FR2781624A1

FR2781624A1 - Installation d'emission/reception optimisee d'ondes electromagnetiques hautes frequences, et procede correspondant

Info

Publication number: FR2781624A1
Application number: FR9809371A
Authority: FR
Inventors: Gerard Thouvenel; Louis Bertel
Original assignee: Dassault Electronique SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2000-01-28
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: FR2781624B1

Abstract

Une installation d'émission/ réception d'ondes électromagnétiques HF, comprend une station émettrice (E) et une station réceptrice (R) de positions respectives connues, ainsi que des moyens de prédiction de modes de propagation du champ électromagnétique haute fréquence (HF) sur des trajets passant par un milieu anisotrope, tel que l'ionosphère. La station émettrice comprend au moins deux antennes HF émettrices de polarisations différentes, et les moyens de prédiction sont capables de comparer les modes de propagation calculés afin de sélectionner l'un d'eux comme optimal, puis de calculer, pour les deux antennes HF émettrices, deux contributions complexes respectives, en amplitude et en phase, telles que le champ électromagnétique HF soit constitué, en un point du trajet de propagation correspondant, du mode de propagation sélectionné.

Description

Installation d'émission/réception optimisée d'ondes électromagnétiques hautes fréquences, et procédé correspondant L'invention concerne le domaine de la transmission d'ondes électromagnétiques hautes fréquences (ou HF).

On sait que les ondes du domaine dit hautes fréquences, typiquement de 3 à 30 MHz, sont susceptibles d'une propagation sur de grandes distances autour de la terre. En effet, les couches supérieures de l'atmosphère, en particulier l' ionosphère, se comportent pour ces fréquences à la manière d'un guide d'ondes circumterrestre.

Par contre, ces propagations longue distance s'accompagnent de différents effets, générateurs de trajets multiples, qui posent des problèmes aux hommes du métier.

Il a été proposé que les stations réceptrices soient munies de filtres polarimétriques ou spatiaux ("Antennes HF adaptées à la polarisation des signaux reçus : de résultats", L. BERTEL et J. ROJAS-VARELA, CNET, Journées Internationales de Nice sur les antennes, Nice, France, 4-6 novembre 1986). Cependant, cette façon de faire n'apporte pas une entière satisfaction du fait, notamment, qu'une partie des signaux émis demeure inutilisée malgré l'augmentation de complexité des stations réceptrices.

Un but de l'invention est de procurer une technique d'émission/réception d'ondes HF, qui soit au moins partiellement affranchie de ces inconvénients.

L'invention propose à cet effet une installation d'émission/réception d'ondes HF du type défini ci-dessus, destinée à fonctionner de préférence dans la bande de fréquences comprise entre environ 3 MHz et environ 30 MHz, et dans laquelle la station émettrice comporte au moins deux antennes HF émettrices dont les polarisations sont différentes.

Comme on le verra plus loin, l'expression "antennes différentes" vise non seulement les propriétés intrinsèques des antennes, mais aussi leur agencement ou disposition physique, notamment par rapport à une direction de rayonnement donnée. Cela s'applique naturellement à l'expression "antennes de polarisations différentes".

De plus, l'installation selon l'invention comprend des moyens de prédiction capables : - dans un premier temps, de calculer différents modes de propagation du champ électromagnétique haute fréquence (HF) sur des trajets reliant des stations de positions connues et passant par un milieu anisotrope, tel que l'ionosphère (cette prédiction pourra prendre en compte, éventuellement, l'activité solaire à l'instant d'émission du champ HF, résultant, par exemple, de sondages ionosphériques), - puis, dans un second temps, de comparer les modes de propagation ainsi calculés afin de sélectionner celui qui favorise de façon optimale la liaison entre les stations émettrice et réceptrice, - et enfin, dans un troisième temps, de calculer, pour les deux antennes HF émettrices, deux contributions complexes respectives, en amplitude et en phase, telles que le champ électromagnétique HF soit constitué, en au moins un point du trajet optimal, du mode de propagation sélectionné.

Préférentiellement le critère de sélection du mode optimal est au moins énergétique. Mais on peut en envisager d'autres, seuls ou en combinaison, comme par exemple celui qui minimise la perte de liaison, et qui peut être considéré comme optimal.

L'installation selon l'invention pourra comprendre en outre les caractéristiques suivantes, prises séparément ou en combinaison : - chaque station émettrice pourra comprendre des moyens de pointage électronique pour gérer conjointement les paramètres d'émission des antennes HF émettrices;

- les moyens de prédiction pourront être capables de modifier (corriger) les paramètres d'émission du mode optimal sélectionné, émis par une station émettrice, sur la base de données (ou informations) fournies par la station réceptrice à réception d'une onde HF, ou tirées de modèles de prédiction théoriques; - chaque station réceptrice pourra comprendre deux antennes HF réceptrices, ou plus, de polarisations différentes, afin de permettre un traitement de l'onde en réception, couplé à son traitement à l'émission; - les antennes HF d'une même station pourront être colocalisées ou délocalisées, et présenter des géométries et/ou des types différents de manière à présenter des polarisations différentes; - chaque station émettrice pourra comprendre une ou plusieurs antennes HF de réception et chaque station réceptrice pourra comprendre deux antennes HF d' émission ou plus, de manière à fonctionner en tant que station émettrice/réceptrice ; l'installation pourra comprendre ainsi une multiplicité de stations émettrices/réceptrices de manière à permettre des télécommunications de type "point à point", ces stations comportant alors, chacune un module de prédiction autonome; - les moyens de prédiction pourront être capables de déterminer un mode de propagation optimal du champ HF permettant d'assurer la radiodif fusion d'une onde HF vers une multiplicité de stations réceptrices localisées dans une zone géographique donnée.

L'invention propose également un procédé d'émission/réception d'ondes électromagnétiques HF, de préférence dans la bande de fréquences comprise entre environ 3MHz et environ 30 MHz, entre au moins une station émettrice et au moins une station réceptrice du type de celles décrites ci-avant connues, ce procédé étant caractéristique en ce qu'il comprend la combinaison d'étapes suivantes : a) prévoir dans la station émettrice au moins deux antennes HF émettrices de polarisations différentes,

b) calculer différents modes de propagation du champ électromagnétique haute fréquence (HF) sur des trajets joignant les stations émettrice et réceptrice et passant par un milieu anisotrope, tel que l'ionosphère, c) comparer ces modes de propagation afin de sélectionner l'un d'eux comme optimal pour la transmission d'une onde électromagnétique HF modulée pour le transfert d'informations de tous débits, munie du champ HF, de la station émettrice vers la station réceptrice, d) calculer, pour les deux antennes HF émettrices, deux contributions complexes respectives, en amplitude et en phase, telles que le champ électromagnétique HF soit constitué, en au moins un point du trajet de propagation correspondant, du mode de propagation sélectionné, e) émettre l'onde HF au niveau des antennes HF émettrices de la station émettrice selon les contributions calculées.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ciaprès, et des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 illustre schématiquement une station émettrice à deux antennes et une station réceptrice communiquant par onde de ciel; - la figure 2 illustre schématiquement deux stations émettrices/réceptrices communiquant par onde de ciel; - la figure 3 est un schéma fonctionnel d'une installation d'émission/réception selon l'invention, dans un premier mode de réalisation dit "à modes propres"; - la figure 4 est un schéma fonctionnel d'une installation d'émission/réception selon l'invention, dans un second mode de réalisation dit "à contrôle de modulation" ; - la figure 5 est un schéma de traitements utilisés dans une station émettrice selon l'invention, plus particulièrement pour la recherche du mode optimal et de la fréquence optimale.

Les dessins annexés comportent de nombreux éléments de caractère certain, qu'il est difficile de définir complètement par le texte. En conséquence, ils pourront contribuer

à la définition de l'invention. Il en est de même pour les formules, regroupées dans une annexe en fin de description.

Lorsqu'une onde électromagnétique haute fréquence (HF) est orientée vers l'atmosphère terrestre en altitude ("onde de ciel"), elle y rencontre un milieu anisotrope. En particulier, l'ionosphère présente une ionisation variable en fonction de l'altitude et se comporte par conséquent comme une structure multicouches à gradient d'indice. Une telle structure peut infléchir le champ électromagnétique d'une onde HF, si bien que l'homme du métier l'utilise pour relier par voie d'onde des stations séparées par de grandes distances.

Cependant, il a été observé que cette structure multicouches génère des trajets multiples, qui sont fonction de l'angle d'incidence de l'onde HF. De plus, les variations du champ magnétique terrestre font que le milieu ionosphérique est biréfringent. En conséquence, le long de son ou ses trajets, la polarisation de l' onde HF évolue en fonction des propriétés locales de l'ionosphère et du champ magnétique terrestre rencontré.

Globalement, ces effets de polarisation sur l'onde HF se traduisent par l'existence d'au moins deux modes de propagation complémentaires, appelés généralement "ordinaire" et "extraordinaire". Ces deux modes possèdent des trajectoires et des vitesses différentes, que l'homme du métier peut évaluer à partir des équations de l'électromagnétisme et de l'ensemble des paramètres physiques caractérisant la transmission entre deux stations, en particulier la zone ionosphérique impliquée dans cette transmission.

Pour chaque onde HF émise, une station réceptrice va donc recevoir au moins deux "répliques", séparées dans le temps et affectées de décalages de fréquence différents (des décalages Doppler, liés aux mouvements de l'ionosphère). Il en résulte notamment une réduction de la fiabilité et de la

sécurité de la liaison ainsi qu'une "pollution" accrue de la bande HF.

Il a été récemment proposé de modéliser la propagation des signaux H.F. sur des liaisons à onde de ciel par la relation (I). Cette relation exprime le signal Sqp capté sur une antenne de réception de type q pour une antenne d'émission de type p . Dans cette relation: - k est le nombre de modes de propagations possibles sur la liaison considérée; à chaque mode k correspond une direction d'arrivée (et donc une élévation Ek donnée) ainsi qu'une direction d'émission; on peut associer une fonction caractéristique de l'antenne de réception pour la direction d'arrivée, et, de même, une fonction caractéristique de l'antenne d'émission pour la direction d'émission; - Ak est l'atténuation de propagation relative au mode k, abstraction faite des effets d'antennes; - Gpk représente la fonction caractéristique complexe (amplitude et phase) de l'antenne p d'émission pour le mode de propagation k ; noter que cette fonction ne représente pas le gain habituellement utilisé, lequel est une grandeur scalaire ; - Fqk représente la fonction caractéristique complexe (amplitude et phase) de l'antenne q de réception pour le mode de propagation k; là aussi, cette fonction est différente du gain scalaire habituel; - #k est la pulsation correspondant au mode k, cette pulsation incluant l'effet Doppler; - t est le temps courant; - #pk représente le temps de phase ; -#gk représente le temps de groupe (habituellement dénommé "temps de propagation").

On considère ici que deux antennes d'émission sont "différentes" lorsqu'elles n'ont pas la même fonction caractéristique Gpk pour un mode "k" donné. Cela peut tenir aux propriétés intrinsèques (ou "mécaniques") de ces antennes.

Mais cela peut tenir aussi, en variante ou en complément, à leur agencement ou disposition physique, notamment par

rapport à une direction de rayonnement donnée (et ceci, qu'il s'agisse d'antennes fixes ou mobiles, pourvu que la direction de rayonnement considérée varie peu). Par exemple, deux antennes mécaniquement identiques mais disposées différemment sont considérées en haute fréquence comme différentes.

Cela s'applique naturellement à l'expression "antennes de polarisations différentes", laquelle vise des antennes qui présentent des réponses complexes différentes - quant à la polarisation - à la réception d'une onde électromagnétique incidente donnée.

La détermination des fonctions caractéristiques complexes Gpk et Fqk suppose d'appliquer les lois classiques de l'électromagnétisme. On en trouvera des analyses et exemples dans: - "Antennes filtre de polarisation dans la bande HF", J.

ROJAS-VARELA, Thèse Université de RENNES I, FRANCE, 1986; - "Antennes H.F. adaptées à la polarisation des signaux reçus", L. BERTEL, J. ROJAS-VARELA, CNET - Journées Internationales de NICE sur les antennes, Nice - France, 4-6 novembre 1986; - "A new prédiction software of radio circuit in HF band : LOCAPI", C. BROUSSEAU, L. BERTEL, 5th Solar-Terrestrial Predictions Workshop STPW'96, HITACHI, Japon, Janvier 1996; - "Comparison of three HF ionospheric prediction models (ASAPS, VOACAP, LOCAPI)", C. BROUSSEAU, V. GASSE, L. BERTEL, 8th International Ionospheric Effects Symposium, ARLINGTON, USA, Juin 1996; - "Model of narrowband signal used in ionospheric high frequency (3-30 MHz) Channel", L. BERTEL, P. PARION, D. LEMUR, Journées d'études SEE 96 : Communications numériques en présence de multi-trajets, PARIS, FRANCE, 28-29 Mars 1996 ; - "The effects of antennas on HF propagation level", P.

PARION, L. BERTEL, IEE Antennas and propagation Conference, Edimbourg, Avril 1997;

- "Propagation effects on phase and amplitude of HF antenna response", Lemur et al, The Ionospheric Effects Symposium (IES 96), Alexandria V.A. - USA, 7-9 mai 1996; - "HF active loop antenna response", Lemur et al, IEE Antennas and Propagations Conference (ICAP 97), Edimbourg 14-17 Avril 1997; - "Possible use of the LOCAPI ionospheric prédiction software to digital communications, C. BROUSSEAU, P. PARION, L. BERTEL, European Geophysical Society, 23th General Assembly, NICE, FRANCE, Avril 1998.

En l'espèce, les lois de l'électromagnétisme traduisent les relations vectorielles champ-signal, et tiennent compte, par conséquent, de la polarisation des ondes émises, ou reçues, selon le cas. En H.F., ces polarisations sont fonction des directions d'émission ou de réception, comme indiqué dans: - BERTEL-ROJAS, Nice, 1986, précité, et - "Polarisation and ground effects on HF receiving antenna patterns", L. BERTEL et al, Annales des Télécommunications, Tome 44, N 7-8, Juillet-Août 1989.

Ces polarisations sont liées via les relations classiques de BUDDEN aux directions relatives du vecteur de propagation et de l'induction magnétique terrestre, et sont donc fonction du lieu d'implantation des stations et de la liaison considérée.

Par ailleurs, on dispose aujourd'hui de logiciels de prévision de propagation ionosphérique, dont certains sont analysés dans : "Comparison of three H.F. ionospheric prediction models (ASAPS, VOACAP, LOCAPI) " C. BROUSSEAU, V.

GASSE, L. BERTEL, 8th International Ionospheric Effects Symposium, Washington - USA, Mai 1996. On notera en particulier que le logiciel LOCAPI ne prend pas en compte les caractéristiques propres des antennes, ce qui est intéressant pour la mise en oeuvre de l'invention, avec l'équation (I). Ces logiciels permettent une détermination satisfaisante des paramètres Ak, #gk, ainsi que Ek. Par contre, il a

été observé que les valeurs de #pk obtenues ne peuvent pas être utilisées de façon opérationnelle.

La mise en oeuvre du modèle se heurte à d'autres difficultés : on sait déterminer les fonctions Fqk pour des antennes de réception, en particulier pour des antennes de réception actives ("Caractérisation des signaux issu d'antennes colocalisées en H. F.", F. MARIE, L. BERTEL, Ph. PARION, 3 journées d'études - Propagation électromagnétique du décamétrique à l'Angstroem, Rennes - France, 7,8,9 octobre 1997); par contre, il est plus délicat de déterminer les fonctions Gpk pour des antennes d' émission, à cause de la taille des antennes.

Cette difficulté de bien connaître les phénomènes existant au niveau de l'émission est l'une des raisons qui ont conduit les hommes du métier à s'intéresser surtout à la réception, en proposant des stations réceptrices munies de filtres polarimétriques ou spatiaux.

L'invention vient offrir une approche différente.

Sur la figure 1, une station émettrice comporte E deux antennes AE1 et AE2, tandis qu'une station réceptrice distante R comprend une antenne AR, que l'on suppose verticale.

Les antennes AE1 et AE2 sont différentes, au moins du point de vue de la polarisation, au sens précédemment défini. Ces antennes AE1 et AE2 sont voisines, et visent sensiblement la même direction du ciel. On leur associe respectivement des fonctions caractéristiques complexes G11 et G12.

On suppose aussi que la liaison s'effectue essentiellement selon deux modes principaux : ordinaire"0" et extraordinaire "X". Les fonctions caractéristiques de l'antenne de réception AR pour ces deux modes s'écrivent respectivement Fvl et Fv2 (avec q remplacé par "v", pour "vertical").

La relation (II) donne la "signature signal" Ok de l'onde qui se propage pour le mode k, de E vers R. La "signature signal" est l'information contenue dans les signaux pour le mode k.

La contribution résultante R(AE1) à la réception pour l'antenne AE1 est alors donnée par la relation (III), et de même pour R (AE2) avecAE2 dans la relation (IV).

Il a été observé que les signaux 01 et 02 sont a priori décorrélés, puisqu'ils correspondent à des ondes qui ont suivi des chemins différents, et/ou qui possèdent des polarisations différentes.

L'invention propose alors d'agir sur l'émission pour favoriser l'un des modes en un point (au moins) du trajet des ondes, dit "point favorisé".

A l'émission, on pondère les signaux appliqués aux antennes, par un coefficient complexe bl pour AE1 et par un coefficient complexe b2 pour AE2.

On considère par exemple que le "point favorisé" est à la réception. La résultante globale à la réception est alors donnée par la relation (V).

On peut annuler pratiquement la contribution en 02 à la réception, en choisissant bl et b2 conformément à la relation (VI). Inversement, pour ne recevoir pratiquement que le mode 02, on choisira bl et b2 conformément à la relation (VII).

Dans ce qui précède, les deux antennes d'émission sont colocalisées, c'est-à-dire suffisamment proches l'une de l'autre pour que l'on puisse considérer qu'elles sont soumises au même champ électromagnétique HF. S'il en est autrement, il faut tenir compte du déphasage géométrique pour chaque mode concerné, et pour cela utiliser un logiciel

de prévision de propagation afin de connaître les directions d'émission et/ou d'arrivée des ondes.

Bien entendu, le procédé proposé s'étend aux cas où plus de deux modes principaux sont présents : techniques d'algè- bre linéaire permettent de déterminer des coefficients bi, de sorte que la contribution à la réception soit optimisée pour un seul mode, au sens polarimétrique du terme.

En pratique, conformément à la figure 2, on prévoira la plupart du temps deux stations émettrices réceptrices SI, S2 ayant chacune deux antennes (au moins), respectivement AS11, AS12 et AS21, AS22. Le trajet de ciel est schématisé sur cette figure.

On se réfère maintenant à la figure 3 pour décrire une installation d'émission/réception selon l'invention, dans un premier mode de réalisation particulier, pour lequel le "point favorisé" se trouve au début du trajet optimal, c'est à dire sensiblement en sortie des antennes HF d'émission.

Le signal Xel issu d'une source arrive à un module de cryptage 31, suivi d'un module 32 de codage-canal, définissant en outre les modulations à appliquer. Bien entendu, ces deux fonctions de cryptage et codage sont optionnelles, mais non la modulation. De façon connue, le codage est choisi pour tirer le meilleur parti de la transmission HF, compte tenu de ses propriétés particulières. On pourra par exemple utiliser une modulation de type COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex) décrite dans le document "Digital Sound Broadcasting to Mobile receivers", B. LA FLOCH, R. HALBERT-LASSALLE, D. CASTELAIN, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 35, N 3, Août 1989.

On pourra notamment découper la bande de fréquences, entre LUF (Lowest Usable Frequency) et MUF (Maximum Usable Frequency), en une multiplicité de petits canaux modulables indépendamment, de manière à réaliser un contrôle de la polarisation par le calcul indépendamment pour chaque canal

de la multiplicité. On réalise ainsi une "formation de polarisation" qui trouve sont équivalent en matière de pointage électronique dans la formation de faisceau.

On pourra utiliser des modems parallèles, bien connus des spécialistes, propres à traiter une pluralité de canaux parallèles. Mais, on pourrait, en variante, utiliser des canaux de modulations respectives orthogonales.

Un module de prédiction de la propagation, en ce qui concerne les facteurs fréquentiels, temporels et vectoriels est prévu en 34.

La sortie du module 32 va vers deux voies qui commencent respectivement par des contrôleurs de polarisation 341 (polarisation HE) et 342. Les contrôleurs de polarisation 341 et 342 sont pilotés sélectivement par le module 34. A travers les voies "émission" de duplexeurs ou circulazeurs respectifs 351 et 352, les sorties des étages 341 et 342 vont vers les antennes AS11 et AS12 assurant l'émission électromagnétique proprement dite, avec des polarisations différentes (V pour Verticale et H pour Horizontale, par exemple).

Bien qu'il soit envisageable de procéder autrement dans certains cas, la mise en oeuvre de l'invention se fait de façon préférentielle avec des antennes-réseau, que l'or, peut pointer électroniquement à volonté dans une direction choisie de l' espace, ou bien à l' aide de grandes antennes orientables. Les moyens de pointage ne sont pas représentés.

L'espace de polarisation du champ étant orthogonal (en milieu isotrope) à l'espace de propagation du champ, la Demanderesse a observé que l'on pouvait traiter indépendamment le diagramme de rayonnement et la polarisation.

Les sorties de réception des duplexeurs 351 et 352 vont respectivement vers des modules de filtrage amplification et réception 361 et 362, également notés Rv et RH' pour refléter

le fait qu'ils travaillent sur deux polarisations différentes.

Les sorties de ces modules 361 et 362 sont appliquées à un étage de traitement vectoriel en réception 370.

Dans ce mode de réalisation, on contrôle les polarisations pour n'obtenir en réception qu'un seul des modes propres de propagation H.F., en faisant une réjection maximale de l'autre mode. L'étage 370 fournit donc des informations vectorielles relatives aux modes propres reçus. Transmises à un module 371, ces informations vectorielles sur le trajet retour de S2 vers S1 vont vers le module de cryptage 31, pour être renvoyées à la station S2.

En sortie "signal" de l'étage 370, la voie principale va vers un module 380 de démodulation et décodage canal, qui réalise les opérations réciproques de celles effectuées par le module 32. Le module 380 est suivi d'un module de décryptage 390, qui réalise les opérations réciproques de celles effectuées par le module 31, et qui fournit les informations Xe2, en provenance de la station distante.

La station distante S2 réalise aussi son propre traitement vectoriel en réception. Par des circuits semblables aux modules 370 et 371, la station S2 incorpore donc à ses signaux Xe2 des informations de service relatives à son traitement vectoriel du trajet émission. Un module 391 extrait ces informations vectorielles en provenance de S2, qui sont relatives au trajet d'émission entre S1 et S2. Elles sont utilisées pour piloter le circuit de contrôle vectoriel 33, par application de poids complexes estimés par ailleurs (pondération).

L'invention prévoit, avec le mode de réalisation qui vient d'être décrit, que l'on peut réaliser des estimations de ces fonctions caractéristiques complexes des antennes à l'émission pour les différents modes, puis en déduire une pondération de nature à privilégier l'un des modes. On utilise

ensuite les informations de service qui transitent en sens inverse pour af finer cette pondération, compte tenu d' incertitudes qui peuvent subsister sur le calcul desdites fonctions caractéristiques complexes des antennes d'émission pour chacun des modes.

Il est maintenant fait référence à la figure 4, qui concerne une station émettrice-réceptrice munie d'un contrôle vectoriel du champ électromagnétique à l'émission et à la réception. Le "point favorisé" se trouve mainterant à la fin du trajet optimal, c'est à dire sensiblement au niveau de la ou des antennes HF de réception. On peut dans ce cas organiser la recombinaison cohérente des deux modes propres de transmission électromagnétique HF, en réception.

Un signal à transmettre Xe est appliqué d'abord à un module de cryptage 31, suivi d'un module de codage 32, comme précédemment. La sortie du module 32 est appliquée à deux organes de modulation 331 et 332, respectivement chargés de traiter la modulation "0" pour le trajet de propagation ordinaire, et la modulation "E", pour le trajet de propagation extraordinaire. Un module de prédiction de la propagation, en ce qui concerne les facteurs fréquentiels, temporels et vectoriels est prévu en 34. Il pilote les modulateurs 331 et 332.

Le module 34 permet de calculer les pondérations appliquées aux deux modulateurs 331 et 332, avant que le signal résultant ne soit appliqué au système de deux entennes AS, de sorte que l'une des antennes travaille suivant le trajet ordinaire "0" et l'autre suivant le trajet extraordinaire "E", comme défini sur la figure 4.

A la réception, le même système d'antenne fournit deux voies, correspondant par exemple à une polarisation verticale et à une polarisation horizontale. Or rappelle, ici, que les voies ordinaire et extraordinaire correspondent à deux polarisations orthogonales entre elles.

Après cela, le traitement vectoriel à la réception, dans l'étage 370, est effectué cette fois peur obtenir une recombinaison cohérente de la modulation.

On trouve ensuite une démodulation temporelle en 380, laquelle permet de recouvrer le signal Xe2, qui provient de la station distante S2.

Le module 34 est fondé sur un outil logiciel de prédiction, qui est par exemple l'un des trois logiciels déjà mentionnés, à savoir le logiciel ASAPS disponible auprès de "AUSTRALIAN IPS RADIO AND SPACE SERVICES", P. O. BOX 1386 HAYMARKET, NSW 1240 AUSTRALIE, le logiciel VOACAP disponible sur Internet à l'adresse FTP.VOA.GOV, ou encore le logiciel LOCAPI, disponible auprès du Laboratoire de Radiocommunications de l'Université de RENNES I. On peut également utiliser le logiciel perfectionné décrit dans "3D Software for Ionospheric Propagation including "Tilts" Effects", V. GASSE, D. LEMUR, L. BERTEL, Propagation Electromagnétique du Décamétrique à l'Angstroem, 3ème Journées, Rennes, 7-9 octobre 1997".

Les paramètres importants utilisés par ces logiciels sont, notamment : la fréquence, l'activité solaire, la date, l'heure dans la journée, et les localisations des stations émettrices et réceptrices, ainsi qu'un rodèle de champ magnétique terrestre.

On décrira maintenant un exemple de réalisation des fonctions incluses dans le module 34, en référence à la figure 5. Un premier étage 501, qui forme l'outil de prédiction fréquence/mode, reçoit comme entrées essentielles certains au moins des paramètres physiques donnés ci-avant, ainsi qu'une désignation de la bande de fréquence utilisée par le code porteur du signal à transmettre.

Un étage 502 réalise alors par le calcul une détermination de la partie de la bande HF qui est exploitable à l'instant

présent, compte tenu des conditions de la transmission à effectuer.

Ensuite, on fait intervenir une boucle, par exemple à partir du bas de cette bande HF exploitable. Pour chaque valeur discrète (ou petit intervalle) de ladite bande de fréquence, on calcule d'abord en 504 le mode qui sera le moins atténué par la propagation.

Ensuite, on calcule en 505 la programmation vectorielle de l'antenne-réseau qui correspond à privilégier le mode le moins atténué. En 506, on réalise un pointage électronique du réseau en conséquence.

Le cas échéant, en 507, on réalise un affinage des poids des éléments d'antenne du réseau, pour d'une part, obtenir une réjection satisfaisante d'éventuelles sources gênantes, et d'autre part, ajuster la puissance d'émission, permettant ainsi de réduire la pollution du spectre.

Enfin, en 508, on mémorise le niveau de bruit résiduel calculé.

Tout ceci ayant été fait pour une fréquence ou une petite bande, on retourne ensuite en 503 pour recommencer en faisant une incrémentation de fréquence, c'est-à-dire en prenant une autre fréquence ou petite bande de fréquence.

Lorsque toute la bande de fréquence exploitable, telle que définie en 502, a été ainsi parcourue, on peut alors, en 510, choisir la fréquence de trafic, par exemple sur la base des différents niveaux de bruit résiduel mémorisés. On recouvre bien entendu les données de programmation vectorielle du réseau, de pointage électronique et d'affinage des poids, tels que déterminées en 505,506 et 507, pour la fréquence de trafic finalement retenue.

L'une des idées de base de l'invention est que le champ électromagnétique HF soit constitué, en au moins un point du

trajet optimal, du mode de propagation sélectionné. Selon les applications, ce point pourra se trouver au début du trajet optimal, c'est à dire sensiblement en sortie des antennes HF d'émission, ou bien à la fin de ce trajet optimal, c'est à dire sensiblement au niveau de la ou des antennes HF de réception (on parle alors de recombinaison cohérente des modes de propagation), ou bien encore en un point intermédiaire du trajet optimal entre les antennes HF d'émission et de réception.

Toutefois, on peut également envisager que le champ HF soit constitué du seul mode optimal en plusieurs points du trajet optimal, ou bien sur l'intégralité de ce trajet, permettant ainsi de réduire au maximum la consommation énergétique et la pollution de la bande HF.

Par ailleurs, la description détaillée considère plusieurs stations émettrices-réceptrices. Mais on peut utiliser aussi une ou des stations comportant une émission à plusieurs antennes, et une réception à une ou plusieurs antennes.

L'invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant, mais elle embrasse toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

ANNEXE DES FORMULES j#k(t-#pk) (I) Sqp = # Ak Gpk Fqk m(t-#gk) e k j#k (t-#pk) (II) Ok = Ak m (t-#gk) e R(AE1) = G11 Fv1 O1 + G12 Fv2 O2 (III) R(AE2) = G21 Fv1 O1 + G22 FV2 O2 (IV) bl(G11Fv1O1+G12FV2O2) + b2(G21Fv101+G22FV202) (V) bl G12 + b2 G22 = 0 (VI) bl G11 + b2 G21 = 0 (VII)

Claims

Revendications 1. Installation d'émission/réception d'ondes électromagnétiques HF, comprenant au moins une station émettrice et au moins une station réceptrice de positions respectives connues, ainsi que des moyens de prédiction, aptes à calculer différents modes de propagation du champ électromagnétique haute fréquence (HF) sur des trajets passant par un milieu anisotrope, tel que l'ionosphère, en vue de favoriser, en partie au moins, la transmission d'une onde électromagnétique HF, munie dudit champ HF, de la station émettrice vers la station réceptrice, caractérisée en ce que ladite station émettrice comprend au moins deux antennes HF émettrices de polarisations différentes, et en ce que les moyens de prédiction sont agencés en outre pour comparer les modes de propagation calculés af in de sélectionner l'un d'eux comme optimal, puis à calculer, pour les deux antennes HF émettrices, deux contributions complexes respectives, en amplitude et en phase, telles que le champ électromagnétique HF soit constitué, en un point du trajet de propagation correspondant, du mode de propagation sélectionné.
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit mode optimal est sélectionné en fonction d'au moins un critère énergétique.
3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les moyens de prédiction sont agencés pour calculer les modes de propagation du champ électromagnétique HF de l'onde à transmettre en fonction d'au moins les positions respectives des stations émettrice et réceptrice, des types ou géométries des antennes respectives de ces stations, et de l'instant d'émission du champ HF.
4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de prédiction sont en outre agencés pour calculer les modes de propagation du champ électromagnétique HF de l'onde à transmettre en fonction de paramètres

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mémorisés de l'activité solaire à l'instant d'émission du champ HF.
5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la station émettrice comprend des moyens de pointage électronique propres à gérer conjointement les paramètres d'émission desdites antennes HF émettrices en vue de la transmission de l'onde HF.
6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits moyens de prédiction sont agencés pour modifier les paramètres d'émission du mode optimal sélectionné, émis par une station, en fonction de données fournies par la station réceptrice suite à la réception et aux traitements polarimétriques et temporels de l'onde HF émise par cette station.
7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de prédiction sont agencés pour calculer les contributions complexes des antennes HF émettrices de sorte que le champ électromagnétique HF de l'onde HF à transmettre soit constitué dès le début de son trajet de propagation du seul mode de propagation sélectionné.
8. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les moyens de prédiction sont agencés pour calculer les contributions complexes des antennes HF émettrices de sorte que le champ électromagnétique HF de l'onde HF à transmettre soit constitué à la fin de son trajet de propagation du seul mode de propagation sélectionné.
9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de prédiction sont agencés pour calculer lesdites contributions complexes des antennes émettrices à partir d'une détermination de modulations différentes pour chacun des différents modes de propagation dudit champ HF favorisant la liaison entre lesdites stations, lesdites

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modulations étant choisies de sorte que la recombinaison cohérente des modes de propagation correspondants, au niveau de la (ou les) antenne (s) de réception, fournisse ledit mode de propagation optimal sélectionné.
10. Installation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la station réceptrice comprend au moins deux antennes HF réceptrices de polarisations différentes.
11. Installation selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les antennes HF d'une même station sont colocalisées et présentent des géométries et/ou des types différents.
12. Installation selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les antennes HF d'une même station sont espacées.
13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que les antennes HF d'une même station présentent des géométries et/ou des types différents.
14. Installation selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que la station émettrice comprend au moins une antenne HF de réception et la station réceptrice comprend au moins deux antennes HF d'émission, de manière à fonctionner en tant que station émettrice/réceptrice.
15. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que chaque station émettrice/réceptrice comporte des moyens de prédiction autonomes propres à déterminer le mode de propagation optimal pour chaque trajet qui la sépare d'une autre station émettrice/réceptrice.
16. Installation selon l'une des revendications 14 et 15, caractérisée en ce qu'elle comprend une multiplicité de stations émettrice/réceptrice.

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17. Installation selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisée en ce lesdits moyens de prédiction sont agencés pour déterminer un mode de propagation optimal du champ HF permettant de transmettre par diffusion, de façon favorable, une onde HF vers une multiplicité de stations réceptrices localisées dans une zone géographique donnée.
18. Installation selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisée en ce qu'elle est propre à fonctionner dans la bande de fréquences comprise entre environ 3 MHz et environ 30 MHz.
19. Installation selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisée en ce qu'elle est propre à fonctionner selon un type de modulation travaillant sur une multiplicité de canaux modulables indépendamment, et en ce qu'elle comprend des moyens pour contrôler la polarisation indépendamment pour chacun desdits canaux, ce qui permet d'opérer en formation de polarisation par le calcul.
20. Installation selon la revendication 19, caractérisée en ce que lesdits canaux sont modulables de façon orthogonale.
21. Procédé d'émission/réception d'ondes électromagnétiques HF entre au moins une station émettrice et au moins une station réceptrice de positions respectives connues, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) prévoir dans la station émettrice au moins deux antennes HF émettrices de polarisations différentes, b) calculer différents modes de propagation du champ électromagnétique haute fréquence (HF) sur des trajets joignant les stations émettrice et réceptrice et passant par un milieu anisotrope, tel que l'ionosphère, c) comparer ces modes de propagation af in de sélectionner l'un d'eux comme optimal pour la transmission d'une onde électromagnétique HF, munie dudit champ HF, de la station émettrice vers la station réceptrice, d) calculer, pour les deux antennes HF émettrices, deux contributions complexes respectives, en amplitude et en

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phase, telles que le champ électromagnétique HF soit constitué, en un point du trajet de propagation correspondant, du mode de propagation sélectionné, e) émettre l'onde HF au niveau des antennes HF émettrices de la station émettrice selon les contributions calculées.
22. Dispositif émetteur et/ou récepteur agencé pour faire partie de l'installation selon l'une des revendications 1 à 20, ou pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 21.