Brevet FR2328181A1 — publié le 19770513

La présente invention concerne un procédé pour évaluer l'ange aigu ±c' que forment, dans un plan, les axes respectifs a et b d'un premier et d'un second objets éloignés l'un de l'autre. Le procédé conforme à l'invention est principalement caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement - à former au moins une image du premier objet, animée - avec une vitesse v - dans une direction parallèle à l'axe a, sur au moins une surface détectrice portée par le second objet et modulée spatialement - avec un pas égal à d - dans une direction de référence formant un angle - ss avec l'axe b, - et à traduire électriquement la valeur et la direction de langles &alpha; par rapport à l'axe b à partir du signal de fréquence f = v / d / cos (ss + &alpha; ) formé par détection du mouvement de l'image. Un tel procédé est partieulièrement applicable à la réalisation d'un senseur de lacet pour satellite à basse altitude: ces satellites sont, en effet, utilisés pour la photographie des paysages de la Terre, et il est indispensable de maintenir l'axe du satellite dans l'axe de son mouvement autour de la Terre pour permettre une exploitation correcte des résultats.A cette fin, il est possible d'utiliser un dispositif du type senseur qui, dans ce cas particulier, sera un senseur de lacet'1, ctest- à-dire, un dispositif fournissant un signal de correction fonetion de l'angle aigu + que forment entre eux, dans un plan, l'axe a confondu avec la direction de défilement du paysage (donc, avec la direction du mouvement du satellite) et l'axe b confondu avec l'axe du satellite qui porte l'appareil de prise de vues et le senseur;; Le senseur de lacet conforme à l'invention est principalement caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement - un objectif pour la formation de l'image de la Terre défilant sous le satellite, la vitesse de défilement du paysage dans le plan image - fonction de la vitesse du satellite - étant égale à v, - au moins une surface détectrice plane et, disposéedans la surface focale de ltobjectif et devant la surface détectrice, au moins une grille de barres opaques parallèles dont la perpendiculaire commune forme avec 1' axe b un angle aigu + P et qui ddlimi- tent entre elles une pluralité de bandes détectrices alignées dans la direction de ladite perpendiculaire avec un pas égal à d , - des circuits d'exploitation du signal f = v / Jdcos (p + formé par détection du mouvement de l'image, lesdits circuits fournissant un signal de correction qui est fonction de la valeur de l'angle et dont le signe définit l'orientation de l'axe a par rapport à l'axe b pris comme origine. Les autres caractéristiques et les avantages de l'invention apparattront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite, à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - figure 1, une disposition schématique permettant d'expliquer le procédé conforme à l'invention - figure 2, une disposition schématique des éléments optiques d'un senseur de lacet conforme à l'invention, monté à bord d'un satellite à basse altitude, - figure 3, une disposition - selon un exemple de réalisation - des barres opaques qui, devant une surface détectrice,de'li- mitent des bandes de détection fournissant un signal exploitable pour 1'évaluation de l'angle . - figure 4a, sous forme de bloc-diagramme,les circuits qui peuvent convenir à la disposition de la figure 3. - figure 4b, un diagramme des signaux fournis par le circuit de la figure 4a. La figure 1 permet d'eppliquer le procédé conforme à l'invention. On supposera que l'ase a' représenté sur cette figure est un axe parallèle à l'axe dtun premier objet qui forme un angle + , dans le plan de la figure, avec 1' axe b' lui-meme parallèle à l'axe d'un second objet éloigné du premier; l'angle est affecté du signe + pour définir l'orientation de l'axe du premier objet par rapport à l'ase du second objet prix comme origine.Sur la figure sont également représentés deux groupes I et II de lignes parallèles et équidlstantes, traversées par l'axe a' ,les perpendiculaires communes aux lignes d'un groupe formant, avec l'axe bt, un angle + P pour le groupe I et un angle - P pour le groupe Il. La distance entre les lignes des groupes I et Il est cotée égale à b . Un calcul très simple permet de définir, par rapport à d, et ss , la longueur de l'axe a' limitée par deux lignes voisines des groupes I et II : - pour le groupe I, cette longueur est égale à d/cos ( p - ) , - pour le groupe II, elle est égale à d/cos( ss + ). On remarquera que si l'orientation de l'axe a' était différente par rapport à l'axe b', c'est-à-dire,si l'angle qu'ils forment était égal à - , la longueur d'axe a' limitée par deux lignes voisines du groupe I serait égale à d/cos ( P + et celle limitée par deux lignes voisines du groupe II serait égale à d/cos ( P - &alpha;;) On supposera maintenant que les lignes cons titubant les groupes I et II symbolisent des bandes de détection photo sensibles traversées par une image du premier objet, animée d'une vitesse v dans la direction a' parallèle à ltaxe a dudit objet. On supposera également que ces bandes de détection sont portées par le second objet dont l'axe b est parallèle à l'axe b' de la figure.Chacun des groupes que constituent les bandes de détection fournit, dans ces conditions, un signal dont la fréquence est égale à v / d/cos (ss - * pour le groupe I, et à v / d/cos(ss + 3 pour le groupe Il. Ce résultat peut entre exploité pour définir la valeur de ltangle et l'orientation de l'axe a par rapport à l'axe b , en tenant compte que si l'angle est nul, la fréquence du signal fourni par l'un ou l'autre des deux groupes est égale à v / discos P Le procédé qui vient dttre expliqué est mis très avantageusement en application pour réaliser un senseur de lacet monté à bord d'un satellite à basse altitude. Ainsi qu'il a été dit précédemment, le signal fourni par ce senseur est alors utilisé pour maintenir l'axe du satellite symbolisé par l'axe b' parallèle à l'axe de son mouvement autour de la Terre symbolisé par l'axe a'. Dans son principe, le senseur de lacet conforme à l'S=vention utilise la comparaison des fréquences des signaux électriques fournis par deux détecteurs plans placés derrière des grilles constituées par des barres parallèles opaques sur lesquelles on forme une image du paysage qui défile sous le satellite, la vitesse de défilement dans le plan image étant égale à v ; le système comporte : -une partie optique (figures 2 et 3), -une partie électronique (figures 4a et 4b). Sur la figure 2 sont représentés les éléments essentiels de la partie optique, soit, un objectif 1 de diamètre Jb et de longueur focale fS un ensemble 2 de deux grilles constituées par des barres parallèles opaques (représentées dans le plan yOe figure 3) et disposées dans la surface focale de l'objectif, et un ensemble 3 de deux détecteurs placés chacun juste derrière une grille. L'axe Oy est un axe parallèle è l'axe du satellite qui doit être maintenu dans l'axe de son mouvement ( interprété du procédé comme l'axe du premier objet), l'axe Ox est l'axe de visée de la Terre, et l'axe Oz est l'axe perpendiculaire aux axes Oy et Ox. La figure 3 représente une disposition de barres opaques devant la surface détectrice; il s'agit, dans ce cas, de deux grilles 21 et 22 constituées par des barres obliques, inclinées sur l'axe Oy de façon que les perpendiculaires communes aux barres qui constituent chacune des deux grilles forment deux angles égaux de valeur p dont le signe + ou - définit ltorientation par rapport audit axe Oy. Les grilles 21 et 22 sont disposées dans le plan yOz, au niveau de la surface focale de l'objectif, et de part et d'autre de l'axe Oy, Leur longueur, parallèlement à l'axe Oy, est cotée égale à L; leur largeur, parallèlement à l'axe Oz, est cotée égale à 3. ; le pas des -grilles, soit la distance entre les axes de deux barres voisines est égale à d De ce qui précède, et notamment de la description du procédé, on peut conclure que les détecteurs placés derrière les grilles fournirent respectivement les signaux de fréquences fl =v / d (cos p - ) et f2 3 v / d/cos ( p + * 51 l'axe a du mouvement du satellite fait, avec l'axe b considéré comme l'axe du satellite, un angle aigu égal à ; dans cette application v est la vitesse de défilement du paysage sur les grilles (qui dépend de la vitesse du satellite), et les images ponctuelles sont formées par réflexion diffuse du rayonnement solaire sur les objets blancs du paysage éclairés et distribues de manière aléatoire; le paysage peut alors titre assimilé à un damier dont les cotés sont parallèles et perpendiculaires aux barres des grilles. Compte-tenu des hypothèses suivantes - altitude du satellite : 500 km, - vitesse au sol (orbite oirculaire) : 7,05 km/s, - éclairement au sol : 1,3 kW/m, - facteur de réflexion moyen du paysage : 0,3, Compte-tenu des choix suivants - longueur focale de l'objectif; 100 mm, - diamètre de l1objectif : 50 mm, - facteur de transmission de l'objectif : 0,5 - longueur L des grilles : 20 mm, - largeur 1 des grilles : 10 min, - inclinaison des barres des grilles : ss = 450 - pas des grilles : d de l'ordre de 21 m - largeur des barres : 6/2 - détecteurs : cellules voltaSques au silicium de dimensions 20 mm x 10 mm - sensibilité d'une cellule : 0,31 A/W, Les résultats suivants sont obtenus - fréquence des signaux à dépointage nul : 47 Hz, - domaine de fréquences pour = + 3G : de 64,3 Hz à 6,9 Hz - courant photoélectrique moyen maximal : 3,16.10-4 À - courant efficace de signal : 5,94.10-9 A eff. our un bruit de courant photoélectrique moyen maximal de 7,78.l011Â off. Les figures 4a et 4b représentent respectivement les circuits pouvant être associés au dispositif des figures 2 et 3, et le diagramme des signaux fournis par ces circuits. Sont représentées figure 4a les deux cellules photovoltalques 31 et 32 placées respectivement derrière les grilles 21 et 22 et qui fournissent respectivement, pour un dépointage dans la direction représentée figure 3, les signaux de fréquence fi = v / d/cos ( p + ) et f2 = v / d/cos (p - ). Le signal de fréquence fl est représenté sur le premier diagramme (de gauche à droite) de la figure 4b.Les signaux fournis par les cellules photovoltaSques sont respectivement appliqués à l'entrée de deux amplificateurs 41 et 42 à largeur de bande modérée dont le gain est suffisant pour que le signal vienne en saturation quel que soit le niveau du signal à l'entrée. Le signal fourni par l'amplificateur 41, soit v4, est représenté sur le deuxième diagramme de la figure 4b. Les circuits 51 et 52 sont des filtres passe-bas qui permettent de réduire le bruit (voir troisième diagramme de la figure 4b); ils sont suivis de circuits différentiateurs 61 et 62 respectivement dont le signal de sortie, représenté sur le quatrième diagramme de la figure 4b, est un signal alternatif avec une amplitude qui est une fonction croissante et connue de la fréquence du signal d'origine. Les circuits 71 et 72 sont des circuits de détection et filtrage qui fournissent une tension continue,fonction linéaire de la fréquence du signal d'origine, représentée sur le cinquième diagramme de la figure 4b. Les deux tensions continues formées dans les deux voies 31-71 et 32-72 sont appliquées sur les entrées d'un circuit comparateur 80 qui effectue f1 - f2 / f1 + f2, soit cos ( ss + ) - cos( ss - ) /cos(B + ) + cos ( fl - ) et fournit, par suite un signal égal à tgss.tgOb Ce signal, qui est fonction de l'angle est utilisé comme signal de correction ; il est représenté sur le dernier diagramme de la figure 4b . Âvec les hypothèses et les choix précédemment faits, la variation relative de fréquence est de 1,74cil par degré de dépointage, avec une incertitude angulaire de deux minutes d'arc due, entre autres, au caractère aléatoire du signal. Il est bien entendu que la description qui précède a été faite uniquement à titre d'exemple non limitatif et que des variantes peuvent entre envisagées sans, pour celat sortir du cadre de l'invention. - REVENDICATIONS 1.- Procédé pour évaluer l'angle aigu + &alpha; que forment, dans un plan, les axes respectifs a et b d'un premier et d'un second objets éloignés l'un de l'autre, principalement caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement 1,1/ à former au moins une image du premier objet, animée - avec une vitesse v - dans une direction parallèle à l'axe a, sur au moins une surface détectrice portée par le second objet et modulée spatialement - avec un pas égal à d - dans une direction de référence fermant un angle + ss avec 1 axe b 1,2/ et à traduire électriquement la valeur et la direction de l'angle par rapport à l'axe b à partir du signal de fréquen ce f = v / d/cos ( ss + &alpha; ) formé par détection du mouvement de l'image. 2.- Senseur de lacet pour satellite à basse altitude,compor- tant application du procédé selon la revendication 1, fournissant un signal de correction fonction du dépointage du Ratellite,soit fonction de l'angle aigu + &alpha; que forment entre. eux l'axe a du mouvement du satellite et l'axe b considéré comme l'axe du satellite, principalement caractérisé en ce qu'il comporte essentielle ment :: 2,1/ un objectif pour la formation de l'image de la Terre défilant sous le satellite, la vitesse de défilement du paysage dans le plan image - fonction de la vitesse du satellite - étant égale à v, 2,2/ au moins une surface détectrice plane et, disposeedans la.surface focale de l'objectif et devant la surface détectrice, au moins une grille de barres opaques parallèles dont la perpendiculaire commune forme avec l'axe b un angle aigu # p et qui déli- mitent entre elles une pluralité de bandes détectrices alignées dans la direction de ladite perpendiculaire avec un pas égal à d, 2,a / des circuits d4exploitation du signal f = v / d /cos ( n t ) formé par détection du mouvement de l'image, lesdits circuits fournissant un signal de correction qui est fonction de la valeur de l'angle et dont le signe définit l'orientation de l'axe a par rapport à l'axe b pris comme origine. 5 Senseur de lacet pour satellite à basse altitude selon la revendication 2, comportant application de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte 3,1/ deux surfaces détectrices planes de mimes dimensions et disposées de part et d'autre d'un axe parallèle à l'axe d, 3,2/ deux grilles de barres opaques parallèles associées respectivement aux deux surfaces détectrices, les deux perpendiculaires communes - l'une, aux barres d'une des deux grilles - l'autre, aux barres de l'autre grille - formant, avec l'axe b pris comme origine, deux angles aigus égaux respectivement à + fl et 3,3 / constituant les circuits d'exploitation, entre autres t deux chatnes distinctes, la première traitant le signal de fréquence 91 - v / Jdcos (B - ) fourni par l'une des surfaces déteetrices, la seconde traitant le signal de fréquence !23 y / Jdcos ( t3 + &alpha;) fourni par l'autre surface détectrice. 4.- Senseur de lacet pour satellite à basse altitude selon les revendications 2 et 3, comportant application de la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces détectrices sont constituées par des cellules photovoltalques au silicium. 5.- Senseur de lacet pour satellite à basse altitude selon les revendications 2 et 3, comportant application de la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits d'exploitation comportent, en outre, en sortie des deux chacones de traitesent,un circuit comparateur dont le signal de sortie est une fonction de fi - f2 6.- Senseur de lacet pour satellite à basse altitude,selon les revendications 2, 3 et 5, comportant application de la revendication 1 caractérisé en ce que chaque cba$ne de traitement com- porte, entre autres, couplé à l'entrée du circuit comparateur,un ensemble de deux circuits en série dont le premier est un circuit différentiateur fournissant un signal alternatif avec une amplitude fonction croissante et connue de la fréquence du signal fourni par la surface détectrice à laquelle la channe considérée est af fectée, et dont le second est un circuit de détection et filtrage fournissant une tension continue fonction linéaire de ladite fréquence.