Brevet FR2104961A1 — publié le 19720428

La présente invention concerne un système de télémétrie par impulsions d'énergie électromagnétique, radioélectrique ou lumineuse, à chronométrie multiple. On sait que, dans un dispositif de télémétrie utilisant des impulsions radar ou des impulsions laser, une impulsion est émise par un émetteur radar ou laser dans la direction d'une cible et un récepteur situé au voisinage de l'émetteur capte l'impulsion ou écho renvoyé par la cible. Un système de chronométrie associé à l'émetteur et au récepteur est mis en route au moment de ltémiasion de l'impulsion et arrenté au moment de la réception de ltécho et mesure donc le temps mis par l'impulsion pour effectuer la trajet émetteur-cible-récepteur. La portée d'un tel dispositif de télémétrie radar ou laser est limitée en particulier par la sensibilité du système de réception. Plusieurs sortes de bruits gênent la réception de l'écho, les bruits propres au récepteur et les bruits extérieursde même nature que les échos. Dans le cas d'un système de télémétrie laser, le récepteur est composé d'un ensemble optique pour capter l'écho et d'un transducteur opto-électrique, un photomultiplicateur par exemple. Les bruits propres au récepteur sont les bruits du photomultiplicateur. Ils sont d'origines diverses : émission thermo-ionique de la cathode, ionisation des gaz dans le tube, effets de champ, réactions lumineuses et fuites ohmiques. On connatt divers systèmes de refroidissement pour diminuer certains de ces bruits. On sait qu'on a également recours dans certains cas à l'emploi de deux photomultiplicateurs auxquels est associé un circuit à coincidence temporelle. Dans le cas d'un système de télémétrie radar, c'est le bruit dans le tube de l'étage d'entrée du récepteur qui est le plus important puisque c'est le plus amplifié. Il est coililu de refroidir 1'étage d'entrée du récepteur. Les bruits extérieurs auxquels un récepteur laser est sensible sont dus à toutes les sources de lumière que voit le récepteur et qui ne sont pas l'écho laser. C'est par exemple l'éclairement continu ou intermittent de la cible ou de l'espace voisin de la cible; c'est encore une certaine luminosité de l'atmosphère entre la cible et le récepteur, due soit à des circonstances naturelles, soit à une diffraction de la lumière émise par le laser. Les bruits extérieurs auxquels un récepteur radar est sensible sont les bruits d'origine humaine ou d'origine atmosphérique reçus par l'antenne et le bruit dû à la résistance de radiation de l'antennes Les bruits extérieurs sont traduits par le récepteur en impulsions de bruit. Ces impulsions de bruit ont une distribution d'amplitude et une distribution temporelle dont les caractéristiques sont variables avec l'intensité des bruits extérieurs. Plus les bruits extérieurs sont faibles, plus les impulsions de bruit sont espacées les unes des autres et mieux on peut les séparer. Dans le cas de la réception d'un écho de niveau faible, il arrive qu'on ne puisse pas distinguer l'écho d'une impulsion de bruit. On connatt plusieurs procédés qui améliorent la détection de l'écho en présence de bruits extérieurs, tout en diminuant l'influence des bruits propres au récepteur. C'est pas exemple le cas déjà cité du dispositif à deux photomultiplicateurs et circuits à coinci- dence. C'est également le cas du système dit à délai et fenêtre" qui rend inopérant le récepteur radar ou laser sauf pendant une durée encadrant l'instant escompté d'apparition de l'écho. De même, on connaît le dispositif de discrimination en durée qui est employé lorsque l'écho a une durée différente de celle des impulsions de bruit.On connaît aussi le procédé dit "à double impulsion" qui consiste à faire transmettre par l'émetteur deux impulsions lumineuses séparées par une certaine durée connue afin de reconnattre plus facilement le signal à la réception. L'objet de l'invention est de diminuer l'influence des bruits extérieurs et du bruit propre d'un récepteur radar ou laser, tout en augmentant la précision de la télémétrie. Conformément à l'invention, au lieu d'un seul chronomètre, on utilise plusieurs systèmes de chronométrie dans le but de mesurer non plus une seule durée entre l'instant d'émission d'une impulsion radar ou laser et la première impulsion d'écho qui se présente à la sortie du détecteur, mais plusieurs durées entre le même instant d'émission d'une impulsion radar ou laser et les instants d'apparition de plusieurs impulsions dans la durée de réception, en entendant par durée de réception soit la durée qui s'écoule entre l'instant d'émission et l'instant au-delà duquel on est en droit de ne plus attendre d'écho, soit la largeur de la fenêtre quand on utilise le système à délai et fenêtre. Parmi ces impulsions se trouve l'écho et des impulsions de bruit. Si, dans un but de simplification, on suppose qu'il y a deux chronomètres, l'un des deux sera arrêté par l'écho et l'autre par une impulsion de bruit. Chtnmi des chronomètres fournit une suite de mesures de durée qui sont mises en mémoire dans une première mémoire associée au premier chronomètre et dans une seconde mémoire associée au second chronomètre. Soit y1,(i-1) , y1,i deux durées successives mesurées par le premier chronomètre et correspondant à deux impulsions d'émission successives; et y2,(i-1) , y2,i deux durées successives mesurées par le deuxième chronomètre et correspondant aux deux mêmes impulsions d'émission successives. Un calculateur forme les différences d11 = y1,i - 1,(i1) d12 = Y1,i - y2 (i-i) d22 = Y2,i - y2,(i-1) d21 = Y2 i - Y1 (i 1 ) quand i varie, et conserve celle de ces différences qui restent voisines d'une valeur prédéterminée ou évolue linéairement en fonction du temps. L'invention va maintenant être décrite en détail en relation avec un système de télémétrie laser mais il doit être bien entendu qu'elle s'applique en même temps à un système de télémétrie radar correspondant, le seul changement nécessaire étant de remplacer l'émetteur laser et le récepteur laser des figures respectivement par un émetteur radar et un récepteur radar. Dans les dessins - la Fig. 1 représente un dispositif de chronométrie laser à deux chronomètres conforme à l'invention - la Fig. 2 est un diagramme de signaux servant à l'explication de la Fig. 1 - la Fig. 3 représente un dispositif de chronométrie laser à quatre chronomètres ; et - la Fig. 4 représente des courbes donnant la probabilité de ne pas mesurer effectivement l'écho laser. En se référant à la Fig. 1, 1 désigne un émetteur laser et 2 la source d'impulsions servant à moduler cet émetteur. Cette source 2 est commandée par une base de temps 3. Les impulsions produites par la source 2 sont appliquées en parallèle par la ligne 8 aux bornes de départ 111 et 112 de deux chronomètres 11 et 12. Le récepteur laser est désigné par 4 et les impulsions d'écho et de bruit qu'il fournit sont appliquées à travers une porte ET 5 à un circuit d'aiguillage 6. A la seconde entrée de la porte 5 sont appliquées des impulsions récurrentes produites par la base de temps 3 et dont la durée est réglable et égale à la durée de réception L et dont le déphasage ou retard par rapport aux impulsions d'émission est réglable.Le réglage de la durée L et du retard est obtenu grâce au circuit de réglage de retard et de durée 7 Le circuit d'aiguillage 6 se compose d'une bascule 61 montée en diviseur binaire et de deux bascules 62 et 63 montées en basculeurs bistables. Aux deux sorties de la bascule 61 et à l'une des sorties de chacune des bascules 62 et 63 -sont placés des circuits différentiateurs, respectivement 64, 65, j6, 67. Les sorties des circuits différentiateurs 64 et 65 sont respectivement reliées aux entrées des bascules 62 et 63 et les sorties des circuits différentiateurs 66 et 67 sont reliées aux bornes d'arrêt 112 et 122 des chronomètres 11 et 12. Les impulsions apparaissant sur la voie de réception 9 passent à travers la porte ET 5 pendant la durée de réception L. La première impulsion de réception met la sortie Q du diviseur binaire 61 dans l'état un et la sortie complémentaire Q dans l'étatzeeo'.La seconde impulsion de réception remet la sortie Q dans l'état zéro et la sortie complémentaire Q dans 11 état un. Les impulsions de rang impair agiront par la suite sur le diviseur 61 comme la première impulsion et les impulsions de rang pair comme la deuxième. Les circuits différentiateurs 64 et 65 marquent respectivement les passages de Q et Q dans l'état un (voir Fig. 3, lignes 64 et 65), si bien que les impulsions im- paires déclenchent la bascule 62 et les impulsions paires la bascule 63. Les bascules 62 et 63 sont remises au repos par l'impulsion d'émission suivante. Au cours du cycle i le premier chronomètre il mesure la durée Y1 i entre l'impulsion d'émission et le début du basculement de 62 et le second chronomètre 12 mesure la durée y2 i entre l'impulsion d'émission et le début du basculement de 63. Aux chronomètres 11 et 12 sont associées des mémoires 21 et 22 dans lesquelles les valeurs des intervalles de temps mesurés sont introduites séquentiellement au départ de chaque impulsion d'émission nouvelle et à ces mémoires 21 et 22 sont associés des registres 211-212, 221-222 dans lesquels peuvent Btre trans férés sous la commande de la base de temps 3, les valeurs des deux durées successives mises en mémoire. Soient y1,(i - 1), y1,i les durées successives mesurées par le chronomètre 11 et transférées dans les registres 211 et 212 et y2,(i a Y2,i les durées successives mesurées par le chronomètre 12 et transférées dans les registres 221 et 222. Le circuit de soustraction 2311 effectue la soustraction d11 et le résultat de cette soustraction est comparé dans le comparateur 2411 avec une valeur k, fixe ou évoluant en fonction du temps. Cette valeur k est inscrite dans un registre 25 qui est le registre de sortie d'un accumulateur-diviseur 26 dont il va dtre question plus loin. Si le résultat de la compariason est positif, c1 est-à-dire si d11 =k le terme soustractif de la différence d11, c'est-à-dire y1,(i 1) est considéré comme bon et il est admis dans le registre de mesure 27 à travers la porte ET 281 qui est ouverte par un signal sortant du comparateur 2411 et traversant la porte OU 291 . Si le résultat de la comparaison est négatif, les portes 271-276 sont ouvertes et les circuits de soustraction 2312, 23 2321, 2322 donnent comme résultats les différences d12, d21, d22 Ces résultats sont comparés à k dans les comparateurs 2412, 2421, 2422, Si le résultat de la comparaison dans un comparateur donné est positif, le terme soustractif dans la différence correspondante est bon.Si par exemple d12 = y1,i - y2,(i - 1) = k ou d22 = Y2,i - y2,(i - 1) = k Y2,(1 ) i) est bon. Dans le premier cas, la porte ET 281 est ouverte à travers la porte OU 291 par le signal sortant du comparateur 2412 et Y2, (i - 1) est admis dans le registre de mesure 27. Dans le second cas, la porte ET 282 est ouverte à travers la porte OU 292 par le signal sortant du comparateur 2422 et Y2, (i 1) est admis dans le registre de mesure 27. Les sorties des comparateurs 2412, 2421, 2422 marquant la non-identité sont reliées à l'entrée d'une porte ET 30 dont la sortie est connectée à un compteur d'impulsions de bruit. Ce compteur compte les mesures correspondant toutes à des impulsions de bruit. Le contenu du registre de mesure 27 est appliqué à un accumulateur-diviseur 26 qui effectue la moyenne des différentes mesures. C'est cette moyenne qui est envoyée aux comparateurs. Les comparateurs peuvent dtre réglés pour déceler non pas l'égalité des deux termes de la différence mais une égalité à une tolérance près. Il est bien connu que dans ce cas, le comparateur ne compare pas un ou plusieurs chiffres binaires de bas poids. En se référant à la Fig. 3, le circuit d'aiguillage 6' comprend un compteur 600 comptant jusqu'à quatre et des circuits différentiateurs 601, 602, 603 604 connectés aux quatre sorties du compteur. Les impulsions venant de la source d'impulsions 2 sont appliquées aux bornes de départ 111, 121, 131, 141 des quatre chronomètres 11, 12, 13, 14 et à la borne de remise à zéro du compteur 600 et les sorties des circuits différentiateurs 601-604 sont reliées aux bornes d'art 112, 122, 132, 142 des chrono mètres Les chronomètres 11-12 de la Fig. 1 et 11-14 de la Fig. 3 peuvent être des compteurs d'impulsions brèves recurrentes à très haute fréquence comprenant une porte d'entrée dont l'ouverture est sous la comaaude d'une impulsion dont le front avant cofreide avec l'impulsion laser d'émission commune à tous les compteurs et le front arrière avec le front avant de 1. impulsion d'arrêt propre au compteur. Soit P la probabilité pour qu'un dispositif à p chronomètres p mesure effectivement l'instant d'arrivée de l'écho laser pendant la durée de réception. On admet que la probabilité A(n) pour que n impulsions se produtsent pendant la durée L obéit à la loi de Poisson où est le nombre moyen d'impulsions de bruit pendant la durée L. Dans le cas de deux chronomètres et lorsqu'il y azéro ou une impulsion de bruit dans la durée de réception L, c'est-à-dire pour A(O) et A(1), l'une des mesures correspond à l'écho et la probabilité de mesurer un écho est égale à A(O), ou A(1) respectivement.Par contre lorsqu'il y a plus d'une impulsion de bruit, il y a deux chances sur (n + 1) d'arrêter le système de chronométrie et la probabilité de mesurer un écho est r 2 A(2) + 2 A(3) + n + 1 + n+1 La probabilité P2 est donc égale à ce qui donne La probabilité inverse de P2 est la probabilité correspondant au cas où les mesures effectuées au cours de la durée de réception correspondent toutes à des impulsions de bruit.La Fig.4 montre des courbes51 52, 53, 54, 55 représentant en fonction de nL, (1 - P1), (1 - P2), (1 - Les (i - P4), (1 - P5).Les courbes obtenues sont croissantes; en effet pour un système à p chronomètres, plus le taux de bruit L augmente, moins on a de chances de rencontrer l'écho laser parmi les p mesures, donc plus on a de chances de faire uniquement des mesures de bruit, c'est-à-dire des mesures fausses. A la probabilité d'erreur de 10-2, valeur couramment adoptée, correspondent les taux de bruits suivants : N1L = 0,02, N2L = 0,27, N3L = 0,8 et N4L = 1,3 respectivement pour les dispositifs à une, deux, trois et quatre chronomètres. L'indice dont est affecté N correspond donc au degré @ de la chronométrie. Les valeùrs des taux de bruit RpL traduisent la limitation supérieure d'utilisation de chaque dispositif pour la probabilité d'erreur choisie. Il n'existe pas de limitation inférieure théorique. Même si l'emploi de plusieurs chronomètres paraissait surabondant, parce que les taux de bruit seraient faibles, la Fig. 3 montre que la qualité de la détection est toujours améliorée. Le tableau suivant transcrit les taux de bruit NpL en nombre d'impulsions de bruit par seconde Sp pour deux durées de réception L et pour l'exemple cité ci-dessus p(probabilité d'erreur 10-2): Durée de réception L : Np par seconde pour une probabilité d'erreur de 10-2 degré p iu dispositif: 1 2 3 : 4 L = 100 s 200 2700 8000 13000 L = 10 s 2000 2700 80000 130000 RVEND IC ÂT IONS 1 - Système de télémétrie radar ou-laser à chronométrie multi ple comprenant un émetteur et un récepteur d'impulsionsscaractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'aiguillage distribuant une à une les impulsions de bruit et d'écho produites par le récepteur sur une pluralité de voies différentes, une pluralité de chronomètres reliés au dites voies, des moyens de commander le départ de tous les chronomètres par les impulsions d'émission fournies par l'émet- teur et l'arrêt de chaque chronomètre respectivement par les impul sions de bruit et d'écho distribuées sur lesdites voies, et des moyens de comparer les mesures actuelles de chaque chronomètre relatives à une impulsion d'émission actuelle aux mesures précéden- tes de tous les chronomètres relatives à l'impulsion d'émission précédente et de mettre en mémoire celle des mesures actuelles différant d'une des mesures précédentes d'une quantitépdédéterza. 2 - Système de télémétrie à chronométrie multiple conforme à la revendication 1 dans lequel le récepteur comporte des moyens ne l'activant que pendant une funetre de durée réglable et de retard réglable par rapport aux instants d'occurrence des impulsions d'émission. 3 - Système de télémétrie à chronométrie multiple conforme à la revendication 1 dans lequel le circuit d'aiguillage est formé d'un compteur d'impulsions recevant du récepteur d'impulsions les impulsions de bruit et d'écho et de circuits différentiateurs connec tés aux sorties du compteur et dont les sorties sont connectées aux bornes d'arrêt des chronomètres. 4 - Système de télémétrie à chronométrie multiple conforme à la revendication 1 dans lequel il y a p chronomètres, et lee moyens je comparer les mesures actuelles de chaque chronomètre aux mesures sécédentes de tous les chronomètres comprennent p2 comparateurs -recevant chacun la quantité prédéterminée et les p2 différences entre une mesure actuelle d'un chronomètre et les mesures précéden tes de tous les chronomètres, la mesure mise en mémoire étant la mesure précédente qui apparat dans la différence appliquée au comparateur qui a détecté une comparaison positive.