Brevet FR2468131A1 — publié le 19810430

La présente invention a pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un dispositif de mesure de distances courtes, de quelques mètres à environ un kilomètre entre une balise et un engin mobile par l'interférence de deux ondes électroma gnétiques. Cette mesure trouve son application principale par l'utilisation de deux balises, en calcul de position, et par voie de conséquence en pilotage automatique de machines agricoles. Les appareillages utilisables dans ce but étant trop imprécis (radar) ou trop onéreux (laser) Le système, objet de la présente invention est remarquable en ce qu'il comporte deux émetteurs omnidirectionnels rayonnant en position verticale montés l'un sur la balise,l' autre sur le mobile, les deux fréquences d'émission sont très peu différentes l'une de l'autre de manière à produire une in-terférence électromagnétique. Cette interférence résultante peut être identifiée à une onde électromagnétique modulée en amplitude par un signal dont la fréquence est la différence des fréquences des signaux émis et dont la vitesse de propagation est c' avec c' = c # w Sw c : vitesse de propagation des ondes électromagnétiques dans le vide. différence des pulsations- émises. Sr : somme des pulsations émises. La mesure de distance es-t effectuée en comparant les phases du signal de modulation prélevé d'une part, sur la balise et d'autre part sur le mobile. Dans ce but, deux récepteurs sont montés l'un sur la balise et l'autre sur le mobile. Le signal détecté par la balise est transmis au mobile par liaison VHF, lequel mobile mesure la différence de phase et la traduit en distance au moyen d'un calculateur avec I = D c Sw D : déphasage mesuré. 1 : distance recherchée. Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après à titre indicatif et nullement limitatif. La figure 1 est une représentation ponctuelle de la balise B et du mobile M. Le point X est un point quelconque situé sur l'axe BM (B : origine) et ayant pour abcisse : x. l est la distance à mesurer. B émet sur une fréquence fl = 155 KHz. M émet sur une fréquence f2 = 145 KHz. Les équations des deux signaux émis sont respectivement en B et en M. y1 (B) = a cos w1t w1 = 2 # f1 I y2 (M) = a cos w2t w2 = 2 # f2 II Au point X, suivant ltéquation de propagation type d'une vibration sinusoïdale y = b cos w (t-x) c b : amplitude w : 2 # fréquence c : 3108 m/s : célérité d'une onde radio électrique dans le vide. x : distance de la source au point considéré. Les équations I et II deviennent respectivement I yl (X,t) = d cos w1 (t-x) d 4 a c II y2 (X,t) = h cos w2 (t - 1-x) h @ a c La résultante est y (X,t) y (X,t) = y1 (X,t) + y2 (X,t) à yt (X,t) on fait correspondre y1 complexe avec y1 = dejw1 (t - x/c) à y2 (X,t) on fait correspondre y2 complexe avey y2 = hejw2 (t - 1-x) c on a y1 + y2 = dejw1 (t-x/c) + hejw2 (t - ###) c c yl + y2 =dejw1te - jw1tx + hejw2te - jw2 (l-x) (w1 - w2 = #w ) c c dejw1te - jw1 x/c + hejw2te - jw2 1/c ejw2x/c ( w1 + w2 = Sw ) donc yl (X,t) + y2 (X,t) = d cos w1 (t-x) #1+h sin#w (t-Swx + w2l c d c#w chw L'équation résultante est celle d'une porteuse HF de pulsation wl, modulée en amplitude par un signal de pulsation BF et de taux de modulation h/d. L'intérêt en est que la vitesse de propagation du terme BF est c' = c#w , cette propaga Sw tion est très inférieure à c. Un déphasage mesurable existe entre les signaux BF détectés d'une part en B et d'autre part en M. En B le terme BF devient avec x = o. y@ (BF) = h sin#w (t+w21) w21 = #@ phase en B d () - c#w c#w @@ en M, le terme BF devient avec x = l yM (BF) = h/d sin#w (t - 1Sw + w21) c#w c#w w21 - lSw = # 2 hase en M. c#w c#w @ @ La différence de phase est#1 -#2 = D D = w21 - w21 + 1Sw = 1Sw proportionnel à 1. c#w c#w c#w c#w 1 = D chw Sw avec f1 = 155 KHz f2 = 145 KHz #f = 10 KHz La période du sinal BF est donc T = 0,1 mS = 10 4S Le déphasage maximal admissible est T La distance maximale de mesure correspondante est Les fréquences f1 = 155 KHz et f2 = 145 KHz constituent un com- promis entre une vitesse de propagation mesurabledu signal BF et la distance maximale mesurable pour laquelle le déphasage T est atteint. Le calcul de la distance consiste à mesurer ce déphasage T va riable de O à 0,1 10 3 s, ceci peutse réaliser par l'inter- médiaire d'une horloge fonctionnant à 30 MHz (série TTL-LS), lenombre de points de mesure est 30106 /#f soit : 30 106 / 10 103 = 3000 points. Ces 3000 points étant définis pour une distance de 1000 m. La précision de l'affichage sera 1000 / 3000 = 0,33 m. Cette mesure peutau gré de l'utilisation, soit être affichée ou soit servirde donnée pour traitement par ordinateur. La figure 2 représente le schéma synoptique du dispositif complet. La balise comporte - un récepteur R1B à 145 KHz (fréquence d'émission du calculateur mobile) associé à un dispositif de commande des circuits, le mobile pouvant ainsi débloquer successivement deux balises dans le but d'un calcul de position. - un récepteur R2B à 155 KHz extrayant par l'intermédiaire d'une détection, le signalA1f de l'interférence associé à un émetteur VHF transmettant ce signalS1f au mobile par modulation de fréquence. - un émetteur EB à 155 KHz débloqué pr le récepteur de commande via un circuit de commande et produisant avec EM l'interférence utilisée pour la mesure. Le calculateur mobile comporte - un récepteur 145 KHz R1M de meme type que R2B monté sur la balise, introduisant le signal b2f reçu à ce niveau dans le comparateur de phase. - un récepteur VHF R2M introduisant dans le comparateur de phase le signal#1f reçu au niveau de la balise. - un émetteur EM à 145 KHz utilisé dans un premier temps pour le déblocage de la balise (avec une modulation de commande) et dans un deuxième temps en ondes entretenues pures pour produire l'interférence avec EB. - le calculateur proprement dit réalisant la commande des divers organes, la mesure du déphasage entre # 1f et nef et la transformation de cette mesure en distance avec éventuellement l'affichage ou l'introduction de cette mesure dans un système plus complexe. Il est évident qu'en B la porteuse modulée en amplitude es de fréquence fl = w1 /2t et qu'en M la porteuse modulée en ampli- tude est de fréquence f2 = w2 /2tc , c'est la raison des fréquences de réception en B 155 KHz et en M 145 KHz. Les calculs citésfont intervenir les réceptions respectivement en B et en M, points d'émission ; en pratique les antennes de réception ne peuvent se situer précisément en ces points, mais le plus près possible (à une distance inférieure au mètre). La vitesse de propagation du signal de modulation étant 3108m/s au-delà de B et M, la différence de phase résultant de ce décalage dans les positions d'antennes est négligeable. Tous les éléments électroniques constitutifs du système sont des circuits connus pouvant être réalisés de façon différente selon l'application envisagée sans que l'on s'écarte de la présente invention ; il est donc superflu de les décrire. Il en est de même pour les fréquences utilisées qui constituent seulement un exemple et qui peuvent différer d'une application à l'autre en restant dans lecadre de l'invention décrite. R E 5 D I C A T I 0 N S 10 - Dispositif de mesure de distances de quelques mètres à quelques kilomètres caractérisé par le fait qu'il est composé d'une balise et d'un appareillage de commande et de calcul. 20 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la balise est totalement commandée à partir du calculateur. 30 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les deux organes, balise et calculateur, émettent au moment de la mesure en ondes entretenues pures (porteuse radio-électrique con modulée). 40 - Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que les deux fréquences d'émission sont très peu différentes l' une de l'autre. 50 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé par le fait que les deux fréquences d'émission sont choisies de manière à produire une interférence électromagnétique pouvantêtre identifiée à une onde modulée en amplitude, amplitude qui se propage à une vitesse c' inférieure à la vitesse de propagation des ondes radioélectriques dans le vide, avec c' = c w Sw c : vitesse de propagation dans le vide. différence des deux pulsations d'émission. Sw : somme des deux pulsations d'émission. 60 - Dispositifselon la revendication 5 caractérisé par le fait que l'interférence est détectée par deux récepteurs, l'un au niveau de la balise, l'autre au niveau du calculateur. 70 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que la modulation est extraite des signaux détectés au niveau du calculateur et au niveau de la balise. 80 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que la modulation détectée au niveau de la balise est transmise au calculateur par liaison VHF. 90 - Dispositif selon la revendication 8 caractérisé par le fait que la phase de la modulation extraite au niveau de la balise et transmise au calculateur est comparée à la phase de modulation extraite au niveau du calculateur. La différence de phase mesurée est proportionnelle à la distance recherchée, selon l = D c Sw l = distance recherchée D = déphasage mesuré C, #w, Sw, voir revendication 5. 100 - Dispositif selon la r-vendication 9 caractérisé par le fait que ce déphasage est exploité par le calculateur qui la traduit en distance.