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Retour : 08- Matériel de réception -
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Par Jean-Paul, F1LVT
Voir aussi : Système
homing à 2 et 4 antennes -
Le Doppler est un système très efficace pour faire
de la radiogoniométrie. Sur les Radiosondes de Lyon-St-Exupéry
(402 MHz), ce système s'est révélé
être très bien adapté.
Présentation
En août, ayant un peu de
temps disponible, nous avons installé l'antenne Doppler
sur le toit du véhicule. Cette antenne est complètement
isolée des supports métalliques et de la galerie.
La partie centrale, de 20 cm par 20 cm contient les
circuits d'amplification et de commutation dans son épaisseur
de 20 mm (Photo 1 ci-contre). Les 4 brins verticaux (les brins
actifs) se fixent par BNC. Le plan de masse supérieur est
agrandi par 8 brins horizontaux. Lors de la construction de cette
antenne, la principale difficulté avait été
de trouver des inductances qui se comportaient réellement
en UHF comme des inductances. Il avait fallu en tester une demi-douzaine
de types différents avec un analyseur haut de gamme avant
de trouver des inductances qui fonctionnaient correctement.
Photo 1 : Antenne Doppler UHF utilisée pour la
chasse au RS
Principe
L'antenne est pilotée par
le boîtier Doppler Montréal 3-V2 (Photo 2 ci-contre).
Ce Doppler est la version la plus récente et la plus performante
de la série conçue par VE2EMM, Jacques BRODEUR.
Il commute les antennes à 500 Hz, et il affiche la direction
mesurée sur une rose des vents à 36 LED. Un des
intérêts majeurs du Montréal 3-V2, c'est sa
capacité de localiser des signaux très courts, par
son traitement très rapide et la mise en mémoire
automatique du dernier relevé. Sur son affichage à
36 LED, lorsque la LED centrale est verte, la direction affichée
est bonne. Lorsque la LED centrale est rouge, cela signifie l'absence
ou l'insuffisance de signal ; la direction reste alors figée
dans la dernière bonne direction reçue.
Le système Doppler est utilisé avec un récepteur
large bande multimode de type AR8000 de AOR, calé sur 402,000
MHz (ou 402,005 MHz) pour les RS de Lyon.
De nombreux essais sont à réaliser à la fin
de la construction du Doppler Montréal 3-V2 et de son antenne.
Il faut s'assurer que les antennes sont bien alimentées
de façon séquentielle, et que tout fonctionne correctement
(ordre des antennes, commutations, etc). Nous avons conçu
un système à LED qui permet de visualiser la composante
continue qui passe dans les antennes. A partir du boîtier
Doppler et de son menu de test, on peut ainsi vérifier
individuellement chaque antenne. A l'intérieur du Doppler,
on peut choisir entre la sortie de signaux +5V positifs par rapport
à la masse ou bien négatifs par rapport au 5V. Ceci
permet soit de faire fonctionner le système Doppler avec
une antenne sur 4 (fonctionnement conforme à la théorie
avec une seule antenne tournante), soit avec 3 antennes sur 4
(ce qui inverse le signal Doppler à 500 Hz ; mais ça
fonctionne aussi bien voire mieux).
Photo 2 : Montréal Doppler 3-V2 sous le siège
du passager
Pour le choix du type de démodulation
du récepteur, ce qui importe ce n'est pas la modulation
de la RS, mais c'est le mode de démodulation qui permet
au système Doppler de fonctionner correctement.
- Pour que le Doppler fonctionne en Doppler-Fizeau et mesure correctement
une phase, il faut travailler en FM et seulement en FM. Pas en
AM. L'antenne doit être un fouet qui tourne, commuté
si possible à la base.
- Avec un récepteur en démodulation AM, on va mesurer
une variation d'amplitude à la fréquence de commutation
des antennes, correspondant à la directivité de
l'antenne pilotée. Cette variation d'amplitude est plus
faible que la variation de fréquence, mais elle reste tout
à fait exploitable. On n'a plus un vrai système
Doppler. Il faut un système d'antennes directives commutées,
et on analyse la corrélation entre la force des signaux
reçus et les signaux de commutation. Comment faire ce système
d'antennes directives commutées ? C'est en cours d'étude
et les premiers résultats des tests sur les RS montrent
que ça marche bien.
Quand on est sûr que tous les éléments fonctionnent
correctement, il faut absolument faire une vérification
globale. Le réglage du zéro (alignement sur l'axe
de la voiture) est un bon test. C'est un système bouclé
: le boîtier Doppler envoie les signaux de commutation à
l'antenne, le signal de l'antenne est dirigé vers le récepteur,
et la BF du RX est transmise au boîtier Doppler qui fait
la corrélation entre les signaux de commande et les signaux
reçus. La moindre défaillance d'un des éléments
est rédhibitoire sur le fonctionnement global. On le voit
immédiatement quand on veut faire le zéro.
Calibration
Pour
faire ce zéro dans l'axe du véhicule ; il faut se
placer dans le menu Calibration: " CAL AUTO TO FWRD "
(Photo 3 ci-contre). Pour cela il faut placer un émetteur
devant le véhicule et calibrer l'appareil. Au début,
n'ayant pas de RS sous la main, nous avons modifié un Alinco
DJ-S41 (10 mW) pour le faire descendre jusqu'à 402 MHz.
Un résistance dans un Jack, et il n'y a plus besoin de
tenir l'appareil pour qu'il reste en émission (juste le
temps de faire le réglage, pas une seconde de plus). Le
même dispositif peut aussi fonctionner en 406 MHz. Il faut
ensuite vérifier, en faisant un tour complet avec le véhicule,
que l'indication du Doppler donne toujours la direction correcte.
Si l'affichage tourne en sens inverse, il faut modifier le sens
de rotation dans la programmation du Doppler.
Photo 3 : Menu Calibration
Après les premières
chasses et la récupération de RS, cette calibration
a été refaite avec une vraie modulation de M2K2.
Le résultat est resté inchangé. Que la calibration
soit faite sur porteuse ou sur des " pulses ",
le résultat est le même.
La modulation des RS étant très particulière,
avec des trames de 100ms toutes les secondes. Il n'était
pas évident à priori de pouvoir les localiser correctement
avec le Doppler. En pratique ça marche très bien
grâce au seuil et à la mémorisation de la
direction.
Il faut paramétrer correctement le Doppler au départ.
- Tout d'abord le seuil de prise en compte de la mesure est à
ajuster entre 0 et 8. Un seuil trop faible donne un affichage
erratique, alors qu'avec un seuil élevé il n'y a
que les très bons rapports signal sur bruit (S/B) qui sont
pris en compte. Nous utilisons généralement la valeur
de 4. Le récepteur fonctionne squelch ouvert, et le Doppler
cherche tout seul dans les signaux la sinusoïde à
500Hz nécessaire à son fonctionnement.
- Le second paramètre à régler est " l'Intégration ".
Le traitement numérique du signal est effectué sur
plusieurs dizaines de rotations de l'antenne. Une valeur faible
rend l'affichage plus fluctuant, mais pour pouvoir fonctionner
sur des trames assez courtes, il ne faut pas une valeur trop élevée.
Après quelques essais, la valeur de 100 a été
choisie. L'affichage est suffisamment stable et le temps d'intégration
suffisamment court pour être compatible avec les trames
des RS.
Pour le volume du récepteur, il faut le régler pour
que le Bar-graphe du Doppler soit presque au maximum. Quand on
perd le signal, il faut de temps en temps réajuster le
niveau de la BF.
Quand tout est bien réglé et étalonné,
on peut commencer à faire la recherche. Fin août,
le système a été utilisé 3 fois pour
chercher les RS de Lyon. Les 3 fois, la RS a été
trouvée uniquement avec le Doppler, sans aucun autre système
de radiogoniométrie. La chance a voulue qu'à chaque
fois la RS s'est posée pas trop loin d'une route. Pour
la tactique de recherche, comme certains ballons ont pris la mauvaise
habitude d'exploser avant d'avoir atteint leur altitude nominale,
nous avons démarré le suivi du vol à mi-parcours.
Le Doppler permet alors de suivre le déplacement du ballon
en vol avec le véhicule jusqu'au point de chute. Sauf dans
le dernier cas où le vol avait été très
court, nous nous trouvions à moins de 4 ou 5 km de la RS
au moment où elle a touché le sol, avec une direction
assez précise. Dix minutes après, la M2K2 était
dans le coffre. Dans le dernier cas d'un vol très court,
il a fallu remonter la trajectoire du ballon en suivant la direction
mesurée sur une vingtaine de kilomètres, toujours
avec le Doppler.
La radiogoniométrie Doppler sur les RS fonctionne très
bien, mais elle demande de bien maîtriser à la fois
son matériel et la technique de recherche. Quand on est
en vue directe de la RS, l'affichage est bien stable. Vous tournez
la voiture de 20° et l'affichage tourne de 20° en sens
inverse. Mais c'est rarement aussi simple. Les réflexions
donnent des signaux avec une tonalité " chuintée
", et un affichage dans la direction à peu près
opposée et qui fluctue. Il faut apprendre à reconnaître
les réflexions comme avec les autres systèmes de
radiogoniométrie. Il faut analyser en même temps
la qualité du son, la force du signal du récepteur
et l'affichage du Doppler. Ceci rend l'utilisation du Doppler
assez complexe, et un minimum d'entraînement est nécessaire.
Quand le RS est à son apogée, on voit d'un seul
coup l'affichage qui fluctue très rapidement sur 50 ou
60°pendant quelques instants. Il s'agit probablement de l'éclatement
du ballon et du mouvement de la RS avant de se stabiliser sous
le parachute.
Autre point, lors du suivi du ballon, il vaut mieux se positionner
avec la RS devant le véhicule. On passe dans un trou et
le signal disparaît, on passe sur une bosse et le signal
réapparaît, ce qui permet de s'assurer que les signaux
et les directions sont bien cohérents avec la position
supposée du ballon par rapport au véhicule.
Il faut aussi une boussole dans
le véhicule et une carte pour se situer. Comme boussole,
il ne faut pas une petite boussole classique trop sensible aux
masses métalliques du véhicule, mais un vrai système
à sonde Fluxgate qui compense les champs magnétiques
internes (Photo 4 ci-contre). Ne pas oublier de faire l'étalonnage
avant le départ. Ce type de boussole vous indique l'angle
sous la forme " W 260 " quand vous allez à l'Ouest
au cap 260. Autre solution, un GPS utilisé en boussole
vous affiche des résultats comparables. Si le Doppler vous
donne " +30° " par rapport à l'axe du véhicule,
vous en déduisez que le ballon est au cap 290. Si le Doppler
donne 270°, il vaut mieux l'interpréter en -90°,
ce qui donne le cap 190. Sans tracer, il faut quand même
visualiser les relevés sur la carte pour se rendre compte
de la position du ballon par rapport au point où on se
situe.
Il faut aussi suivre sa route simultanément sur la carte.
Sinon les indications du Doppler vous conduiront rapidement d'une
grande route vers une petite route, puis un chemin, puis un sentier
ou une entrée de champ ou un cul-de-sac, alors que le ballon
est toujours à plusieurs kilomètres. C'est un demi-tour
obligatoire avec une perte de temps manifeste. Il faut essayer
de rester sur les grands axes aussi longtemps que possible.
Photo 4 : Compas électronique de voiture
Globalement le Doppler est un outil très puissant et qui fonctionne très bien sur les RS, mais le travail dans le véhicule est très intense car il faut savoir à tout moment où on se situe, analyser les mesures et déterminer la direction du ballon. Et tout cela en plus de la conduite… Cela demande beaucoup d'attention, mais ça marche très bien.
Et en 406 MHz ?
Ces essais de radiogoniométrie Doppler ont montré
que le Montréal 3V2 est tout à fait adapté
à la localisation de trames courtes de signaux numériques.
Pour les signaux en 406 MHz, il doit en être de même,
mais il faut le vérifier. En principe les trames de 500
ms des balises 406 doivent être plus faciles à localiser
que les trames de 100 ms des M2K2. Mais l'envoi des trames toutes
les secondes en 402 est plus facile à suivre qu'une trame
toutes les 50s pour les balises 406. Attention cependant aux réflexions
qui ne sont pas supprimées par le Doppler, et qu'il faut
savoir identifier ; ce n'est pas facile avec une trame toutes
les 50 secondes.
Sur le plan technique, le traitement numérique du Montréal
3-V2 est effectué à partir d'une acquisition des
mesures sur 48 ms (au minimum). Des trames de 100ms et plus peuvent
dont être localisées sans problèmes.
Annexe
Pour la description du Montréal 3-V2, il faut se référer
au site : http://www.qsl.net/ve2emm/pic-projects/doppler3/doppler3-f.html
Principales caractéristiques :
- Affichage sur 36 LED : lorsque la LED centrale est verte, la
direction est bonne ; lorsqu'elle est rouge : pas de signal. La
direction reste figée dans la dernière bonne direction.
- Utilisation de 3 PIC, un 16F628A pour l'affichage, un 18F4520
pour le circuit principal (processeur très rapide) et un
12F675 comme diviseur de fréquence.
- Double filtrage audio par un Max 267 en passe-bande, suivi par
le filtre à bande passante très étroite (+/-
0.5Hz).
- Logiciel d'intégration et de détection de phase
très performant.
- LM386 comme ampli audio indépendant du gonio.
- Sélection simple des 15 menus, en tournant un bouton
pour les faire défiler et en appuyant sur un BP pour activer
le menu choisi.
- Utilisation possible avec 4 antennes commutées vers +V
ou -V ou en différentiel ainsi que 8 antennes +/-.
- Couplage avec l'APRS, en envoyant la direction par APRS. L'information
du GPS passe au travers du Doppler ; elle est interrompue lorsque
la direction est envoyée à un PC.
Par rapport aux versions précédentes
de VE2EMM, le Montréal 3 -V2 est plus évolué
en particulier par :
- son affichage de direction par " Rose des vents "
à 36 LED,
- son filtrage à capa commutée à très
faible largeur de bande (0,5 Hz),
- son amplificateur BF intégré avec réglage
du volume,
- sa navigation beaucoup plus facile dans les menus
- son traitement du signal plus rapide par le PIC 18F4520.