Brevet FR2128227A1 — publié le 19721020

La présente invention a pour objet un procédé de mesure à grande précision des décalages de marclie d'horloges situées en des stations éloignées, fixes ou mobiles, et un système correspondanto XI est connu de mesurer la différence de marche entre une J horloge étalon et des horloges secondaires en utilisant des moyens radioélectriques. L'horloge étalon peut êtr>_ transportée sur un avion comportant une première station émettrice-réceptrice, une deuxième station émet riee-réceptrice se trouvant à 1'.emplacement de l'horloge secondaire. L'échelle de temps de référence est transit) mise par la station radioélectrique de l'avion sous forme de signaux pulsatoires et elle est comparée à l'échelle de temps secondaire, le résultat de cette comparaison étant réémis vers l'avion0 Cette méthode permet d'obtenir une précision de 50 nanosecondes avec un matériel assez encombrant et onéreux. 15 La présente invention évite ces inconvénients et améliore beaucoup la précis ion du système. Les si ^naux radioélectriques sont remplacés par des signaux lumineux, la source émettrice étant un laser à impulsions capable d'émettre des impulsions de durées très courtes dont le front avant est défini avec une précision de 20 l'ordre de une nanoseconde. Le récepteur associé est un détecteur du type photomultiplicateur ou une photodiode. Enfin, l'émetteur actif de la station secondaire est remplacé par un émetteur passif constitué par un réflecteur de lumière. Cette réalisation diminue le matériel mis en oeuvre et permet d'équiper lesdites stations 25 avec un matériel compact et peu coûteux. invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés dans lesquels, : — la Fig. 1 représente un mode de réalisation d'un système de mesure selon l'invention ; et 30 - la Fig. 2 représente des diagrammes de temps permettant de mieux comprendre le fonctionnement du système de la Fig. 1. Sur la Fig. 1, les deux stations A et B dont on veut comparer la marche des horloges sont représentées par les rectangles 1 et 11, la station A étant, par exemple, la station principale ou station 35 de référence, et la station B étant la station secondaire. Dans l'exemple décrit, la station B est fixe et la station A est embarquée sur un avion. La station A comprend une horloge atomique de référence 2, par exemple une horloge au césium, une échelle de temps 3 qui, en fait, 40 est un générateur d'impulsions électriques synchronisé sur l'horloge 71 08710 2 2128227 engendrant par exemple des impulsions à une fréquence de dix à la seconde, un laser 4, une lame semi-transparente 5> un premier détecteur de lumière 6, un premier chronomètre 7> un deuxième chronomètre 8, un télescope 9 et un deuxième détecteur de lumière 10. 5 La station B comporte une horloge atomique secondaire 2',- une échelle de temps 3'> un télescope 9'» un détecteur 10' et un troisième chronomètre 12. Elle comporte en outre un réflecteur 13 des ondes lumineuses correspondant à la fréquence d'émission du laser. Le laser 4 peut être un laser à rubis fournissant des impul-10 sions lumineuses très courtes, dont le front avant est déterminé avec une précision de l'ordre de une nanoseconde. L'ensemble constitué par l'horloge 2 et l'échelle de temps 3 est bien connu dans la te clinique. Cette échelle de temps fonctionne sur le principe de la démultiplication de fréquence. Les détecteurs 15 des stations A et B sont de préférence des photomultiplicateurs rapides, sensibles au rayonnement du laser. Les chronomètres 7» Set 12 sont également des appareils bien connus qui permettent de mesurer un temps égal à la différence des instants d'application de signaux pulsatoires envoyés à leurs entrées. Un tel chronomètre 20 démarre à l'instant d'application du premier signal reçu et s'arrête à l'instant d'application du deuxième si.;nal reçu. Ces appareils ont couramnent une précision de l'ordre de 10-1 nanosecondes. Les télescopes sont des amplificateurs de lumière de types connus. Le fonctionnement du système est le suivant. Le laser est dé— 25 clenché à un moment quelconque à l'aide de l'interrupteur 14, soit manuellement par l'opérateur, soit automatiquerfient. Il est clair qu'aucun synchronisme n'est nécessaire entre l'émission laser et l'émission de l'échelle de temps 3° L'impulsion émise par le laser est transmise, d'une part au détecteur 6 de la station A, d'autre 30 part au détecteur 10' de la station B par l'intermédiaire du télescope 91 » avec évidemment un certain retard t dû à la projjagation du P signal lumineux du laser entre les stations A et B. Le signal lumineux reçu à la station B est renvoyé sur le détecteur 10 de la station A grâce au réflecteur 13 et par l'intermédiaire du télescope 9> 35 en introduisant un nouveau retard v • Le chronomètre 7 reçoit les ir signaux, provenant de l'échelle de temps 3 et du détecteur 6 et mesure le temps t^ égal à la différence des instants d'arrivée desdits signaux sur ce chronomètre. Le chronomètre 12 reçoit les signaux provenant de l'échelle de temps 3' et du détecteur 10* et mesure un 40 temps t^ égal à la différence des instants d'arrivée desdits signaux 71 08710 3 2128227 sur ce chronomètre. Enfin, le chronomètre 8 reçoit les signaux provenant des détecteurs 6 et 10 et mesure un temps égalàla différence des instants d'arrivée de ces signaux sur ce chronomètre. Ce temps est égal à 2C parce que le chronomètre 8 reçoit le signal laser P directement par la détecteur local 6 et, après un aller et retour de la lumière entre les stations A et B, par le détecteur 10. Les indications fournies par ces trois chronomètres permettent de calculer la différence de marche entre les deux horloges, c'est-à-dire le décalage de temps t entre les deux échelles de temps 3 et 3'» On se référera, dans ce but, à la Fig» 2. Sur cette figure, on a représenté différents signaux pulsatoires en fonction du temps, les signaux a^, a^,... émis par l'échelle de temps 3 de la station A,les signaux b^, b^j.o. émis par l'échelle de temps 2* de la station B et un signal C émis par le laser L. On a supposé, à titre d'exemple,que l'échelle de temps de la station B était en avance par rapport à celle de A du temps t à mesurer. Le chronomètre 12 reçoit le signal du laser retardé de t, représenté en q et directement le signal provenant P de l'échelle de temps de B, représente en b^, et l'on voit sur la figure que l'en a la relation t2 = t + ^ (1) Cette relation permet de calculer t, puisque les chronomètres 7, 8 et 12 fournissent respectivement les temps t.. , 2~ et t2, avec « p — une précision possible de l'ordre de 10_^ nanosecondes. Le précision globale de la mesure de t est de l'ordre de une nanoseconde. Pour effectuer une série de mesure, il faut évidemment remettre, à chaque fois, à zéro le chronomètre 7 de la station 1, et un dispositif doit être prévu pour bloquer le f onc tienne me lit du laser pendait cette remise à zéro, quant ce laser est excité automatiquement à intervalles réguliers. L'exploitation de ce système peut être effectué par des moyens radioélectriques, par exemple en transmettant les résultats t^ et «c à la station fixe B, qui possède alors toutes les données pour calculer t. Ceci permet évidemment une remise à l'heure- de l'horloge 2* de cette station,en sorte que le système décrit peut donc ainsi être utilisé pour synchroniser une série d'horloges secondaires sur une horloge principale. Inversement, la station B pourrait être montée sur un satellite et comporter un émetteur radioélectrique émettant la résultat t^« Une telle station pourrait synchroniser plusieurs stations fixes telles que A avec une grande précision, lesdites stations fixes comportant en outre un récepteur radioélectrique approprié» 71 08710 k 2128227 REVENDICATIONS 1 - ^rocédé de mesure de la différence de marche entre deux horloges situées en des stations éloignées fixes ou mobiles, dans lequel une source pulsatoire de lumière située dans la première station émet des signaux pulsatoires lumineux détectés localement, 5 puis transmis à la deuxième station et détectés dans cette station et enfin retransmis à la première station à l'aide d'un réflecteur et détectés à nouveau, et dans lequel des chronomètres, dans ces stations, déterminent la différence des instants d'émission des signaux ainsi détectés et de signaux pulsatoires dérivés des 10 horloges correspondantes ainsi que la différence des instants d'émission des signaux détectés dans la première station. 2 — Système de mesure de la différence de marche entre deux horloges situées en dos stations éloignées fixes ou mobiles, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part, à la première station, 15 la première horloge, un laser émettant des impulsions de lumière cohérente à un instant quelconque, un premier détecteur électro-optique de ces impulsions, un premier chronomètre qui mesure la différence des instants d'émission des signaux de sortie de ce détecteur et de signaux provenant d'un générateur d'impulsions 20 synchronisé sur la première horloge, un deuxième détecteur électro-optique qui détecte les impulsions lumineuses du laser après qu'elles se sont propagées suivant un trajet aller et retour entre la première et le deuxième station à l'aide d'un réflecteur placé dans cette deuxième station, un deuxième chronomètre qui mesure la 25 différence des instants d'émission des signaux de sortie du premier et du deuxième détecteurs, et d'autre part, à la deuxième station, la deuxième horloge, un détecteur électro-optique des impulsions lumineuses transmises par le laser et un troisième chronomètre qui mesure la différence des instants d'émission des signaux de sortie 30 de ce détecteur et des signaux provenant d'un générateur d'impulsions synchronisé sur la deuxième horloge.