Brevet FR2248520A1 — publié le 19750516

La présente invention concerne un procédé d'évaluation de mesures atmosphériques diffuses, ayant pour but de déterminer les coefficients d'extinction ou portées optiques, dans lequel une impulsion lumineuse irradiée par un émetteur est rétro-diffusée par les particules d'aérosols de l'atmosphère et frappe un récepteur transmettant cette énergie, transformée en signal électrique, à un amplificateur LOG. Le brevet américain 3 446 556 décrit un système de radar a' laser (dit "lidar") météorologique dans lequel l'énergie émise par un laser, et rétro-diffusée par des particules d'aérosols-, apparait, comme fonction de l'éloignement, dans une courbe de mesure. Le coefficient d'extinction, su la portée optique, sur l'étendue de la ligne de mesure, est calculé d'après la pente de cette courbe. Pour obtenir des valeurs aussi exactes que possible, une évaluation pareillement exacte des données numériques serait nécessaire du fait que, dans ce-procédé connu, toutes les valeurs relatives à la portée optique entre zéro et l'infini sont fournies par les valeurs de la pente de la courbe de mesure précitée, et ce, dans un éventail de 900. Plais la précision décisive du procédé d'évaluation décrit ci-dessus est insuffisante du fait que le signal reçu est mis en évidence aussit8t après avoir franchi, sous forme analogique, des amplificateurs de calculs. La marche du signal, fonctionnellement imprécise, causée par la portée dynamique étendue et la grande largeur de bande d'un système lidar, dans l'amplificateur de calculs, en particulier dans un amplificateur LOG, fausse le résultat des mesures. Une compensation suffisante, théoriquement possible, sous forme d'une correction de signal survenant après établissement de la courbe de la pente, est incomparablement compliquée. D'autre part, l'oscillographe utilisé possède un pouvoir de résolution très limité de sorte que, meme en utilisant un procédé d'extension, la précision de la détermination de la pente ne s'améliore pas sensiblement. I1 en résulte des opérations manuelles prolongées. Les appareils de surveillance météorologique affligés de telles lacunes n'ont qu'une application très limitée : c'est ainsi qu'ils sont impropres, par exemple, à la mesure de la portée optique sur les aérodromes où il importe de communiquer rapidement les autorisations de décollage et d'atterris sage. Les inconvénients ci-dessus apparaissent également, en partie, dans le procédé de mesure, de même genre que celui défini au début mais très judicieux au point de vue photo-électrique, décrit dans le brevet allemand 1 623 422. En particulier, ce procédé ne comporte pas d'indication sur la possibilité de correction des paramètres de l'appareil ou sur l'élimination des erreurs d'origine atmosphérique. Le problème à résoudre par la présente invention doit donc être l'élimination des inconvénients ci-dessus, principalement en améliorant la précision des opérations d'évaluation dans un système connu en soi, du genre défini au début. Ce but est atteint, conformément à l'invention, par un disposltif dans lequel le signal de sortie de l'amplificateur LOG est transformé en valeurs numériques par un transformateuriialogique-numérique, et dans lequel des distances prédéterminées sont associées aux impulsions de commande dérivées d'un générateur a'impulsions, lequel sera en outre commandé par un circuit logique, depuis un circuit de retardement, de telle façon que les valeurs numériques seront transmises au transformateur analoguque-numérique et, par une mémoire, à une calculatrice, le résultat apparaissant sur l'appareil indicateur. Ces étapes du procédé permettent de transmettre à un point prédéterminé, avec une grande précision, la portée optique ou le coefficient d'extinction. Les calculs, en partie très complaqués, s'effectuent de façon entièrement automatique grâce à la calculatrice, et les données obtenues sont prêtes, en un temps très court, à être transmises à ntimporte gel point désiré. Un développement avantageux de l'invention prévoit que la calculatrice intégrera les erreurs provenant du précepteur et/ou de l'amplificateur LOG comme fonctlons de l'amplitude de signal courante, en corrigeant les valeurs de mesure inexactes et en poursulvant ses opérations avec les valeurs de mesure corrigées. Cette disposltlon permet de poursulvre les opérations sur la base de données de mesure extremement précises. Les erreurs d'origine atmosphérique, telles que les bruits de fond toujours présents en diverses lntensités, aboutlssent à la détermination de coefficients d'extinction ou de portées optiques s'écartant plus ou moins des valeurs réelles. Pour éviter de trop grandes erreurs d'évaluation, les erreurs d'origine atmosphérique doivent absolument être compensées. Pour cette raison, le signal reçu sera examiné, quant à ces erreurs, par un programme de calcul et corrigé en conséquence. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, il est possible, pour la détermination du coefficient d'extinction, d'intégrer dans la calculatrice le calcul de compensation développé par GAUSS et/ou le calcul de lieux de portées optiques différentes sur une même ligne de mesure. Â ce propos, il conviendra de pouvoir agir sur l'influence défectueuse sur la détermination du coefficient d'extinction, causée par l'atmosphère au moment de son observation, par évaluation du signal de bruit de fond et compensation correspondante du signal. L'avantage général obtenu est l'obtention, par des moyens simples, d'une allure linéaire de la courbe de mesure à partir d'une catégorie de données de mesure exempte de bruits de fond ou d'une pluralité d' informa- tions supplémentaires.Parmi ces dernières, on compte non seulement les portées optiques différentes des divers lieux le long d'une ligne de mesure, mais encore, par exemple, la longueur de ces lieux ou leur éloignement de l'émetteur considéré. La très grande précision de ce genre de traitement des signaux met le programme de la calculatrice en mesure de déterminer, par exemple, des inversions dans l'atmosphère selon leur éloignement et leur force. L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur le schéma-bloc annexé. Une impulsion lumineuse 2, irradiée par un émetteur 1, est rétro-diffusée, par des particules d'aérosols 3, sur un récepteur associé 4. Ce dernier transforme l'énergie 5 qui lui parvient en un signal électrique 6 et le transmet à un amplificateur LOG 7. L'utilisation de cet effet, comme on l'a déjà dit, fait partie de 11 état antérieur de la technique. Les signaux de sortie 8 de l'amplificateur LOG 7 sont transformés en valeurs numériques /IO par un transformateur analogique-numérique 9 branché à sa SUit6 et envoyés, par une mémoire 11, dans une calculatrice 17 afin d'y être traités.Pour cela, des impulsions de commande doivent parvenir au transformateur analogique-numérique à des intervalles de temps très réw duits et exactement définis, de façon qutil soit en mesure, a' chaque intervalle de temps, de transformer le niveau de tension instantané du signal reçu logarithmé (ne nécessitant que 10 mi crosecondes pour une pénétration de 1,5 km) en une valeur numé- rique extrêmement précise qui sera ensuite emmagasinée dans la mémoire Il afin d'être à la disposition de la calculatrice 16 pour la durée du programme de calculs en cours.En outre, la capacité de la mémoire 11 est établie de façon à pouvoir y emmagasiner plusieurs séries de mesures pour permettre un processus d'intégration en vue de la compensation des variations de signaux haute fréquence provoquées par le mouvement des particules d'aérosols et par le bruit de fond. Â chaque intervalle correspond une distance déterminée, symbolisée sur le dessin par un crochet, basée sur la vitesse de propagation de l'impulsion lumineuse 2 correspondant à la vitesse de la lumière. Les impulsions de commande chronologiquement très précises sont produites comme suit : au moment de l'irradiation de l'impulsion lumineuse 2, une impulsion de déclenchement 12 est produite par une photo-diode, non représentée, placée sur le parcours d'une partie des rayons de l'émetteur 1, et envoyée dans un circuit de retardement 13 relié à l'émetteur. Le temps de réponse, fondamentalement très bref, d'une photodiode satisfait la condition d'exactitude chronologique. Le circuit de retardement 17 a pour fonction de retarder l'impulsion de déclenchement de façon à compenser le plus exactement possible les retards de durée de signaux du récepteur 4 et de l'amplificateur IOG 7 et à ne laisser s'effectuer la transformation numérique qu'au moment proportionnel à la distance. Il s'agit ici du moment où le signal reçu atteint son amplitude maximale; une évaluation de la portlon de signal précédente serait essentiellement faussée par les paramètres optiques. Pour pouvoir utiliser les temps de croissance rapide de l'impulsion de déclenchement comme fréquence de temps non faussée, on utilise, par exemple, comme circuit de retard 13, un câble coaxial haute fréquence. L'impulsion de déclenchement retardée 14 est envoyée à un circuit-logique 15 communiquant les ordres de marche et d'arrêt 21 à un générateur d'impulsions 18, de fonctionnement extrêmement précis, tel qu'un générateur d'impulsions d'horloge. La calculatrice 16 effectue automatiquement tous les calculs nécessaires à la détermination de la portée optique ou des coefficients d'extinction et laisse apparaître le résultat 19 sur un appareil indicateur. 20. REVENI > ICTI0NS 1.- Procédé d'évaluation de mesures atmosphériques diffuses visant à déterminer les coefficients d'extinction ou portées optiques et dans lequel une impulsion lumineuse irradiée par un émetteur est rétro-diffusée par les particules d'aérosols de l'atmosphère et parvient à un récepteur transmettant cette énergie, transformée en signal électrique, à un amplificateur LOG, caractérisé en ce que le signal de sortie de l'amplificateur LOG est transformé en valeurs numériques par un transformateur analogique-numérique, que des distances prédéterminées sont associées aux impulsions de commande dérivées d'un générateur d'impulsions, et qu'en outre le générateur dtimpulsions est commandé par un circuit logique depuis un circuit de retard de telle façon que les valeurs numériques sont transmises au transformateur analogique-numérique et, par une mémoire, à une calculatrice, le résultat apparaissant sur un organe indicateur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la calculatrice intègre les erreurs provenant-du récepteur et/ou de l'amplificateur LOG comme fonctions de l'amplitude de signal courante en corrigeant les valeurs de mesure inexactes et en poursuivant ses opérations avec les valeurs de mesure corrigées. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la détermination du coefficient dtextinction se fait par intégration, dans la calculatrice, du calcul de compensation développé par GAUSS. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la détermination du coefficient d'extinction se fait par intégration, dans la calculatrice, du calcul de lieux de portées optiques différentes sur une même ligne de mesure. 5.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que I'influence défectueuse sur la détermination du coefficient d'extinction, causée par l'atmosphère au moment de son observa tlon, peut être influencée par évaluation du signal de bruit de fond et compensation correspondante du signal.