Brevet FR2412123A1 — publié le 19790713

La présente invention, due a Messieurs Jean-Michel MAISONNEUVE et Michel LAUG du Centre d'Etudes et de Recherches de Toulouse (CERT), établissement de l'O.N.E.R.A., a pour objet un dispositif de détection de l'intersection entre deux lignes coplanaires et, notamment de I'intersection entre un méridien et un parallèle sur une carte. Il trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans les installations d'assistance aux procédures de pilotage dans lesquelles un indicateur cartographique permet à un pilote volant suivant les règles de navigation aérienne en régime IFR de connaître sa position. On connaît diverses installations d'assistance aux procedures. A titre d'exemple, on peut citer celle qui est décrite dans le brevet FR nO 74 37993, demandé le 18 novembre 1974 et publié sous le nO 2 291 479. Pour mettre en oeuvre l'installation, le pilote doit introduire la carte de son choix dans un pupitre, mettre en place un réticule ou des repères pour identifier l'intersection d'un méridien et d'un parallèle et, enfin, afficher diverses valeurs. Parmi ces opératio-s, celle qui exige le plus de temps est constituée par la désignation de l'intersection d'un méridien et d'un parallèle. En -effet, cette désignation doit être faite de façon.precise, car elle conditionne la précision des indications ultérieures. La présente invention vise a fournir un dispositif de détection qui facilite une telle désignation en rendant automatique la détection de l'intersection entre un méridien et un parallèle et, en conséquence, allège considérablement la tâche d'un opérateur qui n'a plus qu'a positionner de façon très approchee une tête de lecture par rapport a la carte. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif de détection de l'intersection entre deux traits perpendiculaires (méridien et parallèle par exemple sur une carter qui comprend une tête de lecture ayant au moins un détecteur muni de fibres optiques d'amenée de lumière depuis une source et de retour de lumière a un transducteur opto-electronique, ainsi qu'une optique destinée a coupler optiquement les faces terminales des fibres à un point de la carte situé dans une position déterminée par rapport a la tête, des moyens de balayage susceptibles de déplacer la tête parallèlement a la surface de la carte suivant une trajectoire déterminée et de fournir uli signal représentatif de la position de la tete par rapport a la carte, et une électronique de traite ment du signal fourni par le transducteur opto-électronique, permettant de détecter le minimum de réflectivité de la carte correspondant au passage d'une ligne et d'adresser ce signal aux moyens de balayage pour provoquer la memorisation de la position correspondante de la tête. Le détecteur, ou chaque détecteur, comportera en général au moins une fibre d'amenée de lumière et deux fibres de retour de lumière placees à la périphérie de la fibre d'amenée. Les faces terminales des fibres de retour peuvent etre alignées par rapport au centre de la face terminale de la fibre d'amenee, mais cette disposition tend à privilégier une direction de détection. En consequence, il sera généralement plus avantageux de prévoir deux fibres de retour dont les faces terminales ne sont pas alignées, ou plus e deux fibres de retour. I1 sera en général avantageux de munir la tête de lecture d'au moins trois detecteurs, disposés de façon que deux couples de détecteurs soient places sur deux directions perpendiculaires, avantageusement approximativement paralleles à la direction des lignes perpendiculaires à détecter. On peut ainsi, en-un seul passage sur une ligne, localiser celle-ci et ecarter celles qui font un angle supérieur à une valeur prédéterminée, 100 par exemple, par rapport aux lignes a détecter. Dans une variante de réalisation de l'invention, a tête est munie d'un seul détecteur comportant une fibre d'amenée de lumière et au moins quatre fibres de retour de lumière alignées par couple par rapport au centre de la fibre d'amenee dans deux directions perpendiculaires. Le détecteur peut ne comporter qu'une seule fibre de retour de lumière. Dans ce cas, il est nécessaire d'effectuer au moins deux passages en deux points différents de lignes à détecter. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation, donne a titre d'exemple non limitatif. La description se réfere aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe montrant la constitution de la tête du dispositif et sa position par rapport à la carte - la figure 2 est une vue en plan schématique montrant les moyens de déplacement de la tête - la figure 3 est un schéma de principe montrant, en plan, une répartition possible des détecteurs de la tète - les figures 4 et 5 montrent schématiquement des dispositions qui constituent des variantes de celle montrée en figure 3. Le dispositif montré schématiquement en figures I et 2 est destiné à un indicateur cartographique destiné à la navigation aérienne. I1 a pour but de soulager le pilote de la fonction de mise en place initiale precise d'une tête de lecture au point de croisement entre un meridien et un parallèle. Le dispositif peut être regarde comme comprenant une tête de lecture lOr une électronique 11 associée & cette tète et des moyens de balayage, désignés dans leur ensemble par la référence 12, permettant de déplacer la tète au-dessus de la carte 13 qui sera en général recouverte d'une vitre 14. La tête 10 montrée à titre d'exemple en figure I est prévue pour avoir un encombrement aussi faible que possible dans le sens perpendiculaire au plan de la carte. Elle comporte un tubesupport 15 dans lequel sont montés un miroir 16 et une optique 17 de formation de l'image d'un point de la carte 13, situé dans une position éterminée par rapport à la tête, sur la face terminale 18 d'un ensemble détecteur. Dans le mode de realisation illustre, cet ensemble détecteur comprend quatre detecteurs elémentaires l91l 192, 193 et I94 constitués chacun par une fibre optique 20 d'amenée due lumière depuis une source et deux fibres 21 de retour de lumiere.Les faces terminales de ces fibres 21 sont diamétra- lement opposées par rapport à la fibre d'amenée de lumière 20 et elles sont situées dans le même plan et peuvent presenter la disposition illustrée schématiquement en figure 3. D'autres dispositions possibles de chaque détecteur élémentaire sont montrees en figures 4 et 5. La figure 4 montre une disposition dans laquelle un detec teur 19 est communaux deux directions perpendiculaires et comporte quatre fibres de retour 21a entourant la fibre d'amenée de lumière 20a. Sur la figure 5 il est prévu un seul détecteur élementaire 19b comportant quatre fibres 21b1 ce qui impose deux passages. Le faisceau 22 de fibres optiques sortant de la tète 10 est dissocié dans un répartiteur 23. Toutes les fibres d'amenée de lumière 20 sont regroupées et couplées optiquement à une même source 24, qui sera en général du type à semiconducteur (tel que diode électroluminescente). Cette source est alimentée par un générateur 25 qui pourra etre prévu pour moduler la lumière émise à une fréquence perméttant de limiter l'incidence du fond lumineux (à 500 Hz par exemple). Les fibres de retour 21 de chacun des détecteurs élémen- taires sont associées à une voie de traitement distincte. Sur la figure 1, seule l'une de ces voies a etb représentée, les autres étant simplement schématises en traits mixtes. Chaque voie comporte un transducteur opto-electronique récepteur 26, un convertisseur courant-tension 27 lorsque la nature du transducteur le rend nécessaire, un filtre passe-bande 28 dont la bande passante est centrée sur la fréquence de ondulation de la source et, enfin, un comparateur 29. Le transducteur 26 sera généralenent du type à semiconducteur, photodiode ou phototransistor par exemple.La photodiode a, sur le phototransistor, l'avantage d'une plus grande indépendance du gain en fonction de la composante continue de l'éclairement, mais l'inconvénient d'une sensibilité moindre. Le convertisseur 27 porte le signal électrique reçu au niveau convenable et l'applique au filtre 28 qui peut etre un filtre passif classique. Enfin, le comparateur 29 comporte une entrée, munie d'un redresseur. qui reçoit le signal de sortie du filtre 28 et une entrée de référence a laquelle est appliquée une tension de seuil VO, ajustable pour tenir compte du contraste des lignes représentatives des méridiens et parallèles par rapport au fond de la carte.Le comparateur 29 fournit, sur sa sortie 30, un signal lorsque la tension fournie par le filtre 28 et redressée a une valeur inférieure à la tension VO et indique la présence d'une ligne sombre sur fond clair. Les sorties de l'ensemble des voies sont appliquées à un organe de calcul 31, qui peut être plus ou moins complexe suivant l'application envisagée. Cet organe de calcul p-eut en particulier avoir un rôle de décision pour écarter les signaux provenant des comparateurs 29 et qui ne correspondent pas à un méridien ou un parallèle et un rôle de détermination de la position du point d'intersection à partir des signaux reçus des moyens de balayage et des comparateurs 29. Ce rôle -sera davantage defini plus loin. Les-moyens de balayage 12 comportent, dans le mode de réalisation illustré, un organe 32 de déplacement de la tête dans une direction X (sensiblement parallèle à la direction des méridiens par exemple) et un organe 33 de déplacement dans la direction perpendiculaire Y (sensiBlement parallèle a la direction des parallèles par exemple). Ces organes 32 et 33 sont respectivement commandés par des générateurs 34 et 35.On supposera, dans ce qui suit, que ces générateurs sont prévus pour provoquer un balayage en aLler-retour à une fréquence suivant la direction X supérieure X la fréquence suivant la direction Y Ils alimentent également des échantlilonneurs-bloqueurs respec tifs 36 et 37 gui échantillonnent les valeurs de X et Y à réception d'un ordre provenant, sur la ligne 38, du calculateur 31. Le dispositif peut fonctionner de la façon suivante L'opérateur commence par amener manuellement la tête de lecture 10 à proximité de l'intersection du méridien 39 et du parallèle 40 qu'il compte utiliser comme référence. On a indique, en 44, le point de la carte qui est alors vu par la tête 10. L'opérateur commande ensuite la recherche automatique de l'intersection entre les lignes 39 et 40, par exemple en appuyant sur un bouton-poussoir de déclenchement. Les générateurs 34 et 35 fournissent alors, aux organes 32 et 33, les tensions schematisees -sur la figure 2, ce qui déplace la tête 10 suivant la trajectoire 45 schématisée en figure 2. Chaque fois qu'un des detecteurs 19 "voit" une ligne, le comparateur 29 correspondant fournit un signal à l'organe de calcul 31. Celui-ci commande alors les échantillonneurs-bloqueurs 36 et 37 et mémorise les valeurs de X et Y correspondant au point de croisement. L'organe de calcul peut être prévu pour comparer les coordonnées fournies successivement, d'une part, par les détecteurs élémentaires 191 et 19 d'autre part, par les détecteurs élémentaires 192 et 19 L'organe de calcul peut, en particulier, être prévu pour effectuer une comparaison entre les valeurs de X et Y fournies successivement par les deux détecteurs d'un même couple, calculer la pente de la droite qui correspond aux deux intersections successives et ne considérer comme méridiens et parallèles que les lignes dont les directions font un angle inférieur a une valeur determinée (100 par exemple) par rapport aux directions de coordonnées X et Y. Une fois que la tête a parcouru un tronçon de la trajectoire 45 suffisant pour qu'elle ait croisê au moins une fois un méridien et au moins une fois un parallèle, l'organe de calcul peut. déduire, des donnes ainsi obtenues, les coordonnées Xp et Yp du point d'intersection méridien-parallèle et y amener la tête par comm-ande appropriée des générateurs 34 et 35. Par la suite, le dispositif fonctionnera comme dans un indicateur cartographique classique. L'invention est susceptible d'être mise en oeuvre sous des formes tres diverses. En géneral, on cherchera à utiliser une source de lumière et des détecteurs adaptés, en particulier en ce qui concerne la sensibilité spectrale des détecteurs. On pourra par exemple utiliser comme source un émetteur à semiconducteur miniature ayant un spectre d'émission centré sur 628 nm et, comme transducteurs, des phototransistors fabriqués par RTC, type BPW 71, dont la réponse spectrale relative à 628 nm est de 50r environ du maximum. La source et les phototransistors peuvent être collés directement sur les extrémités des fibres optiques. On pourra aussi, dans certains cas, intégrer la source et les transducteurs à la tete en les faisant porter par une même plaquette. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection de l'intersection entre deux lignes çoplanaires, telles qu'un méridien et un parallèle sur une carter caractérisé en ce qu'il comprend une tête de lecture ayant au moins un détecteur comprenant des fibres optiques d'amenée de lumière depuis une source et de retour de lumière à un transducteur opto-électronique, ainsi qu'une optique destinée à coupler optique ment les faces terminales des fibres à un point de la carte situé dans uneposition déterminée par rapport à la tête, des moyens de balayage susceptibles de déplacer la tête parallèlement à la surface de la carte suivant une trajectoire déterminée et de fournir un signal représentatif de la position de la tête, et une électronique de traitement du signal fourni par le transducteur opto-électronique, permettant de détecter le minimum de réflectivi- té de la carte correspondant au passage d'une des lignes et d'adresser ce signal aux moyens de balayage pour provoquer la mémo risation de la position correspondante de la tête. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur ou chaque détecteur comporte au moins une fibre d'amenée de lumière et deux fibres de retour de lumière placées à la périphérie de la fibre d'amenée, 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux fibres de retour de lumière sont alignées avec l'axe de la fibre d'amenée de lumière. 4. Dispositif suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la tète de lecture comporte au moins trois dêt-ecteurs, disposés de façon que deux couples de détecteurs soient placés suivant deux directions perpendiculaires, avantageusement approximativement parallèles à la direction des méridiens et des parallèles sur la carte et en ce que les fibres de retour de lumière associées aux couples de détecteurs sont respectivement disposées suivant ces deux directions. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de calcul permettant d'identifier les deux lignes telles que les méridiens et les parallèles par comparaison entre les coordonnées des points de croisement d'une ligne par les deux détecteurs d'un même couple. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe de calcul zist prévu pour déterminer la position de l'intersection à partir des coordonnées des points de croise- ment conservées en mémoire. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de balayage sont prévus pour provoquer un balayage en aller-retour une premier fréquence suivant une première direction et Ün balayage allerretour à fréquence supérieure suivant une direction perpendicu laire à la première 8.Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un boitier dépla-abiw parallèlement à la surface de la carte et contenant ladite optique la partie terminale desdites fibres, une source de lumière semiconducteur couplée à la fibre optique d'amenée ou à l'ensemble des fibres optiques d'amenée, et un transducteur à semiconducte.:r pour chaque détecteur, couple à la fibre ou aux fibres optiques de retour de la lumière de ce détecteur. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électronique comporte1 éventuellement en plus d'un convertisseur de tension haute fréquence et/ou d'un filtre à la frequence de modulation de la source, un comparateur fournissant un signal de sortie lorsque le transducteur fournit un signal électrique de valeur inférieure à un seuil determiné.