Nous considérons la radionavigation et la radiogoniométrie comme quelque chose d’assez moderne. Cependant, vous pourriez être surpris que la radiogoniométrie soit presque aussi ancienne que la radio elle-même. En 1888, Heinrich Hertz a noté que les signaux étaient les plus forts lorsqu’ils étaient dans une orientation d’une antenne cadre et les plus faibles pivotaient à 90 degrés. En 1900, les expérimentateurs ont remarqué que les dipôles présentaient un comportement similaire et qu’il n’a pas fallu longtemps pour que les antennes tournent pour maximiser le signal ou localiser l’émetteur.

camion radiogoniométrique britannique de 1927;  domaine public
camion radiogoniométrique britannique de 1927; domaine public

Bien sûr, il y a un problème. Vous ne pouvez pas réellement dire de quel côté de l’antenne pointe vers le signal avec une boucle ou un dipôle. Donc, si l’antenne pointe vers le nord, le signal peut être vers le nord mais il peut aussi être vers le sud. Pourtant, dans certains cas, c’est assez d’informations.

John Stone a breveté un système comme celui-ci en 1901. Le célèbre expérimentateur radio Lee De Forest avait également un nouveau système en 1904. Ces systèmes souffraient tous de divers problèmes. Aux fréquences à ondes courtes, la propagation par trajets multiples peut perturber le récepteur et alors que les signaux à ondes longues nécessitent de très grandes antennes. La plupart des antennes ont bougé, mais certaines, comme celle de Marconi, ont utilisé plusieurs éléments et un interrupteur.

Cependant, il existe des cas particuliers où ces limitations sont acceptables. Par exemple, lorsque Pan Am a eu besoin de diriger des avions au-dessus de l’océan dans les années 1930, Hugo Leuteritz, qui avait travaillé chez RCA avant Pan Am, a utilisé une antenne cadre à l’aéroport pour localiser un émetteur dans l’avion. Puisque vous saviez de quel côté de l’antenne l’avion doit être, la détection bidirectionnelle n’était pas un problème.

Navigation de base

La radionavigation doit beaucoup à la navigation et à l’arpentage célestes ordinaires. Au lieu d’apercevoir un phare, le soleil ou une étoile, vous apercevez un émetteur radio.

L'utilisation du soleil et de la lune donne deux cercles (lignes de positions) et vous pouvez supposer que votre navire n'est pas au-dessus de la terre ferme autour de l'Argentine ou du Paraguay.  Domaine public.
L’utilisation du soleil et de la lune donne deux cercles (lignes de positions) et vous pouvez supposer que votre navire n’est pas au-dessus de la terre ferme autour de l’Argentine ou du Paraguay. Domaine public.

Considérez que vous êtes dans un champ qui a un mât et que vous connaissez l’emplacement et la hauteur exacts du mât. Si vous êtes quelque part sur le terrain et que vous voulez savoir où vous êtes, vous pouvez utiliser la perche. Vous visez le poteau et mesurez l’angle par rapport au poteau. Puisque vous connaissez la hauteur et l’angle, vous pouvez utiliser la géométrie pour tracer un cercle autour du poteau sur lequel vous devez être.

Bien sûr, vous pourriez être n’importe où sur le cercle – ce que les navigateurs appellent une ligne de position. Mais et si vous aviez deux pôles ? Vous pouvez dessiner deux cercles. Si vous avez de la chance, les cercles se toucheront exactement à un point et c’est là que vous êtes. Cependant, il est plus courant d’avoir deux points et – vraisemblablement – l’un sera très loin de l’endroit où vous devriez être et l’autre sera proche de l’endroit où vous devriez être.

Même avec une simple paire de boucles, vous pouvez faire le même tour si elles sont suffisamment éloignées. Si la station 1 montre un angle de 30 degrés (ou 210 degrés ; c’est ambigu) par rapport à l’émetteur et que la station 2 montre un angle de 300 degrés, vous pouvez trianguler en traçant deux lignes et en notant où elles se croisent.

Améliorations

Une installation Adcock 2 MHz ;  domaine public
Une installation Adcock 2 MHz ; domaine public

Même ainsi, il y avait une demande pour quelque chose de mieux. En 1909, Ettore Bellini et Alessandro Tosi ont introduit une innovation. Le système Bellini-Tosi utilisait deux antennes à angle droit qui alimentaient des bobines. Une troisième boucle s’est déplacée à l’intérieur des bobines pour trouver la direction. Cela a permis aux grandes antennes de rester stationnaires. Dans les années 1920, ceux-ci étaient assez courants et le sont restés jusqu’aux années 1950.

En 1919, l’ingénieur britannique Frank Adcock a mis au point un système utilisant quatre antennes verticales, soit des monopôles, soit des dipôles. Cet agencement a câblé les antennes pour former efficacement une boucle carrée qui ignore les signaux polarisés horizontalement, réduisant ainsi la réception des ondes célestes. Les antennes Adcock étaient souvent utilisées avec les détecteurs Bellini-Tosi.

La foudre

équipement Huff Duff;  Photo de Rémi Kaupp CC-BY-SA-3.0
équipement Huff Duff; Photo de Rémi Kaupp CC-BY-SA-3.0

En 1926, le Britannique Robert Watson-Watt tentait de détecter la foudre pour aider les aviateurs et les marins à éviter les tempêtes. Les signaux de foudre sont très rapides, mais il a fallu environ une minute à un opérateur expérimenté pour aligner un détecteur Bellini-Tosi. En couplant une antenne Adcock et un oscilloscope, Watt a pu se verrouiller rapidement sur un éclair ou un émetteur radio.

Le radiogoniomètre militaire à haute fréquence ou huff-duff s’est avéré inestimable pendant la guerre. Les U-boats allemands gardaient les transmissions courtes pour éviter d’être détectés, mais avec le huff-duff, cela n’avait pas d’importance. Les Allemands n’ont pas compris l’amélioration de la technologie et les estimations sont que 25% des naufrages de bateaux U étaient dus au souffle.

Les temps modernes

Les systèmes modernes sont beaucoup plus sophistiqués en utilisant des boucles à verrouillage de phase et d’autres techniques. Bien que certains des premiers systèmes comme celui utilisé par Pan Am utilisaient des émetteurs dans l’avion et des récepteurs au sol, la plupart des systèmes font le contraire. L’ADF plus ancien – radiogoniométrie automatique – définit des antennes motorisées utilisées pour localiser les émetteurs connus. Les ensembles modernes utilisent le système Marconi avec plusieurs antennes, bien que le commutateur soit électronique dans ce cas.

Les radioamateurs apprécient la chasse au renard – une partie de l’événement connu sous le nom de « radiosport » dans la plupart des pays du monde – qui consiste essentiellement à jouer à cache-cache avec un émetteur radio. Vous pouvez en voir plus dans la vidéo ci-dessous.

Vous pourriez penser que le GPS a fait de la radiogoniométrie une chose du passé. Cependant, si vous y réfléchissez, le GPS est en quelque sorte une forme différente de radiogoniométrie. Au lieu d’utiliser le relèvement d’une antenne, vous mesurez le temps d’arrivée du signal, mais c’est la même idée. La temporisation vous donne un cercle à partir de la position connue du satellite. Faire plusieurs cercles autour de plusieurs satellites vous donne une position exacte.

Bien sûr, la technologie est loin de l’antenne cadre de Hertz. Mais la radiodirection est toujours un élément clé des systèmes de navigation modernes.