Brevet FR2365782A1 — publié le 19780421

L'invention concerne un dispositif ayant pour but la mesure de l'écart angulaire d'un point par rapport à une origine et à une direction de référence prédéterminées. La mesure est effectuée sur le point lui-même et jusqu'à des distances de l'ordre de quelques kilomètres sans besoin de liaison matérielle avec le point d'origine, qui est muni d'une source de rayons ayant un comportement optique, dans le sens qu'ils peuvent être traités avec des éléments optiques normaux. Un dispositif de ce genre convient assez bien pour le guidage automatique à distance d'objets mobiles dans l'espace (véhicules, objets ariens, missiles, etc), comme variante et perfectionnement par exemple du dispositif décrit dans le brevet d'invention italien n" 679.965 du 11 décembre 1962, et présentant, par rapport à ce dernier, des avantages importants du point de vue des prestations intrinsèques, de la sécurité de fonctionnement, de l'en- combrement et autres facteurs. Dans ce genre d'applications il est évident que le dispositif en question devra être complété avec des moyens opérationnels prévus pour réaliser la correction de trajectoire par rapport à la mesure de l'écart angulaire. Le dispositif selon l'invention comprend essentiellement: sur le point.d'origine, des sources de rayons à comportement optique - en l'espèce du type laser - projetant des images de forme géométrique définie, et des moyens pour imprimer un mouvement cyclique de balayage à ces images; sur un point récepteur, compris dans l'espace défini par le balayage, sont prévus des moyens récepteurs des signaux successivement formés par lesdites images de forme géométrique définie et pour leur traitement; la forme géométrique de ces images permet de produire des signaux séparés entre eux dans le temps, de façon à déterminer la position du point en fonction des caractéristiques de la séquence des signaux reçus au point lui-même à chaque cycle de balayage. Dans la pratique, ce mouvement cyclique peut être un balayage conique. Les images projetées ont généralement une forme géométrique à plusieurs segments, chacun desquels passant sur le point récepteur pendant un cycle de mouvement complet. I1 existe en outre des moyens prévus pour définir chacun des cycles. Dans une forme particulière de réalisation, les images définissent des segments disposés en T. Les moyens pour imposer le balayage conique sont dans la pratique constitués par un moyen optique, tel un coin ou un prisme, qui a un mouvement rotatif selon un axe parallèle à la direction de propagation et dont les dimensions permettent de couvrir toute la figure géométrique. Sur le dessin on a représenté des schémas explicatifs du principe de fonctionnement. En particulier la figure 1 représente une disposition générale des images en T; les figures 2A, 2B, 2C représentent trois positions de la figure en T pendant le balayage conique, dans les conditions de production des signaux successifs pour la détermination d'un point P quelconque; la figure 3 est une vue en perspective d'éléments géométriques utilisés dans le calcul. Le fonctionnement du dispositif peut être mieux illustré à l'aide du dessin, relatif à une solution particulière. On suppose qu'on dispose d'un projecteur optique capable d'émettre un faisceau de rayons ayant une section en forme de T, constitué par des segments images 1, 2, 3, convergeant sur le point 5; la définition d'un cycle peut être obtenue avec un segment image 7 qui sert de référence pour définir une origine matérialisée par la marque 7 ainsi constituée. On suppose en outre, par commodité, que les trois bras 1, 2, 3 du T sont de longueur égale et qu'un dispositif optique mobile est en mesure de faire décrire au faisceau un balayage conique à une vitesse angulaire constante-et connue. Un dispositif optique de ce genre est réalisable par exemple avec un coin ou prisme optique qu'on fait tourner dans la direction de propagation et de manière à intercepter toujours le faisceau. Par suite de ce balayage, une section quelconque du faisceau en T se déplace en se maintenant parallèle à elle-même, et tous ses points décrivent ainsi des circonférences égales. Le diamètre de ces circonférences sera toujours égal à la longueur du bras de la section en T. La figure 1 représente une section du faisceau et la circonférence C décrite par le point de croisement des bras. Tous les points compris à l'intérieur de cette circonférence sont traversés cycliquement et séquentiellement par les trois bras 1, 2, 3 de l'image en T (ainsi que par celle de référence 7), et cela est vrai également pour tous les points du cône qui a son origine dans le projecteur et s'appuie sur la circonférence susmentionnée. En observant les figures 2A, 2B et 2C, en un point P quelconque, avec mouvement de l'image du T comme l'indique la flèche fO, les intervalles de temps qui s'écoulent entre les passages successifs des bras sont directement et univoquement liés à la position du point où les passages sont observés. On désigne par w la vitesse angulaire imprimée au prisme optique, par t1 le temps qui s'écoule entre le'passage du bras 1 et celui du bras 2, par t2 l'intervalle entre le passage du bras 2 et celui du bras 3, par t3 l'intervalle entre le passage du bras 3 et celui du bras 1, qui termine le cycle de balayage.Pour un point P quelconque, les intervalles sont donnés par ut1, wt2 et wt3, alors que N1, N2 et N3 indiquent les trois directions qui définissent les positions d'interception des bras 1, 2 et 3 avec le point P. Si on examine qualitativement les relations qui existent entre t1, t2 et t3 en différents points de la circonférence décri te par le point de croisement des bras du T, on constate que, en un point qui se trouve sur la partie la plus basse de la circonférence, on enregistre un intervalle t1 nul et un intervalle t2 égal à l'intervalle t3; si le point se déplace verticalement le long du diamètre vertical de la circonférence, on observe une aubn,elt tion progressive de l'intervalle t1, alors que les intervalles t2 et t3, tout en diminuant, se maintiennent égaux entre eux; à l'extrémité supérieure du diamètre vertical, les intervalles t2 et t3 se réduisent à zéro, alors que t1 reste égal à la période de balayage. Si à-une certaine hauteur, marquée par un certain intervalle t1, le point P se déplace horizontalement vers la droite, on observera une augmentation progressive de t2 et une diminution correspondante de t3. Le contraire se produit dans le cas d'un déplacement vers la gauche. Par conséquent, à chaque point P correspondent des valeurs de t1, t2 et t3 qui en définissent la position. Sur les figures 2A, 2B et 2C on a représenté la situation pour le point P pendant les trois interceptions; la figure 2A montre la position du T quand ctest le bras 1 qui traverse le point P; la figure 2B indique la position du T quand c'est le bras 2 qui traverse P, et la figure 2C correspond au passage du bras 3. Le T se déplaçant à une vitesse U constante, les angles formés par les directions N1, N2 et N3, par rapport au centre, sont proportionels aux temps t1, t2 et t3, avec t1 + t2 + t3 = T. Les relations suivantes lient les intervalles t1, t2 et t3 aux composantes verticales oe et horizontales P de l'écart angulaire que le point P sous-tend par rapport à l'origine 0 où se trouve le projecteur et à l'axe 0-0 du cône de balayage (droite p qui relie le projecteur au centre du cercle), + étant la semiouverture du cône de balayage; U la pulsation de balayage; T la période de balayage Wtl OC = + cos. 2 Un dispositif' électro-optique prévu pour assurer le fonc tionnement précédemment exposé peut être constitué de façon adéquate. I1 comporte un projecteur et un appareil de mesure de l'écart. Le projecteur peut être obtenu à partir de quatre sources laser Ga As, reliées les unes aux autres par un dispositif approprié, et munies de quatre objectifs de projection (un par source) en vue d'obtenir quatre images 1, 2, 3 et 7. Ces objectifs sont du type utilisé en microscopie et doivent avoir une ouverture numérique supqrieure ou ac,alz è l'ouverture du cône d'émission des sources laser pour recueillir toutes les radiations émises par les sources.Des réglages appropriés sont prévus pour permettre de disposer les images des trois sources et des faisceaux 1, 2, 3 en T comme prévu. L'image 7 de la quatrième source est disposée parallèle et très proche d'une quelconque des trois sources en T, par exemple la 2, et sert à repérer le bras d'origine à partir duquel sont comptés les intervalles t1, t2 et t3. Adossé aux quatre objectifs est disposé un prisme ou coin optique capable de dévier simultanément les quatre faisceaux. L'angle de déviation est égal à l'angle sous lequel chaque faisceau est projeté. Le prisme est mis en rotation à une vitesse constante (cette condition n'est pas indispensable mais est supposée pour faciliter les explications) et connue, autour d'un axe parallèle à la direction de propagation, déterminant ainsi le balayage conique désiré. L'appareil de mesure de l'écart peut comprendre: une optique qui collecte les radiations infra-rouges; une photodiode avec amplificateur; et un équipement électronique de traitement. L'optique doit être dimensionnée de façon à ce que l'énergie atteignant la photodiode soit suffisante pour révéler les passages du faisceau même à la distance maximale à laquelle la mesure doit être effectuée. La photodiode et l'amplificateur doivent être choisis en rapport avec les caractéristiques des sources Ga As-employées et avec la fréquence à laquelle elles émettent des radiations. L'équipement électronique de traitement doit distinguer le passage du bras formé par deux faisceaux parallèles, mesurer les intervalles de temps qui séparent les deux passages successifs et de ceux-ci déduire les composantes OC et p de l'écart. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mesure à distance des écarts angulaires, caractérisé par le fait qu'il comprend : en un point origine, des sources de rayons à comportement optique projetant des images de forme géométrique définie et des moyens pour imprimer un mouvement cyclique de balayage à ces images; et sur un point récep-teur compris dans l'espace défini par le balayage, des moyens récepteurs des signaux successivement formés par les images de forme géométrique définie et des moyens pour leur traitement; la forme géométrique de ces images étant prévue pour fournir des signaux séparés entre eux dans le temps de façon à déterminer la position du point en fonction des caractéristiques de la séquence des signaux reçus au point lui-meme. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit mouvement cyclique est un balayage conique. 3. -Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les faisceaux de rayons donnent des images de forme géométrique à plusieurs segments, chacun desquels passant sur le point récepteur pendant un cycle de mouvement complet. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 35 caractérisé par le fait que les faisceaux définissent des images constituées par des segments disposés en T. 5. Dispositif selon la revendication 1 ou 3, caractérisé par le fait que lesimages de forme géométrique définie comprennent des moyens permettant de définir un signal d'origine du balayage. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les moyens pour imposer le balayage conique sont constitués par un moyen optique, tel qu'un prisme ou coin optique, qui est mis en rotation selon un axe parallèle à l'axe de propagation et qui est capable de couvrir toute la figure géométrique du faisceau projeté.