Brevet FR2257095A1 — publié le 19750801

La présente invention concerne un système de détection d'obstacles destiné à faciliter la conduite de véhicules terrestres. I1 est connu que la détection électromagnétique facilite la conduite d'une voiture automobile, ou éventuellement oelle d'une locomotive, dans les cas suivants t brouillard, pluie violente, éclairage défectueux, changement d'allure inopiné. D'une façon générale, un détecteur dtobstacles destiné à faciliter la conduite d'un véhicule émet une onde hyperfréquence sous la forme d'un faisceau dont l'ouverture est faible, par exemple 0,1 radian. La figure 1, représentant le cas de véhicules automobiles sur une route, montre qu'il existe en plus de l'écho "utile', provenant d'un obstacle situé devant le véhicule, d'autres échos "parasites" provenant d'obstacles latéraux, difficiles à distinguer du précédent parce@ que leur niveau est sensiblement le même et leur créneau temporel aussi.De plus, les véhicules venant en sens inverse dirigent sur le détecteur donné une partie du rayonnement émis par leur détecteur d'obstacles provoquant l'apparition de signaux de niveau supérieur a' celui de l'écho utile. I1 est connu que l'on peut différencier l'écho utile d'un écho nuisible, ou du rayonnement direct d'un détecteur en munissant les obstacles d'un répondeur émettant 'me onde dont un param8tre est modifié par rapport à celui de l'onde incidente, par exemple, son créneau temporel selon un code ou encore la fréquence, etc ...Lorsque les répondeurs sont du type actif, ils exigent une alimentation en énergie électrique, ce qui constitue une servitude. Lorsqu'ils sont du type passif, la différentiation de l'onde réfléchie s'accompagne le plus souvent d'une perte non négligeable de puissance. Un autre inconvénient de ces systèmes, et plus géndrale- ment dea systèmes à répondeurs codés, est que leurs signaux ne sont exploitables que par des détecteurs ayant un récepteur capable de les identifier et de les décoder. Or il n'est pas évident, à priori, qu'il n'existera qu'un seul type de détecteurs d'obstacles, en revanche, ceus-ci doivent pouvoir utiliser un type de répondeur aussi simple que possible et d'emploi aussi général que possible.Pour abaisser le coût de l'appareillage glace à une simplification du système de détection, il parant préférable d'utiliser des réflec teurs qui renvoient l'anergie de l'onde incidente sous la forme d' une onde de même fréquence et de même enveloppe qu'elle. Le but de l'invention est l'obtention d'un système simple de détection d'obstacles utilisable sur véhicules terrestres, permettant d'identifier une onde électromagnétique hyperfréquence renvoyée par un réflecteur solidaire deun obstacle, raisonnablement peu sensible à l'effet des détecteurs des véhicules venant en sens inverse, et aux intempéries telles que le brouillard et la pluie. Le système de détection d'obstacles mm48 de réflecteurs, pour véhicule, utilisant une onde écho sur lesdits réflecteurs, selon l'invention, est caractérisé par les point s suivants t - ladite onde écho renvoyée par l'un desdits réflecteurs a une polarisation différente de celle de l'onde incidente t - le véhicule porte un ensemble émetteur-récepteur comportant une première antenne destinée à l'émission de ladite onde incidente polarisée et une seconde antenne distincte de la première destinée à la réception de ladite onde écho. Les avantages du système de détection selon l'invention sont les suivants s - il est généralement simple, et par conséquent économique, de réaliser des réflecteurs et des antennes de réception d'ondes polarisées ; - le changement de polarisation dû aux réflecteurs, permet non seulement de séparer le signal d'écho du bruit résultant des réfle- xions parasites, mais aussi des signaux provenant directement des émetteurs de véhicules circulant en sens inverse - un réflecteur particulier peut entre associé à plusieurs types d'antennes émettant et recevant des ondes de polarisations différen- tes 5 - le réflecteur est du type passif et purenent inécanique ;; - le système de détection d'obstacles, selon l'invention, s'ap- plique indifféremment à une onde de fréquence constante pulsée en amplitude, ou bien à une onde d'amplitude constante modulée en fré quence. D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention apparattront au cours de la description illustrée par les figures 2 à 7 données à titre illustratif et nullement limita- tif, dans lesquelles t = la figure 2 représente une forme préférée de réalisation de l'invention comportant un polariseur à lames parallèles associé à deux antennes dont les plans de polarisation sont croisés ; - la figure 3a@représente une vue en coupe d'une variante de réalisation du polariseur t - la figure 3b représente une vue de face du polariseur t - la figure 3c représente une dispos4tion de polariseur dans une voiture ;; - la figure 4 représente une première variante de réalisation de l'invention comportant un polariseur à lames parallèles et deux antennes à polarisation circulaire 3 - la figure 5 représente une deuxième variante de réalisation de l'invention comportant un réflecteur à dièdres à 900 parallèles et deux antennes à polarisation circulaire ; - la figure 6 représente une troisième variante de réalisation de l'invention oomportant un réflecteur captant une onde à polari sation linéaire par @ uns antenne et la restituant par une autre an- tenne avec une polarisation différente - la figure 7 représente une quatrième variante de réalisation de l'invention. Deae une forme préférée de l'intention, le réflecteur est constitué par un polariseur réfléchissant à bandes parallèles. Un tel dispositif, connu en soi, est décrit pages 17 à 21 du livre intitulé " Antenna Engineering Handbook " publié sous la direction de H. Jasik. Un tel polariseur est essentiellement constitué de lames métalliques, parallèles entre elles, de hauteur égale à un huitième de longueur d'onde, placées contre un plan métallique réfléchissant. Lorsque les lames du polariseur sont orientées à 450 du plan de po larisation d'une onde incidente, l'onde réfléchie est à polarisation circulaire. Inversement, une onde incidente à polarisation oirculaire se réfléchit sur le polariseur en donnant naissance à une onde polarisée linéairement dans un plan orienté à 45Q des lames du polariseur. La figure 2 représente schématiquement un système de dé tection d'obstacles comportant un émetteur-récepteur 20 placé sur un véhicule et un réflecteur 21 réalisé ainsi qu'il vient d'être décrit, fixé à un obstacle se trouvant dans le faisceau de l'émet- teur. L'émetteur-récepteur 20 comporte des moyens électroniques 22, engendrant une onde hyperfréquence, reliés à une antenne d'émission 23 et une antenne de réception 24 reliée à des moyens de trai- tement 25 du signal capté. Les antennes 23 et 24 ne sont aptes à recevoir et à emettre que des ondes polarisées linéairement. Elles peuvent entre cons- tituées, par exeriple, par des cornets à sections rectangulaires rac- cordables à des guides d'ondes, ou par des fentes rayonnantes ou touteautre antenne équivalente. Cependant elles sont disposées côte à côte, leurs directions d'émission et de réception parallèles, les grandes dimensions de leurs sections droites mutuellement perpendiculaires. Le réflecteur 21 est constitué d'une lame métallique dont les dinensions sont de l'ordre de celles d'une plaque minéralogique d'automobile et de fils métalliques tendus en avant de la plaque pa rallblenent à elle et entre eux. Ils sont maintenus en place par des supports isolants en matière plastique à une distance de la plaque telle que l'onde réfléchie par le métal soit en quadrature avec la composante réfléchie par les fils. L'ensemble est protégé par uné feuille diélectrique, transparente pour l'onde hyperfréquence incidente, qui supporte des caractères d'imprimerie ou des dessins réalisés avec de l'encre elle-même transparente à l'onde hyperfréquence.Ainsi réalisé, le réflecteur a une action très comparable à celle d'un polariseur à bandes parallèles tel que décrit dans l'ouvrage précité. Le réflecteur peut aussi entre réalisé sous la forme repré ventée sur la figure 3a au moyen d'un support diélectrique 31 de forme plane lorsqu'aucune contrainte ne lui est appliquée, de oonstante diélectrique @ , d'épaisseur e, transparent aux ondes hyperfréquence. Le plus souvent, un tel diélectrique n'est pas transparent à la lumière visible. L'une des faces de ce diélectrique porte une métallisation 32 sur la totalité de sa surface constituant un réflecteur. L'autre face porte des métallisations 33, de même nature que la précédente, inclinées à 450 par rapport aux côtés du rectangle ou du carré constituant le réflecteur.Ces métallisations sont constituées par des traits étroits distants entre eux, par exem- ple,d'une longueur égale à 0,67 # t # étant la longueur de l'onde hyperfréquence dans l'air. L'épaisseur de cea métallisations extrê- mement faible devant la longueur d'onde ne remplit pas la condition telle qu'elle est exprimée pages 17 à 21 du livre " Antenna Engi neering Handbook ". Au lieu d'être reliées à la couche 32, ces mé- tallisations sont reliées entre elles ainsi que il est représenté sur la figure 2b et laisses à un potentiel flottant par rapport au ré- flecteur 32.La seule condition respectée est que l'onde ayant traversé deux fois le diélectrique 31 pour se réfléchir sur la couche 32 se présente en quadrature avec l'onde se réfléchissant sur les métallisations 33. Dans la bande X un diélectrique du genre alkathène a une épaisseur voisine de un millimètre. Avec des diélectriques de permittivité voisine de 16, les épaisseurs nécessaires sont assez faibles pour que l'ensemble du réflecteur possède une faculté de dd- formation utilisable. Une mince couche 34 protège les métallisaüons 32 et 33. L'épaisseur de la oouche 34 est maintenue très faible autant par économie que pour conserver la légèreté du réflecteur. Dans le cas où, à la fois, la Couche 35 et la oouche 34 sont transparentes à la lumière visible, on peut limiter l'épaisseur de la métallisation 32 à une valeur suffisante pour qu'elle consti- tue un miroir semi-transparent. La figure 3c représente un réflecteur de ce type placé en 39 derrière la lunette arrière d'une automobile servant ainsi, à la fois, de réflecteur anti-collision et d'écran anti-éblouissement. Les voitures qui ont une lunette arrière verticale peuvent entre munies d'un réflecteur disposé sur le verre lui-même. Le réflecteur est constitué dans ce cas d'une couche semi-transparente telle que 32, déposée sur la face interne de la glace et de métallisations em- térieures, telles que 33, qui sont en outre susceptibles de servir au désembuage de la lunette. Le fonctionnement du système représenté sur la figure 2 est le suivant : l'antenne 23 émet, vers l'avant du véhicule, une onde polarisée linéairement dont le plan de polarisation est orienté par rapport à la verticale selon une direction prédéterminée, identique pour tous les émetteurs placés sur les véhicules. Le ré- flecteur 21 est orienté de telle sorte que son plan de polarisation soit incliné à 450 par rapport au plan de polarisation de l'onde émise par l'antenne 23.Après réflexion sur le réflecteur 21, l'onde qui se propage en direction de l'antenne réceptrice 24 est polari sée circalairement. L'antenne 24 capte l'une aeulement des deux com- posantes orthogonales de l'onde circulaire perdant ainsi la moitié de l'énergie contenue dans l'onde. Toutefois, cette orientation lui permet de ne capter qu'une fraction très faible de l'énergie émise par un faisceau provenant de l'émetteur d'un véhicule se déplaçant en sens inverse, en outre, les réflexions sur des surfaces métalli- ques de forme simple comme celles des carosseries de véhicules ne provoquent que des changements de polarisation très faibles ne donnant que des signaux encore plus faibles.Des mesures ont montré que la différence de niveau entre une onde se réfléchissant sur un polariseur construit ainsi qu'il a été décrit et une onde se réfléc- sant sur des plaques métalliques placées à la meme distance est aupérieure à 40 d3. La figure 4 représente schématiquement une première variante du système de détection d'obstacles selon l'invention comportant un émetteur-récepteur 20 et un réflecteur 21. L'émetteur-récep- teur 20 se compose des moyens électroniques 22 et 25 déjà rencontrés et des antennes 43 et 44. L'antenne 43 peut titre constituée par toute antenne émettant une onde polarisée circulairement. Â titre d'exemple, une hélice constituée d'un fil enroulé sur un cylindre en polythène expansé convient parfaitement dans la bande X. Le sens enroulement du fil détermine le sens de rotation de la polarisation circulaire pour l'observateur qui regarde dans la direction de propagation de l'onde. L'antenne 44 est aussi une hélice de même sens que 45. Le fonctionnement du système est le suivant s l'onde émise par l'antenne 43 est transformée en une onde polarisée linéaire par 21. ;'antenne 44 capte cette onde de polarisation linéaire avec une atténuation de 3 dB, en revanche, elle ne peut capter une onde provenant d'un émetteur placé sur un véhicule circulant en Bons inVer- se, car, pour la recevoir, une hélice image de la première dans un miroir est nécessaire. Par ailleurs, les échos de l'onde circulaire issue de l'antenne 43 dûs à des surfaces nétalliques sont également des ondes circulaires de sens de rotation inversé, elles ne sont donc pas captées. La figure 5 représente une deuxième variante de réalisa tion du système de détection selon l'invention dans laquelle le ré- flecteur 51 est constitué d'une série de dièdres à 900 dont les arotes successives sont contenues dans deux plans parallèles. Ces deux plans seront par exenple, choisis distants d'un huitième de longueur d'onde. L'onde réfléchie est alors en quadrature avec 1' onde incidente. Un tel réflecteur possède la propriété de oonserver la polarisation circulaire. Comme il a déjà été vu, l'émetteur-rédepteur 20 comporte des moyens électroniques 22 et 25 en liaison avec les antennes 53 et 54.Ces antennes ont le même sens d'enrou- lement, compte tenu du fait que l'une est observée dans la direction de l'émission et l'autre dans la direction de la réception, ce qui du point de vue mécanique revient à des sens d'enroulement différents. Le fonctionnement du système est le suivant : une onde à polarisation circulaire émise par l'antenne 53 conserve son sens de polarisation après réflexion sur le réflecteur 51 elle peut donc être captée par l'antenne 54. En revanche, une onde se réfléchissent sur un autre obstacle que 51 change de sens de rotation et ne peut entre captée oar il faudrait pour cela une antenne de sens d'enroulement opposé à celui de l'antenne 54.Elle ne donne donc qu'un signal très atténué à l'entrée. de 25 qui ne peut être confondu avec l'écho utile. Cette variante utilisant deux ondes à polarisation circu- laire permet d'éliminer au maximum l'effet des intempéries telles que pluie et brouillard plus particulièrement. La figure 6 représente une troisième variante de réalisa- tion du système de détection selon l'invention dans laquelle le réflecteur 61 comporte deux antennes lune réceptrice 62 et l'autre émettrice 63. L'antenne 62 a le même type de polarisation que l'antenne 64 faisant partie de 1' émetteur-récepteur 20 et la même orientation. L'antenne 63 du réflecteur 61 émet une onde de polarisation différente de la précédente. A titre d'exemple, les antennes 64 et 62 peuvent entre constituées par des cornets reliés à des guides d'ondes rectangulaires tandis que 65 est une antenne en hélice et 65 est un cornet relié à un guide d'onde rectangulaire de grand c6- té perpendiculaire au grand côté du giiide relit à 64. Le fonctionnement de ce système est évident, compte tenu de ce qui a déjà été dit. La figure 7 représente une quatrième variante de réalisation de l'inventxon dans laquelle les antennes 74 et 75 de l'émet- teur-récepteur 20 émettent et reçoivent des ondes à polarisations circulaires inverses, et les antennes 72 et 73 du réflecteur 70, respectivement reçoivent et émettent lesdites ondes polariséea. De plus, les antennes 72 et 73 sont reliés par une ligne de propagation 71 telle que, par exemple, une ligne microbande, ou encore une ligne à fente, ou bien un c & le coaxial. Compte tenu des sens d'enroulement des antennes en hélice, il n'existe qu'une seule propagation possible correspondant à l'ordre des antennes 74, 72* 73, 75. Le système de détection d'obstacles selon l'invention peut être utilisé à la commande de dispositifs de sécurité lorsqu'une collision est inévitable. A cet effet, le réflecteur solidaire de l'obstacle à détecter comporte une zone qui renvoie l'onde de polarisation modifiée vers une tache focale située à quelques mètres en avant du réflecteur. Un tel réflecteur eat-applicable à la forme préférée de réalisation ainsi qu'aux deux premières' variantes de réalisation de l'invention, il suffit pour cela, dans le cas du polariseur à bandes parallèles, de remplacer le plan réflecteur par une surface cylindrique, et dans le cas du polariseur à dièdres, de répartir les arêtes successives sur deux surfaces cylindriques parallèles. Enfin le système de@détection d'obstacles peut servir aussi bien à donner une indication sur la présence d'obstacles en avant du véhicule qu'à la commande de dispositifs de sécurité à 1' instant qui précède la collision. A cet effet le réflecteur solidaire de l'obstacle à détecter comporte deux zones polarisantes, l'une munie d'un réflecteur plan et l'autre munie d'un réflecteur cylin drique. R E V E N D I C A T I O N S 1. Système ae détection d'obstacles munis de réflscteurs, pour véhicule , utilisant une onde écho sur lesdits réflecteurs, ca- ractérisé par les points suivants : - ladite onde écho renvoyée par l'un desdits réflecteurs a une polarisation différents de celle de l'onde incidente ; - le véhicule porte un ensemble émetteur-récepteur comportant une première antenne destinée à l'émission de ladite onde polarisée et une seconde antenne destinée à la réception de ladite onde écho. 2r Système de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits réflecteurs sont constitués par des polariseurs par réflexion à bendes parallèles. 3. Système de détection selon la revendication 2, carac térisé en oe que ladite première antenne émet une onde polarisée linéairement et ladite seconde antenne utilise une composants de l'onde @cho perpendiculaire à l'onde émise, lesdites antennes étant placées côte à côte, leurs directions respectivement d'émission et de réception parallèles et chacune d'elles étant orientée par rapport à la verticale selon une direction prédéterminée et en ce que ledit réflecteur constitué d'un polariseur a bandes parallèles a son plan de polarisation orienté à 450 de celui de ladite première an- tenne. 4. Système de détection selon la revendication 3, dans lequel ledit polariseur à bandes parallèles est constitué d'une plaque métallique réfléchissante en avant de laquelle sont fixés des file métalliques parallèles à ladite plaque et entre eux tenus par des supports isolants à une distance de celle-ci telle que 1' onde qu'ils réfléchissent, soit en quadrature avec celle réfléchie par ladite plaque métallique, l'ensemble étant protégé par une feuille diélectrique, transparente pour une onde hyperfréquence, supportent des caractères d'imprimerie eux-mêmes transparents à ladite onde. 5. Système de détection d'obstacles à ondes hyperfréquen ce de longueur d'onde # selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits polariseurs comportent chacun - un support en matière plastique à faibles pertes en hyperfréquence ; - une métallisation réfléchissant lesdites ondes recouvrant entièrement une première face dudit support o - des métallisations en forme de traits rectilignes parallèles sur une deuxième face t - une couche protectrice mince d'une matière plastique à faibles pertes en hyperfrdquence, recouvrant lesdites première et deuxième faces. 6. Système de détection d'obstacles selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit support en matières plastiques et ladite couche protectrice sont transparents dans le spectre vi- sible et que ladite métallisation recouvrant la première face du support est semi-transparente. 7. Système de détection selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites antennes sont des cornets à section rec- tangulaire dont les grands côtés sont perpendiculaires l'un à 1' autre. 8. Système de détection selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites antennes sont constituées par des fentes rayonnantes perpendiculaires entre elles ménagées dans deux plans parallèles. 9. Système de détection selon la revendication 8, carac- térisé en ce qu'il comporte deux antennes dont une première émet une onde polarisée circulairement tournant dans un sens prédétermi- né et une seconde apte à recevoir une onde circulaire se propageant en tournant dans le meme eens que la première. 10. système de détection selon la revendication 9, carac térisé en ce qu'il comporte deux antennes en hélice, images lune de l'autre dans une glace, placées côte a' côte, leurs directions respectivement d'émission et de réception parallèles, dont une première servant à l'émission définit le sens de la polarisation circu- laire et en ce que ledit polariseur a son plan de polarisation parallèle auxdites directions d'émission et de réception. 11. Système de détection selon la revendication 1 , oarac- térisé en ce qu'il comporte deux antennes en hélice, images l'une de l'autre dans une glace, placées côte à côte, leurs directions respectivement d'émission et de réception parallèles, dont une première servant à l'émission définit le sens de polarisation circulaire et en ce que ledit réflecteur est constitué d'une succession de dièdres à 900 d'arêtes verticales situées alternativement dans deux plans parallèles. 12. Système de détection selon l'une quelconque des revendications 9, 10 ou 11, caractérisé en ce que chacun desdits ré- lecteurs comporte deux zones, une première réfléchissant une onde plane selon une onde plane, tandis que la seconde zone donne lieu à une tache focale située à quelques mètres en avant dudit réflecteur. 13. Système de détection selon la revendication 12,carac- térisé en ce que ladite première zone du réflecteur est un polariseur ayant une surface réfléchissante plane tandis que ladite seconde zone est un polariseur ayant une surface réfléchissante cy- lindrique. 14. Système de détection selon la revendication 13,caractérisé en ce que ladite première zone du réflecteur est constituée d'une succession de dièdres à 900 d'arêtes verticales, situées al ternativement dans deux plans parallèles tandis que la seconde zone est constituée d'une succession de dièdres à 900 d'arêtes verticales situées alternativement sur deux surfaces cylindriques parallèles. 15. Système de détection selon l'une quelconque des-re vendications 1 j ou 14, caractérisé en ce que lesdits plans paral lèles contenant lesdites arêtes des dièdres sont distants d'un huitième de longueur d'onde. 16. Système de détection selon la revendication 15,carac- tiriez en ce que lesdites surfaces cylindriques parallèles contenant lesdites arêtes des dièdres sont distantes d'un huitième de longueur d'onde. 17. Système de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réflecteur est un ensemble constitué de deux antennes couplées par une ligne de propagation opérant sur des ondes de types de polarisation différents. 18. Système de détection selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite première antenne dudit émetteur-récepteur émet une onde polarise linéairement et ladite seconde antenne ut4- lise une composante de 11 onde écho perpendiculaire à l'onde émise, lesdites antennes étant placées côte à côte, leurs directions respectivement d'émission et de réception étant parallèles et chacune d'elles étant orientée par rapport à la verticale selon une direction prédéterminée et en ce que l'antenne réceptrice dudit réflec- teur utilise ladite onde polarisée linéairement et l'antenne dmet- tripe dudit réflecteur envoie en sens inverse de la précédente une onde polarisée circulairement. 19. Système de détection selon la revendication t7, caractérisé en ce que ledit émetteur-récepteur et ledit réflecteur comportent chacun deux antennes en hélice de sens d'enroulement oppo sés.