FR3037391A1 - PLANE EQUIPPED WITH AN AVIONIC RADIONAVIGATION SYSTEM - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un avion équipé d'un système avionique de radionavigation. Ledit système comporte un premier instrument de radionavigation (10) pour déterminer la radiale d'émission d'une station émettrice (1) sur laquelle ledit avion (2) est situé, ledit premier instrument (10) comportant une unité réceptrice (12) d'un signal (SB) émis par ladite station émettrice (1) dans une bande de fréquences VHF, ainsi qu'une antenne, et un second instrument de radionavigation (20) pour une aide au guidage horizontal dudit en avion en approche sur l'axe d'une piste, ledit second instrument de radionavigation (20) comportant une unité réceptrice (22) d'un signal (B) émis au sol dans la même bande de fréquences VHF, et une antenne (21). Selon la présente invention, l'unité réceptrice (12) dudit premier instrument de radionavigation (10) utilise, en tant qu'antenne, l'antenne (21) dudit second instrument de radionavigation (20).The present invention relates to an aircraft equipped with an avionic radionavigation system. Said system comprises a first radionavigation instrument (10) for determining the emission radial of a transmitting station (1) on which said aircraft (2) is located, said first instrument (10) comprising a receiver unit (12) of a signal (SB) transmitted by said transmitting station (1) in a VHF frequency band, as well as an antenna, and a second radionavigation instrument (20) for aiding horizontal guidance of said aircraft in approach on the axis of a track, said second radionavigation instrument (20) comprising a receiver unit (22) of a signal (B) transmitted to the ground in the same VHF frequency band, and an antenna (21). According to the present invention, the receiving unit (12) of said first radionavigation instrument (10) uses, as antenna, the antenna (21) of said second radionavigation instrument (20).
Description
1 La présente invention concerne un avion équipé d'un système avionique de radionavigation. Un système avionique de radionavigation d'un avion comprend un instrument de radionavigation généralement appelé VOR comme VHF Omnidirectional Range. Une station émettrice au sol 1 (voir Fig. 1) émet un signal de balise SB sur une porteuse qui est modulée en amplitude par un premier signal de modulation lui-même modulé en fréquence par un second signal de modulation synchrone avec le nord magnétique. Lorsqu'un avion 2 reçoit un tel signal de balise SB, il est possible de déterminer la radiale d'émission R de la station émettrice 1 sur laquelle ledit avion 2 est situé (voir encart de la Fig. 1). Un tel instrument de radionavigation 10 est généralement constitué d'une antenne 11 (voir Fig. 2), d'une unité réceptrice 12 prévue pour démoduler le signal de balise SB reçu de ladite antenne 11 et pour afficher la direction de vol de l'avion par rapport au nord magnétique, ainsi qu'un câble coaxial 13 reliant ladite antenne 11 audit récepteur 12. La bande de fréquences de fonctionnement est 108-118 MHz : plus exactement de 108 MHz à 112 MHz, tous les 1/10 de MHz pairs pour une approche de l'avion sur un aéroport et de 112 MHz à 188 MHz pour la navigation en route. Sur de nombreux avions de transport civil, l'antenne VOR 11 est placée en haut de la dérive 2a alors que l'unité réceptrice 12 dudit instrument de radionavigation 10 de type VOR est située dans la baie avionique 2b de l'avion 2. Le câble coaxial 13 qui relie cette antenne 11 à cette unité réceptrice 12 peut être assez long, par exemple 40 à 70 mètres en fonction du type d'avion considéré. Cela peut représenter une masse comprise entre 5 et 10Kg. De plus, cette relativement grande longueur du câble coaxial 13 peut entraîner une importante atténuation du signal de balise SB à l'entrée de l'unité réceptrice 12, pouvant affecter les performances de cette unité réceptrice 12. De plus, l'antenne 11 étant placée en haut de la dérive 2a, cette antenne est difficile d'accès, ce qui accroît les temps et les coûts d'intervention, que ce soit lors de l'assemblage de l'avion ou lors d'opérations de maintenance pendant son exploitation. Pour résoudre ces différents problèmes, on a cherché un autre emplacement pour l'antenne 11 de cet instrument de radionavigation 10 de type VOR. De manière générale, les difficultés liées à la recherche d'un emplacement pour les antennes d'avion sont, d'une part, les difficultés de respect des distances entre antennes pour éviter les interférences lorsque le nombre d'antennes augmente et, d'autre part, la nécessité de prendre en compte certaines contraintes relatives à la structure de l'avion, 3037391 2 notamment la nécessité d'avoir un bon plan de masse en regard de l'antenne et la nécessité d'éviter les masquages, par la structure de l'avion, des signaux émis ou reçus par l'antenne. Le but de la présente invention est de prévoir un système avionique de 5 radionavigation qui résolve les différents problèmes soulevés ci-dessus. A cet effet, la présente invention est basée sur la constatation que le système de radionavigation d'un avion comporte généralement aussi un second instrument de radionavigation 20 qui est lui-même constitué d'une antenne 21 et d'une unité réceptrice 22. Comme on le verra ci-dessous, l'unité réceptrice 22 est opérationnelle 10 dans la bande VHF du premier instrument de radionavigation 10. Ce second instrument peut être l'instrument appelé "Localizer" ou LOC qui sert à guider horizontalement l'avion en approche sur l'axe d'une piste d'atterrissage. La fonction de ce Localizer est intégrée dans le récepteur, dit MMR (Multi Mode Receiver : récepteurs multimode), ou dans le système d'instrumentation pour 15 l'atterrissage (ILS : Intrumented Landing System). Le fonctionnement de ce second instrument de radionavigation 20 du type LOC est le suivant. Une balise 4 (voir Fig. 3) située à la fin d'une piste d'atterrissage 5 émet un signal radiofréquence B constitué d'une porteuse modulée en amplitude par une première fréquence, par exemple 90Hz, pour un premier lobe 6a du signal modulé 20 situé à droite de l'axe piste et par une seconde fréquence, par exemple 150 Hz, pour un second lobe 6b du signal modulé situé à gauche de l'axe de la piste. La fréquence de la porteuse est dans la bande de fréquences VHF comprise 108,1 MHz - 111,95 Mhz en des canaux tous 1/10ème de MHz impairs. Pour recevoir ces signaux de balise 6a, 6b, l'avion 2 comporte une antenne 20 25 qui est généralement située dans son radôme 2c et est donc relativement proche de la baie avionique 2b. Ce second instrument de radionavigation peut également être un récepteur de messages VDB (VHF Data Broadcast) d'un système GBAS (Ground Based Augmentation System) utilisé dans les approches de précision de type GLS.The present invention relates to an aircraft equipped with an avionic radionavigation system. An avionics avionics radionavigation system includes a radionavigation instrument generally called VOR as VHF Omnidirectional Range. A ground transmitter station 1 (see Fig. 1) transmits a beacon signal SB on a carrier which is amplitude modulated by a first modulating signal itself frequency-modulated by a second modulation signal synchronous with the magnetic north. When an aircraft 2 receives such a beacon signal SB, it is possible to determine the transmission radial R of the transmitting station 1 on which said aircraft 2 is located (see inset of FIG. Such a radionavigation instrument 10 generally consists of an antenna 11 (see Fig. 2), a receiver unit 12 intended to demodulate the beacon signal SB received from said antenna 11 and to display the flight direction of the aircraft relative to the magnetic north, and a coaxial cable 13 connecting said antenna 11 to said receiver 12. The operating frequency band is 108-118 MHz: more precisely 108 MHz to 112 MHz, every 1/10 MHz peers for an aircraft approach to an airport and from 112 MHz to 188 MHz for en-route navigation. On many civil transport aircraft, the VOR antenna 11 is placed at the top of the drift 2a while the receiving unit 12 of said VOR radio navigation instrument 10 is located in the avionics bay 2b of the aircraft 2. coaxial cable 13 which connects the antenna 11 to this receiving unit 12 may be quite long, for example 40 to 70 meters depending on the aircraft type considered. This can represent a mass of between 5 and 10Kg. In addition, this relatively long length of the coaxial cable 13 can cause a significant attenuation of the beacon signal SB at the input of the receiving unit 12, which can affect the performance of this receiving unit 12. In addition, the antenna 11 being placed at the top of the drift 2a, this antenna is difficult to access, which increases the time and the costs of intervention, whether during the assembly of the aircraft or during maintenance operations during operation . To solve these various problems, we sought another location for the antenna 11 of the VOR type radio navigation instrument 10. In general, the difficulties of finding a location for the antennae are, on the one hand, the difficulties of respecting the distances between antennas to avoid interference when the number of antennas increases and, of on the other hand, the need to take into account certain constraints relating to the structure of the aircraft, in particular the need to have a good ground plane facing the antenna and the need to avoid masking, by the aircraft structure, signals transmitted or received by the antenna. The object of the present invention is to provide an avionic radionavigation system which solves the various problems raised above. For this purpose, the present invention is based on the observation that the radionavigation system of an aircraft generally also comprises a second radionavigation instrument 20 which itself consists of an antenna 21 and a receiver unit 22. as will be seen below, the receiver unit 22 is operational 10 in the VHF band of the first radionavigation instrument 10. This second instrument may be the instrument called "Localizer" or LOC which serves to horizontally guide the aircraft on approach on the axis of an airstrip. The function of this Localizer is integrated in the receiver, called MMR (Multi Mode Receiver), or in the instrumentation system for landing (ILS: Intrumented Landing System). The operation of this second radio navigation instrument 20 of the LOC type is as follows. A beacon 4 (see Fig. 3) located at the end of a landing runway 5 emits a radio frequency signal B consisting of a carrier modulated in amplitude by a first frequency, for example 90 Hz, for a first lobe 6a of the signal modulated 20 located to the right of the track axis and a second frequency, for example 150 Hz, for a second lobe 6b of the modulated signal to the left of the axis of the track. The carrier frequency is in the VHF frequency band of 108.1 MHz - 111.95 MHz in channels every 1 / 10th of an odd MHz. To receive these beacon signals 6a, 6b, the aircraft 2 comprises an antenna 25 which is generally located in its radome 2c and is therefore relatively close to the avionics bay 2b. This second radionavigation instrument can also be a VDB (VHF Data Broadcast) message receiver of a GBAS (Ground Based Augmentation System) system used in precision approaches of the GLS type.
30 Ce second instrument de radionavigation peut également coupler un récepteur de messages VDB et un "localizer" LOC. Dans ce cas, la bande fréquence de fonctionnement de l'antenne 21 est 108-118 MHz qui est divisée en deux : - de 108 à 112 MHz pour la fonction LOC et, - de 108 à 118 Mhz pour la fonction VDB.This second radionavigation instrument can also couple a VDB message receiver and a localizer LOC. In this case, the operating frequency band of the antenna 21 is 108-118 MHz which is divided into two: - from 108 to 112 MHz for the LOC function and, - from 108 to 118 MHz for the VDB function.
3037391 3 Selon la présente invention, ledit premier instrument de radionavigation 10 utilise, en tant qu'antenne, l'antenne 21 dudit second instrument de radionavigation 20. En l'occurrence, l'instrument de radionavigation VOR utilise, en tant qu'antenne VOR, l'antenne de l'instrument de radionavigation LOC et/ou l'antenne de réception de 5 messages VDB. Ainsi, le nombre d'antennes sur l'avion est diminué. Il en résulte une diminution substantielle du poids, compte tenu du poids de l'antenne et de son support et du câble coaxial la reliant à la baie avionique. De plus, il est possible d'utiliser des câbles coaxiaux moins performants en termes de pertes et donc d'atténuation du signal 10 radiofréquence mais qui sont plus légers. La procédure de maintenance est simplifiée car il n'y a plus besoin d'accéder à l'antenne en haute de la dérive de l'avion. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de 15 réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : La Fig. 1 est une illustration du fonctionnement d'un premier instrument de radionavigation du type VOR, La Fig. 2 est une vue d'un avion selon l'état de la technique équipé d'un système 20 de radionavigation avec un premier instrument et son antenne propre ainsi qu'un second instrument et son antenne propre, La Fig. 3 est une illustration du fonctionnement d'un second instrument de radionavigation du type LOC, La Fig. 4 est une vue d'un avion selon la présente invention équipé d'un système 25 de radionavigation avec un premier instrument et un second instrument ayant une antenne commune, et Les Figs. 5a et 51) sont des modes de réalisation d'un système de radionavigation selon la présente invention. A la Fig. 4, on voit un avion 2 qui comporte, dans sa baie avionique 2b, une 30 unité réceptrice 12 d'un premier instrument de radionavigation du type VOR (VHF Omnidirectional Range) susceptible de recevoir un signal de balise SB, de le démoduler et de déterminer la radiale d'émission R de la station émettrice 1 sur laquelle ledit avion 2 est situé (voir encart de la Fig. 1). Egalement dans la baie avionique 2b, se trouve une unité réceptrice 22 du type LOC susceptible de recevoir 3037391 4 un signal de balise B pour guider horizontalement l'avion 2 en approche sur l'axe d'une piste d'atterrissage. L'unité réceptrice 22 est reliée, par un câble coaxial 23, à une antenne 21 qui est appropriée pour la fonction LOC ainsi que la fonction de réception de messages VDB. Elle est prévue pour fonctionner dans la bande fréquence 5 VHF de 108 MHz à 118 MHz . Selon la présente invention, l'unité réceptrice 12 dudit premier instrument de radionavigation utilise, en tant qu'antenne, l'antenne 21 dudit second instrument de radionavigation 20. Bien qu'étant dans la même bande de fréquences, les signaux de balise SB et B 10 ne sont pas émis strictement à la même fréquence. Les signaux de balise B sont émis par la balise 4 selon deux lobes 6a et 6b. Par contre, les signaux de balise SB sont émis omnidirectionnellement et l'unité réceptrice 12 qui, dans l'état de la technique, fonctionne avec une antenne omnidirectionnelle, s'accommode très bien d'une antenne telle que l'antenne 21.According to the present invention, said first radionavigation instrument 10 uses, as antenna, the antenna 21 of said second radionavigation instrument 20. In this case, the radio navigation instrument VOR uses, as antenna VOR, the antenna of the LOC radio navigation instrument and / or the VDB message receiving antenna. Thus, the number of antennas on the aircraft is decreased. This results in a substantial decrease in weight, given the weight of the antenna and its support and the coaxial cable connecting it to the avionics bay. In addition, it is possible to use less efficient coaxial cables in terms of losses and therefore attenuation of the radiofrequency signal but which are lighter. The maintenance procedure is simplified because there is no need to access the antenna at the top of the drift of the aircraft. The characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of an example embodiment, said description being given in relation to the attached drawings, among which: Fig. 1 is an illustration of the operation of a first radionavigation instrument of the VOR type, FIG. 2 is a view of a state of the art aircraft equipped with a radionavigation system with a first instrument and its own antenna and a second instrument and its own antenna, FIG. 3 is an illustration of the operation of a second radio navigation instrument of the LOC type, FIG. 4 is a view of an aircraft according to the present invention equipped with a radionavigation system with a first instrument and a second instrument having a common antenna, and FIGS. 5a and 51) are embodiments of a radionavigation system according to the present invention. In FIG. 4, we see an aircraft 2 which comprises, in its avionics bay 2b, a receiving unit 12 of a first VOR (VHF Omnidirectional Range) radionavigation instrument capable of receiving a beacon signal SB, of demodulating it and of determining the emission radial R of the transmitting station 1 on which said aircraft 2 is located (see inset of Fig. 1). Also in the avionics bay 2b, there is a reception unit 22 of the LOC type capable of receiving a beacon signal B for horizontally guiding the aircraft 2 in approach on the axis of an airstrip. The receiver unit 22 is connected, by a coaxial cable 23, to an antenna 21 which is suitable for the function LOC as well as the function of receiving messages VDB. It is intended to operate in the VHF frequency band 108 MHz to 118 MHz. According to the present invention, the receiving unit 12 of said first radionavigation instrument uses, as antenna, the antenna 21 of said second radionavigation instrument 20. Although being in the same frequency band, the beacon signals SB and B 10 are not strictly transmitted at the same frequency. The beacon signals B are emitted by the beacon 4 according to two lobes 6a and 6b. On the other hand, the beacon signals SB are emitted omnidirectionally and the receiving unit 12 which, in the state of the art, operates with an omnidirectional antenna, is very suitable for an antenna such as the antenna 21.
15 On a représenté un premier mode de réalisation de l'invention à la Fig. 5a. On y voit une antenne 21, du type LOC, qui est reliée, via un câble coaxial 23, à l'entrée d'un diviseur 30 dont les sorties sont respectivement reliées à une unité réceptrice 12 du type VOR et à une unité réceptrice 22 du type LOC. Le diviseur 30 est par exemple du type Wilkinson prévu pour fonctionner dans la bande de fréquence 108-118 MHz.There is shown a first embodiment of the invention in FIG. 5a. An antenna 21, of the LOC type, is connected via a coaxial cable 23 to the input of a divider 30 whose outputs are respectively connected to a receiving unit 12 of the VOR type and to a receiving unit 22. LOC type. The divider 30 is, for example, of the Wilkinson type intended to operate in the 108-118 MHz frequency band.
20 On a représenté un second mode de réalisation de l'invention à la Fig. 5b. On y voit une antenne 21, du type LOC, qui est reliée à l'entrée 31e d'un diviseur (splitter) 31 qui duplique le signal reçu par l'antenne 21 sur chacune des sorties 31sa et 31sb du diviseur 31. Le diviseur 31 peut être extérieur à l'antenne ou encore être intégré à l'antenne.There is shown a second embodiment of the invention in FIG. 5b. An antenna 21, of the LOC type, is connected to the input 31e of a splitter 31 which duplicates the signal received by the antenna 21 on each of the outputs 31sa and 31sb of the divider 31. The divider 31 may be external to the antenna or be integrated in the antenna.
25 Ces sorties 31sa et 31sb sont respectivement reliées, via des câbles coaxiaux 23a et 23b, aux entrées de diviseurs 32a et 32b. Les sorties du diviseur 32a sont respectivement reliées à une unité réceptrice 12a du type VOR et à une unité réceptrice 22a du type LOC. De même, les sorties du diviseur 32b sont respectivement reliées à une unité réceptrice 12b du type VOR et à une unité réceptrice 22b du type 30 LOC. Les diviseurs 32a et 32b sont par exemple du type Wilkinson.These outputs 31sa and 31sb are respectively connected, via coaxial cables 23a and 23b, to the divider inputs 32a and 32b. The outputs of the divider 32a are respectively connected to a receiver unit 12a of the VOR type and to a reception unit 22a of the LOC type. Similarly, the outputs of the divider 32b are respectively connected to a receiver unit 12b of the VOR type and to a reception unit 22b of the LOC type. The dividers 32a and 32b are for example of the Wilkinson type.
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