Introduction: mesure de la position d'un navire en mer

On peut déterminer la position d'un navire en mesurant l'angle que font deux phares quand on connait le nord magnétique. Ce qui est généralement le cas, sauf que la précision est souvent trop faible. Sur la carte on tire un trait et le navire se trouve là où les deux lignes se croisent. Pour avoir une précision suffisante on fait trois mesures.

Lors du cabotage (navigation le long des côtes) on peut faire un relevé des phares et autres batiments le longs de la côte. Il est ainsi possible de connaitre sa position avec une précision élevée, mais le système ne fonctionne que tant que la côte est visible.

Naviger au compas n'est pas assez précis (la navigation au compas est appellée "dead reckoning" ou navigation à l'estime). La navigation astrale (relevé des astres) n'est pas pratique (*) pour des navires militaires où on a besoin de sa position instantanée .

Une autre possibilité est de mesurer la distance entre les balises et le navire. Ce n'est pas pratique avec les moyens optiques, mais cela peut très bien être réalisé avec des radio-balises. Les balises envoient des impulsions et le navire mesure le temps que mettent les ondes à atteindre le navire.

Ici aussi il faut trois balises, car il n'est pas possible de musurer la durée exacte du temps de vol, on ne peut mesurer que la différence. Avec deux radio-balises le navire se trouve sur une hyperbole et avec une troisième balise on obtient une seconde hyperbole. Le navire se trouve au croisement des deux hyperboles.

Pour déterminer le temps de vol on peut utiliser des impulsions: on mesure le temps que mettent les impulsions pour atteindre le navire. Le problème ici c'est de faire des impulsions parfaites: dans le récepteur l'impulsion a la forme d'une colline au lieu d'un bloc rectangulaire. La mesure n'est pas précise.

Une autre méthode c'est d'utiliser une émission continue et de déterminer le déphasage entre les signaux des deux balises. La mesure est précise, mais pas concluante: le navire peut se trouver à plusieurs endroits où le déphasage est identique. Avec un émetteur travaillant sur 100kHz les positions possibles se trouvent à 3km les unes des autres.

En combinant les eeux systèmes, on obtient une mesure précise et non-équivoque.

Goniomètre

Mais avant d'utiliser le temps de vol, on a tenté de déterminer la direction des balises.

Ces radars fonctionnent sur une fréquence entre 20 et 30MHz et ont une portée de plus de 100km. Contrairement au radar moderne, ce type de radar archaique émet dans toutes les directions. Chaque radar utilise sa propre fréquence, ce qui permdet de l'identifier. En tournant le goniomètre om peut déterminer la direction de l'émetteur. En faisant deux autres mesures on peut déterminer la position du navire par triangulation.

Les impulsions s'entendent très bien dans le casque d'écoute: ce sont des impulsions de 25µs qui se répètent 25 fois par seconde, un peu comparable au système russe Duga de la guerre froide ("woodpecker"). Comme l'amplitude maximale est difficile à déterminer, on se base sur l'amplitude nulle où on n'entend plus les impulsions dans les écouteurs.

Le système est pratique quand les côtes ne sont plus visibles, mais n'est pas suffisant en pleine mer: une erreur de 1° correspond à une erreur de près de 2km à 100km de l'émetteur. Nous cherchons en fait un système avec une portée de 1000km pour guider les convois et localiser les sous-marins allemands. En pratique, quand la mer n'est pas plate, l'erreur est de plus d'un degré.

On recherche un système qui ne soit pas basé sur une mesure de l'angle car ce n'est pas pratique. Il faut développer un système qui permet d'utiliser une simple antenne fixe. La mesure ne peut pas être influencée par le roulis et tangage du navire.

Développements pendant la seconde guerre mondiale

La guerre des ondes

Le rayon de la mort qui guide les avions vers leur cible. Une trouvaille allemande qui n'a pas fait long feu: le système pouvait facilement être brouillé et en plus il indiquait aux anglais quel était la cible. Les escadrilles pouvaient ainsi mieux contrer les bombardements allemands.

Système Bernhard/Bernhardine

Ou comment réutiliser du matériel déclassé: un système de balises radio allemand qui est plus difficile à brouiller. C'est un système très ingénieux, basé sur le Hellschreiber.

Systèmes alliés

Il s'agit du système anglais Gee et Decca et du système américain Loran. Ce système n'est plus basé sur une mesure de l'angle, mais du temps de transit de l'onde radio entre l'émetteur et le récepteur.

Les systèmes de navigation utilisés sur les navires

Il s'agit de la navigation astronomique, du compas (boussole marine), du gyrocompas et puis du GPS. Ce dernier système utilise également la mesure du temps de transit de l'onde radio entre le satellite et le récepteur.