse de la lumière, Dans un autre système bien connu tel que le TACAN (abréviation de la désignation anglaise 'Tactical Air Navigation") l'avion interrogateur reçoit

du répondeur deux informations qui lui permettent de déterminer sa distance D 35 et son gisement G par rapport audit répondeur.

La fonction de mesure de distance dans le TACAN est assurée par des moyens qui sont très voisins de ceux mis en oeuvre dans le DME pur; aussi dans la suite du présent exposé ne considérera-t-on pour fixer les idées ou préciser certains ordres de grandeur que les caractéristiques du TACAN actuel telles 40 qu'elles sont définies dans les normes "MIL" éditées par le "Département de

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la Défense" des Etats-Unis d'Amérique.

Tout avion muni d'un appareil de bord qui respecte les normes TACAN peut interroger une balise et recevoir d'elle des informations de distance et de

gisement ce qui peut être très génant pour un système à usage militaire.

II) Objet: " L'objet de la présente invention est de pallier cet inconvénient en introduisant du côté de la balise des erreurs sur la distance et éventuellement des erreurs sur le gisement et en prévoyant tant dans la balise que dans l'avion des moyens pou; d'une part,informer l'équipement de bord de la valeur des erreurs et,d'autre part,éliminer lesdites erreurs afin d'obtenir l'information exacte. On remarquera dès l'abord que le secret de l'information de gisement est moins important que celui de l'information de distance, car il suffit d'utiliser un goniomètre courant accordé sur la fréquence de la balise pour obtenir d'une 15 autre façon l'information de gisement C'est pourquoi dans la suite de l'exposé on insistera sur les moyens selon l'invention permettant d'assurer le secret de l'information de distance -qui d'ailleurs mutatis mutandis peuvent être

employés pour le secret de l'information de gisement.

III) Caractéristiques: Selon une caractéristique de l'invention, la balise, au lieu de transmettre l'information de distance après le temps de traitement to, l'envoie seulement après un temps t + Td; l'avion fait donc une mesure de distance avec une T Td erreur fixe 6 = C Cette valeur Td doit pouvoir varier de façon aléatoire au cours de l'utilisation, autrement dit prendre des valeurs successives Td', Td", Td"' etc, Selon une autre caractéristique de l'invention des moyens automatiques sont prévus: du côté de l'appareil de bord, pour recevoir l'information de la valeur actuelle de Td, (Td' ou Td" ou Td"' etc), pour mettre en mémoire cette valeur et la soustraire de la mesure de distance apparente Da, de façon à obtenir la distance vraie D (D = D 6); a du côté de la balise, pour élaborer le retard Td et créer le signal qui en

indique la valeur à l'appareil de bord.

Selon une caractéristique de l'invention applicable au système TACAN les 35 informations de gisement envoyées par la balise sont retardées d'une valeur fixe T mais qui peut varier de façon aléatoire au cours de l'utilisation, g autrement dit prendre des valeurs successives T ', T", T "' etc ces g g g retards étant obtenus en agissant sur la synchronisation des références principales et auxiliaires Mutatis mutandis ces erreurs de gisement Y sont 40 traitées par la balise et l'appareil de bord convenablement équipés d'une

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façon similaire aux erreurs de distance de manière à obtenir le gisement vrai G

(G = Ga y).

a Selon une autre caractéristique de l'invention, les erreurs de distance d ou de gisement y sont rendues pratiquement indéchiffrables pour tout appareil de bord qui n'est pas convenablement équipé, cela grace à une cascade de codages et de cryptage des mots d'erreur de nature aléatoire envoyés par la balise. Si l'on considère notamment l'erreur de distance, le mode de mise en oeuvre préféré de l'invention peut être caractérisé par ce qui suit 10 a) Du côté de la balise: La balise crée de façon aléatoire, à des intervalles réguliers séparés de S, un mot support d'erreur A constitué de N bits N étant déterminé, à o partir du nombre maximal de codes différents que l'on peut envoyer pendant

une période donnée J, par la relation: 2 N i J 2 n.

S Le mot d'erreur proprement dit M -représentant Td est formé sur p o premières positions fixes je A, ce qui permet d'obtenir au maximum 2 P valeurs

possibles d'erreurs f = C 2 d.

M est crypté à l'aide d'une première matrice de transcodage dont les o sorties portent un mot B de p bits transformé de M A est inscrit sur les 20 N étages d'un premier registre à décalage fermé sur lui-même et au premier coup d'horloge le mot B vient "s'ajouter" (addition "modulo 2 ") aux bits o inscrits dans p secondes positions fixes situées sur le registre, de façon àformer un mot support A 1 = A e B o o Ensuite les bits du mot support défilent étage par étage dans un premier 25 sens sur les p premières positions fixes pour définir après S coups d'horloges un mot d'erreur MS_ 1 qui, transformé en B 51, est additionné aux bits des p secondes positions fixes comme décrit ci-dessus, de façon à constituer un mot support d'erreur final AS = ASI O BS_ 1 Si S N tous les bits du mot A auront été soumis, au moins une fois, o aux processus de cryptage et d'addition "modulo 2 " de telle sorte que le mot d'erreur final Ms de p bits est en principe aussi aléatoire que le mot

support initial A 0.

o Un mot support d'erreur ainsi traité est émis aux temps O, S, 2 S, k S sous forme de plusieurs trains de (n+q) impulsions, q étant le nombre d'impulsions supplémentaires d'un préfixe indicatif et chaque emplacement

d'impulsion d'un train étant séparé de son voisin par un intervalle u.

Chaque fois, le mot d'erreur initial M représentant Td est mis en mémoire od Il est utilisé ultérieurement pour programmer, lors des émissions de réponses aux interrogations, un générateur de retard programmable qui introduit le 40 retard Td supplémentaire dans ces réponses

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b) Du c 8 té de l'appareil de bord: Après mise en forme, le mot support d'erreur A de N bits provenant de s la balise est décodé et décrypté Pour ce faire M S 1 est décrypté à l'aide d'une seconde matrice de transcodage -semblable à la première dont les sorties 5 portent le mot B S de p bits transformé de Ms: A est inscrit sur les n étages d'un second registre à décalage fermé sur lui-même portant p premières et p secondes positions fixes comme le premier mais dont l'horloge est couplée

de telle façon que les bits circulent dans un second sens opposé au premier.

Au premier coup d'horloge le mot B s_ vient "s'ajouter" (addition "modulb 2 ") 10 aux bits inscrits dans les p secondes positions fixes situées sur ce second registre pour former un mot support As' = As Bs 1 = (Asl Bs_ 1) Bs_-1 -As I O (Bs-1 * Bs-1) As-} On comprend ainsi qu'après S coups d'horloge dans ce second sens on retrouve le mot support initial A portant le mot d'erreur proprement dit M o o

sur les p premières positions fixes.

Il est utilisé ultérieurement pour programmer, lors de la réception des réponses reçues de la balise un générateur de retard programmable qui

créé un retard Td; ce retard Td est retranché par tout moyen approprié, 20 du retard t mesuré par l'appareil de bord.

IV)Ordres de grandeur et avantages des dispositifs proposés: Les ordres de grandeur de S, J, n, u, p, S peuvent être déduits de considé rations pratiques qui mettent aussi en lumière-les avantages du dispositif selon l'invention et notamment ceux du système de cryptage proposé En prenant J = 24 heures et S = 30 secondes, on trouve N = 12; pour des, raisons pratiques de largeur et de forme des impulsions émises on ne peut adopter une valeur de u trop faible, aussi choisit-on u de l'ordre d'une dizaine de ps mais en évitant les valeurs de 12, 15 et 36 ps qui caractérisent

les interrogations et/ou réponses normalisées dans le TACAN.

Un mot support d'erreur A de 12 bits aléatoires devrait permettre au 12 o maximum 2 = 4096 codes d'erreurs différents Toutefois un mot A constitué o par ce code de 12 bits, sans aucun cryptage, pourrait être aisément décodé, interprété et utilisé par tout appareil de bord muni d'un ordinateur très

simple traitant chaque code en I ps puisque l'opération ne demanderait que 35 4 millisecondes.

C'est pourquoi le dispositif selon l'invention prend tout son intérêt

lorsque le système de cryptage indiqué plus haut lui est associé.

Le nombre p de positions fixes choisies dans le mot support de N bits définit 2 P mots d'erreurs possibles M L'erreur la plus courte correspondant o

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CT à 1 doit être choisie de façon que( -min soit suffisamment grand par rapport au plus petit pas mesuré sur l'appareil de bord et qui vaut 8 mille nautique; l'erreur la plus longue correspondant à 2 p doit être telle que ( 2 ax soit suffisamment petit-par rapport à la portée maximale du système -soit environ

milles nautiques.

Il est indiqué de choisir pour l'erreur la plus courte une valeur voisine de la moyenne géométrique entre le plus petit pas et la portée maximale, c'est-à-dire: min # 1,58 mille nautique d'o (T) # 19,5 lis ( 2 min d min Compte tenu du caractère digital du système de mesure on choisit (Td)min C Td avec plus de précision de façon que (-) min soit égal à la puissance de 2 I 8 O la plus voisine

En l'occurence on trouve comme rapport 27, d'o (Td)min = 19,75 ps 15 l(-) min = 1,6 mille nautiquel.

( 2-)max peut de la même façon être choisi raisonnablement en prenant une valeur voisine de la moyenne géométrique entre la portée maximale CT ( 200 milles nautiques) et (-2)/in ( 1,58 mille nautique); ce qui donne: V Td)max,2 (-d min Une fois encore, compte tenu du caractère digital du système, on choisira T (Td)a d) max de telle façon que d soit une puissance de 2 voisine de 11,2( damin

donc ici 16; p est alors défini et vaut 4.

Par conséquent il existe 16 valeurs possibles d'erreurs multiples de la

plus petite correspondant à 1,6 mille nautique (soit de 1,6 à 25,6 milles 25 nautiques).

Le choix de 8 (p= 3) conduirait à un nombre trop faible de valeurs possibles CT d'erreurs; le choix de 32 (p= 5) à une valeur () max égale à 51,2 milles nautiques donc à une réduction trop importante de la portée maximale theorique

du système.

D'autres considérations que l'on va développer maintenant justifient le

choix de p 4 de préférence à p = 3 ou p 5.

La matrice de transcodage fait correspondre à un mot d'erreur M de p bits un autre mot transformé B également de p bits Cette matrice composée de 2 p lignes et de 2 P colonnes possède un nombre de combinaisons de codage de l'ordre de ( 2 P)2 P soit: 17 10 combinaisons si p = 3 et 1,8 1019 combinaisons si p = 4 Un ordinateur-très puissant essayant toutes les combinaisons possibles à raison d'une microseconde par combinaison déterminerait la clé de codage en 17 S seulement si p = 3 et en plusieurs années si p = 4. Le choix de p = 4, donc d'une matrice de transcodage de 16 colonnes

et 16 lignes, donne un message pratiquement indéchiffrable.

On peut considérer qu'en dehors du cryptage obtenu à l'aide de la matrice

de transcodage il existe dans le système proposé deux autres cryptages.

L'un d'eux réside dans le choix des p premières positions parmi les n comme support du mot d'erreur M et dans celui des p secondes positions parmi les (n-p) restantes sur lesquelles s'effectuent les additions "modulo 2 " du mot transformé B o Le nombre de choix possibles est égal à Cp x Cp soit 34 650 n n-p

sin 12 et p = 4.

L'autre réside dans le choix de S qui peut être compris entre N et un

nombre N aussi élevé que 1000 par exemple.

Avec cette dernière valeur de N le nombre de choix possibles correspondant

aux deux autres cryptages est de l'ordre de 30 106.

Ces cryptages accessoires sont donc nettement moins efficaces que celui obtenu par l'emploi de la matrice de transcodage; de plus, pratiquement le changement de clés (p premières positions, p secondes positions, s) est moins

aisé que celui du transcodage.

V) Description d'un exemple de réalisation:

Les objets et caractéristiques principaux de l'invention ainsi que des

caractéristiques secondaires seront mieux compris grâce à la description

suivante d'un exemple de réalisation de dispositifs selon l'invention appliqués

à un système TACAN, description accompagnée d'un dessin dans lequel les

figures représentent: la figure 1, un dispositif de création du mot d'erreur M et de son cryptage o dans la balise; la figure 2, un tableau donnant une clé de codage; la figure 3, un graphique expliquant les métamorphoses d'un mot support d'erreur A au cours du cryptage et du décryptage; o la figure 4, un schéma du dispositif de décryptage du mot support d'erreur dans l'appareil de bord; le la figure 5, le schéma d'un générateur de retard programmé par/ mot d'erreur Mo; les figures 6 et 7, des schémas synoptiques montrant la constitution d'une balise incorporant respectivement les dispositifs d'introduction de l'erreur 40 T et de l'erreur T Tdet de i'erreur Tg;

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les figures 8 et 9, des schémas synoptiques montrant Ia constitution d'appareils de bord munis des dispositifs de reconnaissance et de soustraction des erreurs T et T g Comme le schématise la figure 1, dans la balise le mot A, support du mot d'erreur proprement dit M représentant le retard Td, est un mot de o

n(-12) bits.

Il est créé à partir d'une diode de bruit I qui remplit de 12 bits aléatoires les 12 étages d'un registre à décalage 2 sous l'action de 12

impulsions de l'horloge 3; à la fin du remplissage, l'accès de 1 à l'entrée 10 du registre est interrompu par tout moyen classique approprié.

2 est bouclé sur lui-même et à chaque coup d'horloge les bits inscrits sur les sorties de 2 progressent d'un rang dans un premier sens, par exemple

de gauche à droite.

Les sorties de 2 étant notées de 51 à 512 et les entrées de E 1 à E 12 15 dans cette direction, p(= 4) sorties représentant'les p premières positions -par exemple 52, 54, 56, 58 sont respectivement connectées aux p entrées e 2,

e 4, e 6, e 8 d'un transcodeur 4 qui-est munie de p sorties, S 3, S 10, S 5 > Sll.

4 est constitué par un décodeur binaire-décimal 4 a dont les 2 P(= 16) sorties

sont connectées aux 2 p lignes d'une matrice de transcodage 4 b et par un codeur 20 décimal-binaire 4 c dont les 2 P entrées sont connectées aux 2 P colonnes de 4 b.

Dans l'état initial, le mot support A étant inscrit sur les sorties O de 2, 52, 54, 56, 58 portent le mot M représentant le retard Td Sur les p

sorties de 4, apparaît B transformé de M par la clé de transcodage.

Les p sorties de 4 sont respectivement connectées à l'une des deux entrées de p circuits "OU EXCLUSIF" 53 510, 55 et 511 dont Ies sorties sont réunies respectivement à p entrées de 2: E 3, E 10, E 5, El représentant les p secondes positions Les p autres entrées des circuits "OU EXCLUSIF" 5, sont reliées respectivement aux sorties 52, 59, 54, Si O de 2 Les sorties 51, 53, ' 56 ' 57 ' 58, 51 l et 512 sont réunies directement et respectivement aux 30 entrées E 2, E 4, E 6, E 7 a E 8, E 9, E 12 et E 1 Dans ces conditions, compte-tenu des propriétés d'addition "modulo 2 " des circuits "OU EXCLUSIF", au premier coup d'horloge le mot B vient s'ajouter O sur les entrées E 3,E, E 5, E, E 1 l au mot A qui a avancé d'un rang vers la o droite. Au second coup d'horloge, le mot Bl vient s'ajouter sur les entrées E 3, E 10, E 5, E 1 l au mot A 1, etc Au S coup d'horloge, le mot Bl 3 s-I vient s'ajouter sur les memes entrées au mot As_, qui a progressé d'un rang

vers la droite par rapport à sa position après le (s-1)e coup d'horloge.

Le mot d'erreur M initial est mis en mémoire de façon à ajouter le 40 retard Td qu'il représente aux réponses envoyées ultérieurement.

e. Le mot support A obtenu après le S coup d'horloge sera envoyé vers s les appareils de bord sous forme de plusieurs trains de (n + q) impulsions, les q (= 3 par exemple) impulsions de tête constituant un préfixe indicatif qui annonce le mot support A s Pour préciser les idées, on suppose que la clé de la matrice de transcodage 4 est munie de la clé représentée sur la gauche de la figure 2, les mots b M de la colonne de gauche étant portés sur les entrées e 2, e 4, e 6, e 8 et les

mots B de la colonne de droite sur les sorties S 3, S 1, S 5, sll.

Sur la figure 1, on a représenté par les nombres de O à 15 les 16 lignes 10 de la matrice 4 et par les lettres de A à P les 16 colonnes.

Sur la droite de la figure 2, on a représenté les liaisons à effectuer à l'intersection des lignes (mot M) et des colonnes (mot B) Ces liaisons sont représentées par un point noir dans la matrice 4 b de la figure I. Pour bien comprendre le processus de formation du mot support A à partir s du mot support initial A 0, on a représenté schématiquement en haut de la

figure 3 les métamorphoses de A pendant la durée de trois coups d'horloge.

Chacune des métamorphoses est représentée sur trois lignes: d'abord le mot A; puis les bits du mot B figurant sur les sorties S 3, s 10, S 5 et sll de la matrice 4 b (figure 1) et résultant de la transformation par cette matrice du 20 mot d'erreur M inscrit sur les sorties 52, 54, 56, 58 du registre 2 (les transformations sont données par le tableau de la figure 2); enfin le mot B transporté sur les entrées des circuits "OU EXCLUSIF'l, 53, 5, 555 et 511 de la figure I et qui vient s'ajouter ("modulo 2 "') au mot support d'erreur A qui

progresse d'un rang après le coup d'horloge.

Le mot support métamorphosé A (ici A 3) est envoyé, comme déjà dit, sur des trains de (q + n) impulsions Quelle que soit la structure des appareils de bord, ceux qui sont munis de dispositifs selon l'invention doivent obligatoirement comporter un décrypteur qui restitue le mot d'erreur M o Après détection et mise en forme des trains de (q + n) impulsions, le 30 mot support A 3 est traité par un décrypteur qui a dans ses grandes lignes

la même structure que le circuit de cryptage de la balise (figure 1).

Ce décrypteur est représenté fonctionnellement sur la figure 4; les éléments équivalents à ceux de la figure 1 sont affectés dans leur numérotation

du signe (').

A 3 est inscrit dans les 12 étages du registre à décalage 2 '; les décalages assurés par l'horloge 3 ' s'effectuent ici de droite à gauche Les quatre premières positions correspondent cette fois aux étages 3, 5, 7, 9 (au lieu de 2, 4, 6, 8); elles sont connectées aux entrées du transcodeur 4 ' dont la matrice a la même clé que celle de la balise (tableau de la figure 2). 40 Les sorties de 4 ' sont dirigées via les circuits "OU EXCLUSIF" 5 ' vers les étages 4, 11, 6, 12 (au lieu de 3, 10, 5, 11) correspondant aux quatre

secondes positions.

Il y a donc, par rapport à la situation dans la balise, décalage d-'un

rang vers la droite des quatre premières et quatre secondes positions.

On a représenté sur la partie inférieure de la figure 3, les métamorphoses du mot support A 3 après 1, 2 et 3 coups d'horloge On retrouve enfin le mot support d'erreur A créé par la balise et, sur les positions de rang 2, o 4, 6 et 8, le mot d'erreur proprement dit M; c'est ce mot représentant Td o qui, par tout moyen approprié, est mis en mémoire dans l'appareil de bord pour 10 programmer le générateur de retard qui crée le retard Td à retrancher du retard

t mesuré ultérieurement par l'appareil de bord.

On va examiner maintenant les moyens de créer du côté de la balise, à partir du mot support d'erreur A, les trains de (q + n)) impulsions qui transportent A et le retard Td correspondant 15 à M; o du coté de l'appareil de bord, les moyens d'utiliser le mot M et de l'insérer

dans l'équipement de mesure de distance.

LA BALISE: La balise est équipée d'un ensemble chronométrique qui, à partir d'une horloge, doit permettre de réaliser les opérations suivantes: 20 remplissage du registre 2 par du bruit, mise en mémoire du mot d'erreur M de p(= 4) bits prélevé sur les p o premières positions,

circulation dans le registre 2 (s fois).

L'ensemble chronométrique est mis en route par un code Morse qui est périodiquement émis par la balise; l'émission répétée des trains de (q + n) impulsions qui transportent le mot support As est sous le contr 6 le d'une horloge interne réalisée par exemple par divisions successives d'une fréquence

élevée, de façon à obtenir l'intervalle u (ici 17 ps).

Le mot d'erreur M mis en mémoire dans la balise correspond au temps o d'erreur Td; Td doit être ajouté au retard t dans les réponses fournies Td d o aux interrogations Ce temps Td, comme on l'a vu, est un des 2 p multiples d'un

temps élémentaire (Td)min qui, en l'occurence, a été choisi égal à 19,75 ps.

Cette durée doit être définie avec une précision meilleure que + 0,05 ps de

façon à ne pas altérer sensiblement la mesure de distance dans l'appareil de 35 bord.

L'emploi classique d'un registre à décalage comme générateur de retard programmable par le mot M est pratiquement impossible car, avec une horloge

de,05 = 20 M Hz, ce registre devrait avoir près de 400 étages.

0,05 Dans la ralisation du dispositif selon l'invention on a adopt de Dans la réalisation du dispositif selon l'invention, on a adopté de préférence la solution qui suit (voir figure 5): Le mot d'erreur M de p bits est inscrit sur les p entrées d'adresse E o a d'un multiplexeur 6 L'interrogation reçue par la balise est décodée et fournit une impulsion I qui déclenche un diviseur 7 a de facteur de division P = (Td)min x F F est la fréquence de l'horloge qui commande 7 a, F résultant elle-mâme de la division rapide par k dans un diviseur 9 de la fréquence k F

d'une horloge 8.

Suivant le mot d'erreur M dcbaj, on réalise les différents retards à l'aide des diviseurs 7 b, 7 c,, 7 o, 7 p identiques à 7 a et places encascade 10 dont les sorties se succèdent en série sur les 2 p entrées Eb de 6 Au mot binaire l ddbal correspond,à la sortie Z du multiplexeur,un retard

l + a( 20) + b( 21) + c( 22) + d( 23) + l (Td)in qui affecte l'impulsion Ir.

Ce circuit introduit un retard supplémentaire systématique égal à (Td)min

dont il doit être tenu compte dans l'appareil de bord.

I 2 AD

La période doit être inférieure à At = c, AD mesurant l'erreur

admissible sur la mesure de distance.

Pratiquement, on prend pour obtenir P un diviseur d'un emploi courant

dans la technique; on choisit k parmi les premiers nombres entiers.

A titre d'exemple si (Td)min = 19,75 Us 20 et At = 0,05 ps on peut choisir M = 16 x 16 256 et k = 2 On en déduit: F = 12,959 M Hz k F = 25, 917 M Hz ( 25 ( est bien inférieur à 0,05 Us) k F Les moyens originaux de l'invention étant décrits, on va examiner

maintenant comment ils s'introduisent dans une balise DME ou TACAN classique.

La figure 6, o les éléments connus sont très schématisés, indique de

façon synoptique la constitution d'une telle balise.

Une antenne émettrice-réceptrice 10 reçoit les signaux HF modulés par les paires d'impulsions d'interrogations qui, via un duplexeur 11, sont détectées, reconnues et mises en forme dans un récepteur 12 puis envoyées dans un décodeur 13 A la sortie de 13, apparaît une impulsion I, éventuellement retardée du temps to (par exemple 60 lis), qui sert d'impulsion de 35 référence pour la préparation de la réponse codée I est injectée dans un générateur de retard 14 programmé par le mot binaire M inscrit dans une mémoire 15 M est formé dans 16 qui correspond à l'ensemble de la figure 1 (création des mots A et M, cryptage, formation et mise en mémoire

du mot A).

L'impulsion I retarde de Td sortant de 14 est envoye dans un codeur 17 L'impulsion I retardée de Td sortant de 14 est envoyée dans un codeur 17 qui produit les impulsions de la réponse codée; ces impulsions viennent dans un modulateur 19, couplé à l'émetteur 20 dont la sortie, via le duplexeur 11,

est reliée à l'antenne 10.

Une balise émet périodiquement des codes Morse donnant, entre autre information, son identité. Les impulsions des codes spéciaux engendrés dans un organe 18 passent par le codeur 17 dont elles inhibent passagèrement le fonctionnement en tant

que codeur des réponses formées dans 14.

18 produit, par synchronisation du code Morse, un "top" aux temps multiples de S ( 30 secondes par exemple) qui vient agir sur 16 de façon à provoquer la génération d'un mot d'erreur nouveau Mo et entraîner le processus de formation du mot support d'erreur As et des trains de (q + n) impulsions

qui sont émis.

Les éléments 14, 15 et 16, propres à l'invention, sont dans un cadre 15 pointillé K qui symbolise la "boîte noire" à ajouter à la balise classique.

Dans une balise TACAN, l'introduction des erreurs T peut âtre effectuée g selon la représentation de la figure 7 Les organes 10, 11, 18 et 19 sont les

mêmes que ceux de la figure 6.

L'organe 18 produit un "top" aux temps multiples de S qui vient agir 20 sur 16 ' de même constitution que 16; un mot M' est formé qui s'inscrit o

dans la mémoire 15 '.

Le processus de formation du mot support d'erreur A' du mot métamor o

phosé A' et de son émission est celui qui a déjà été décrit. s Les impulsions de synchronisation de références principales et de

références auxiliaires qui sont engendrées à partir de l'antenne tournante 10 selon la procédé spécifique du TACAN sont envoyées aux entrées 22 et 23 d'un

générateur de retard 21 programmé par le mot binaire M' inscrit dans 15 '.

o Les impulsions de synchronisation de références principales et auxiliaires

retardées du temps Tg par 21 sont codées dans 24 puis émises, selon la démarche 30 habituelle, après passage dans 19, 20, 11 et 10.

Les éléments 15 ', 16 ' et 21, propres à l'invention, sont dans un cadre K'

qui symbolise la "boîte noire" à ajouter à la balise classique.

Dans la pratique, on n'utilisera pas deux couples 15-16 et 15 '-16 ' différents puisque le même mot binaire M peut être employé pour envoyer o deux informations différentes Tdet T d

Les deux schémas peuvent être regroupés avec un seul couple 15-16.

La boîte noire à ajouter à la balise TACAN classique comportera les éléments

16, 15, 14 et 21.

L'APPAREIL DE BORD: Il comporte des moyens pour décrypter le mot d'erreur M, 40 pour traiter les signaux numériques afin d'en retrancher les erreurs T et d Tg, pour mettre en mémoire des informations-à chaque changement de M o Deux types de solutions peuvent être proposées: une première solution,par adjonction aux éléments classiques d'un récepteur de bord TACAN usuel, d'une "boite noire" incorporant les éléments de l'invention, une seconde solution par apport de quelques modifications internes à ce

récepteur usuel.

La figure 8 donne un schéma synoptique d'un récepteur selon la première solution. O 10 Les signaux provenant d'une balise sont reçus par l'antenne 25, détectée, reconnus, mis en forme et décodés dans le récepteur 26; la sortie de 26 est connectée à un ensemble compteur 27 qui affiche à sa sortie les mesures de distance df et de gisement gf, soit sous forme binaire pure ( 27 a), soit sous

forme de code BCD ( 27 b).

Les éléments 25, 26 et 27, entourés du cadre Q, représentent les éléments

usuels principaux d'un appareil de bord TACAN.

La sortie de 26 est connectée à un décrypteur 28 semblable à celui de la

figure 5 et le mot d'erreur M de p (= 4) bits est mis en mémoire dans 29.

o C Td L'information de distance qui comporte l'erreur 6 = introduite par la balise, est contenue dans un mot binaire série df comportant (r + h) bits, soit d'abord r bits d"'étiquette" ou d'état imposés par les normes internationales et h bits définissant la distance h est égal normalement à 15 puisque 214 mesure le rapport entre la portée maximale (environ 200 milles

nautiques) et le "quantum" de distance ( 80 mille nautique).

A travers un circuit d'interface 30, le mot série de (r * h) bits charge en série un registre à décalage 31 commandé par une horloge 32 Le mot série, après (r + h) coups d'horloge, est inscrit sur les sorties parallèles de 31, les r bits d"'étiquette ou d'état d'une part et les h bits de distance d'autre part. Le mot de h bits ainsi formé est appliqué à un soustracteur binaire 33

qui reçoit, également, le mot d'erreur M à retrancher.

o Ce soustracteur est de constitution simple car, étant donné le choix du "pas"' d'erreur égal à 27 "quanta", l'erreur à retrancher s'écrit 000 O, Odcb, a OOO, 0000 Le résultat de la soustraction qui donne la distance vraie exprimée en binaire et le mot de r bits d"'étiquette" ou d'état sont regroupés sur les entrées parallèles d'un registre à décalage 34 et le mot reconstitué d v qui contient l'information de distance vraie est restitué en série à la

sortie de 34.

Le résultat de la soustraction formé dans 33 est appliqué à un conver-

tisseur binaire BCD, 35.

Les sorties de 35 et le mot d"'étiquette" ou d'état de r bits sont regroupés sur les entrées parallèles d'un registre à décalage 36 et le mot reconstitué d (BCD) qui contient l'information de distance vraie exprimée v en code BCD est restitué en série à la sortie de 36. Les informations gf et gf (BCD) peuvent être traitées de façon similaire pour reconstituer les informations vraies de gisement exprimées en binaire

et en code BCD.

Un exemple de la seconde solution, qui consiste à apporter une mod Ifi10 cation à l'appareil de bord, est représenté schématiquement sur la figure 9.

Un récepteur 37 détecte et reconnaît les informations reçues des balises par une antenne 38 Les signaux sortant de 37 sont mis en forme dans un circuit 39 Une voie 40 recueille à la sortie de 39 les mots support d'erreur AS porteurs des mots d'erreurs cryptés Le décryptage se produit dans un circuit 41, semblable à celui de la figure 4; le mot d'erreur M de 4 bits o décrypté est inscrit dans une mémoire 42 qui est associée à un circuit logique 43 qui donne à sa sortie le complément à 10000 de M ( 10000 équivalent o

de 16 en binaire).

Sur une voie 44, les impulsions de réponse codées issues de 39 sont décodées dans un décodeur 45 L'impulsion I issue de 45 arrive avec un retard correspondant à la distance vraie D, augmenté du temps de retard I + a( 2 ) + b( 21) + c( 22) + d( 23)l (Td)min créé par la balise A la suite de 45, l'impulsion I traverse un générateur de retard 46 du même type que celui de la figure 5 mais qui est programmé par le complément à 10000 de Mo 25 produit par 43 46 introduit un retard supplémentaire: I + 1 ( 24) a( 2 ) b( 21) c( 22) d( 23)l (Td) Min Au total, à la sortie de 46, le retard global supplémentaire vaut: T l( + I + 1 ( 24)l (Td)min = 18 (Td)min

Il s'agit donc d'un retard constant indépendant de l'erreur Td introduite 30 par la balise.

L'impulsion I ainsi retardée issue de 46 est appliquée à un compteur de distance 47 A la sortie de 47, la distance mesurée est affectée d'une CT s erreur 2; cette erreur est retranchée dans le soustracteur 48 à la sortie

duquel appara t le retard vrai Le signal issu de 48 est traité selon l'usage 35 afin de présenter l'information de distance en code binaire ou en code BCD.

Un dispositif semblable peut traiter les informations de gisement provenant

de la balise.

Bien que les principes de la présente invention aient été décrits

ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on 40 comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre

d'exemples et ne limite pas la portée de l'invention.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1 Système de radionavigation dans lequel une balise émet des messages comportant des informations qui, détectées et reconnues par des aéronefs convenablement équipés, leur permettent de déterminer entre autre leur distance D et/ou leur gisement G par rapport à cette balise, ledit système étant caracté5 risé en ce que: la balise est munie de moyens pour créer des mots d'erreur représentant une erreur 6 sur les distances D ou une erreur y sur les gisements G, inscrire dans une première mémoire ces mots d'erreur, les émettre sous une forme appropriée dans des messages spéciaux en direction des aéronefs, introduire les 10 erreurs 6 ou y extraites de cette première mémoire dans les messages normaux subséquents d'information de distance D ou de gisement G qui sont envoyés aux aéronefs; les aéronefs qui doivent recevoir les informations vraies de distance ou de gisement sont munis de moyens pour détecter et reconnaître les messages 15 spéciaux, en extraire les mots d'erreur représentant 6 ou y, mettre dans une seconde mémoire ces mots d'erreur, retrancher les erreurs 6 ou y extraits de cette seconde mémoire lors de la réception des messages normaux subséquents provenant de la balise afin de déduire la distance D ou le gisement G vrai, 2 Système de radionavigation selon la revendication 1, caractérisé en 20 ce que: le mot d'erreur créé et mis dans la première mémoire offre un caractère aléatoire et est renouvelé à des intervalles séparés d'un temps S; la balise est munie de moyens pour crypter ce mot-d'erreur à l'aide d'unes clé de cryptage et pour émettre dans les messages-spéciaux en direction des25 aéronefs le mot d'erreur MS ainsi crypté; les aéronefs sont munis de moyens pour décrypter-le message spécial contenant Ms provenant de la balise, en extraire le mot d'erreur M et l'inscrire dans

la seconde mémoire.

3 Système de radionavigation selon la revendication 2 dans lequel

l'erreur de distance 6 est introduite dans le répondeur de la balise qui répond.

aux interrogations de l'aéronef sous forme d'un retard Td tel que C Td 6 =,-la balise dudit système étant caractérisée en ce que elle est munie: de moyens pour créer de façon aléatoire aux temps multiples de S un mot support d'erreur A de N bits comportant sur p positions fixes un mot o d'erreur M de p bits qui représente un retard Td, Td étant un des 2 p o multiples d'un pas (Td)min; d'une première mémoire o s'inscrit le mot M; o de moyens en cascade pour crypter le mot support d'erreur A et le mot o d'erreur M et les métamorphoser en un mot support d'erreur AS de N bits qui porte sur-les p positions fixes le mot d'erreur transformé MS; qui porte sur les p positions fixes le mot d'erreur transformé S de moyens pour émettre au cours de chaque période de durée S des messages spéciaux de (q + n) impulsions -soit q impulsions d'un préfixe indicatif et les N impulsions de As; de moyens pour émettre les réponses aux interrogations avec le retard Td correspondant à la période de durée S en cours, ce retard étant produit en faisant passer l'impulsion de référence de la réponse dans un générateur de retard programmable, programmé par le mot M. o 4 Système de radionavigation selon la revendication 3 dans lequel les moyens pour crypter A et M sont caractérisés en ce que: o o le mot A est inscrit sur les N étages d'un premier registre à décalage fermé sur luimnme, le mot M se trouvant sur p sorties du registre repréo sentant les p premières positions fixes; M est transformé dans un transcodeur comportant-une matrice de 2 P lignes o et 2 p colonnes -qui définit une clé de cryptage en un mot B dont les p bits o sont appliqués à travers p circuits "OU EXCLUSIF" à p entrées du premier registre représentant p secondes positions fixes; l'horloge du premier registre mise en route après l'inscription de A assure o la circulation des bits dans un premier sens de telle façon qu'au premier coup d'horloge les p circuits "OU EXCLUSIF" effectuent l'addition "modulo 2 " 20 du mot B au mot A pour produire un mot A 1 = A O B 0, puis au second coup o o 1 o d'horloge l'addition du mot Bl formé sur les p secondes positions fixes e au mot A, pour produire un mot A 2 = Al À B et ainsi de suite jusqu'au s coup d'horloge o est produit AS = AS_ I BS Système de radionavigation selon la revendication 4 dans lequel chaque 25 aéronef est muni de moyens pour décrypter le mot AS et en extraire le mot Mo, ces moyens étant caractérisés en ce que: le mot AS est inscrit sur les N étages d'un second registre à décalage fermé sur lui-même; le mot MS de p bits inscrit sur p entrées du second registre représentant p 30 autres premières positions fixes, décalées d'un rang dans le premier sens par rapport aux p premières positions fixes, est transformé, dans un transcodeur comportant une matrice de 2 p lignes et 2 P colonnes -qui définit la même clé de cryptage que celle de balise en un mot B'S dont les p bits sont appliqués, à travers p circuits "OU EXCLUSIF" à p entrées du second registre représentant 35 p autres secondes positions fixes également décalées d'un rang dans le premier sens; l'horloge du second registre, mise en route après l'inscription de AS, assure la circulation des bits dans un second sens opposé au premier, de telle façon qu'après S coups d'horloge, se retrouve inscrit sur les sorties le mot A 40 avec sur les p premières positions fixes le mot d'erreur M. 40 avec sur les p premières positions fixes le mot d'erreur M o 6 Système de radionavigation selon la revendication 3, caractérisé en ce que: le générateur de retard programmable comporte 2 p diviseurs par P (Td) Min x F placés en cascade, commandés par une horloge de fréquence F, F étant obtenue 5 à partir d'une autre horloge de fréquence k F grace à une division rapide par I devant tre in&rieure At = 2 AD k, la période devant être inférieure à At =, AD mesurant l'erreur que l'on peut admettre sur la mesure des distances D; chacune des 2 p sorties de diviseur est connectée à une des 2 P entrées de multiplexage d'un multiplexeur dont les entrées d'adresse reçoivent lés p bits du mot M; o l'impulsion à'retarder pénètre dans le premier diviseur et sort du multiplexeur avec un retard T = l + a( 2 0) + b( 21) + c( 22) + d( 23) + l(Td)i d d i

l d c b alétant l'écriture binaire du mot M 0.

7 Système de radionavigation selon les revendications 5 et 6 dans lequel 15 l'appareil de bord de l'aéronef qui reçoit et décode normalement les réponses

de la balise est modifié de façon à y introduire des moyens pour retrancher l'erreur 6 de l'indication de distance D fournie à la sortie de l'appareil de bord, les moyens étant caractérisés en ce que: l'impulsion résultant du décodage et qui est affectée du retard vrai t augmenté 20 du retard Td + (Td)min est traitée par un générateur de retard semblable à celui de la revendication 6, programmé,non par le mot M,mais par son complément à 2 P de telle sorte qu'à la sortie du générateur de retard t est augmenté d'un retard fixe Ts = ( 2 + 2 P) (Td) in; l'impulsion retardée par le générateur de retard est traitée par un compteur C Ts de distance suivi d'un circuit de soustraction qui retranche T de façoin à extraire l'information de distance vraie D. 8 Système de radionavigation selon la revendication 2 ou 3 dans lequell'appareil de bord de l'aéronef qui reçoit, décode et fournit normalement l'information de distance D sous forme de mots codés série de h bits accompagnés 30 par r bits d"'étiquette" ou d'état est complété par une "boîte noire" comportant les moyens de retrancher l'erreur introduite par la balise, ces moyens étant caractérisés en ce que: le mot série de (r + h) bits est inscrit en parallèle sur les sorties d'un registre sous forme d'un mot de h bits et d'un mot de r bits; un soustracteur binaire retranche le mot M inscrit dans la seconde mémoire o du mot de h bits figurant sur les sorties du registre; le mot différence, également de h bits, et le mot de r bits inscrit sur les sorties du registre sont inscrits sur les autres parallèles d'un autre registre

d'o est extrait le nouveau mot série de (r + h) bits qui contient les r bits 40 du mot initial et les h bits représentant la distance vraie.

9 Systàme de radionavigation selon la revendication 3 dont la balise, qui émet également des informations de gisement G, est caractérisée en ce qu'elle est munie de circuits qui permettent d'introduire une erreur y en retardant d'un temps T l'émission de l'information d'un gisement de référence, g les moyens mis en oeuvre dans la balise et dans l'appareil de bord étant

similaires à ceux des revendications 7 ou 8, les retards T et (T)min

remplaçant les retards Td et (Td)mi Système de radionavigation selon la revendication 9, caractérisé en ce que le mot Mo, les moyens de le créer, de le crypter, de le mettre en mémoire, de l'emettre du côté de la balise ainsi que les moyens de le décrypter et de le mettre en mémoire du côté de l'appareil de bord sont communs aux

deux erreurs.