Brevet FR2179564A1 — publié le 19731123

La présente invention a pour objet un procédé et un appareil d'enregistrement de signaux et plus particulièrement d'enregistrement de signaux pulsatoires renvo=rés, à partir d'une source d'émission, par une partie de l'atmosphère dans laquelle on veut étudier des phénomènes atmosphériques tels que turbulences, formations nuageuses, fumées, produits polluants, etc. De tels signaux, lorsqu'ils ont pour source un laser, sont communément appelés signaux de rétrodiffusion lidar, le lidar étant constitué par la combinaison d'un laser à impulsions-et d1un détecteur des signaux de rétrodiffusion. La brièveté des impulsions du laser et la finesse de son faisceau démission donnent une résolution temporelle et spatiale permettant d'analyser finement, gracie aux impulsions de rétrodiffusion, une région de l'espace située dans le champ du lidar. La lumière renvoyée en direction du lidar par les éléments diffusants situés dans le champ du faisceau d'émission constitue le signal de rétrodiffusion dont les variations d'amplitude en fonction du temps sont significatives du phénomène observé.La comparai son des signaux de rétrodiffusion correspondant à une série de signaux pulsatoires d'émission permet de caractériser le pbéno- mène observé et son évolution. De nombreux procédés ont été utilisés dans le passé pour effectuer cet enregistrement. On peut, par exemple, effectuer un enregistrement magnétique analogique, mais la bande passante est faible, de l'ordre de quelques Mégahertz et on perd les détails des signaux. On peut également effectuer une conversion analogique avec mise en mémoire. Le nombre de points de conversion est au maximum de 1 toutes les 200 nanosecondes, et cette cadence est également insuffisante pour enregistrer tous les détails des signaux. Dans ces procédés, la synthèse des résultats peut s'effectuer à l'aide d'un calculateur couplé à ltenregistreur. On a également utilisé un enregistrement photographique des signaux représentés sur un oscillographe. Dans ce procédé, le signal est fidèlement reproduit, mais, jusqu'à présent, un seul signal était enregistré par photographie en sorte que l'exploita- tion de ce procédé nécessitait la comparaison de nombreux clichés et un dépouillement photographie par photographie pour effectuer une synthèse globale du phénomène étudie. La présente invention a pour objet un enregistrement photographique modifié ne présentant pas les inconvénients signalés ci-dessus. Selon l'invention, une série de signaux de rétrodiffusion espacés dans le temps sont représentés sucessivement sur l'écran d'un oscillographe cathodique et photographiés sur un support unique, gracie à l'utilisation d'un paramètre fonction du temps tel que la récurrence des impulsions du laser, la variation de l'angle de site ou d'azimut du laser etc. Ce paramètre permet de commander un décalage vertical de la trace proportionnel audit paramètre. La présente invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre et aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 représente un appareil d'enregistrement à direction fixe selon l'invention; - la Fig. 2 représente un appareil d'enregistrement à site variable selon l'invention; - la Fig. 3 représente un exemple d'une photographie d'un enregistrement obtenu avec l'appareil de la Fig. 1. - la Fig. 4 représente un autre exemple d'une photographie d'enregistrement; Sur toutes ces.figures, les mêmes éléments portent les mêmes numéros de référence. Sur la Fig. 1, un laser 1 à impulsions récurrentes émet un faisceau de lumière cohérente 2 qui est partiellement renvoyé par une formation atmosphérique 3 à étudier sous forme du faisceau 4 reçu par un détecteur 5 de type connu qui transforme le signal lumineux reçu en un signal électrique d'intensité proportionnelle à l'intensité lumineuse du signal reçu. Le faisceau incident 2 est également envoyé directement par la lame semi-transparento L sur un détecteur 6 du meme type que le détecteur 5. La laser 1 effectue une émission pulsatoire, par exemple de l'ordre de 30 nanosecondes toutes les secondes, à l'aide du commutateur 27.L'appareil comprend encore un premier générateur 7 qui émet un signal de commande de longue durée, par exemple. de 50 secondes, lors du début du travail, si l'on veut examiner 50 traces successives à la fois. Ce générateur peut titre commandé par la première fermeture du commutateur 27. Un deuxième générateur 8 émet.un signal en dents de' scie de la même durée. Ces deux-générateurs peuvent etre de tous types connus et peuvent fairevpartie d'un ensemble unique. La sor tie,du détecteur 6 est reliée à une chaine de-circuits 9, 1'0f 11 aboutissant à la borne 12 de commande du balayage horizontal d'un oscillographe 13 de type classique muni d'un écran de mesure 14. Le circuit 9 est un circuit de retard réglable, dont le temps de retard est mesuré par le chronomètre 20, le circuit 10 est un circuit diviseur réglable permettant de déclencher le balayage horizontal pour chaque impulsion lumineuse reçue par le détecteur 6 ou chaque n impulsion et le circuit 11 est une porte ET dont une entrée est reliée à la sortie du générateur 7. il est prévu en outre, selon l'invention, un amplificateur additionneur de signaux 15 connecté à la sortie u détecteur 5 et du générateur 8. La sortie de cet amplificateur est reliée à la borne 17 de commande du balayage vertical de l'oscillographe 13.La sortie du détecteur 5 peut enfin être connectée, par l'intermédiaire d'un amplificateur à gain réglable 16, à la borne 18 de commande de la grille de Wehnelt de l'oscillographe 13. Un appareil photographique 19 est placé de façon à pouvoir photographier les traces apparaissant sur l'écran 14. Le fonctionnant de l'appareil est le suivant. L'émission du laser commande le balayage horizontal de l'oscillographe 13 et le signal de sortie du détecteur 3 commande la déviation verticale en sorte qu'une trace telle que 21a apparat sur l'écran 14, suivant le principe bien connu du lidar. Cette trace n'est pratiquement pas influencée par le générateur 8, parce que la variation du signal émis par ce générateur pendant la durée de balayage est infime. Lors de l'émission suivante du laser, une seconde après, le signal de sortie en dents de scie du générateur 8 a varié d'une valeur appréciable et le signal de sortie de l'amplificateur 15 augmente de cette valeur en sorte que la trace suivante 21b sera décalée par rapport à la précédente dans le sens des ordonnées, de sorte que les traces 21a, 21b,... 21i apparattront successivement. Lwap- pareil photographique 19 a un obturateur qui reste ouvert pendant tout le travail. il faut naturellement que l'oscillographe 13 et l'appareil photographique 19 soient reliés par une chambre noire. Cet appareil photographie-- donc sur un support unique toutes les traces en question Naturellement, la rapidité du support doit dtre suffisante pour enregistrer chaque trace, compte tenu de la brillance des traces et de la remanence de l'écran 14. On remarque que si l'on veut seulement visualiser l'ensemble des traces sur l'écran oscillographique, on peut supprimer l'appareil photographique 19 et employer un oscillographe à mémoire dont la bande passante sera choisie en fonction de la définition recherchée. Le générateur 7 a pour but d'effectuer automatiquement un 'travail d'une durée déterminée permettant de faire apparattre un nombre de traces également ddterminé, Si les émissions du laser se succèdent toutes les secondes, ltimpulsion émise par le géIlérateur 7 peut avoir une durée de 50 secondes permettant dtenregistrer 50 traces.La durée de la rampe montante du signal en dents de scie du générateur 8 sera également de 50 secondes et sa pente calculée de façon à avoir un décalage vertical des traces de 1 à 2 mm par exemple. Le circuit de retard 9 a un temps de retard d t sensiblement égal au temps d'aller et retour d'un signal lumineux du laser 1 à la formation 3. si cette formation est à 1500 mètres par exemple, cette durée bt sera égale à 10 (us. Ce circuit permet de faire démarrer le balayage horizontal très peu avant le moment où le détecteur 5 est excité et, par suite, permet de rendre mieux visibles les variations verticales du dessin des traces. Selon l'invention, il est prévu que le détecteur 5 est connecté à un amplificateur réglable 16 lui-meme connecté à la borne 18 de commande de 1'électrode de Wehnelt, en sorte que l'intensité de la trace oscillographique est modulée en fonction de l'amplitude du signal, ce qui donne à la photographie un effet de relief qui peut faciliter son interprétation. En outre, l'obturateur de l'appareil photographique 19 peut être commandé automatiquement par le générateur 7 grâce à la connexion 22, de façon que l'obturateur s'ouvre au début de l'impulsion de démarrage du travail et se ferme automatiquement à sa fin. Selon une variante de l'invention, il est prévu de relier la sortie du détecteur 5 uniquement à l'amplificateur 16, en sorte que la trace oscillographique est horizontale et sa brillance est modulée en fonction de l'amplitude du signal, ce qui donne à la photographie un antre effet de relief. La Fig. 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le paramètre permettant de décaler les traces verticale ment est ici la variation de site du laser. Le laser 1 balaye lentement une certaine portion de l'espace dans un plan vertical et il est couplé au curseur 24 d'un potentiomètre 23 qui engendre une tension électrique proportionnelle au site du faisceau laser. Cette tension, après amplification par un amplificateur réglable 25, est appliquée à une entrée d'un amplificateur additionneur de signaux 26 dont l'autre entrée est connectée à la sortie du détecteur 5 et la sortie du circuit 26 est connectée à la borne 17 de commande du balayage vertical Comme précédemment, le laser peut émettre une impulsion toutes les secondes, en sorte que les traces 21a, 21b, etc. qui apparaissent sur l'écran de l'oscillographe 13, sont décalées dans le sens vertical du fait que la tension fournie par le potentiomètre a varié entre deux émissions consécutives du laser. La channe de circuits 6, 9 et 10, connectée à la borne 12 de commande du balayage horizontal, est identique à la channe correspondante du mode de réalisation de la Fig. 1. La Fig. 3 représente un exemple d'une photographie obtenue avec l'appareil de la Fig. 1, le laser étant dirigé vers un point fixe de l'atmosphère. La trace oscillographique est à la fois déviée verticalement et sa brillance est modulée en fonction de l'amplitude du signal. On distingue sur cette photographie des marques de rétrodiffusion proche 30 puis deux passages nuageux un peu plus éloignés 31 et 32. La Fig. 4 représente un autre exemple de photographie obtenue dans les mimes conditions que celles de la Fig. 3, la brillance de la trace oscillographique étant seulement modulée en fonction de l'amplitude du signal. RRvENDICATI0NS 1 - Appareil de visualisation des signadx de rétrodiffusion comportant un laser à impulsions de lumière incidente périodique, un premier détecteur électro-optique recevant le faisceau incident émis par le laser, un deuxième détecteur électro-optique recevant le faisceau réfléchi par l'atmosphère, un oscillographe cathodique, une chaine de circuits connectée entre le premier détecteur et la borne de commande de balayage horizontal de l'oscillographe, caractérisé en ce que la borne de commande de la déviation verticale de l'oscillographe est connectée à la sortie d'un amplificateur additionneur de signaux à deux entrées dont l'une d'elles est con nectée au deuxième détecteur st la deuxième à un générateur de signal variable en fonction du temps commandé par un paramètre d'espace ou de temps de façon à faire apparaître successivement sur l'écran de l'oscillographe une série de traces décalées verticalmement. 2 - Appareil d'enregistrement photographique de signaux de rétrodiffusion comportant un laser à impulsions de lumière incidente périodiques, un premier détecteur électro-optique recevant le faisceau incident émis par le laser, un deuxième détecteur electro-optique recevant le faisceau réfléchi par l'atmosphère, un oscillographe cathodique, un appareil photographique placé de façon à pouvoir photographier l'écran de 1'oscillographe, une chaîne de circuits connectée entre le premier détecteur et la borne de commande de balayage horizontal de l'oscillographe, ca caractérisé en ce que la borne de commande de la déviation verticale de ltoscillographe est connectée à la sortie d'un amplificateur additionneur de signaux à deux entrées dont ltune d'elles est connectée au deuxième détecteur et la deuxième à un générateur de signal variable en fonction du temps commandé par un paramètre d'espace ou de temps de façon à faire apparaître successivement sur l'écran de l'oscillographe une série de traces décalées verticalement. 3 - Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit générateur de signal variable engendre une tension en dents de scie. 4 - Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit générateur de signal variable est un potentiomètre dont le curseur mobile est couplé au laser de façon à engendrer un signal variable fonction de la variation de site ou dtazimut de ce laser. 5 - Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la sortie du deuxième détecteur est connectée à la borne de commande de l'électrode de Wehnelt de l'oscillographe de façon à faire varier l'intensité de la trace représentée en fonction de l'intensité du faisceau réfléchie. 6 - Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que 11 obturateur de l'appareil photographique reste constamment ouvert pendant l'inscription des traces successives à étudier, celles-ci étant donc enregistrées sur un unique support photographique. 7 - Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qutil est prévu en outre un générateur de commande du début et de la fin du balayage horizontal. 8 - Appareil selon les revendications 1 ou 2 et 6, caractérisé en ce qu'un circuit ET est interposé entre la borne de commande du balayage horizontal, une première entrée dudit circuit ET étant reliée à ladite channe de circuits, la seconde entrée étant connectée à la sortie dudit générateur de commande qui émet une impulsion de durée égale à celle de l'exploration envisagée. 9 - Procédé d'enregistrement de signaux de rétrodiffusion lidar à impulsions récurrentes dans lequel une série de signaux de rétrodiffusion espacés dans le temps sont représentés successivement par une trace sur ltécran d'un oscilloscope cathodique caractérisé en ce que l'on commande par un paramètre fonction du temps tel que la récurrence des impulsions, la variation de l'angle de site ou d'azimut du laser etc.. un décalage vertical de la trace proportionnel audit paramètre. 10 - Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que la brillance des traces sur l'écran de l'oscilloscope est modulée en fonction de l'amplitude desdits signaux rétrodiffusés.