FR2504683A1 - Radar to measure distance from interrogating responder - uses microprocessor to calculate distance over ground from aircraft distance and height timing signal data - Google Patents

Radar to measure distance from interrogating responder - uses microprocessor to calculate distance over ground from aircraft distance and height timing signal data Download PDF

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Abstract

An antenna (10) with a wide radiating pattern is connected to a duplexer (12) controlled from a pulse interrogation unit (36) to be connected to an hf power amplifier (15) or to the input of a mixer (17). A VCO (19,20) drives the amplifier and provides a signal for the mixer. The mixer output is amplified (30) and detected (32) and applied to a time measuring circuit (34) to determine the distance from a responder on the ground. The mixer output is also applied to a video amplifier (40) for detection (42). A second time measuring circuit (44) determines the height from the ground. The distance and height values are processed by a microprocessor (50) to determine the distance (d) over the ground to the interrogating responder.

Description

DISPOSITIF DE RADAR POUR LA MESURE DE LA DISTANCE d QUI LE SEPARE
D'UN REPONDEUR
La présente invention concerne un dispositif de radar pour la mesure de la distance d qui le sépare d'un répondeur placé sur une surface considérée comme un plan et qui est mesurée selon une parallèle à cette surface, dispositif de radar comportant un circuit générateur d'impulsions haute fréquence pour émettre-en direction de ladite surface et dudit répondeur des impulsions haute fréquence, un premier circuit récepteur pour recevoir les impulsions réémises par ledit répondeur alors que ledit répondeur est du type conçu pour réémettre des impulsions reçues en modifiant au moins l'une de leurs caractéristiques, un premier circuit de mesure connecté à la sortie du premier circuit récepteur pour fournir La mesure de la distance D qui sépare le dispositif de radar du répondeur et qui est mesurée en ligne droite.RADAR DEVICE FOR MEASURING THE DISTANCE FROM WHICH IT SEPARATES
AN ANSWERING MACHINE
The present invention relates to a radar device for measuring the distance d which separates it from an answering machine placed on a surface considered to be a plane and which is measured along a parallel to this surface, radar device comprising a generator circuit. high frequency pulses for transmitting toward said surface and said high frequency pulse responder a first receiver circuit for receiving the pulses re-emitted by said transponder while said transponder is of the type designed to re-transmit received pulses by modifying at least the one of their characteristics, a first measurement circuit connected to the output of the first receiver circuit to provide measurement of the distance D which separates the radar device from the responder and which is measured in a straight line.

Le dispositif dont il est question trouve des applications importantes, notamment dans le domaine de la navigation aérienne ; il a plus particulièrement pour but d'améLiorer la précision des mesures de distance dans le cadre du système de mesure de distance (D.M.E.) standardisé par l'organisation de l'aviation civile internationale (O.A.C.I.). Dans le système DME, la distance mesurée est la distance oblique, c'est-à-dire la distance entre l'aéronef lui-même et le répondeur, alors que ce qui importe c'est la distance horizontale ; cette distance est considérée entre le point du sol situé à la verticale de l'aéronef et le répondeur.  The device in question finds important applications, in particular in the field of air navigation; more specifically, it aims to improve the accuracy of distance measurements as part of the distance measurement system (D.M.E.) standardized by the international civil aviation organization (O.A.C.I.). In the DME system, the distance measured is the oblique distance, that is to say the distance between the aircraft itself and the responder, while what matters is the horizontal distance; this distance is considered between the point on the ground located vertically above the aircraft and the answering machine.

Pour obtenir cette dernière distance, un dispositif du genre mentionné dans le préambule est remarquable en ce qu'il comporte, en outre, un deuxième circuit récepteur pour recevoir les impulsions réémises par ladite surface, un deuxième circuit de mesure connecté à la sortie du deuxième circuit récepteur pour fournir la mesure de la distance H qui sépare le dispositif de ladite surface et un circuit de calcul pour fournir ladite distance d en évaluant la quantité

Figure img00020001
To obtain this latter distance, a device of the type mentioned in the preamble is remarkable in that it further comprises a second receiving circuit for receiving the pulses re-emitted by said surface, a second measuring circuit connected to the output of the second. receiving circuit to provide the measurement of the distance H which separates the device from said surface and a calculating circuit to provide said distance d by evaluating the quantity
Figure img00020001

La description suivante faite en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur le dessin annexé
La figure 1 représente un dispositif de radar conforme à l'invention.The following description given with reference to the appended drawing, all given by way of nonlimiting example, will make it clear how the invention can be implemented. In the attached drawing
Figure 1 shows a radar device according to the invention.

Sur cette figure, la référence 1 indique le dispositif de l'invention placé sur un aéronef non montré ; la référence 2 indique le sol qui constitue une surface pratiquement plane. Le répondeur 3 du type destiné au système DME est placé sur cette surface, Ce répondeur renvoie des impulsions dites d'interrogation qu'tel reçoit en décalant leur fréquence d'une valeur de 63 MHz, par exemple. Sur cette figure, on a porté différentes grandeurs d, H et D ; d est la distance que le dispositif doit mesurer, l'informa- tison concernant cette distance apparaît sur sa borne de sortie 5 ;
H est l'altitude de l'aéronef et D est la distance qui sépare, en ligne droite, l'aéronef du répondeur 3.In this figure, the reference 1 indicates the device of the invention placed on an aircraft not shown; reference 2 indicates the ground which constitutes a practically flat surface. The responder 3 of the type intended for the DME system is placed on this surface. This responder returns so-called interrogation pulses which it receives by shifting their frequency by a value of 63 MHz, for example. In this figure, different sizes d, H and D have been taken; d is the distance that the device must measure, the information concerning this distance appears on its output terminal 5;
H is the altitude of the aircraft and D is the distance which separates, in a straight line, the aircraft from the answering machine 3.

Le dispositif 1 se compose d'une antenne 10 à large diagramme de rayonnement qui sert tant à l'émission qu'à la réception. L'embouchure de cette antenne est reliée à un accès d'un duplexeur 12 muni d'une commande 13 sous l'influence de laquelle l'embouchure de l'antenne 10 peut être reliée, soit à la sortie d'un amplificateur de puissance à haute fréquence 15, soit à une première entrée d'un mélangeur 17. L'entrée de l'amplificateur 15 est reliée à la sortie d'un oscillateur 19 à commande par tension 20. Cette commande 20 permet de choisir le canal convenable pour le répondeur DME référencé par 3. La deuxième entrée du mélangeur est reliée à la sortie du VCO 19.La sortie du mélangeur 17 est reliée à L'entrée 30 d'un amplificateur sélectif 30 centré sur 63 MHz ; l'entrée d'un détecteur 32 est connectée à la sortie de cet amplificateur 30 ; il est prévu un circuit de mesure de temps 34 dont une entrée est connectée à un générateur de commande d'impulsions d'interrogation 36. Ce générateur alimente, sous forme d'impulsions, l'amplificateur 15 et commande le duplexeur 12. Le circuit formé par L'antenne 10, le duplexeur 12, le mélangeur 17, l'amplificateur 30 et le détecteur 32, constitue un premier circuit récepteur pour recevoir les impulsions réémises par le répondeur 3. The device 1 consists of an antenna 10 with a wide radiation pattern which is used both for transmission and for reception. The mouth of this antenna is connected to an access of a duplexer 12 provided with a control 13 under the influence of which the mouth of the antenna 10 can be connected, ie to the output of a power amplifier at high frequency 15, ie to a first input of a mixer 17. The input of the amplifier 15 is connected to the output of an oscillator 19 with voltage control 20. This control 20 makes it possible to choose the suitable channel for the DME responder referenced by 3. The second input of the mixer is connected to the output of the VCO 19. The output of the mixer 17 is connected to the input 30 of a selective amplifier 30 centered on 63 MHz; the input of a detector 32 is connected to the output of this amplifier 30; a time measurement circuit 34 is provided, an input of which is connected to a generator for controlling interrogation pulses 36. This generator supplies, in the form of pulses, the amplifier 15 and controls the duplexer 12. The circuit formed by the antenna 10, the duplexer 12, the mixer 17, the amplifier 30 and the detector 32, constitutes a first receiving circuit for receiving the pulses retransmitted by the responder 3.

Le circuit 34 fournit l'indication de la distance D en mesurant le temps qui sépare l'impulsion de commande fournie par le générateur 36 et L'impulsion détectée par Le détecteur 32. Ce circuit 34 est, dans cet exemple, constitué par un compteur qui, déclenché par l'impulsion du générateur 36, compte des impulsions produites par un oscillateur de fréquence élevée connue. L'impulsion fournie par
Le détecteur 32 fige Le contenu de ce compteur en attendant la prochaine impulsion du générateur 36.The circuit 34 provides the indication of the distance D by measuring the time which separates the control pulse supplied by the generator 36 and the pulse detected by the detector 32. This circuit 34 is, in this example, constituted by a counter which, triggered by the pulse from generator 36, counts pulses produced by an oscillator of known high frequency. The impetus provided by
The detector 32 freezes the content of this counter while waiting for the next pulse from the generator 36.

Conformément à l'invention, le dispositif comporte, en outre, un deuxième circuit récepteur formé de l'antenne 10, du duplexeur 12, du mélangeur 17, d'un amplificateur vidéo 40, d'un détecteur 42, un deuxième circuit de mesure de temps 44 (identique au circuit 34) connecté à La sortie du detecteur 42 pour fournir La valeur de H, et un circuit de calcul 50 pour fournir sur La borne 5 La valeur d en évaluant la quantité

Figure img00030001
According to the invention, the device also comprises a second receiving circuit formed by the antenna 10, the duplexer 12, the mixer 17, a video amplifier 40, a detector 42, a second measurement circuit 44 (identical to circuit 34) connected to the output of detector 42 to supply the value of H, and a calculation circuit 50 to supply to terminal 5 the value d by evaluating the quantity
Figure img00030001

Le dispositif de l'invention fonctionne de la manière suivante. Lorsqu'il y a émission d'une impulsion de commande de la part du générateur 36, on provoque l'émission d'une impulsion d'interrogation. Pour cela, L'amplificateur 15 est alimenté et il peut alors fournir l'impulsion d'interrogation qui est~le signal amplifié du signal de sortie de l'oscillateur 19.L'impulsion de commande est aussi appliquée à La commande du duplexeur 12, de sorte que l'impulsion d'interrogation est transmise dans l'espace. The device of the invention operates in the following manner. When there is transmission of a control pulse from the generator 36, the transmission of an interrogation pulse is caused. For this, the amplifier 15 is supplied and it can then supply the interrogation pulse which is ~ the amplified signal of the output signal of the oscillator 19. The command pulse is also applied to the command of the duplexer 12 , so that the interrogation pulse is transmitted in space.

Le diagramme de rayonnement de l'antenne est suffisamment Large pour rayonner l'énergie dans des directions qui vont au raans de sa verticale jusqu'au répondeur. Ainsi, Lorsque l'impulsion de commande disparaît, l'antenne va pouvoir capter deux sortes d'échos des impulsions d'interrogation : ceux qui reviennent du sol et ceux du répondeur. Comme ceux du répondeur sont décalés en fréquence d'une valeur de 63 MHz, il est facile de Les discerner.The antenna radiation pattern is wide enough to radiate energy in directions that extend from its vertical to the responder. Thus, when the command pulse disappears, the antenna will be able to pick up two kinds of echoes of the interrogation pulses: those coming back from the ground and those from the answering machine. As those of the answering machine are shifted in frequency by a value of 63 MHz, it is easy to discern them.

D'une part, L'amplificateur sélectif ne Laisse passer que Les impulsions provenant du répondeur et, d'autre part, L'amplificateur vidéo 40 ne laisse passer que les impulsions provenant du sol 2. Les circuits de mesure de temps mesurent le temps qui s'écoule entre l'impulsion de commande et les impulsions reçues.On the one hand, the selective amplifier lets pass only the pulses coming from the answering machine and, on the other hand, the video amplifier 40 lets only pass the pulses coming from the ground 2. The time measuring circuits measure time which flows between the control pulse and the received pulses.

La mesure de ces temps détermine les distances D et H. De là, au moyen du circuit de calcul 50 qui effectue L'opération

Figure img00040001

on détermine d.The measurement of these times determines the distances D and H. From there, by means of the calculation circuit 50 which performs The operation
Figure img00040001

we determine d.

Il faut noter que le circuit de calcul 50 est facilement réalisable pour l'homme de l'art à partir d'un circuit à microprocesseur.  It should be noted that the calculation circuit 50 is easily achievable for those skilled in the art from a microprocessor circuit.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de radar pour la mesure de la distance d qui le sépare d'un répondeur placé sur une surface considérée comme un plan et qui est mesurée selon une parallèle à cette surface, dispositif de radar comportant un circuit générateur d'impulsions haute fréquence pour émettre en direction de ladite surface et dudit répondeur des impulsions haute fréquence, un premier circuit récepteur pour recevoir Les impulsions réémises par ledit répondeur alors que ledit répondeur est du type conçu pour réémettre des impulsions reçues en modifiant au moins l'une de leurs caractéristiques, un premier circuit de mesure connecté à La sortie du premier circuit récepteur pour fournir la mesure de la distance D qui sépare le dispositif de radar du répondeur et qui est mesurée en ligne droite, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un deuxième circuit récepteur pour recevoir les impulsions réémises par ladite surface et un deuxième circuit de mesure connecté à la sortie du deuxième circuit récepteur pour fournir la mesure de la distance H qui sépare le dispositif de ladite surface et circuit de calcul pour fournir ladite distance d en évaluant la quantité1. Radar device for measuring the distance d which separates it from an answering machine placed on a surface considered to be a plane and which is measured along a parallel to this surface, radar device comprising a high frequency pulse generator circuit for transmitting high frequency pulses towards said surface and said responder, a first receiver circuit for receiving the pulses re-emitted by said responder while said responder is of the type designed to re-emit received pulses by modifying at least one of their characteristics , a first measurement circuit connected to the output of the first receiver circuit to provide the measurement of the distance D which separates the radar device from the answering machine and which is measured in a straight line, characterized in that it further comprises a second receiver circuit for receiving the pulses re-emitted by said surface and a second measurement circuit connected to the output of the second receiver circuit eur to provide the measurement of the distance H which separates the device from said surface and calculation circuit to provide said distance d by evaluating the quantity
Figure img00050001
Figure img00050001
 2. Dispositif de radar selon la revendication 1, carac térisé en ce que le circuit générateur d'impulsions haute fréquence est formé à partir d'un oscillateur à ondes haute fréquence dont la sortie est connectée à l'entrée d'un amplificateur d'ondes haute fréquence muni d'une borne d'alimentation et d'un générateur de commande d'impulsions d'interrogation dont la sortie est reliée à la borne d'alimentation dudit amplificateur. 2. Radar device according to claim 1, charac terized in that the high frequency pulse generator circuit is formed from a high frequency wave oscillator whose output is connected to the input of an amplifier high frequency waves provided with a power supply terminal and a generator for controlling interrogation pulses, the output of which is connected to the power supply terminal of said amplifier. 3. Dispositif de radar selon la revendication 2 pour lequel ledit répondeur est du type conçu pour réémettre Les impulsions reçues en changeant leur fréquence (répondeur DME), caractérisé en ce que les premier et deuxième circuits récepteurs comportent en commun un circuit mélangeur dont une entrée reçoit le signal de sortie dudit oscillateur à ondes haute fréquence et dont une autre reçoit les impulsions réémises et en ce que te premier circuit récepteur comporte un circuit sélectif qui est centré sur La valeur du changement de fréquence apporté par le répondeur et qui est connecté en sortie du circuit mélangeur, tandis que le deuxième circuit récepteur comporte un amplificateur vidéo connecté en sortie du circuit mélangeur.3. Radar device according to claim 2 for which said responder is of the type designed to retransmit the pulses received by changing their frequency (DME responder), characterized in that the first and second receiver circuits have in common a mixer circuit including an input receives the output signal from said high frequency wave oscillator and from which another receives the re-emitted pulses and in that the first receiver circuit comprises a selective circuit which is centered on the value of the frequency change brought by the responder and which is connected in output of the mixer circuit, while the second receiver circuit includes a video amplifier connected to the output of the mixer circuit. 4. Dispositif de radar selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de calcul est formé à partir d'un circuit à microprocesseur.4. Radar device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the calculation circuit is formed from a microprocessor circuit. 5. Dispositif de radar selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier et le deuxième circuits de mesure sont constitués par des circuits de mesure de temps pour compter le temps entre l'impulsion émise et l'impulsion reçue respectivement par le premier et le deuxième circuits récepteurs. 5. Radar device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first and second measurement circuits are constituted by time measurement circuits for counting the time between the transmitted pulse and the received pulse by the first and second receiving circuits respectively.
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