Brevet FR2566540A1 — publié le 19851227

L'invention est relative à un procédé de traitement du signal par corrélation. Elle trouvera notamment son application en cinémométrie, télémétrie, asservissement de direction et de poursuite, détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau. Actuellement, les principales techniques utilisées en cinémometrie sans contact font appel à l'effet Doppler. I1 est connu que lorsque la distance entre une source d'émis sion de fréquence fixe et d'une antenne de réception varie, la fréquence apparente captée par la dite antenne est décalée par rapport à la frequence d'émission. Le decalage est proportionnel à la vitesse de dépla cement du point d'émission par rapport au point de réception selon l'axe les reliant. Ce phénomène trouve de nombreuses applications en cinémométrie et en particulier si l'on émet une onde de fréquence donnée, en direc tion d'un mobile, en analysant la fréquence réfléchie par le dit mobile, il est possible de connaitre avec précision la vitesse de ce mobile. On peut cependant noter certains inconvénients de l'effet -Doppler, le premier étant que la direction de propagation de l'onde incidente et de l'onde réfléchie doit être sensiblement située dans la direc tion de deplacement du mobile pour obtenir une précision de mesure optimale. Cette caractéristique peut parfois ne pas être réalisée en pratique étant donné qu'elle demande à placer l'appareillage de mesure sur la trajectoire du mobile qui ne manquerait pas de détériorer le dit appareillage si l'expérience était reellement pratiquée. Par conséquent, il est dans la pratique parfois nécessaire de décaler légèrement par rapport à la trajectoire l'axe du faisceau inci dent et réfléchi ce qui a pour conséquence de diminuer légèrement la pré cision et par ailleurs de faire entrer un facteur de positionnement géométrique supplémentaire dans l'analyse des résultats. Au cas où le matériel de mesure de vitesse par effet Doppler est embarqué sur le mobile dont on veut déterminer la vitesse, les difficultés naissent lorsque le mobile est animé d'un mouvement vertical parasite, ce qui est généralement le cas en raison d'irrégularités du terrain sur lequel le mobile se déplace. En matière de télémétrie, la mesure de distance est parfois réalisée en totalisant le temps mis par une inscription électro-magné- tique émise depuis la source fixe pour se propager jusqu'à l'obstacle dont on veut mesurer la distance et par réflexion revenir à l'endroit initial où elle est captée. Cette technique présente l'inconvénient d'être extrêmement delicate lorsque l'obstacle dont on veut mesurer l'éloignement est situe à une distance relativement proche de la source d'émission. Par ailleurs, la célérité des ondes électro-magnétiques dans l'atmosphère peut être perturbée par différents facteurs qui faussent les résultats de la mesure. Les techniques d'asservissement de direction ou de poursuite utilisées à l'heure actuelle font généralement appel soit à l'effet Doppler soit à une mesure du temps de propagation d'une onde incidente et réfléchie. Pour les motifs exprimés précédemment, ces techniques ne sont pas pleinement satisfaisantes. La détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau fait appel à l'heure actuelle à l'utilisation de rayons X qui presentent des dangers graves et nécessitent un maniement des appareils avec précaution et l'utilisation de blindages appropriés. D'autres techniques qui font appel à l'échographie peuvent également être utilisées pour l'analyse de matériaux en profondeur, il s'agit cependant d'emplois spécifiques qui peuvent difficilement être étendus. Le but principal de la présente invention est de présenter un procédé de traitement du signal par corrélation qui, avec une mise en oeuvre simple, trouve des applications en cinémométrie, télémetr-ie, asservissement de direction et de poursuite, détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau et autres. Le procédé de la présente invention fait appel à des dispositifs micro-ondes classiques et par conséquent disponibles. Le procédé de la présente invention permet de réaliser des mesures et obtenir des précisions qui jusqu'alors ne pouvaient être envisagees. En particulier, en cinémométrie, le procédé de traitement du signal par corrélation de la présente invention permet d'effectuer des mesures en positionnant l'appareillage sur une perpendiculaire à la direction de déplacement du mobile. Conjointement à la mesure de vitesse, il peut être également déterminé la distance d'éloignement du mobile avec une très bonne précision, ce qui permet à l'invention de trouver son application pour le pi lotage d'engins télécommandés. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Le procédé de traitement du signal par corrélation, qui utilise le rayonnement micro-onde, des antennes de- réception des micro-ondes et au moins un corrélateur, est caractérisé en ce que - on émet un rayonnement micro-onde unique à l'aide d'une source de micro-ondes dont les caractéristiques sont déterminées, et d'une antenne d'émission, - on capte à l'aide d'antennes de reception, situes en dif fervents lieux, le rayonnement micro-onde émis, - on dirige les signaux perçus par les antennes de réception vers un ou plusieurs correlateurs, - on analyse le spectre de fréquence du signal de sortie du ou des corrélateurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagne de dessins en annexe parmi lesquels - la figure I schématise un dispositif de mise en oeuvre du procédé de traitement du signal par corrélation selon la présente invention, - les figures 2a et 2b représentent les signaux de sortie du corrélateur dans un cas d'application à la télémétrie pour l'étude à deux vitesses différentes, - la figure 3 illustre un dispositif de mise en oeuvre du procédé de la présente invention- appliqué à la cinémométrie, - la figure 4 représente un dispositif de mise oeuvre du procédé de la présente invention appliqué à la mesure de vitesse et de distance, - la figure 5 schématise un dispositif de détection d'hétéro généité et de discontinuité dans un matériau selon le procédé de la présente invention. il est connu d'utiliser le principe de corrélation pour analyser les liens existants entre deux signaux issus de sources distinctes. Il s'agit du procédé classique d'utilisation de la corrélation qui, dans une configuration données permet d'examiner les rapports existants entre deux signaux dont l'un d'entre eux presente des caractéristiques determinées. Selon le procédé de traitement du signal par corrélation de la présente invention, on utilise un générateur de micro-ondes de caractéristiques déterminées dont on capte le rayonnement à l'aide d'antennes distinctes. Puisque dans le cas présent5 on connais la nature du signal d'émission, analyse du signal de réception permet de déterminer la configuration particulière dans laquelle le signal est émis et perçu par le corrélateur. il s'agit par conséquent d'une utilisation de la corrélation différente de son usage traditionnel. Ce procédé de traitement du signal par corrélation de la présente invention trouve de nombreuses applications dont la cinémométrie, la télémétrie, l'asservissement de direction et de poursuite, la détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans les matériaux qui vont être étudiés successivement. La figure 1 schématise une installation de mise en oeuvre du procédé de la présente invention. Dans toute la description, il est fait référence aux micro-ondes5 il s'agit toutefois d'une notion large qui peut être étendue à tout rayonnement électro-magnétique. Le procédé de traitement du signal par corrélation de la presente invention fait appel à un rayonnement micro-onde schématisé à la figure 1 sous la référence 1 engendrée par un générateur 2 qui est une source micro-onde associee à une antenne A qui rayonne les microondes 1 de frequence f La présente invention fait appel à une source de rayonnement unique. La source presente des caractéristiques déterminées qui, de pré- ference, correspondront-à une amplitude et une frequence stables dans le temps. Le rayonnement par deux antennes A1 et A2 distantes d'une distance ZDf est relié à un corrélateur 3 qui fournit un signal de sortie S (t). il est connu que si l'on désigne par v1 (t) le signal perçu par l'antenne A1, et v2 (t) le signal perçu par l'antenne A2, le corrélateur fournit en sortie un signal S (t) tel que S = K x V1 x V2 x cos ( A et les antennes de réception A1 et A2 ; T étant le temps de retard introduit par le corrélateur 3. Dans le cas de la cinémométrie à corrélation pour la mesure de vitesse, la source de micro-onde 2 est fixée au mobile non représenté à la figure 1. La direction de déplacement du mobile sera de preference parallèle à l'axe imaginaire joignant les antennes A1 et A2 de réception. Il s'en suit que les antennes de reception A1 et A2 seront disposées l'une par rapport à l'autre selon la direction de déplacement du mobile. il s'agit par conséquent d'une disposition contraire à celle utilisée dans le cas de cinémometrie à effet Doppler et qui présente un avantage incontestable par rapport à cette dernière en autorisant un positionnement de l'appareillage de mesure à l'extérieur de la trajectoire du mobile. En prenant en considération les relations écrites précédemment qui donnent l'amplitude du signal S(t) de sortie du corrélateur 3, on obtient un signal de sortie du corrélateur en fonction du temps S(t) qui est du type donné aux figures 2A et 2B. Ces signaux correspondent à des franges d'interférence étant donné que le déphasage Sp varie avec le déplacement du mobile. Ces franges sont amorties puisque le couplage électro-magnétique entre les antennes d'émission A et de reception A1, A2 en regard est maximal lorsque ces antennes sont l'une en face de l'autre, ce couplage décroît lorsque l'antenne d'émission A d'une part et les antennes de reception A1 et A2 d'autre part ne sont plus l'une en face de l'autre. Les signaux illustrés aux figures 2A et 2B correspondent à = 0. Le signal S(t) de sortie du corrélateur 3 est d'autant plus longtemps significatif que la vitesse du mobile sera plus lente. Ainsi, dans l'exemple illustre aux figures 2, la figure 2B correspond à un mobile situé à la même distance h du corrélateur 3 que dans le cas envisage à la figure 2A et qui se déplace avec une vitesse deux fois plus élevée de celle envisagée pour le cas de la figure 2A. Dans ces conditions, en exploitant le spectre de fréquence de S(t) par transformée de Fourier (FFT), il est possible de déterminer la distance et la vitesse du mobile, ceci sans contact. Une variante du procédé de traitement du signal par corrélation, appliquee à la cinémométrie est schématisée à la figure 3. L'exemple précédent présentait l'inconvénient de nécessiter un embarquement de la source de micro-onde 2 à bord du mobile dont on voulait mesurer la vitesse. Dans le cas de la figure 3, le générateur de micro-onde 2 est relié à une antenne d'émission A qui dirige le rayonnement micro-onde incident 1 en direction du mobile 4. Le mobile 4 réfléchira une partie du rayonnement incident 1 vers les antennes de réception A1 et A2. Ces antennes de réception sont reliées à un corrélateur 3 qui délivrera un signal de sortie S analogue au cas envisage précédemment. Pour améliorer le procédé de la présente invention, le mobile pourra être équipe d'une antenne 5 ou tout autre dispositif passif permettant de réfléchir le signal incident 1. Comme dans le cas de la figure 1, les antennes de réception A1 et A2 seront positionnées relativement l'une par rapport à l'autre de telle sorte qu'elles soient alignées dans la direction de deplacement du mobile 4. L'antenne d'émission A pourra par exemple être située entre les antennes de reception A1 et A2 telles qu'illustrees à la figure 3. Le corrélateur 3 utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention pourra correspondre à celui décrit dans la demande de brevet en FRANCE "Thermographie micro-onde par corrélation" No 81/09.281. Le corrélateur pourra également être réalise en utilisant un transistor à effet de champ bigrille (FET bigrille) ou en employant un "réseau 6 ports" (6 ports network). Tout dispositif permettant d'obtenir un signal de sortie S conforme à la relation donnée précédemment convient pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention. La figure 4 schématise un dispositif de mise en oeuvre du procédé de traitement du signal par corrélation de la présente invention appliqué au cas de la télémétrie. Dans l'étude précédente, pour différentes positions relatives des antennes A, A1 et A2, on obtient des formes différentes du signal de sortie du corrélateur 3. Cette propriete peut être exploitée pour connaître la position du mobile par exemple en utilisant deux ou plusieurs corrélateurs ayant des antennes de réception disposees chacune à des écartements distincts. Dans le cas tel qu'illustré à la figure 4, l'intervalle ZD1 separant les antennes de réception A1 et A2 est différent de 11 inter- valle ZD2 séparant les antennes de réception A'1 et A'2 du corrélateur 2, en plaçant les systemes de réception, corrélateur 1, correlateur 2 et antenne A1, A2, A'1, A'2 à des emplacements differents. Selon le procede de la presente invention, le signal S de sortie du corrélateur 1 est traité par Transformee de Fourier (FFT1), et le signal S' de sortie dû corrélateur 2 est traité par un circuit de Transformée de Fourier (FFT2) puis les signaux issus respectivement du circuit (FFT1) et (FFT2) sont traites par un circuit 6 qui en sortie per met de délivrer des informations de vitesse du mobile et des informations d'éloignement h1 du mobile vis-à-vis du couple d'antenne de réception A1 et A2 et d'éloignement h2 du mobile vis- -vis du couple d'antenne de réception A'1 et A'2. Selon le procédé de la présente invention, il aurait pu égale ment être utilisé pour un système d'émission et de corrélation travail lant à des fréquences différentes. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, il est possible d'utiliser une-antenne d'émission à- balayage angulaire électronique pour la détermination de l'éloignement et de la vitesse du mobile. Ce système pourrait par exemple être utilisé dans le domaine de l'appareillage anti-collision. En matière d'asservissement de direction et de poursuite, en considérant le cas envisage à la figure 1, la source micro-onde 2 fixe et le correlateur 3 mobile pu la situation inverse. Lorsque le cor relateur 3 se déplace sur l'axe qui le relie à la source d'émission micro-onde 2 ( f = O), l-e signal S de sortie du corrélateur 3 est maxi mal pour T = O, ce qui correspond à la relation exposée précédemment. Cette propriété peut être exploitee pour réalisée un asser vissement de direction ou de poursuite. Ce procédé peut etre étendu à l'espace en utilisant trois antennes de réception réparties selon les trois coordonnées Pour augmenter la précision du procédé, il est préfé- arable de travailler avecunsignal de sortienul :: S= 0, c'est-à-dire en ajustant au préalable le correlateur de telle sorte que la valeur du 1 retard r soit égale 2f étant la fréquence du signal d'e- mission). étant la fréquence du signal d'é- La figure 5 s'applique au procédé de la présente invention appliqué à la détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau. Dans ce cas, le cas général de la figure 1 s'applique et la source d'émission micro-onde 2 et les antennes de réception A1 et A2 sont fixes. Selon le procédé de la présente invention, le matériau 7 dont on veut contrôler la partie interne est place dans l'intervalle séparant l'antenne A d'émission du rayonnement micro-onde et les antennes A1 et A2 de réception du dit rayonnement. On déplace le matériau 7 qui se présente sous la forme d'une lame à face parallèle dans la zone considérée, parallèlement à l'axe joignant les antennes de réception A1 et A2. Le matériau à examiner présente des pertes moyennes en micro-onde ou est diélectrique de telle sorte que le signal S en sortie de corrélateur ne soit pas nul. Tant que la partie du matériau 7 à tester soumise aux rayonnements possède les mêmes propriétés de structure ou de geometrie, le signal S demeure constant. Il s'agit des zones du matériau 7, situées entre l'antenne d'émission A et les antennes de réception A1 et A2, traversées par le rayonnement électro-magnetique 1. Aussitôt qu'une hétérogénéité 8 ou une discontinuité (épaisseur différente, fissure,...) apparait, celle-ci peut être décelée par variation du signal S de sortie du cor rélateur 3. il est possible d'utiliser plusieurs dispositifs travaillant à des fréquences différentes. D'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, auraient pu être envisagees sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procéde de traitement du signal par corrélation qui utilise le rayonnement micro-onde, des antennes de réception des microondes et au moins un correlateur, caractérise en ce que - on émet un rayonnement micro-onde (1) unique à l'aide d'une source de micro-onde (2) dont les caractéristiques sont déterminées et d'une antenne d'émission A, - on capte à l'aide d'antennes de reception A1, A2 , situées en différents points, le rayonnement micro-onde émis, - on dirige les signaux perçus par les ante.nnes de reception A1, A2 vers un ou plusieurs corrélateurs, - on analyse le spectre de fréquence du signal de sortie du ou des corrélateurs. 2. Procédé de traitement du signal par corrélation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on analyse le spectre de fre- quence du signal de sortie du ou des correlateurs (3) par Transformée de Fourier (FFT). 3. Procede de traitement du signal par corrélation, destiné en particulier à réaliser des mesures de vitesse d'un mobile, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fixe sur le mobile dont on veut déterminer la vitesse, une source d'émission de micro-onde (2) de caractéristiques déterminées, - on capte le rayonnement micro-onde (1) émis à l'aide de deux antennes fixes A1, A2, disposees sensiblement l'une par rapport à l'autre selon la direction de deplacement du mobile, - on dirige les signaux captés par les deux antennes fixes A1 et A2, vers un corrélateur (3) dont on analyse le spectre de fréquence du signal de sortie. 4. Procédé de traitement du signal par corrélation, destine notamment à réaliser des mesures de vitesse d'un mobile selon la revendication 1, caractérise en ce que - on dirige vers le mobile sensiblement perpendiculaire à cette direction de déplacement, un rayonnement micro-onde (1) émis par une source fixe (2) de caractéristiques déterminées, - on capte le rayonnement réfléchi par le mobile (4) à l'aide de deux antennes fixes A1, A2, disposées l'une par rapport à l'autre sensiblement selon la direction de déplacement du mobile, - on dirige les signaux captes par les deux antennes fixes A1, A2 vers. un corrélateur (3) dqnt on analyse le spectre de fréquence du signal de sortie, 5.Procédé de traitement du signal par corrélation, destiné en particulier en télémétrie pour la détermination de vitesse et distance, selon la revendication 1, caractérisé en ce que - on fixe sur l'élément mobile dont la distance et la vitesse sont à determiner, une source d'émission micro-onde (2), de caractéristiques déterminées, - on capte le rayonnement micro-onde émis à l'aide d'un premier couple d'antennes fixes de réception A1, A2 présentant un écartement 2D1 et disposées l'une par rapport à l'autre selon la direction de deplacement du mobile, - on dirige les signaux captés par les antennes de réception A1 et A2 vers un corrélateur (1) dont le signal de sortie est traité par Transformée de Fourier FFT1, - on capte le rayonnement micro-onde émis par la source (2) fixée au mobile à l'aide d'un second couple d'antennes A'1 et A'2 présentant un écartement 2D2 et disposées l'une par rapport à l'autre selon la direction de déplacement du mobile, - on dirige les signaux de réception captés par les antennes A'1 et A'2 vers un corrélateur (2) dont le signal de sortie est traité par Tranformée de Fourier FFT2, - les signaux délivrés par les circuits de Transformée de Fourier FFT1 et FFT2 sont dirigés vers un circuit de traitement (6) qui permet en sortie de déterminer les distances H1 et H2 séparant l'antenne d'émission A des couples d'antennes de réception A1, A2 et al }l1 6. Procéde de traitement du signal par corrélation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise plusieurs sources d'émission micro-ondes. 7. Procédé de traitement du signal par corrélation selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise l'antenne d'émission à balayage angulaire électronique. 8. Procédé de traitement du signal par corrélation qui trouvera notamment son application à l'asservissement de direction ou de poursuite selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on emet un rayonnement micro-onde engendré à l'aide d'une source micro-onde (2) fixe, - on capte le rayonnement micro-onde emis à l'aide d'un couple d'antennes de réception fixées sur le mobile, - on dirige les signaux perçus par les antennes de réception vers un corrélateur (3). 9. Procédé de traitement du signal par corrélation selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on ajuste le temps de retard f du corrélateur (3) = 1 (4 = fréquence du signal d'émission). 10. Procédé de = traitement du signal par corrélation, qui trouvera notamment son application dans la détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau, selon la revendication 1, carac terisé en ce que - on emet un rayonnement micro-onde (1) engendré à l'aide d'une source micro-onde (2) fixe et d-'une antenne d'émission A, - on capte le rayonnement micro-onde émis à l'aide d'antennes de réception A1, A2 dont les signaux de sortie sont dirigés vers un corrélateur (3) dont on- analyse le signal de sortie, - on interpose entre l'antenne d'émission A et les antennes de réception A1, A2 le matériau (7) à tester, qui se presente sous la forme d'une lame à face parallèle que l'on fait défiler parallele- ment à l'axe reliant les deux antennes de réception A1, A2.