CH617777A5 - Transceiver, particularly for distance measurement by radio - Google Patents

Description

L'invention a pour objet un récepteur-émetteur radio d'une onde porteuse hyperfréquence modulée par une sous-porteuse haute fréquence comprenant un premier oscillateur commandé par tension pour engendrer l'onde porteuse et un second oscillateur commandé par tension pour engendrer l'onde sous-porteuse, les phases de ces deux oscillateurs étant contrôlées à partir d'une onde porteuse reçue modulée par une onde sous-porteuse grâce à deux boucles d'asservissement comprenant respectivement la premier oscillateur et le second oscillateur, notamment pour la mesure radio-électrique de distances.

Pour mesurer radio-électriquement à partir d'un poste la distance qui le sépare d'un autre poste, on mesure au premier poste le temps que met l'énergie radio-électrique émise au premier poste pour effectuer un trajet aller et retour entre le premier et le second poste.

Dans certaines installations, l'énergie radio-électrique émise par le premier poste est réfléchie par le second poste vers le premier poste.

Dans d'autres installations, l'énergie émise par le premier poste déclenche à son arrivée sur le second poste l'émission d'une énergie qui effectue le trajet de retour. Dans ces dernières installations, l'exactitude de la mesure dépend de la constance du temps qui s'écoule entre l'arrivée au second poste de l'énergie émise par le premier poste et l'émission de l'énergie par le second poste.

5 Or, les composants du second poste prévus pour recevoir et traiter les signaux émis par le premier poste et pour commander l'émission à partir du second poste ont des caractéristiques qui varient avec le temps, avec la température, ou avec d'autres facteurs. Même l'utilisation de composants de haute qualité ne ro permet pas de pallier cette difficulté.

Celle-ci est d'autant plus grande qu'au second poste les signaux reçus sont entachés de bruit, de sorte que si la transmission doit se faire une énergie relativement faible, on est amené à utiliser à second poste des composants à bande de passage 15 étroite qui sont particulièrement sensibles aux facteurs perturbateurs.

Le récepteur-émetteur selon l'invention rémédie à ces inconvénients et pallie ces difficultés et est caractérisé en ce que la première boucle d'asservissement comporte un modulateur d'amplitude dont l'entrée reçoit un signal représentant l'oscillation fournie par le premier oscillateur et l'entrée de modulation est reliée à la sortie du second oscillateur et dont la sortie est appliquée à une première entrée d'un comparateur de phases dont la seconde entrée reçoit un signal provenant de la sortie d'un mélangeur faisant partie de la seconde boucle et destiné à mélanger le signal reçu avec le signal de sortie d'un autre modulateur d'amplitude dont l'entrée reçoit un signal représentant la sortie du premier oscillateur et dont l'entrée de modulation est connectée à la sortie du second oscillateur. m La description qui suit, faite à titre d'exemple, se réfère aux dessins annexés, dans lesquels:

- la figure 1 est une vue très schématique d'une installation pour la mesure d'une distance entre deux postes,

- la figure 2 est un schéma en blocs-diagrammes de l'équipe-i; ment du second poste;

-la figure 3 montre schématiquement divers spectres de signaux.

L'installation est destinée à effectuer la mesure d'une distance entre un premier poste ou satellite P] (figure 1) et un 4» second poste ou balise P2.

Le premier poste Px comprend un ensemble émetteur-récepteur E,R[.

Le second poste comprend un ensemble récepteur-émetteur R2E2.

45 L'émetteur Ej émet une porteuse sinusoïdale par exemple hyperfréquence de pulsation co0 modulée en phase par une sous-porteuse haute-fréquence. L'émetteur E2 du poste P2, dont le fonctionnement dépend de la réception des signaux provenant du poste P[ au poste P2, comprend un générateur g 2 p2 propre à so assurer, à partir du poste P2, l'émission d'une porteuse hyperfréquence, de valeur de fréquence différente de celle de la porteuse hyperfréquence émise par le poste P[, ainsi qu'un générateur de sous-porteuse haute-fréquence g 2s2p2 destinée à la modulation de phase de l'hyperfréquence.

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Le premier poste Pj reçoit les signaux hyperfréquence modulés en phase émise par l'émetteur E2 et la distance entre le poste P] et le poste P2 est déterminée au poste P[ par confrontation des signaux reçus au poste Pi en provenance du poste P2 fi0 avec les signaux qu'émet ce poste P^

Le récepteur-émetteur R2E2 du poste P2 comprend une antenne de réception et d'émission 11 (figure 2) et un dispositif 12 propre à diriger les signaux captés par l'antenne 11 vers une voie d'entrée 13. Celle-ci comprend un amplificateur 14 à la h5 sortie 15 duquel les signaux reçus par le poste P2 en provenance du poste Pj ont un spectre de fréquences schématisé sur la figure 3 a. Ce spectre comprend un vecteur F représentatif de l'onde porteuse hyperfréquence reçue par le poste P2, de pulsation io0,

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et deux vecteurs f_ et F de même longueur mais de sens opposés, représentatifs de la modulation de phase par la sous-porteuse, placés de part et d'autre du vecteur F, à une distance de ce dernier représentative de la fréquence de la sous-porteuse, par exemple de 1 MHz. s

Les signaux sortant de l'amplificateur 14 sont appliqués à la première entrée 16 d'un mélangeur 17 dont la seconde entrée 18 est reliée à la sortie 19 d'un modulateur d'amplitude 20. Sur une première entrée 21 dudit modulateur est appliquée la fréquence à moduler, qui est issue d'un multiplicateur de fréqu- m enee 22 introduisant un facteur de multiplication égal à p sur une fréquence fournie par un oscillateur 23 contrôlé par quartz. L'oscillateur 23 est à fréquence contrôlable et il est destiné à fournir la porteuse de l'émission du poste P2. Sa valeur nominale de fréquence est ——— étant la pulsation de 15

p+q l'onde porteuse hyperfréquence reçue par le poste P2 et p et q étant des facteurs de multiplication.

La modulation appliquée à la seconde entrée 25 du modulateur 20 est issue d'un oscillateur haute-fréquence 26, à quartz, à 211 fréquence contrôlable, prévu pour fournir la sous-porteuse de l'émission du poste P2. Le circuit 24 relié à la sortie de l'oscillateur 23 se divise en une première branche 27 appliquée à l'entrée du multiplicateur de fréquence 22 et en une seconde branche 28 appliquée à l'entrée d'un second multiplicateur de fréquence 29 introduisant un facteur de multiplication égal à q. La sortie 31 du multiplicateur de fréquence 29 est appliquée à l'entrée 32 d'un circuit de contrôle 33 de la fréquence et de la phase de l'oscillateur haute-fréquence 26 et qui comprend un déphaseur 34, introduisant un déphasage de Jt/2, un compara-teur de phases 35 et un filtre 36 dont la sortie est reliée a l'entrée 37 de commande de la fréquence et de la phase de l'oscillateur haute-fréquence 26. Le filtre 36 d'une part, élimine la fréquence indésirable sortant du comparateur de phases 35 et d'autre part, fixe les conditions de fonctionnement de la boucle d'asservissement qui comprend l'oscillateur 26.

La seconde entrée 38 du comparateur de phases 35 est reliée à la sortie 39 d'un amplificateur intermédiaire 41 dont l'entrée 42 est reliée par un cicuit 43 à la sortie 44 du mélangeur 17. Un filtre 45 est interposé entre l'amplificateur 41 et le comparateur de phases 35.

La sortie 39 de l'amplificateur intermédiaire 41 est reliée en outre à l'entrée 46 d'un autre comparateur de phases 47 dont la seconde entrée 48 est reliée à la sortie 49 d'un second modulateur d'amplitude 51 dont l'entrée 52 de la fréquence à moduler 45 est reliée à la sortie 31 du multiplicateur de fréquence 29. La modulation appliquée à la seconde entrée 53 du modulateur 51 provient, par un circuit 54, de la sortie de l'oscillateur haute-fréquence 26.

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La sortie 55 du comparateur de phases 47 est reliée par l'intermédiaire d'un filtre 56 à l'entrée de commande 57 de la fréquence de l'oscillateur 23.

La fréquence porteuse présente sur le circuit 24 est, après multiplication de fréquence par un facteur m dans un multiplica- „ teur 71, appliquée à l'entrée 72 d'un modulateur de phase 73 dont l'autre entrée 74 est reliée à la sortie du second oscillateur 26, éventuellement avec interposition d'un multiplicateur ou d'un diviseur de fréquence 75. La sortie 76 du modulateur de phase 73 est appliquée, avec interposition d'un amplificateur 77, W1 au dispositif 12 qui dirige la porteuse modulée en phase par la sous-porteuse vers l'antenne 11.

Le fonctionnement est le suivant :

L'hyperfréquence de pulsation û)0 modulée en phase à la haute fréquence f est captée par l'antenne 11 puis amplifiée par fi5 l'amplificateur 14, qui peut être à large bande et est ainsi pratiquement insensible aux facteurs perturbateurs susceptibles d'affecter son temps de transit. Les signaux provenant de l'amplificateur 14 sont appliqués à l'entrée 16 du mélangeur 17, lequel reçoit sur son entrée 18 les signaux provenant du modulateur d'amplitude 20. La fréquence à moduler appliquée à l'entrée 21 du modulateur 20 a une valeur de :

p+q

-ft)n

Elle est modulée par une onde sinusoïdale haute-fréquence fournie par l'oscillateur 26, par exemple d'une valeur de 1 MHz. Le spectre des signaux présents à la sortie 19 du modulateur d'amplitude 20 est représenté sur la figure 3b par des vècteurs f!, f2 de même grandeur, équidistants de la fréquence à moduler.

Le spectre des signaux présents à la sortie 44 du mélangeur 17 est représenté sur la figure 3c. Il comprend un vecteur f3 à la fréquence p+q

- a>0 dont la grandeur dépend du décalage entre la phase de modulation haute-fréquence des signaux présents à l'entrée 16 et la phase de la modulation haute-fréquence des signaul appliques à l'entrée 18 du mélangeur 17. Le spectre comprend également les vecteurs f 4 et f5, de part et d'autre du vecteur f3, et équidistants de celui-ci, dans l'exemple de 1 MHz, et qui correspondent à la modulation en amplitude. Le spectre comprend également les vecteurs f6 et f7 de part et d'autre du vecteur f3, équidistants de ce derniers, dans l'exemple de 1 MHz, mais dirigés dans des sens opposés et qui traduisent la modulation de phase.

Après amplification dans l'amplificateur de fréquence intermédiaire 41, les signaux sont appliqués d'une part à l'entrée 38 du comparateur de phases 35 par l'intermédiaire du filtre 45 prévu pour laisser passage seulement à la fréquence f3 du diagramme de la figure 3c et d'autre part, à l'entrée 46 du comparateur de phases 47.

Dans la boucle 61 qui comprend le mélangeur 17, l'amplificateur de fréquence intermédiaire 41, le filtre 45, le comparateur déphasés 35, le filtre 36, l'oscillateur haute-fréquence 26 et le modulateur d'amplitude 20, l'oscillateur 26 est asservi en fréquence et en phase à la modulation appliquée à l'entrée 16 du mélangeur 17. Si, pour une raison quelconque, il se produit un décalage de la phase des oscillations engendrées par l'oscillateur 26 par rapport à celle de la modulation appliquée à l'entrée 16, alors il apparaît un signal d'erreur à la sortie du comparateur de phases 35 qui rétablit la phase de l'oscillateur 26 à la valeur correspondant au calage à respecter par rapport à la phase de la modulation reçue par le poste P2.

Dans la boucle 62 qui comprend l'oscillateur hyperfréquence 23, le multiplicateur 29, le modulateur d'amplitude 51 et le comparateur de phases 47, la phase de l'oscillateur 23 est asservie à celle de l'hyperfréquence appliquée à l'entrée 46 du comparateur de phases 47.

Les signaux appliqués à l'entrée 48 de ce comparateur ont le même spectre, sous réserve d'une transposition de fréquence, que ceux appliqués à l'entrée 18. Le point central du spectre des signaux appliqués à l'entrée 48 correspond à la fréquence :

p+q

(0„

Si, pour une raison quelconque, il se produit une variation intempestive de phase de l'hyperfréquence engendrée au poste P2 par l'oscillateur 23, il apparaît à la sortie 55 du comparateur de phases 47 un signal d'erreur qui rétablit la phase de l'oscillateur 23 pour qu'elle conserve le même calage par rapport à la phase de l'hyperfréquence reçue par le poste P2 en provenance du poste Pj.

Dans une autre forme de réalisation, les produits des signaux qui sont appliqués respectivement aux entrées 16,21 et 25, peuvent être faits dans un ordre différent.

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II en est de même pour les produits des signaux qui sont appliqués respectivement aux entrées 52, 53 et 46.

La modulation de phase du poste P2 peut être différente de celle de la sous-porteuse qui est reçue à partir de l'autre poste

P.-

L'invention s'applique aussi dans le cas où le poste P2 comprend des mo, ~ns pour engendrer plusieurs sous-porteuses et elle prévoit le contrôle de la fréquence et de la phase desdites sous-porteuses à partir d'une sous-porteuses des signaux en provenance du poste P( reçus par le poste P2.

Dans une réalisation, les sous-porteuses sont calées en phase par rapport à la sous-porteuse reçue.

Dans une autre réalisation, on mesure le décalage de phase des sous-porteuses destinées à l'émission par le poste P2 par rapport à la phase d'une sous-porteuse reçue à partir du poste

P.-

L'invention s'applique que la modulation de phase soit sinusoïdale ou autre, par exemple carrée, à condition que la modulation ait une valeur moyenne nulle.

L'installation décrit contrôle temporellement l'émission du second poste P2 par les signaux du premier poste P! qui lui parviennent, de sorte que les signaux émis par le second poste P2 sont, pour leur exploitation au premier poste P1; débarrassés des variations intempestives dues aux particularités des composants du second poste P2.

L'installation tire parti, pour les asservissements, des signaux reçus par le second poste P2 à partir du premier poste P! avant traitement de ces derniers dans des composants dont les temps de transit sont susceptibles de varier sous l'influence de s facteurs perturbateurs. On peut ainsi équiper le second poste P2 de composants bon marché et les choisir en fonction du rôle qu'ils ont à jouer sans avoir égard à la variation éventuelle de leurs temps de transit.

L'équipement du second poste P2 comprend des circuits m permettant de distinguer à partir des signaux reçus en provenance du premier poste P, le facteur propre à assurer le calage en fréquence et en phase du générateur de porteuse et le facteur propre à assurer le calage en fréquence et en phase du générateur de sous-porteuse.

i s La confrontation de signaux engendrés par le second poste P2 avec ceux que reçoit celui-ci en provenance du premier poste Pj se fait en modulant en amplitude les signaux provenant du générateur de la sous-porteuse et en mélangeant les signaux modulés en amplitude à des signaux provenant de la transmis-jmi sion du premier poste P,.

L'installation décrit trouve une application particulièrement intéressant pour la localisation à la surface de la terre d'une balise ou d'une multiplicité de balises à partir d'un satellite artificiel, le satellite jouant alors le rôle de premier poste P, et :s les balises étant équipées chacune d'un second poste P2 .

C

2 feuilles dessins

Claims (4)

1. 617 ni

   2

   REVENDICATIONS

   1. Récepteur-émetteur radio d'une onde porteuse hyperfré-quence modulée par une sous-porteuse haute fréquence comprenant un premier oscillateur (23) commandé par tension pour engendrer l'onde porteuse et un second oscillateur (26) commandé par tension pour engendrer l'onde sous-porteuse, les phases de ces deux oscillateurs étant contrôlées à partir d'une onde porteuse reçue modulée par une onde sous-porteuse grâce à deux boucles d'asservissement (62, 61) comprenant respectivement le premier oscillateur (23) et le second oscillateur (26), caractérisé en ce que la première boucle d'asservissement (62) comporte un modulateur d'amplitude (51) dont l'entrée (52) reçoit un signal représentant l'oscillation fournie par le premier oscillateur (23) et l'entrée de modulation (53) est reliée à la sortie du second oscillateur (26) et dont la sortie (49) est appliquée à une première entrée (48) d'un comparateur de phases (47) dont la seconde entrée (46) reçoit un signal provenant de la sortie (44) d'un mélangeur (17) faisant partie de la seconde boucle (61) et destiné à mélanger le signal reçu avec le signal de sortie d'un autre modulateur d'amplitude (20) dont l'entrée (21) reçoit un signal représentant la sortie du premier oscillateur (23) et dont l'entrée de modulation (25) est connectée à la sortie du second oscillateur (26).
2. 2. Récepteur-émetteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde boucle (61) comporte un comparateur de phases (35) dont une entrée (38) est reliée à la sortie du mélangeur (17) et une autre entrée reçoit un signal représentant la sortie du premier oscillateur (23).
3. 3. Récepteur-émetteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'hyperfréquence des signaux reçus étant co0, la fréquence nominale du premier oscillateur

   (23) est ——— et en ce que, entre la sortie du premier oscilla-p+q teur B(23) et l'entrée (21) du second modulateur d'amplitude (20), est interposé un multiplicateur de fréquence (22) d'un facteur p et en ce que, entre la sortie du premier oscillateur (23) et l'entrée du premier modulateur d'amplitude (51) est disposé un autre multiplicateur de fréquence (29) d'un facteur q.
4. 4. Récepteur-émetteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, entre la sortie du premier oscillateur (23) et une entrée d'un comparateur de phase (35) faisant partie de la seconde boucle d'asservissement (61) est interposé un déphaseur (34) de y-*