Brevet FR2551201A1 — publié le 19850301

Dispositif pour déterminer les variations d'orientation d'un engin spatial L'invention se rapporte à un dispositif pour déterminer les variations d'orientation d'un engin spatial stabilisé en position par rapport à un objet cosmique éloigné servant de référence. Les engins spatiaux, en particulier les satellites, sont utilisés actuellement pour des missims les plus diverses Ils servent 10 par exemple de satellites de télécommunication et/ou à l'obtention par photosd'informations sur la surface de certains objets cosmiques, par exemple dans le cas de satellites géostationnaires de la terre Dans ce dernier cas, il faut que les satellites avec leurs dispositifs de prise de 15 vues soient très exactement orientés par rapport à la terre. L'objet cosmique, la terre, sert donc de référence par rapport à laquelle le satellite doit être stabilisé en position Pour, lors des prises de vues, obtenir une qualité d'image aussi bonne que possible, on doit empêcher que le satellite soit 20 soumis à des oscillations lorsqu'il se trouve en position. Il faut que son axe optique soit si possible constamment dirigé sur le même point de la surface de la terre Les variations d'orientation qui s'amorcent et qui se produisent fréquemment par suite des inévitables influences extérieures 25 doivent être immédiatement enregistrées et compensées par le système de régulation d'orientation Il est tout d'abord nécessaire à cet effet que toute amorce de variation d'orientation soit immédiatement détectée, et ce, avec une grande résolution dans le temps. L'objet de l'invention est par conséquent de mettre au point un dispositif du type précité qui permette de déterminer avec une grande sensibilité et un délai aussi court que possible les variations d'orientation de l'engin spatial, et en particulier aussi les petites variations d'orientation 35 se produisant en un temps très bref. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que le dispositif comporte les composants suivants: Au moins trois lignes de détecteum placées parallement les ues cé des autres ainsi que des moyens pour reproduire la surface de l'objet cosmique dans le plan des lignes de détecteursqui sont respectivement constituées par des élements détecteurs enregistreurs rangés linéairement les uns derrière les autres et mesurant l'intensité du rayonnement électromagnétique incident, et un dispositif d'interprétation qui, par comparaison répétée des valeurs mesurées à l'intérieur d'un bloc en forme de nappe d'éléments détecteurs voisins, détermine le déplacement de structures d'image significatives entre les éléments détecteurs. On constate ainsi s'il se produit une variation d'orientation de l'engin spatial sous la forme d'un basculement de ses axes, en particulier de l'axe optique associé aux lignes de détecteur La précision avec laquelle un tel basculement peut être détecté dépend de l'étendue de la nappe des différents éléments détecteurs dans le plan de reproduction ainsi que de la façon dont les éléments détecteurs sont disposés serrés les uns à c 8 té des autres On suppose que la 20 section d'image captée par les lignes de détecteu 4 icomporte des structures d'image significatives Cela signifie que l'on dispose par exemple d'éléments d'image présentant de fortes différences de luminosité qui peuvent être enregistrées et mesurées par les éléments détecteurs Il est cependant possible d'utiliser aussi d'autres caractéristiques mesurables, par exemple différentes compositions spectrales du rayonnement émis par les différents éléments de surface de l'objet cosmique Une variation d'orientation de l'engin spatial provoque un déplacement de l'image dans son plan, des structures significatives de l'image passant alors d'un détecteur à un détecteur voisin si l'étendue du déplacement est suffisamment grande Pour pouvoir enregistrer un tel déplacement dans deux dimensions de surface, une disposition en nappe des cléments détecteurs est par conséquent nécessaire. 35 Avec une disposition linéaire, correspondant à une seule ligne de détecteurs,seul un déplacement dans le sens de cette ligne pourrait être enregistré Grâce à la disposition d'au moins trois lignes de détecteur placées parallèlement les unes ' côté des autres et étroitement voisines, on arrive à ce que le déplacement d'une structure d'image significative, par exemple située sur un élément détecteur de la ligne médiane, 5 puisse être détecté dans n'importe quelle direction Il est bien entendu possible de juxtaposer parallèlement plus de trois lignes de détecteur par exemple cinq ou sept Cela est d'autant plus recommandé que l'image est moins structurée en ce qui concerne la caractéristique à mesurer. Comme élément détecteur on utilise de préférence des capteurs à semiconducteurs à transfert de charge (CCD), par exemaple ceux qui sont sensibles dans la zone spectrale infrarouge. La disposition des lignes de détecteurs peut ôtre prévue 15 de façon que le dispositif comporte une ligne de détecteurs centrale ainsi que plusieurs lignes de détecteurs partielles disposées des deux côtés de celle-ci à distance et en regard les unes des autres et ne comprenant respectivement qu'une fraction des éléments détecteurs de la ligne de détecteurs 20 centrale Cette disposition tient compte du fait que les lignes de détecteurs CCD ne sont actuellement disponibles que dans une longueur limitée, c'est-a-dire avec un nombre limité d'élrments détecteurs placés en ligne les uns à c 8 té des autres La ligne de détecteurscentrale peut alors être constituée par un certain nombre de lignes partielles disposées les unes derrière les autres Des deux côtés on peut, ensuite, prévoir des lignes de détecteurs partielles plus courtes qui, s'étendant à distance les unes des autres et parallèlement à la ligne de détecteur centrale, sont respectivement réalisées en une seule partie Ces lignes de détecteurspartielles doivent être respectivement situées en regard les unes des autres de façon qu'en liaison avec la ligne de détecteurscentrale intermédiaire, eiles forment respectivement des sections constituées de trois lignes parallèles Ici également, ces 35 sections peuvent être constituées par plus de trois lignes arallèles. L'interprétation peut être effectuée en utilisant pour la comparaison des valeurs mesurées des blocs disposés eniame de nappes et comprenant respectivement trois éléments détecteurs de la ligne de détecteur-centraleainsi que des lignes de détecteurspartielles respectivement voisines. Dans un mode de réalisation avantageux selon l'invention, le dispositif d'interprétation comprend un convertisseur analogique-numérique par ligne de détecteurs,une électronique de lecture assurant l'introduction successive des valeurs mesurées des différents 10 éléments détecteurs dans les convertisseurs analogiquesnumériques y associés et un calculateur comparant entre elles les valeurs mesurées numérisées des mesures successives. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, une mémoire intermédiaire peut être montée en 15 aval des convertisseurs analogiques-numériques. L'invention s'applique de préférence aux satellites stabilisés sur trois axes En cas d'emploi d'éléments détecteurs CCD, leur rapidité de lecture et leur grand pouvoir de résolution dans le temps qui y est lié permettent de 20 l'utiliser également pour des satellites dé ilant. Les petites et brèves variations d'orientation, par exemple lesdits mouvements d'instabilité horizontale, sont particulièrement critiques Ici aussi, la possibilité d'utilisation d'éléments détecteurs CCD s'avère 25 particulièrement avantageuse Un autre avantage de ces éléments réside dans le fait que même des mouvements relativement rapides sur la surface de l'objet cosmique observé, par exemple de nuages par rapport à la surface de la terre, n'ont aucun effet perturbateur Ainsi par exemple, avec un satellite 30 géostationnaire ayant une résolution de 2 km par élément détecteur, une vitesse relative du déplacement des nuages de km/h ainsi qu'une durée de lecture de 10 ms, il en résulte que les nuages pendant ce laps de temps ne se déplacent que de 2,7 m, ce qui est extrêmement faible en comparaison de la 35 résolution. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, 2551-201 mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente une ligne de détecteurs centrale avec lignesde détecteurspartiellesvoisines; la figure 2 représente trois lignes de détecteurs parallèles avec un dispositif d'interprétation. La figure 1 représente schématiquement une ligne de détecteurscentrale 1 constituée de différents éléments détecteurs 11 placés en rangée les uns derrière les autres. 10 En ce qui concerne ces derniers, il s'agit de dispositifs à transfert de charge infrarouges(CCD), par exemple des dispositifs hybrides Hg Cd Te, qui sont sensibles dans la zone spectrale d'environ 10-12 pm La ligne de détecteurscentrale 1 peut contenir environ 5000 éléments détecteurs individuels 15 ou plus, cette longueur totale étant formée par la juxtaposition de lignes actuellement disponibles sur le marché et respectivement constituées de 256 ou 512 éléments détecteurs individuels Des deux côtés de la ligne de détecteur Jcentrale 1 sont disposées des lignes de détecteurs 20 partielles 2, 3, 2 a, 3 a etc placées à distance et parallèlement les unes aux autres Celles-ci peuvent respectivement présenter également une longueur de par exemple 256 éléments détecteurs individuels 12, 13 (représentés raccourcis sur le dessin) Sur cet agencement de lignes de détecteursparallèles, 25 une optique appropriée non représentée, notamment un télescope, qui est montée à bord du satellite et dirigée par exemple sur la surface de la terre, projette une section d'image de cette surface Par comparaison des signaux fournis par des éléments détecteurs voisins, un dispositif d'interprétation,qui sera décrit ultérieurement,détermine sur quel élément détecteur est reproduite une structure d'image significative En pareil cas il peut s'agir par exemple de nuages ou d'autres structures qui se détachent de l'environnement, par exemple en raison de leur luminosité Dès qu'une telle structure d'image signifi35 cative est détectée, par exemple sur un élément détecteur 11 ', le bloc 8 entourant cet élément détecteur et constitué au total de 8 ou 9 éléments détecteurs agencés en forme de carré continue à être constamment observé par le dispositif d'interprétation, et ce,de façon que les valeurs mesurées apparaissant sur les éléments détecteurs puissent être comparéesde façon répétée à celles de la mesure précédente. Comme déjà mentionné, ces comparaisons peuvent être effectuées en un temps ne dépassant pas 10 ms Une variation d'orientation du satellite dans le sens d'un basculement a pour effet que la structure d'image significative s'écarte de l'élément détecteur 11 ', par exemple en direction de l'élément 10 détecteur 11 " diagonalement voisin La direction dans laquelle la structure d'image significative s'écarte dépend naturellement à l'origine de la direction de la variation d'orientation A partir de là on peut donc émettre immédiatement de façon précise des impulsions de correction qui compensent 15 la variation d'orientation dès qu'elle se dessine. La figure 2 représente schématiquement un dispositif d'interprétation 7, qui reçoit les informations émanant de trois lignes de détecteur parallèles. En aval des lignes de détecteur 4 sont respectivement 20 montés des filtres 31, 32, 33, qui servent à l'élimination des bruits parasites Leurs signaux de sortie filtrés sont respectivement appliqués aux convertisseurs analogiquesnumériques 21, 22, 23, qui présentent par exemple une résolution de 6-8 bits A leur suite est installée une 25 mémoire intermédiaire 14 dans laquelle des informations sont par exemple alternativement inscrites pendant une microseconde et lues dans la microseconde suivante. A la mémoire intermédiaire 14 succède un correcteur de valeur de luminosité-obscurité 15 qui garantit une caracté30 ristique de reproduction uniforme en ce qui concerne tous les éléments détecteurs Pour finir, les signaux d'image corrigés parviennent à un calculateur 10 Celui-ci évalue les signaux des différents éléments détecteurs et détermine au début sur quels éléments détecteurs sont reproduites des 35 structures d'image significatives En comparant de façon répétée le:contenu'des blocs d'éléments détecteurs associés aux différentes structures significatives aux valeurs respectivement préalablement mémorisées, par exemple à un rythme d'une microseconde, on détermine s'il s'est produit des déplacements des structures significatives Si aucun déplacement n'est mesurable, pour lequel on peut prévoir par exemple des paliersde 0,5 % à 2 %, c'est que la position relative du satellite ne s'est pas modifiée de façon mesurable pendant ce court intervalle de temps Des déplacements critiques sont par exemple les déplacements d'instabilité horizontale du satellite dont la détection était jusqu'ici 10 un problème et qui se produisent à une fréquence d'environ Hz Si des variations repérables par le calculateur sont constatées, la direction et la valeur de la variation d'orientation sont déterminées et transmises au système de régulation d'orientation du satellite en vue de l'émission 15 d'impulsions de correction. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour déterminer les variations d'orientation d'un engin spatial stabilisé en position par rapport à un objet cosmique éloigné servant de référence, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins trois lignes de détecteur J( 1, 2, 3) placées parallèlement les ais à cé des auires ainsi que des moyens pour reproduire la surface de l'objet cosmique dans le plan des lignes de détecteur qui sont respectivement constituées par des éléments détecteurs 10 enregistreurs ( 11, 12, 13) rangés linéairement les uns derrière les autres et mesurant l'intensité du rayonnement électromagnétique incident, et un dispositif d'interprétation ( 7) qui, par comparaison répétée des valeurs mesurées à l'intérieur d'un bloc ( 8) en forme de nappe d'éléments détecteurs voisins, détermine le déplacement de structures d'image significatives entre les éléments détecteurs ( 11, 12, 13). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une ligne de détecteurscentrale ( 1) ainsi que plusieurs lignes de détecteurs partielles ( 2, 3) disposées des deux c 8 tés de celle-ci b distance et en regard les unesdeswisset ne comprenant respectivement qu'une fraction des éléments détecteurs ( 11, 12, 13) de la ligne de détecteurs J centrale ( 1). 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les blocs ( 8) disposés en nappes utilisés pour l'interprétation comprennent respectivement trois éléments détecteurs de la ligne de détecteurscentrale ( 1) ainsi que des lignes de détecteurs partiellesvoisines ( 2,3)agen 6 30 en forme de carrés. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que comme élémentsdétecteurs( 11, 12, 13) on utilise des capiteurs à semiconducteurs à transfert de charge (CCD). 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on utilise des capteurs sensibles dans la zone spectrale infrarouge. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif d'interprétation ( 7) comprend un convertisseur analogiquenumérique ( 21, 22, 23) par ligne de détecteurw ( 1, 2, 3), une électronique de lecture ( 9) assurant l'introduction successive des valeurs mesurées des différents éléments détecteurs ( 11, 12, 13) dans les convertisseurs analogiquesnumériques y associés, et un calculateur ( 10) comparant entre elles les valeurs mesurées numérisées des 10 mesures successives. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'une mémoire intermédiaire ( 14) est montée en aval des convertisseurs analogiques-numériques ( 21, 22, 23).