Brevet FR2566145A1 — publié le 19851220

La présente invention se rapporte à un procédé et un disposi- tif pour le traitement des signaux de sortie d'un capteur opti- que de l'horizon terrestre d'un satellite de la terre placé sur orbite. Pour la régulation d'orientation de tels satellites, p. ex. géo- stationnaires, des signaux de réglage ou de dérive qui indi- quent la position défectueuse du satellite compte tenu d'une position de référence sont nécessaires. A cet effet sont utili- sés entre autres, pour deux axes de satellite, des capteurs de l'horizon terrestre que l'on peut classer dans la catégorie des capteurs à recherche du zéro, Un tel capteur de l'horizon ter- restre travaille dans la plage infrarouge et est basé sur le principe du vibreur mécanique ou chopper. Le rayonnement infrarouge de la terre est concentré, en traversant une len- tille d'objectif en germanium,et rencontre un disque vibreur, ou disque interrupteur, de forme circulaire dans le plan focal de la lentille. Ce disque interrupteur a un diamètre corres- pondant à l'image de la Terre et il est animé d'un mouvement périodique de va-et-vient d'une amplitude déterminée, l'ampli- tude de battement, et d'une fréquence déterminée, la fréquence de battement. La lumière qui provient des deux horizons ter- restres opposés déclenchés alternativement par la fréquence de battement et qui, pénétrant par l'optique d'entrée, est inter- rompue par le disque interrupteur est amenée, par l'intermé- diaire d'une optique secondaire constituée d'un segment de miroir sphérique et d'un prisme, en passant par un filtre spectral pour la ganrmne infrarouge, jusqu'à un détecteur, par exemple détecteur pyro-électrique. 1 Le signal de sortie du détecteur est amplifié et, ensuite, dé- modulé par la fréquence de battement. Si la ligne de visée du capteur de l'horizon terrestre est exactement alignée sur le centre de la Terre, ce qui signifie que le satellite se trouve dans la position de référence mentionnée plus haut, l'énergie lumineuse des deux horizons terrestres qui est enregistrée par le détecteur est égale. Grâce à la démodulation du signal de sortie, le capteur d'horizon terrestre délivre dans ce cas un signal de zéro. Si, par contre, la ligne de visée du capteur d'horizon terrestre s'écarte de la ligne de jonction satellite- centre de la Terre, ce qui signifie que le satellite se trouve dans une position erronée, le détecteur reçoit des deux bords de la Terre des énergies lumineuses différentes, cette diffé- rence constituant une mesure de l'angle de dérive de la ligne de visée dudit capteur par rapport à la ligne de jonction satel- lite -centre de la Terre, c'est-à-dire une mesure de la posi- tion erronée du satellite. Lors du traitement, décrit jusqu'ici, des signaux de sortie du détecteur, on a déduit que les deux bords opposés de la Terre présentaient une même température, de sorte que, dans la position de référence du- satellite, des énergies égales sont recueillies par le détecteur et, de ce fait, un signal de zéro est délivré. Ceci est cependant un cas idéal théorique. Habi- tuellement, les horizons terrestres opposés considérés auront des températures différentes, ce que l'on appelle communé- ment "anomalie terrestre". Le capteur d'horizon terrestre délivrerait dans ce cas, même dans la position de référence du satellite, un signal soi-disant de dérive, qui reposerait uniquement sur cette anomalie terrestre. Cet angle soi-disant 2566 1 45 1 de dérive est ainsi, en réalité, une erreur du zéro du capteur de l'horizon terrestre par suite d'un rayonnement différent des horizons terrestres opposés. Il faut dire que cette erreur d'anomalie est faible, mais qu'elle peut atteindre dans les cas extrêmes 20% environ d'un degré, correspondant à la plage de mesure dudit capteur. Etant donné que les satellites géo- stationnaires doivent être utilisés entre autres pour la réali- sation de liaisons hertziennes et de tévision à grande distance vers la Terre, il faut que cette erreur d'anomalie soit corrigée. Une possibilité d'une telle correction de l'anomalie est décrite dans la demande de brevet DE 33 22 750.0, déposée au norn cie la Demanderesse. On peut montrer que le taux d'anomalie du signal de dérive ne dépend que de l'anomalie terrestre et de l'amplitude de battement et qu'il est même indépendant - au moins pour de petits angles de dérive - du signal de dérive. Conformément à la proposition mentionnée plus haut, le capteur de l'horizon terrestre est, sur la base de cette notion, exploité à des amplitudes différentes de bat- tement. Ceci peut se faire p. ex. de façon intermittente ou h l'aide d'une modulation de l'amplitude de battement. jE st éga- lement possible l'utilisation de deux capteurs d'horizon terres- tre, exploités à des amplitudes différentes. Les signaux de dérive correspondants du capteur d'horizon terrestre sont comparés à des valeurs de la caractéristique normale pour amplitudes de battement sans anomalie terrestre dans le cas d'un angle de dérive commun. Si les valeurs mesurées ne peuvent être attribuées à un angle de dérive commun, c'est qu'il existe une anomalie terrestre, car dans la négative les valeurs mesurées et la valeur qui se trouve sur la caracté- ristique normale pourraient être mises en coincidence. ] Les caractéristiques affectées aux valeurs mesurées sont en- suite déplacées de façon à être mises en coïncidence avec la caractéristiques normale. La valeur de ce déplacement cor- respond à l'erreur d'anomalie et constitue directement une D5 mesure de l'anomalie terrestre. Pour la compréhension de cette correction d'anomalie, prière de se reporter en détail à la demande de brevet sus-mentionnée. Dans cette correction d'anomalie, les signaux de sortie du dé- tecteur sont corrigés quant à leurs composantes de bruit, dont ils ont été grevés par l'amplification et par le traitement des si gnaux. La tâche qui est à la base de la présente invention, c'est d'indiquer un procédé et un dispositif par lesquels l'anomalie terrestre puisse être encore plus finement corrigée et élimi- née pour la régulation de position. Ce problème a été résolu, selon l'invention, par un procédé pour le traitement des signaux de sortie d'un capteur optique de l'horizon terrestre, travaillant dans la gamme infra- rouge, d'un satellite de la Terre placé sur orbite, compte tenu de ce que les bords opposés de la Terre se trouvent à des degrés différents de chaleur (anomalie terrestre), pour la for- mation d'un signal de dérive, constituant une mesure de l'angle de dérive de la ligne de visée dudit capteur relativement à la ligne de jonction du satellite au centre de la Terre, dans le- quel le capteur de l'horizon terrestre présente un disque in- terrupteur (chopper) d'un diamètre correspondant à l'image de la Terre, placé dans le plan focal d'une Optique d'entrée et entraîné dans un mouvement périodique de va-et-vient (batte- ment), ainsi qu'un détecteur captant le rayonnement qui, tra- versant l'optique d'entrée, est périodiquement interrompu, les signaux de sortie du détecteur étant amplifiés, démodulés par la fréquence d'interruption pour la formation du signal de dé- rive et, en présence d'une anomalie terrestre, corrigés par un signal de correction ou d'anomalie, le dit procédé étant carac- térisé par le fait que les signaux de sortie du détecteur qui sont attribués à un bord de température plus élevée de la Ter- re et les signaux de sortie du détecteur qui sont attribués à l'autre bord de la Terre, de plus basse température, sont cha- que fois, en fonction du signal d'anomalie, amortis ou amplifiés selon le même facteur, de sorte que les variations d'amplitude dues à l'anomalie terrestre soient supprimées.. Le dispositif conforme à l'invention pour le traitement des signaux de sortie d'un capteur optique de l'horizon terrestre, travaillant dans la gamme infrarouge, d'un satellite géostationnaire, compte tenu de ce que les bords opposés de la Terre se trouvent à des degrés différents de chaleur (anomalie terrestre), pour la formation d'un signal de dérive, constituant une mesure de l'angle de dérive de la ligne de visée dudit capteur relativement à la ligne de jonction du satellite au centre de la Terre, avec un capteur d'hori- zon terrestre au moins, comportant un détecteur de rayons infra- rouges, un amplificateur monté en aval et un circuit d'appréciation pour la formation du signal de dérive, ainsi qu'un circuit correc- teur pour la production d'un signal d'anomalie en fonction des températures différentes de bords opposés de la Terre, est caracté- risé par le fait que l'amplificateur pour les signaux de sortie du détecteur comporte un organe de réglage de gain dont l'entrée est reliée au circuit correcteur et qui ajuste, en fonction du signal d'anomalie, l'amplification des parties de signaux pour les bords opposés de la Terre de telle façon que les variations d'amplitude des signaux pour les bords opposés de la Terre, dues à l'anamolie terrestre, soient sup- primées. Selon l'invention, l'amplitude des signaux de sortie du détecteur, attribuée aux deux bords opposés de la Terre, est évaluée en fonction du signal d'anomalie. Le signal de sortie attribué au bord de la Terre affecté du plus fort dégagement d'énergie - ou température - est amorti du même facteur que c elui dont est amplifié le signal de sortie attribué au bord opposé de la Terre présentant le moindre dégagement d'énergie - ou température -. Par ce moyen peut être éliminée la carac- téristique non homogène du rayonnement de la Terre dans le sens de la mesure. En outre, l'anomalie terrestre est atté- nuée jusqu'à la valeur du bruit résiduel de l'ensemble du cir- cuit d'appréciation pour le capteur de l'horizon terrestre. - L'invention est mieux expliquée, pour un exemple d'exécution, à l'aide de la figure unique qui présente le schéma synoptique d'un capteur d'horizon terrestre avec correction d'anomalie conformémeqrt à l'invention. Un capteur optique d'horizon terrestre 1, à recherche de zéro, comporte une optique d'entrée 2 sensible aux infrarouges. Dans le plan focal de l'optique 2 est disposé un disque inter- rupteur (ou chopper) qui est entraîné par une commande 4, par exemple un système à aimant et ressort oscillant en ré- sonance. Le disque interrupteur est entraîné à une fréquence 1 constante de 40 hertz réglée à une amplitude de battement déterminée. L'amplitude de battement est modulée de façon continue entre deux valeurs à l'aide d'un générateur de rythme , périodiquement entre une valeur inférieure et une valeur su- périeure d'amplitude. Le générateur de rythme 5 reçoit des signaux d'un capteur 6 qui mesure à chaque fois l'amplitude de battement. Le signal de sortie du générateur de rythme 5 est amené à un indicateur de valeur de consigne 7. Dans un circuit d'addition 8, la valeur de consigne de l'amplitude de battement est comparée à la valeur réelle délivrée par le le capteur 6; la différence est envovyée comrne signal de ré- glage à un régulateur 9 qui rgte la commande 4 du disque interrupteur 3. Le rayonnement infrarouge que laisse passer périodiquement le disque interrupteur 3 parvient à un détecteur infrarouge dont le signal de sortie est amplifié. Le détecteur infrarouge et l'amplificateur sont représentés par le pavé 10. L'amplifi- cateur pour le détecteur infrarouge est un amplificateur à gain variable et comporte avec cela un régulateur de gain Il mo- dulé par la fréquence de battement. La fréquence de modula- tion est délivrée par le capteur 6 pour l'amplitude de batte- ment. Le signal de sortie du régulateur de gain 11 est amené à un démodulateur 12 qui, à son tour, est commaindé par la fréquence de battement délivrée par le capteur 6. La sortie de ce modulateur 12 est amenée à un démodulateur d'anoma- lie 13 qui, de son côté, est commandé par le générateur de rythme 5. Lors de la modulation décrite de l'amplitude de battement, il 1 apparaît à la sortie du démodulateur 12 un signal qui contient une composante d'anomalie également modulée. Cette compo- sante d'anomalie est démodulée dans le démodulateur d'ano- malie 13. A partir de ce signal démodulé, la composante dé- pendant de l'anomalie et l'anomalie même sont intérieurement, dans le démodulateur, déterminées en grandeur et direction dans un. circuit de correction et de linéarisation, ainsi que cela est décrit dans la demande de brevet sus-mentionnée. Ce signal d'anomalie est amené à l'entrée de régulation du régulateur de gain modulé 11 et il détermine le facteur d'a- mortissement du signal de sortie du détecteur 10 pour le bord de la Terre le plus chaud, et d'amplification du signal de sortie pour le bord de la Terre le plus froid, qui lui est opposé, dans la mesure o il existe une anomalie terrestre. L'amplitude des deux signaux de sortie se rapportant aux bords opposés de la Terre est ainsi évaluée. Dans le cas o le satellite ter- restre se trouverait dans la position de référence alors qu.'il y aurait une anomalie terrestre, grâce à cette disposition de la régulation de gain, les signaux de sortie du détecteur 10 pour les deux bords de la Terre seront traités au même ni- veau, bien que les températures soient différentes. En cas de position défectueuse du satellite, la caractéristique non homo- gène du rayonnement terrestre aux deux bords opposés de la Terre se trouve éliminée. Les signaux de dérive correspon- dant à une position défectueuse du satellite sont, de cette façon, déterminés indépendamment du taux d'anomalie. La composante du signal de dérive relative à l'anomalie terrestre peut être ainsi atténuée jusqu'à la valeur du bruit résiduel de l'ensemble du circuit d'appréciation. Le signal de sortie du démodulateur de dérive est amené, pour la suppression des composantes parasites de haute fréquence, à un filtre passe-bas 14 qui délivre le signal de dérive utili- sé pour la régulation, avec l'anomalie terrestre complètement réglée. Le procédé indiqué pour l'affinement de la correction d'anoma- lie est indépendant du procédé de correction employé, p. ex. du procédé sus-mentionné de correction à l'aide de la modu- lation d'amplitude. la REVENDICATIONS 1. Procédé pour le traitement des signaux de sortie d'un capteur optique de l'horizon terrestre, travaillant dans la gamme infra- rouge, d'un satellite de la Terre placé sur orbite, compte tenu de ce que les bords opposés de la Terre se trouvent à des degrés différents de chaleur (anomalie terrestre), pour la for- mation d'un signal de dérive, constituant une mesure de l'angle de dérive de la ligne de visée dudit capteur relativement à la ligne de jonction du satellite au centre de la Terre, dans le- quel le capteur de l'horizon terrestre présente un disque in- terrupteur (chopper) d'un diamètre correspondant à l'image de la Terre, placé dans le plan focal d'une optique d'entrée et entrarné dans un mouvement périodique de va-et-vient (batte- ment), ainsi qu'un détecteur captant le rayonnement qui, tra- versant l'optique d'entrée, est périodiquement interrompu, les signaux de sortie du détecteur étant amplifiés, démodulés par la fréquence d'interruption pour la formation du signal de dé- rive et, en présence d'une anomalie terrestre, corrigés par un signal de correction ou d'anomalie, le dit procédé étant carac- térisé par le fait que les signaux de sortie du détecteur qui sont attribués à un bord de température plus élevée de la Ter- re et les signaux de sortie du détecteur qui sont attribués à l'autre bord de la Terre, de plus basse température, sont cha- que fois, en fonction du signal d'anomalie, amortis ou amplifiés 2566 145 1 1 selon le même facteur, de sorte que les variations d'ampli- tude dues à l'anomalie terrestre soient supprimées. 2. Dispositif pour le traitement des signaux de sortie d'un cap- teur optique de l'horizon terrestre, travaillant dans la gamme infrarouge, d'un satellite géostationnaire, compte tenu de ce que les bords opposés de la Terre se trouvent à des degrés différents de chaleur (anomalie terrestre); pour la formation d'un signal de dérive, constituant une mesure de l'angle de dérive de la ligne de visée du dit capteur relativement à la ligne de jonction du satellite au centre de la Terre, avec un capteur d'horizon terrestre au moins, comportant un détecteur - de rayons infrarouges, un amplificateur monté en aval et un circuit d'appréciation, pour la formation du signal de dérive, ainsi qu'un circuit correcteur pour la production d'un signal d'anomalie en fonction des températures différentes de bords opposés de la Terre, le dit dispositif étant caractérisé par le fait que l'amplificateur (10) pour les signaux de sortie du dé- tecteur comporte un organe de réglage de gain (11) dont l'en- trée est reliée au circuit correcteur (13) et qui ajuste, en fonction du signal d'anomalie, l'amplification des parties de signaux pour les bords opposés de la Terre de telle façon que les variations d'amplitude des signaux pour les bords opposés de la Terre, duesà l'anomalie terrestre, soient sup- primées.