Brevet FR2101028A1 — publié le 19720331

î 028 La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux instru -Dents de mesure' des vitesses de projectile,notamment ceux utilisant l'effet DOPHER-ZEZEAÏÏ.On peut rappeler que les mesures des vitesses des projectiles utilisent généralement le principe dit effet DOPPLER-3ŒZEAÏÏ ,c'est-à-dire le déphasage variable d'une onde électromagnétique lorsqu'elle est réfléchie sur un objet en mouraient. La combinaison des ondes incidente et réfléchie , produit un effet de bat - 21F tement générant une fréquence F. ? = —— (1 ) XÀ est la longueur d'onde électromagnétique ? la vitesse du mobile. Si on définit T la période de l'onde électromagnétique comme l'inverse de la fréquence, la distance d parcourue par le mobile pendant un temps T tcor -respondant à une période, sera égale au produit de la vitesse par ce temps d = Tiî (2). En sbstituant dans la première équation F par scai équivalence l/î an obtient : T = -A_ (3) 2 Y En portant dans l'équation (2) la valeur précédente de la période T on aura d = —— . 2 On met donc en évidence une des relations fondamentales de l'effet DOPPLER-FIZEAU s la distance parcourue par le mobile pendant une période est une constante égale à la moitié de la longueur d'onde émise. Parmi 3es dispositifs connus à ce jour aucun ne fournissait une lecture directe. Ils affichaient en effet , le temps mis par le projectile pour parcourir une distance multiple de À / 2 . Pour retouver la vitesse il était nécessaire d'effectuer sur chaque mesure une conversion mathématique. En outre , l'amplitude du battement DOPPLER était fonction de la surface apparente du projectile. Elle était au cours d'un tir affectée par 3a diamètre du projectile , son éloignement , ..... 70 29380 2 2101028 et ses mouvements divers de rotation ou de nutation. On ne pouvait réaliser une amplification trop forte, sans risquer de saturer les circuits au début de la mesure. Précédemment les appareils étaient à tubes électroniques 5 lourds, fonctionnant sur le secteur." Leur précision était médiocre. L'appareil que l'on présente ici comprend essentiellement deux parties : - Une tête hyperfréquence comportant une source, les antennes d'émission et de réception et un mélangeur comparant 10 l'onde émise l'onde reçue. - Un ensemble électronique transistorisé de traitement du battement DOPPLER comprenant : un amplificateur un circuit écrêteur 15 des filtres passe bandes des circuits multiplicateurs apériodiques de fréquences, un compteur d'impulsions affectant la vitesse du proj ectile. 20 C'est a cet ensemble qu'ont été appliquées des solutions originales palliant les inconvénients des appareils antérieurement utilisés . La présente invention se caractérise par les points suivants : 25 Le dispositif affiche directement la vitesse du projectile en dêcinStre par seconde. De la première équation on voit que la fréquence DOPPLER est égale à la vitesse du projectile à un facteur 2/Àprès. Si le temps de mesure est choisi égal à À/2 près, alors l'appareil indiquera la vitesse du projectile en mètres/seconde. 30 Toutefois ce système de comptag? à l'inconvénient de ne donner qu'un résultat exact a + 1 unité, soit ici +lm/s. Cette imprécision acceptable pour les projectiles rapides (1000 m/s) ne l'est plus 70 29380 3 2101028 pour les projectiles lents. Un circuit électronique multiplicateur de fréquence a donc été étudié. Le rapport de multiplication est passé de 1 à 10 par exemple. Pour un temps de mesure légèrement augmenté on obtient maintenant une précision 10 fois meilleure sur la vitesse. Pour éviter que 1'amplitude du battement DOPPLER ne soit perturbée par l'importance et le mouvement rotatoire du projectile, le signal DOPPLER est préalablement amplifié. Un préamplificateur à gaîn volontairement réduit précède un circuit comparateur, il permet en outre d'éviter une amplification trop forte ou trop faible. L'appareil peut fonctionner pour- des gammes de vitesses comprises entre 100 et 2000 m/s, correspondant à une bande de fréquence DOPPLER s'étendant de 6,25 à 125 KHz, La multiplication de fréquence est apériodique, éliminant ainsi les circuits doubleurs à circuits accordes ou à comparaison de phase. Le circuit de comptage est doublé. En effet dans certain cas, la fréquence DOPPLER peut présenter de brusques disparitions. Ce défaut est dû, en général, à la présence d'obstacles métalliques sur le champ de tir. Il en résulte une réflexion parasite se combinant avec lronde modulée venant du projectile. Si un tel événement survient pendant la période de comptage la vitesse affectée sera fausse, La mesure est donc doublée. Ainsi deux chaînes numériques sont mises en oeuvre successivement, séparées par un intervalles de temps de comptage. Les probabilités pour qu'un défaut affecte les deux comptages successifs est nulle. De plus on vérifie ainsi la perte de vitesse du projectile en fonction de la distance. En conclusion les diverses dispositions énumérées çi-dessus confèrent à l'appareil, objet de l'invention, d'intéres-santés propriétés et notamment : 70 29380 4 2101028 1/ Une meilleure maniabilité, la décomposition en deux parties facilite le transfert et la mise en place. 2/ Une autonomie de fonctionnement, obtenue grâce à la "transistorisation" générale du circuit électronique, ce qui permet le fonctionnement sur une batterie d'accumulateurs. 3/ Une meilleure précision obtenue grâce à la réalisation de circuits originaux tel que le comptage des fréquences DOPPLER, l'adjonction d'un préamplificateur à gain, les doubles circuits de comptage. Cette invention sera mieux comprise grâce à la description qui suit et aux dessins çi-annexés qui ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif. La figure 1 représente la constitution de la tête hyper-fréquence . La figure 2 représente l'ensemble électronique. La figure 3 représente les formes drondes dans les circuits de traitement du signal DOPPLER. La figure 4, le circuit doubleur apériodique. La figure 5, le dernier étage doubleur. La figure 6, les formes d'ondes dans les circuits doubleurs La figure 7, montre le diagramme des circuits numériques. En se reportant à la figure 1, l'invention comporte un générateur (1) relié à l'antenne émétrice (2) placée dans une cavité résonante . L'onde incidente prélevée par un coupleur est comparée avec l'onde réfléchie par un mélangeur (3). Le battement DOPPLER est ensuite amplifiée par le préamplificateur (4) avant d'être envoyé à l'ensemble de traitement. La fréquence de l'onde émise est assez élevée pour que les antennes, aient des dimensions raisonnables tout en gardant une bonne directivité. La fréquence est fixée à 9368 Mhz ce qui donne une longueur d'onde de 3,2 centimètres. 70 29380 5 2101028 La figure 2 qui représente l'ensemble électronique devant traiter le signal DOPPLER comporte. Le préamplificateur (5) à gaîn volontairement réduit, situé après le mélangeur, précède un circuit comparateur (6). 5 Celui-çi donne une inversion du signal de sortie quand l'entrée -passe par zéro. La sortie du comparateur traverse un filtre passe bande (7) sélectionné en fonction de la vitesse probable du projectile. L'étendue de la bande passante est de l'ordre de 1 octave et le recouvrement entre filtres est d'environ 1/2 octave', 10 Le signal filtré se retrouve alors sinusoïdal. Le circuit électronique se continue par 3 doubleurs (8) d'impulsions avant que celles-çi soient envoyées vers une chaîne de comptage. La figure 3 rappelle l'effet de ces appareils sur un signal DOPPLER fort I et faible II, 9 nous donne le signal sortant 15 de l'antenne de la tête hyperfréquence, 10, l'effet du préamplificateur, 11 l'influence du comparateur, 12 le signal obtenu à la sortie du filtre passe bande, La figure 4 nous présente le schéma électrique du circuit doubleur apériodique. Le système mis au point pour les deux premiers 20 doubleurs est un redressement â double alternance. La liaison entre chaque étage se fait par un transformateur 13 ceci pour éliminer la composante redressée continue. Un amplificateur 15 transistorisé adapte les impédances et compense la perte de niveau. Le raccordement entre le transformateur et l'amplificateur se réalise par 25 deux diodes en parallèle 14. La figure 5 nous montre le schéma du dernier doubleur qui est du type à circuit logique. La fréquence DOPPLER déjà quadruplée, les impulsions obtenues sont écrétées en 16 puis dérivées en 17. Les impulsions positives et négatives résultantes sont actionnées 30 sur deux voies parallèles puis combinées avec inversion des impulsions négatives et après uae dernière mise en forme sont envoyés sur le circuit de comptage. 70 29380 6 2101028 La figure 6 représente l'effet des étages doubleurs. En 18 on trouve l'impulsion d'entrée en 19 l'influence du premier étage doubleur, en 20 celle du deuxième étage doubleur, en .. 1 l'effet de l'écrêteur du troisième étage doubleur, en 22, le s i-5 gnal dérivé et en 23 la sortie du troisième étage doubleur avant • que les impulsions ne pénètrent dans le circuit de comptage. La figure 7 montre le diagramme des circuits numériques. On y distingue les deux chaînes 24 et 25 de comptage et les affichages par tubes indicateurs (Nixies) 26. Une horloge à ICC "H*. 10 et les circuits de division par 10 réglant la succession des opérations : Départ de la première mesure et de la deuxième mesure avec un temps mort de 20 millisecondes. Ensuite le départ de la deuxième mesure et son arrêt. Un circuit de retard, 29 préalable détermine la distance entre la bouche à feu 30 et le début des 15 mesures données par capteur dTonde sonore. La présente invention s'applique aux études des vitesses et > r jectoires de moHles notamment en balistique. 70 29380 7 210102S REVENDICATIONS 1/ Dispositif, permettant de mesurer les vitesses de projectile en utilis'ant notamment lreffet DOPPLEB.-FIZEAU caractérisé par le fait qu'il comporte une tête d'émission et de réception, 5 un ensemble électronique comportant un amplificateur, un circuit écrêteur des filtres passe bande, des circuits multiplicateurs de fréquences et un compteur d'impulsions. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la tête hyperfréquence comporte une source état solidej 10 des antennes d'émission et de réception et un mélangeur permettant de comparer l'onde émise et l'onde reçue alimentées par une tension continue provenant d'une batterie d'accumulateurs. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un compteur d ' impuis ions permet d' aff icher directement 15 la vitesse du projectile. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un comparateur maintient un niveau constant de l'amplitude des impulsions. 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par 20 le fait qu'un circuit multiplicateur apériodique de fréquence augmente dix fois la précision de la mesure. 6/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ensemble électronique est entièrement transistorisé. 7/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par 25 le fait que les données sont confirmées par une double mesure grâce au compteur d'impulsions travaillant en répétitif.