FR2956907A1 - Systeme radar multistatique pour la mesure precise de l'altitude - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système radar multistatique permettant de réaliser des mesures précises d'altitude sur des aéronefs évoluant dans une zone donnée en approche d'une zone d'atterrissage. Le système selon l'invention comporte dans sa version le plus simple au moins trois émetteurs configurés pour couvrir la zone d'approche et au moins un récepteur double comportant deux antennes co-localisées en un même lieu et placées à des hauteur distinctes par rapport au sol. Le récepteur double comporte deux voies de réception chaque voie étant associé à une antenne. Le système selon l'invention est agencé de façon à ce que les diagrammes de rayonnement des antennes du récepteur soient orientés en azimut selon une direction correspondant à l'axe de descente des aéronefs. La zone de terrain située en avant des antennes de réception est aménagée de façon à constituer un plan de réflexion pour les signaux réfléchis par les aéronefs. Chaque antenne recevant à la fois les signaux provenant en ligne directe des aéronefs et les signaux provenant indirectement de ces aéronefs par réflexion sur le sol, le récepteur combine ces signaux pour exploiter l'effet image qui en résulte et bénéficier d'une précision de mesure accrue.

Description

SYSTEME RADAR MULTISTATIQUE POUR LA MESURE PRECISE DE L'ALTITUDE L'invention se situe dans le domaine des radars multistatiques et concerne plus précisément leur capacité à mesurer de manière très précise l'altitude des cibles même lorsque celles-ci sont à basse altitude, comme c'est le cas pour des applications du type « PAR » (Precision Approach Radar).

La mesure précise de l'altitude de cibles par un radar est obtenue classiquement, par les radars monostatiques notamment, en utilisant des antennes de grande taille dans la dimension verticale, antennes qui présentent, de par cette taille, un pinceau étroit en site, la précision de mesure angulaire d'une antenne étant, de manière connue, d'autant meilleure que la taille de l'antenne est plus grande. Concernant les radars multistatiques, on peut distinguer deux types: - les radars mettant en oeuvre, en réception, des antennes de grande taille dans la dimension verticale, et qui présentent de ce fait un pinceau étroit en site. La précision de la mesure d'altitude est alors obtenue en une mesure unique. - les radars mettant en oeuvre des antennes simples, de petite taille dans la dimension verticale, et configurés pour exploiter leur caractère multistatique de façon à mesurer l'altitude des cibles par "multilatération". On rappelle ici que la multilatération est un procédé permettant de localiser une cible dans l'espace en associant plusieurs mesures élémentaires de temps de propagation, chaque mesure étant obtenue à partir d'un couple émetteur/récepteur donné formé à partir d'un des émetteurs et d'un des récepteurs constituant le radar multistatique. On peut, par exemple, dans le cas d'un système radar multistatique, réaliser une multilatération à partir d'un ensemble d'émetteurs localisés en différents sites géographiques et d'un ensemble de récepteurs également localisés en différents sites géographiques.

Les signaux émis par l'ensemble des émetteurs étant réfléchis par une cible, chaque récepteur peut ainsi recevoir l'ensemble des signaux réfléchis. Par suite, si on considère un système radar comportant N émetteurs et M récepteurs, l'ensemble du système étant synchronisé temporellement, il est possible de disposer, pour une même cible, d'un nombre total de N.M détections élémentaires, chaque détection élémentaire, relative à un couple émetteur-récepteur donné, étant caractérisée par le temps de propagation du signal depuis l'émetteur jusqu'au récepteur via la cible. Le lieu des localisations des cibles correspondant à un temps de propagation donné est défini, de manière connue, par un ellipsoïde dont les foyers sont l'émetteur et le récepteur. Par suite, connaissant la position des émetteurs et des récepteurs, et l'ensemble des temps de propagation mesurés, il est possible de localiser la cible dans l'espace, grâce à une opération consistant à déterminer l'intersection de tous les ellipsoïdes. L'intersection de seulement trois ellipsoïdes distincts permet de manière connue, de localiser une cible sur une position donnée de l'espace à trois dimensions, et donc de déterminer notamment la coordonnée de cette position sur l'axe vertical qui correspond à l'altitude de la cible correspondante.

Il est à noter que, concernant le premier type considéré, on retrouve dans ces radars multistatiques les défauts des radars monostatiques, à savoir la nécessité d'avoir une antenne d'émission et/ou de réception de grande taille, difficile à réaliser et donc coûteuse. Par ailleurs, concernant le second type considéré, il est connu que la précision de mesure de l'altitude se dégrade lorsque l'altitude des cibles diminue. Cette altération peut être compensée par une augmentation de la densité des émetteurs et/ou des récepteurs et donc le nombre d'émetteurs et des récepteurs formant le système radar multistatique considéré. Toutefois, cette compensation se fait alors au détriment de la simplicité de mise en oeuvre et du coût du système. En outre, quel que soit le type de radar considéré, monostatique ou multistatique, il est connu que les trajets multiples suivis par les signaux, provoqués en particulier par les réflexions sur le sol, viennent perturber sensiblement les mesures d'altitude et cela d'autant plus que les cibles sont à basse altitude. Un moyen connu pour contourner ce dernier problème consiste à utiliser des émissions à fréquences élevées, des émissions en bande X par exemple, comme dans le cas des radars PAR, et/ou des antennes très directives de manière à limiter l'illumination du sol, ce qui, là encore, augmente généralement de manière sensible le cout du matériel utilisé.

Un but de l'invention est de proposer une solution simple permettant de constituer un système radar multistatique capable de réaliser des mesures d'altitude précises en utilisant un système antennaire simple, constitué d'antennes de dimensions standards. Un autre but de l'invention est de proposer un système radar permettant de mesurer de manière continue l'altitude d'un aéronef, en évolution dans une zone d'approche d'un terrain d'atterrissage, avec une précision suffisante pour permettre un guidage précis de cet aéronef jusqu'à un point d'atterrissage. A cet effet l'invention a pour objet un système radar multistatique pour réaliser la mesure de l'altitude d'aéronefs localisés dans une zone d'approche d'une zone d'atterrissage, ledit système comportant des moyens pour émettre des signaux dans la zone d'approche ainsi que pour capter les signaux réfléchis par des aéronefs localisés dans la zone d'approche et déterminer l'altitude de ces aéronefs à partir des signaux captés. Selon l'invention, la surface du terrain s'étendant sous la zone d'approche étant rendue sensiblement plane, le système comporte au moins trois émetteurs configurés pour émettre un signal dans la direction de la zone d'approche et un récepteur double comportant deux antennes, chaque antenne présentant un diagramme de rayonnement orienté dans la direction de la zone d'approche selon un axe de descente d'inclinaison donnée par rapport au plan horizontal. Les deux antennes sont co-localisées en un même lieu P de la zone d'atterrissage à des hauteurs différentes, définies de façon à ce que chacune des antennes capte simultanément le signal réfléchi directement par un aéronef et le signal provenant du même aéronef par réflexion sur la zone de terrain située sous la zone d'approche, et pour que l'exploitation conjointe des signaux reçus par les deux antennes du récepteur double permette de réaliser un mesure d'altitude dépourvue d'ambiguïté.

Selon l'invention, la distance d sur laquelle la surface de terrain est rendue sensiblement plane s'étend, depuis le lieu P, dans la direction suivant laquelle les antennes du récepteur double sont orientées, sur une distance dmax définie, en fonction de la longueur d'onde centrale À exploitée par le radar et par l'inclinaison 60 de l'axe de descente choisie, par la relation: dmax = 2.sin2(00) Dans un mode de réalisation simple, le système selon l'invention comporte:

- Un récepteur double comportant deux antennes co-localisées disposées au bord de la zone d'atterrissage, ces antennes présentant des

diagrammes de rayonnement en azimut sensiblement orientés dans la direction de l'axe de descente des aéronefs, de façon à faire face à une zone de terrain aménagée;

- trois émetteurs disposés au sol, dans une zone encadrant l'axe de descente et configurés pour éclairer tout aéronef situé dans la zone 15 d'approche couverte par le système

- des moyens pour exploiter conjointement les signaux captés par les antennes et déterminer l'altitude d'un aéronef à partir des signaux réfléchis par celui-ci dans la direction des deux antennes. 20 Dans un autre mode de réalisation, le système selon l'invention comporte en outre des émetteurs complémentaires, placés dans une zone encadrant l'axe de descente de façon à éclairer tout aéronef présent dans la zone d'approche et agencés par rapport aux trois premiers émetteurs de façon à accroitre la longueur de la zone d'approche couverte par le système.

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Dans un autre mode de réalisation qui peut être combiné aux modes de réalisation précédents, le système selon l'invention comporte en outre des récepteurs complémentaires, isolés, configurés pour former, avec les différents émetteurs du système, un ensemble de bases bistatiques mises en

30 oeuvres pour déterminer la position des aéronefs présents dans la zone d'approche, les mesures de position réalisées étant exploitées conjointement avec les mesures réalisées sur les signaux reçus par le premier récepteur double à antennes co-localisées pour améliorer la précision des mesures d'altitudes réalisées par le système.

Dans un autre mode de réalisation qui peut également être combiné aux modes de réalisation précédents, le système selon l'invention comporte en outre un récepteur double complémentaire à antennes co-localisées en un lieu voisin du lieu de localisation P du premier récepteur double à antennes co-localisées, les mesures d'altitudes réalisées à partir du récepteur double complémentaire étant exploitées conjointement avec les mesures d'altitude réalisées à partir du premier récepteur double pour élaborer une mesure d'altitude globale.

Dans un autre mode de réalisation qui peut être combiné aux modes de réalisation précédents, une zone d'approche complémentaire est définie par rapport aux deux premiers récepteurs par un autre axe de descente et une autre zone de terrain est aménagée sous cette zone d'approche complémentaire. Dans ce mode de réalisation, le système selon l'invention comporte en outre une pluralité d'émetteurs complémentaires disposés dans une zone encadrant l'axe de descente complémentaire et configurés pour éclairer tout aéronef situé dans la zone d'approche complémentaire couverte par le système.

L'invention a également pour objet un système de détection radar multistatique qui comporte au moins un ensemble formé par un récepteur double à antennes co-localisées en un même lieu P et trois émetteurs. Les émetteurs et le récepteur double formant cet ensemble sont configurés et agencés sur une zone d'atterrissage, vis-à-vis d'une zone donnée de l'espace constituant une zone d'approche, de façon à former un système radar de mesure d'altitude selon l'invention permettant de contrôler l'approche de la zone d'atterrissage formée par des aéronefs localisés dans la zone d'approche considérée. Selon l'invention, les émetteurs et le récepteur double formant cet ensemble sont en outre exploités conjointement avec les autres émetteurs et les autres récepteurs du système multistatique pour réaliser la fonction de détection de ce système

L'invention a également pour objet un système de mesure d'altitude 35 permettant à un aéronef de déterminer son altitude, comportant des moyens au sol et des moyens embarqués à bord de l'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte: - des moyens au sol comportant un système d'émission ILS, un système radar multistatique de mesure d'altitude selon l'invention réalisant des mesures de l'altitude de l'aéronef, et des moyens permettant de transmettre à l'aéronef les mesures effectuées; - des équipements de bord comportant un récepteur ILS, des moyens de transmission permettant de récupérer les informations d'altitude élaborée par le système radar et des moyens permettant de déterminer l'altitude de l'aéronef par fusion des informations d'altitude provenant du système radar et des informations d'altitude provenant du système ILS.

Le système selon l'invention permet avantageusement de procéder au guidage en approche d'atterrissage de tout objet, coopératif ou non. II peut par exemple être utilisé pour guider l'atterrissage d'aéronefs sans pilotes (drones) sans nécessiter pour ceux-ci un équipement embarqué particulier.

Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement au travers de la description faite en regard des figures annexées qui 20 représentent: - la figure 1, un schéma de principe de l'exploitation de l'effet image; - la figure 2, une représentation du diagramme d'antenne obtenu, pour un angle de descente de 3°, par mise en oeuvre de l'invention; - la figure 3, une représentation du diagramme d'antenne obtenu, pour 25 un angle de descente de 11 °, par mise en oeuvre de l'invention; - les figures 4 et 5, des illustrations relatives à un premier mode de réalisation du système selon l'invention; - la figure 6, une courbe donnant l'allure de la variation du coefficient de réflexion en polarisation verticale; 30 - la figure 7, une courbe donnant l'allure de la variation du coefficient de réflexion en polarisation horizontale, - les figures 8 à 12, des illustrations relatives à différents modes de réalisation du système selon l'invention; - la figure 13, le schéma synoptique d'une application particulière du 35 système selon l'invention.

La solution proposée reprend le principe de fonctionnement bien connu des équipements d'aide à l'atterrissage connus sous le nom d'ILS, ou "Instrument Landing System" selon la dénomination anglo-saxonne, et, en particulier, le principe de fonctionnement du système de radioalignement de descente ou "Glide Path" selon la dénomination anglo-saxonne. Selon ce principe, au lieu de mettre en place des moyens pour lutter contre les effets néfastes des trajets multiples provoqués par les réflexions sur le sol, ces équipements tirent parti de ces signaux réfléchis pour reconstituer un signal identique à celui obtenu en l'absence de réflexion, dans des conditions d'exploitation identiques, au moyen d'une antenne de grande taille dans la dimension verticale (i.e. de grande hauteur), présentant de ce fait, un grande précision en site. Le fonctionnement de l'ILS repose sur la mise en oeuvre de deux ou trois antennes d'émission placées au sol, à proximité du seuil de la piste d'atterrissage, et d'une antenne de réception localisée à bord de l'avion de sorte que, la mesure d'altitude étant réalisée à bord, l'ILS est considéré comme un système "coopératif'. En ce qui concerne l'équipement chargé du radioalignement en descente, celui-ci comporte des antennes au sol, disposées au même endroit mais à des hauteurs différentes. Ces antennes sont en outre orientées dans la direction de l'axe d'atterrissage des aéronefs. Par ailleurs, le terrain situé en avant des antennes est préparé et aplani de façon à se comporter comme une sorte de miroir réfléchissant les signaux émis par les antennes. Par suite, pour chacune des antennes d'émission, le récepteur placé à bord de l'aéronef reçoit simultanément le signal provenant de l'antenne en ligne directe et un signal provenant de l'antenne après réflexion sur le sol. Ces deux signaux sont combinés en amplitude et phase au niveau de l'antenne de réception de l'aéronef, leur combinaison permettant de former un signal équivalent au signal qui aurait été émis par une antenne ayant une dimension égale à deux fois la hauteur de l'antenne d'émission par rapport au sol. L'opération de recombinaison est répétée pour chaque antenne d'émission de façon à disposer de deux (ou trois) signaux distincts permettant au récepteur situé à bord de supprimer les ambiguïtés angulaires qu'engendre la combinaison des signaux, ambiguïtés qui, faute de traitement approprié, pourraient venir introduire des erreurs dans les mesures d'altitude faites par l'avion. En pratique, l'utilisation de deux ou trois antennes d'émission placées à des hauteurs différentes, judicieusement choisies, permet au récepteur de bord de résoudre ces ambiguïtés de manière simple.

Bien qu'apparenté au fonctionnement des systèmes ILS, en ce qu'il utilise le principe des antennes "images" le système radar selon l'invention est un système multistatique essentiellement non coopératif qui permet de réaliser une mesure précise de l'altitude de cibles, constituées dans le cas présent par des aéronefs en approche d'un site d'atterrissage, sans nécessiter la présence d'un quelconque équipement de navigation ou de mesure à bord de ces aéronefs.

Le système selon l'invention est composé d'une pluralité d'émetteurs (au minimum trois) et de récepteurs doubles (au minimum un). Selon l'invention un récepteur double comporte deux voies de réception reliées chacune à une antenne, les deux antennes étant situées à l'aplomb d'un même point P au sol (antennes co-localisées), à des hauteurs différentes par rapport au sol, de manière à exploiter l'effet image décrit précédemment. Le système selon l'invention comporte également des moyens de traitement permettant d'associer les signaux reçus par chacune des antennes colocalisées de façons à exploiter l'effet de miroir engendré par cette configuration et réaliser une mesure précise de l'altitude des cibles à l'origine des signaux reçus par le récepteur double considéré. Le signal transmis par une cible, un aéronef, est ici le signal provenant des émetteurs composant le système qui se réfléchit sur cette cible. Le principe de l'exploitation de l'effet image, effectué par le système radar selon l'invention, est illustré par la figure 1. On rappelle à cette occasion, sans les démontrer, les quelques résultats connus, établis notamment pour des équipements de type ILS, qui permettent de déterminer comment sont fixés les différents paramètres qui définissent la géométrie d'un système exploitant l'effet d'image. Pour obtenir plus de détails, on pourra utilement se référer aux documents de l'OACI (Organisation de l'Aviation Civile Internationale) relatifs à l'ILS (Standards and Recommended Practices for Aeronautical Telecommunications, Annex 10 Volume I).

Comme l'illustre la figure, cette exploitation repose sur l'utilisation de deux antennes AI et A2 co-localisées, 11 et 12, c'est-à-dire placées, en un même endroit P, à des hauteurs différentes hl et h2, sur un même mât par exemple. Elle repose également sur l'aménagement de la zone de terrain 13 située devant les antennes et s'étendant sur une distance donnée d depuis l'endroit de localisation P des antennes 11 et 12. Dans une telle configuration, le signal réfléchi par une cible M est capté par chacune des antennes du récepteur double après avoir suivi deux trajets distincts un premier trajet, direct, SI ou S2 suivant l'antenne considérée et un second trajet, indirect, S'1 ou S'2, consécutif à la réflexion par le sol du signal émis par la cible, en direction du récepteur. Par suite, du fait de la différence des longueurs des trajets suivis par le signal provenant de la cible, le signal de trajet direct et le signal de trajet indirect sont combinés au sein du récepteur de la même façon que le seraient deux signaux de trajet direct respectivement reçu par deux antennes A et A', reliées à un même voie de réception et occupant des positions symétriques par rapport au plan du sol, une antenne réelle et une antenne virtuelle. On associe ainsi à chaque voie de réception une antenne lacunaire virtuelle de grande dimension comportant deux capteurs, un capteur réel A et un capteur virtuel A'. Cette antenne présente avantageusement un diagramme de rayonnement étroit qui permet au récepteur de déterminer avec précision la distance de la cible M à l'origine du signal reçu. Par suite, l'utilisation de deux antennes co-localisées permet, pour peu que le terrain soit convenablement aménagé, de disposer de deux antennes virtuelles de grandes dimensions dont les capteurs sont espacés respectivement de 2hl et 2h2. La possibilité de disposer de deux antennes virtuelles de tailles différentes permet ici avantageusement de déterminer, en exploitant les signaux reçus par ces deux antennes, le site de l'aéronef à l'origine des signaux reçus.

Ainsi, les équations de propagation associées à la configuration illustrée par la figure 1 permettent de définir les relations liant les hauteurs hi et h2, à la longueur d'onde utilisée (X), et à la valeur choisie (e0) pour l'angle de descente nominal d'un aéronef. Ces relations sont établies de façon à ce que les signaux mesurés, SI, S'1 d'une part et S2, S'2 d'autre part, permettent de lever les ambiguïtés des mesures pouvant être réalisées par chaque antenne fictive prise séparément et d'obtenir une mesure ayant une précision accrue. Comme l'illustrent les figures 2 et 3, on choisit notamment hi et h2 de façon à ce que, compte tenu des diagrammes de rayonnement des antennes AI et A2, les diagrammes de rayonnement 21 et 22 des deux antennes virtuelles constituées se superposent de telle sorte que le diagramme de rayonnement 22 de la seconde antenne virtuelle présente un gain maximum aux endroits, symbolisés par la flèche 23, où le diagramme de rayonnement 21 de la première antenne virtuelle présente un gain minimum. Les figures 2 et 3 illustrent une telle configuration respectivement dans le cas où l'axe de descente considéré est incliné à 3° par rapport à l'horizontale et dans le cas où il est incliné à 11 °. Dans une telle configuration, les signaux SI (S'1) et S2 (S'2) reçus permettent de déterminer la mesure du site de la cible et donc de son altitude, dès lors que l'on connaît aussi sa distance. Cette détermination peut être faite au moyen d'une méthode d'écartométrie angulaire classique. La distance de l'aéronef peut par ailleurs être déterminée par multilatération en déterminant, de manière classique également, la distance bistatique correspondant aux signaux reçus et en analysant les intersections des ellipsoïdes correspondant à cette distance bistatique construite sur les signaux reçus sur chaque voie de réception du récepteur double constituant le système. Par suite la mesure du site de l'aéronef considéré, à l'origine des signaux reçus, consiste, par exemple, à mesurer l'amplitude des signaux reçus sur les deux antennes, et a en déduire l'angle de descente de l'aéronef (i. e. l'écart par rapport à eo) à partir de la connaissance a priori des diagrammes des antennes fictives construites à partir de la combinaison des trajets direct et réfléchi, connaissance qui permet de déterminer la relation entre l'amplitude et l'angle. De manière alternative la mesure du site de l'aéronef peut consister à exploiter, de manière connue, les phases des signaux reçus. De manière alternative encore elle peut consister à combiner les mesures d'amplitude et de phase. Il est à noter que, compte tenu du fait que les antennes fictives ainsi réalisées sont constituées chacune par seulement deux capteurs, une antenne réelle et une antenne image, elles forment deux réseaux lacunaires, dont les diagrammes de rayonnement présentent, de manière connue, de nombreux lobes de réseaux, comme on peut le constater sur les figures 2 et 3. Ce phénomène de lobes de réseaux, caractéristique des antennes lacunaires, conduit classiquement à des ambiguïtés sur les mesures angulaires réalisées et en particulier, en ce qui concerne le système selon l'invention, sur les mesures d'élévation. C'est pourquoi le système selon l'invention comporte des moyens de traitement mettant en oeuvre différentes techniques connues permettant d'éliminer ces lobes de réseaux. Il est par exemple possible de mettre en oeuvre une méthode consistant à n'exploiter les signaux reçus que lorsque l'amplitude du signal reçu par le récepteur via l'antenne AI, est supérieure à celle du signal reçu via l'antenne A2. Alternativement à la méthode précédente, ou conjointement avec celle-ci, il est également possible d'exploiter l'estimation du site obtenue par multilatération, c'est-à-dire par combinaison des mesures réalisées par les différentes bases bistatiques formées à partir le réseau multistatique que constituent les émetteurs à l'origine des signaux réfléchis par l'aéronef et par le récepteur double considéré. Alternativement encore, il est possible d'utiliser la diversité de fréquence existant entre les différents émetteurs du système formant les différentes bases bistatiques pour faire varier les valeurs d'ambiguïté des différentes mesures réalisées, dans la mesure ou ces valeurs d'ambiguïté dépendent de la longueur d'onde du signal reçu.

Comme il a été dit précédemment, l'exploitation de l'effet image (effet de miroir) du système selon l'invention ne peut être possible que dans la mesure où une zone de terrain est aménagée dans la direction dans laquelle les antennes sont dirigées, de façon à se comporter comme une sorte de miroir radioélectrique réfléchissant les signaux en provenance des aéronefs.

Or, compte tenu de la longueur d'onde X employée et de l'angle de descente 8o choisi, il est connu que la distance d séparant le point de réflexion sur le sol du signal réfléchi par une cible varie avec la distance qui sépare la cible de l'endroit P où sont localisées les antennes AI et A2.

Ainsi, lorsque la cible M est très éloignée de P, d peut être considéré comme sensiblement égal à dmax = 2 . Ensuite, lorsque la cible se 2.sin (e0) rapproche, le point de réflexion se rapproche des antennes de réception et la distance d diminue pour tendre vers zéro, de sorte que l'on peut considérer que la distance d du point de réflexion varie entre 0 et dmax = . Par 2. sin (e0 ) suite, l'étendue de la zone dont la surface doit être préparée afin de garantir de bonnes conditions de réflexion est une zone s'étendant depuis le point P sur une distance au moins égale à dmax.

L'exploitation de l'effet image conditionne de manière importante la structure du système radar selon l'invention. Dans le mode de réalisation le plus simple, illustré par les figures 4 et 5, le système comporte nécessairement trois émetteurs 43, 44 et 45 et un récepteur double comportant deux antennes 41 et 42 co-localisées en un même lieu P et positionnés à des hauteurs hi et h2 différentes.

Les deux antennes 41 et 42 sont disposées d'une manière similaire à celle dont sont positionnées les antennes d'un émetteur ILS, c'est à dire en bord de la zone d'atterrissage (piste), leurs diagrammes de rayonnement en azimut étant sensiblement orientés dans la direction 46 de l'axe de descente des aéronefs dont on veut superviser l'atterrissage, la directivité en site étant de moindre importance. Selon l'invention, les récepteurs sont positionnés de façon à faire face à une zone de terrain 47 aménagée de façon à se comporter comme une sorte de miroir radioélectrique réfléchissant les signaux en provenance des aéronefs.

Les trois émetteurs 43, 44, 45 sont quant à eux disposés au sol, dans une zone encadrant l'axe de descente. Les signaux sont émis de façon à éclairer tout aéronef éventuel en approche de la zone d'atterrissage couverte par le système.

Du point due vue opérationnel la structure du système selon l'invention peut par exemple être mise en oeuvre suivant différentes configurations. S'agissant d'un système dont la structure est semblable à celle illustrée par la figure 4, on peut à titre d'exemple considérer un système en bande UHF comportant des émetteurs de quelques dizaines de watts de puissance crête, 50 watts par exemple, réalisant une émission continue avec une largeur de bande donnée, égale par exemple à 1 MHz, à partir d'antennes omnidirectionnelles disposées au dessus du sol, à une quinzaine de mètre de hauteur par exemple. Du point de vue réception, un tel système peut par exemple comporter un récepteur double pourvu d'antennes colocalisées directives présentant un ouverture en azimut donnée, 60° par exemple, et orientées dans la direction de l'axe de descente vers la zone d'atterrissage, ces antennes étant disposées l'une au dessus de l'autre, à respectivement environ 3 et 6 mètres du sol. Il est à noter que d'un point de vue fonctionnel le système selon l'invention peut être conçu en utilisant des moyens exploitant une onde émise en polarisation soit horizontale soit verticale. Cependant, les illustrations des figures 6 (polarisation verticale) et 7 (polarisation horizontale) montrent que, pour une qualité de sol identique la valeur du coefficient de réflexion sur le sol d'une onde radio, matérialisé respectivement par les courbes 61 et 71 sur les figures, est plus élevée à angle d'incidence constant lorsque la polarisation de l'onde est réalisée suivant un axe horizontal plutôt que suivant un axe vertical et que la polarisation horizontale permet d'obtenir un coefficient de réflexion élevé même pour des angles d'incidence plus élevés. Par conséquent, le système selon l'invention exploite de manière préférentielle des émissions en polarisation horizontale, spécialement lorsque, pour des raisons de conformation de terrain, notamment, le système doit assurer un alignement sur un angle de descente important, supérieur à 10° par exemple.

Le mode de réalisation le plus simple, illustré par les figures 4 et 5, permet à lui seul de bénéficier d'une précision satisfaisante de la mesure d'altitude sans nécessiter la mise en place d'antennes de grandes dimensions dans le sens vertical. Cependant cette configuration de base peut être enrichie de façon à adjoindre au système des caractéristiques techniques additionnelles avantageuses. Des variantes de réalisation et de mise en oeuvre du système selon l'invention sont présentées à titre d'exemples, non limitatifs de la portée de l'invention, dans la suite du document. Selon les cas, ces variantes peuvent être mises en oeuvre séparément, ou bien combinées les unes aux autres pour former des variantes plus complexes.

Dans un premier type de variante de réalisation, le système selon l'invention peut comporter un ou plusieurs récepteurs complémentaires, soit des récepteurs doubles comportant des antennes co-localisées, soit des récepteurs simples, isolés. Par principe un récepteur isolé ne dispose d'aucune capacité particulière d'exploitation de l'effet image. Par suite l'ajout d'un récepteur isolé 81 à la configuration la plus simple, illustrée par la figure 4, pour former une configuration telle que celle illustrée par la figure 8, n'est pas de nature à contribuer à améliorer de manière directe la précision des mesures d'altitude réalisées. Cependant c'est un moyen qui permet avantageusement d'améliorer les performances du système en offrant des mesures multistatiques complémentaires utiles notamment pour améliorer les performances du traitement de levée des ambiguïtés inhérentes à la formations des antennes lacunaires virtuelles par exploitation de l'effet image. On rappelle que, par récepteur double, on entend un récepteur comportant deux voies de réception associées à deux antennes distinctes, dites co-localisées, qui sont disposées au même endroit, mais à deux hauteurs différentes, ce récepteur double étant ainsi capable d'exploiter l'effet image. L'ajout de récepteurs doubles, en revanche, constitue un moyen d'améliorer le système selon l'invention en permettant une meilleure mesure de l'altitude. En effet, l'ajout de récepteurs doubles, un récepteur double à antennes co-localisées 91 et 92 par exemple, permet de constituer un système tel que celui illustré par la figure 9, qui permet d'améliorer encore la précision des mesures d'altitude par rapport à la précision obtenue au moyen de la configuration la plus simple du système. Cet accroissement de la précision des mesures peut par exemple être obtenu simplement en exploitant la valeur moyenne des mesures obtenues par chacun des récepteurs doubles à antennes co-localisées composant alors le système.

Dans un deuxième type de variante de réalisation, le système selon l'invention peut comporter un ou plusieurs émetteurs complémentaires. L'ajout d'émetteurs a pour effet avantageux d'agrandir le domaine de fonctionnement du système, en augmentant sa couverture.

Ainsi, dans un premier mode de réalisation de cette variante du système selon l'invention, illustrée par la figure 10, des émetteurs complémentaires, trois émetteurs 101, 102 et 103 par exemple, sont ajoutés au système, les émetteurs 102 et 103 étant disposés le long de l'axe d'atterrissage 46, de la même façon que les émetteurs 44 et 45 de la version la plus simple du système, à une distance plus grande des récepteurs cependant. De cette façon, on augmente la portée du système de base, ce qui permet avantageusement de connaître la position d'une cible alors qu'elle est plus éloignée du système et donc du lieu d'atterrissage. Par ailleurs, un second mode de réalisation de cette variante du système selon l'invention peut consister, comme l'illustre la figure 11, à ajouter des émetteurs complémentaires, trois émetteurs 111, 112 et 113 par exemple, agencés de façon à ce que le système couvre simultanément plusieurs axes d'atterrissage, les axes 46 et 114 sur la figure. Un tel mode de réalisation est en particulier destiné à la réalisation de systèmes pour des aéroports disposant de plusieurs pistes.

Dans un troisième type de variante de réalisation, illustré par la figure 12, le système selon l'invention dans sa configuration de base est intégré au sein d'un système radar multistatique de détection déjà existant, comportant des émetteurs 121, 122, 123 et des récepteurs 124, 125, 126 répartis sur une zone donnée environnant la zone d'implantation du système selon l'invention, un système tel que celui décrit dans la demande de brevet français déposée sous la référence FR0902365 par la demanderesse par exemple. L'utilisation conjointe de l'ensemble des émetteurs et des récepteurs constituant les deux systèmes, permet avantageusement d'améliorer simultanément les performances des deux systèmes, le système radar multistatique bénéficiant de la précision en altitude du système selon l'invention, le système selon l'invention bénéficiant quant à lui d'un complément de couverture apporté par les émetteurs et les récepteurs supplémentaires apportés par le système radar multistatique auquel il est intégré, ce système apportant notamment une plus grande diversité géographique, bénéfique à la précision de localisation des aéronefs en approche.

Dans les formes de réalisation décrites dans le texte qui précède, le système selon l'invention peut être mis en oeuvre de manière autonome, dans le but de réaliser une mesure d'altitude précise permettant notamment de superviser l'atterrissage d'aéronefs de façon à donner des indications utiles au pilote désireux de faire atterrir son appareil ou encore de façon à assurer un atterrissage optimal à un aéronef télécommandé (un drone). Cependant il est à noter que le système selon l'invention peut être intégré à un système plus général de façon à exploiter les mesures réalisées de manière conjointe avec des mesures réalisées par d'autres équipements. Un exemple d'utilisation du système selon l'invention dans une application plus générale est illustré par le synoptique fonctionnel de la figure 13. Cette application consiste en un système permettant l'exploitation conjointe, à bord d'aéronefs équipés en conséquence, des données fournies par un récepteur ILS 133, et des mesures d'altitude réalisées par le système selon l'invention 131. Les deux systèmes donnent en effet chacun une estimation en trois dimensions de la position de l'aéronef par rapport au sol. Par suite, le système considéré comporte des équipements au sol constitué par un système ILS et par un système radar selon l'invention 131 associé à des moyens 132 permettant de transmettre les mesures d'altitude réalisées à l'aéronef. Ce système comporte également des équipements placés à bord de l'aéronef, un récepteur ILS 133, des moyens de réception 134 permettant de recevoir les informations d'altitude transmises et des moyens de fusion 135 permettant de déterminer une mesure d'altitude de précision accrue par fusion des informations d'altitude élaborées à bord par le récepteur ILS et des informations d'altitude transmises depuis le sol.30

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Système radar multistatique pour réaliser la mesure de l'altitude d'aéronefs localisés dans une zone d'approche d'une zone d'atterrissage, ledit système comportant des moyens pour émettre des signaux dans la zone d'approche ainsi que pour capter les signaux réfléchis par des aéronefs localisés dans la zone d'approche et déterminer l'altitude de ces aéronefs à partir des signaux captés; caractérisé en ce que, la surface du terrain s'étendant sous la zone d'approche étant rendue sensiblement plane, le système comporte au moins trois émetteurs configurés pour émettre un signal dans la direction de la zone d'approche et un récepteur double comportant deux antennes, chaque antenne présentant un diagramme de rayonnement orienté dans la direction de la zone d'approche selon un axe de descente d'inclinaison donnée par rapport au plan horizontal, les deux antennes étant co-localisées en un même lieu P de la zone d'atterrissage à des hauteurs différentes définies de façon à ce que chacune des antennes capte simultanément le signal réfléchi directement par un aéronef et le signal provenant du même aéronef par réflexion sur la zone de terrain située sous la zone d'approche, et pour que l'exploitation conjointe des signaux reçus par les deux antennes du récepteur double permette de réaliser un mesure d'altitude dépourvue d'ambiguïté.
2. 2. Système radar selon la revendication 1, caractérisé en ce que la distance d sur laquelle la surface de terrain est rendue sensiblement plane s'étend depuis le lieu P, dans la direction suivant laquelle les antennes du récepteur double sont orientées, sur une distance dmax. définie, en fonction de la longueur d'onde centrale À exploitée par le radar et par l'inclinaison 80 de l'axe de descente choisie, par la relation: dmax = 2.sin2(00) X
3. 3. Système selon l'une de revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte: - Un récepteur double comportant deux antennes co-localisées (41, 42) disposées au bord de la zone d'atterrissage, ces antennes présentant des diagrammes de rayonnement en azimut sensiblement orientés dans la direction de l'axe de descente (46) des aéronefs, de façon à faire face à une zone de terrain aménagée (47); - trois émetteurs (43, 44, 45) disposés au sol, dans une zone encadrant l'axe de descente (46) et configurés pour éclairer tout ~o aéronef situé dans la zone d'approche couverte par le système - des moyens pour exploiter conjointement les signaux captés par les antennes (41, 42) et déterminer l'altitude d'un aéronef à partir des signaux réfléchis par celui-ci dans la direction des deux antennes. 15
4. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des émetteurs complémentaires (102, 103), placés dans une zone encadrant l'axe de descente (46) de façon à éclairer tout aéronef présent dans la zone d'approche (47) et agencés par rapport aux trois premiers émetteurs de façon à accroitre la longueur de la zone 20 d'approche (47) couverte par le système.
5. 5. Système selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des récepteurs complémentaires (81), isolés, configurés pour former, avec les différents émetteurs (43, 44, 45, 102, 25 103) du système, un ensemble de bases bistatiques mises en oeuvres pour déterminer la position des aéronefs présents dans la zone d'approche, les mesures de position réalisées étant exploitées conjointement avec les mesures réalisées sur les signaux reçus par le premier récepteur double à antennes co-localisées (41, 42) pour 30 améliorer la précision des mesures d'altitudes réalisées par le système.
6. 6. Système selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un récepteur double complémentaire (91, 92) à 35 antennes co-localisées en un lieu voisin du lieu de localisation P dupremier récepteur double à antennes co-localisées (41, 42), les mesures d'altitudes réalisées à partir du récepteur double complémentaire (91, 92) étant exploitées conjointement avec les mesures d'altitude réalisées à partir du premier récepteur double (41, 42) pour élaborer une mesure d'altitude globale.
7. 7. Système selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que, une zone d'approche complémentaire étant définie par rapport aux deux premiers récepteurs (41, 42) par un autre axe de descente (114) et une autre zone de terrain étant aménagée sous cette zone d'approche complémentaire, il comporte en outre une pluralité d'émetteurs complémentaires (111, 112, 113) disposés dans une zone encadrant l'axe de descente complémentaire (114) et configurés pour éclairer tout aéronef situé dans la zone d'approche complémentaire couverte par le système.
8. 8. Système radar multistatique comportant une pluralité d'émetteurs et de récepteurs, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un ensemble formé par un récepteur double à antennes (41, 42) co-localisées en un même lieu P et trois émetteurs (43, 44, 45), les émetteurs et le récepteur double formant cet ensemble étant configurés et agencés sur une zone d'atterrissage (127), vis-à-vis d'une zone donnée de l'espace constituant une zone d'approche, de façon à former un système radar selon l'une quelconque des revendications précédentes, le système formé permettant de contrôler l'approche de la zone d'atterrissage (127) par des aéronefs localisés dans la zone d'approche; les émetteurs (43, 44, 45) et le récepteur double (41, 42) formant cet ensemble étant en outre exploités conjointement avec les autres émetteurs (121, 122, 123) et les autres récepteurs (124, 125, 126) du système pour réaliser la fonction de détection du système radar.
9. 9. Système de mesure d'altitude permettant à un aéronef de déterminer son altitude, comportant des moyens au sol et des moyens embarqués à bord de l'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte:- des moyens au sol comportant un système d'émission ILS, un système radar multistatique (131) selon l'une des revendications 1 à 8, le système radar multistatique réalisant des mesures de l'altitude de l'aéronef, et des moyens (132) permettant de transmettre les mesures effectuées à l'aéronef; - des équipements de bord comportant un récepteur ILS, des moyens de transmission (134) permettant de récupérer les informations d'altitude élaborée par le système radar et des moyens (135) permettant de déterminer l'altitude de l'aéronef par fusion des ~o informations d'altitude provenant du système radar (131) et des informations d'altitude provenant du système ILS.