Brevet FR2560389A1 — publié le 19850830

L'invention est relative a un dispositif micro-onde différentiel pour la mesure sans contact de la vitesse d'un véhicule terrestre. Elle trouvera notamment son application pour le pilotage des véhicules et en particulier des véhicules sur rails a conduite automatique dans lesquels il est nécessaire de connaître avec précision la vitesse et 1 a distance parcourue. Les dispositifs micro-ondes de mesure de la vitesse d'un véhicule exploitent l'effet Doppler. Ce phénomène est bien connu. Lorsque d'un véhicule on émet vers le sol une onde d'hyperfréquence5 elle se diffuse dans toutes les directions a cause de la granulométrie ou de l'hétérogénéité du sol et une fraction de cette onde revient vers l'antenne d'emission, il s'agit de l'onde rétrodiffusée. Lorsque le vehicule est animé d'une vitesse de translation Vx la fréquence de l'onde rétrodiffusée est modifiée d'un facteur proportionnel a la vitesse du véhicule : c'est l'effet Doppler.Le décalage en frequence est donné par la relation 2 Vx.Fe F = cos e (1) C dans laquelle Fe est la fréquence du signal d'emission C est la vitesse de propagation des ondes e est l'angle d'incidence de l'onde émise Vx est la vitesse de translation du véhicule. La mesure de ce décalage de fréquence permet donc de déterminer la vitesse du vehicule porteur du capteur micro-onde. I1 faut toutefois noter que dans la formule précédente, l'angle d'incidence de l'onde emise intervient. Or, ce paramètre peut être modifie par differents facteurs extérieurs tels qu'une modification de l'assiette du véhicule en raison de sa charge ou de l'état de la route ou autre. Cette modification de l'angle d'incidence e de l'onde hyperfréquence modifie l'écart de fréquence du à l'effet Doppler de l'onde retrodiffusee et par voie de conséquence engendre une erreur au niveau de la mesure de vitesse. Cette erreur peut dépasser 10 % sous certaines conditions et est tout a fait inacceptable pour assurer le pilotage des véhicules ou la conduite automatique dans lesquels la précision sur la mesure vitesse doit être de l'ordre de 5/oxo Le but principal de la présente invention est de presenter un dispositif micro-onde différentiel pour la mesure sans contact de la vitesse d'un véhicule terrestre dont la précision est pratiquement indépendante du mouvement de pompage du véhicule, c'est-a-dire de la composante de vitesse du véhicule normal à la surface de la route sur laquelle il se déplace. Ainsi, même en cas de modification des mouvements de la route ou de l'assiette du véhicule en raison par exemple de la suspension de sa charge, la précision dans la mesure de la vitesse ne s'en trouve peu ou pas affectée. D'autres buts et avantages de la présente invention apparai- tront au cours de la descripticn qui va suivre, qui n'est donnee qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Le dispositif micro- onde différentiel pour la mesure sans contact de la vitesse d'un véhicule terrestre qui se déplace selon une direction, qui comprend une source de micro-onde, des moyens d'émission des micro-ondes vers le sol ou un obstacle qui rétrodiffuse au moins en partie les micro-ondes vers des moyens de réception des micro-ondes rétrodiffusées, un dispositif de mesure de décalage de fréquence entre les micro-ondes émises et reçues tel qu'un mélangeur qui par battement permet de déterminer le décalage de fréquence de l'effet Doppler, est caractérisé par le fait que le dispositif émet et recueille des microondes dirigées vers la direction de déplacement du véhicule et la direction opposée. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée de dessins en annexe parmi lesquels - la figure 1 schématise le principe de la mesure de la vitesse d'un véhicule par effet Doppler, - la figure 2 schématise le principe de la mesure de vitesse à l'aide d'un dispositif différentiel selon l'invention, - la figure 3 schématise en vue de coupe transversale, l'antenne d'émission de micro-ondes, - la figure 4 schématise un mode préférentiel de réalisation de l'antenne d'émission de la présente invention, - la figure 5 présente le diagramme fonctionnel des différents organes composant le dispositif micro-ondes de la presente invention. Le dispositif micro-onde de la présente invention est destiné à mesurer sans contact la vitesse d'un véhicule terrestre. Le principe utilise est l'effet Doppler qui introduit un décalage de fréquence d'une onde réfléchie par un obstacle mobile. Dans le cas d'un véhicule 1 tel que représenté à la figure 1 anime d'une vitesse de translation Vx, schématisée par le vecteur 2 par rapport au sol 3, le dit véhicule 1 etant équipé d'une antenne 4- d'émission de micro-ondes 5 selon un angle e par rapport à l'assiette 6 du vehicule, l'onde émise 5 sera rétrodiffusée par le sol 3 et une fraction de l'onde sera ré-émise pour former l'onde rétrodiffusée 7 captée par l'antenne 4. Le décalage en fréquence est donne par la relation F1 = 2 Vx Fe cos G C ou Fe est la fréquence du signal d'émission, C la vitesse de propagation des ondes , e l'inclinaison de l'onde émise et Vx la vitesse de translation du véhicule. Si en outre le véhicule est animé d'un mouvement de pompage qui se traduit par l'existence d'une composante 8 de vitesse normaleà la surface de la route 3, l'écart en fréquence devient F = 2 Vx Fe cos e + 2 Vy FesinC C C dans laquelle Vy représente la composante normale de la vitesse par rapport à la route. Le second terme, dû au pompage est lié à l'onde qui se réfléchit directement sur le sol et son influence peut etre prépondérante masquant ainsi partiellement, voire totalement le terme fondamental associe au mouvement de translation du véhicule. Pour pallier l'inconvénient majeur resultant du mouvement de pompage du véhicule, selon la présente invention, le dispositif émet et recueille des ondes dirigées vers la direction de déplacement du vehicule et la direction opposée. Dans ce cas,schematise à la figure 2, on obtient deux decalages en fréquence qui permettent, puisque l'effet Doppler est algébrique, d'eliminer la composante normale Vy de la vitesse du vehicule. Selon un mode préférentiel de realisation du dispositif microondes différentiel de la présente invention, celui-ci sera muni d'une antenne d'emission telle que les micro-ondes avant 9 et les microondes arrière 10 c'est-à-dire respectivement les micro-ondes qui sont dirigées selon la direction d'avancement du véhicule et les microondes dirigées dans le sens oppose, seront de même. fréquence et émises symétriquement par rapport au vehicule, c'est-à-dire avec un angle 0. Dans ce cas, on peut obtenir deux décalages en fréquence tels que : 2VxFe 2VyFe F1 = cos # + sin # C C -2 Vx Fe 2 Vy Fe F2 = cos # + sin # C C A partir de ces deux expressions, il est donc théoriquement possible d'extraire l'information relative à la vitesse de translation Vx en éliminant le terme Vy lie au pompage du véhicule. En prenant à titre d'exemple un angle 6 = 45 degrés, le signal récupéré et mélange des micro-ondes avant 9 et arrière 10 donne un signal resultant ayant pour expression : 4 F = E cos (2 # Fe + 4 # y Fe/ C sin #) t . cos 4 # Vx Fe/cos # . t I1 s'agit d'un signal modulé en amplitude à la fréquence : 2 Vx Fe Fx = cos # C qui est l'information utile nécessaire à la détermination de Vx indépen- damment du signal parasite Vy qui module le signal en phase. En pratique, le sol est éclairé, non pas ponctuellement mais sur une surface qui dépend du diagramme de rayonnement de l'antenne utilisée. Chaque hétérogénéité de la surface éclairée crée alors une onde rétrodiffusée. Tous ces signaux élémentaires de phase, d'amplitude et de fréquence differentes s'ajoutent au niveau du récepteur créant ainsi un signal aléatoire dont la densité spectrale de puissance est pratiquement Gaussienne centrée autour de la fréquence Doppler. L'in- formation sur la vitesse de déplacement du véhicule est donc contenue dans la fréquence moyenne du signal Doppler. Un traitement du signal par corrélation est généralement retenu pour extraire du spectre de bruit la fréquenc e moyenne correspondant à la vitesse du vehicule. I1 est cependant préférable d'émettre les micro-ondes à l'aide d'une antenne qui emette les micro-ondes avec un angle d'incidence constant La figure 3 illustre, en vue de coupe, une antenne 11 bénéficiant de telles caractéristiques. I1 s'agit en particulierd'un guide d'ondes fendu longitudinalement. Selon le mode préférentiel de réalisation du guide d'ondes 11, celui-ci présente une section intérieure 12 rectangulaire et dispose d'une fente longitudinale 13 disposée le long d'un petit côté de la section rectangulaire. La fente 13 est en outre garnie d'un chanfrein divergent 14. Une telle antenne permet d'émettre les micro-ondes selon un angle de 45 degrés par rapport à l'axe longitudinal du guide d'ondes, cet angle ne dépend que des dimensions intérieures du guide d'ondes et de la fréquence utilisée.Il peut donc être ajusté à volonté. Selon un premier mode d'utilisation du dispositif de la présente invention, on utilise deux guides d'ondes, chacun d'eux étant respectiveniallt employé pour émettre le faisceau de micro-ondes 9 dirige dans la direction de déplacement du véhicule et le second guide d'ondes étant utilisé pour engendrer les micro-ondes arrière 10 dirigées dans le sens opposé a la direction de déplacement du véhicule. Dans le cas où deux guides d'ondes indépendants sont utilisés, de préférence, leur extrémité est fermé par une charge adaptée. Toutefois, selon un mode préférentiel de réalisation du dispositif de la présente invention, on utilise une seule antenne 15 pour assurer l'émission des micro-ondes 9 dirigées dans la direction d'avan ceineot du vehicule et des micro-ondes 10 dirigées dans le sens opposé à la direction d'avancement du véhicule tel qu'illustré à la figure 4. L'antenne 15 utilisée est identique au guide d'ondes illustré a la figure 3 dans lequel on introduit à chaque extrémité 16 et 17 les micro-ondes à émettre issues de la source de micro-ondes, non illustrées. De préférence, la source de micro-ondes est suivie d'un T magique qui débouche par des guides d'ondes de liaison 19 et 20 qui permettent d'acheminer les micro-ondes jusqu' à chaque extrémité 16 et 17 de l'antenne 15. Les propriétés du T magique 19 sont telles qu'alors les signaux d'émission E1 et E2 envoyés à l'antenne 15 par les extrémités respectives 17 et 16 sont en opposition de phase, les signaux de réception R1 et R2 captés par 1 'antenne 15 et qui correspondent aux micro-ondes rétrodi ffusées, sont en phase. La figure 5 schématise le diagramme fonctionnel d'émission et de traitement des signaux micro-ondes du dispositif de la présente invention. Le dispositif comprend une source d'émission 20 de microondes qui peuvent par exemple être engendrés par l'intermédiaire d'une diode un F = 10,26 GHz, P = 10 mW. Les ondes émises par l'oscillateur 20 sont dirigées vers un T magique en guide d'ondes 18 qui achemine aux extremites 16 et 17 de l'antenne d'émission 15 par l'intermédiaire de guides d'ondes de liaison 19 et 20, ces micro-ondes qui correspondent aux signaux d'émission. L'antenne 15 récupère également les micro-ondes rétrodiffusées et dirige à nouveau vers le T magique 18 par l'intermédiaire des guides d'ondes de liaison 19 et 20. Le T magique 18 dirige les micro-ondes retrodi'ffusées vers un mélangeur 22 par exemple du type à diode Schottky.Un oscillateur local 23 permet d'acheminer vers le mélangeur 4 un signal qui permettra d'assurer un battement, le mélangeur 4 permet d'atténuer la composante de la vitesse correspondant à la vitesse de pompage. Le signal obtenu apres le battement est dirige vers un amplificateur de fréquence intermédiaire 24 lui-même suivi d'un étage de détection à diode à pointe par exemple 25. Le signal obtenu est dirigé vers un amplificateur basse fréquence 26 qui permet en sortie 27 d'obtenir un signal proportionnel à la vitesse de déplacement du véhicule. D'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, auraient pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.. La structure guide d'ondes présentée à titre d'exemple précédent, peut être remplacée par des lignes de propagation, T magique et antenne en structure par circuit plaqué sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif micro-onde différentiel pour la mesure sans contact de la vitesse d'un véhicule (1) terrestre qui se déplace selon une direction (2) , qui comprend une source de micro-ondes, des moyens d'emission de micro-ondes (5) vers le-sol (3) ou un obstacle qui rétrodiffuse partiellement les micro-ondes (7), des moyens de réception (4) des micro-ondes rétrodiffusés (7), un dispositif de mesure de décalage de frequence entre les micro-ondes émis (5) et les micro-ondes reçus (7), tel qu'un melangeur qui par battement permet de déterminer le décalage de fréquence de l'effet Doppler, caractérisé par le fait que le dispositif émet et recueille des micro-ondes dirigées vers la direction de déplacement du véhicule et la direction opposée. 2. Dispositif micro-onde différentiel selon la revendication 1, caracterise par le fait que les micro-ondes (9) dirigées dans la direction (2) de déplacement du vehicule et les micro-ondes (10) dirigees dans la direction opposee sont de même fréquence et sont emises symétriquement par rapport au véhicule (1). 3. Dispositif micro-onde différentiel selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les micro-ondes (9) dirigées dans la direction d'avancement du véhicule et les micro-ondes (10) dirigées dans la direction opposée présentent un angle identique, voisin de 45 degrés par rapport à l'assiette (6) du véhicule (1). 4. Dispositif micro-onde différentiel selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les micro-ondes sont émises par une antenne (15) constituée par un guide d'ondes (11) fendu longitudinal e- ment. 5. Dispositif micro-onde différentiel selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le guide d'ondes (11) fendu longitudi-nalement présente une charge adaptée à son extrémité. 6. Dispositif micro-onde différentiel selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le guide d'ondes (11) présente une section rectangulaire (12) fendue le long d'un petit côté du rectangle. 7. Dispositif micro-onde différentiel selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la fente (13) du guide d'ondes (11) est garnie d'un chanfrein divergent (14). 8. Dispositif micro-onde différentiel selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'antenne (15) servant à l'émission des micro-ondes dirigeesdans la direction d'avancement du véhicule est identique à l'antenne utilise pour émettre les micro-ondes dans la direction opposée. 9. Dispositif micro-onde différentiel selon la revendication 8, caractérisé par le fait que les micro-ondes sont introduites par chacune des extrémités (16) et (17) du guide d'ondes faisant office d'antenne (15). 10. Dispositif micro-onde différentiel selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comprend une source-de micro-ondes (1) suivie d'un T magique (18) qui debouche par l'intermédiaire de guide d'ondes de liaison (19) et (2-0) à chaque extrémité (16) et (17) d'une antenne (15) formée par un guide d'ondes fendu.