Brevet FR2642168A1 — publié le 19900727

Procédé pour déterminer des données atmosphériques au..oyen de rayons, laser et. dispositif. pour mettre en oeuvre le p"r, tédé L'invention concerne un procédé pour déterminer des données atmosphériques telles que variations de densité ou pollution, au moyen de rayons laser à haute énergie, qui sont émis par un émetteur et sont reçus par un récepteur et sont évalués dans un dispositif électronique du récepteur. DE 34 22 232 C2 décrit un dispositif pour la recherche et la poursuite d'une cible au moyen d'un rayon pouvant être focalisé, pour lequel il s'agit notamment d'un rayon laser. Avec ce dispositif connu, on peut également effectuer une correction d'atmosphère. On utilise ici ce qu'il est convenu d'appeler un miroir MDA tel qu'il est décrit par exemple dans US-Z "SPIE", vol 141,1978 pages 50 à 57. Dans DE 34 22 232 C2, il est toutefois indiqué explicitement (colonne 3, lignes 42 et suivantes) que le mode de travail du générateur de valeurs de réglage pour obtenir des grandeurs de réglage pour la correction d'atmosphère n'est pas, en tant que tel, l'objet de l'invention décrite dans la publication citée en dernier. Le but de l'invention est de procurer un procédé du type précité permettant, de façon simple et précise, de déterminer des données atmosphériques, ainsi qu'un dispositif de réalisation simple pour mettre en oeuvre ce procédé. En ce qui concerne le procédé, ce but est atteint conformément à l'invention par le fait qu'on produit dans l'émetteur au moins deux rayons laser de longueurs d'ondes différentes, qui sont combinés dans un dispositif de combinaison de l'émetteur, après avoir été rendus parallèles selon leur longueur d'onde spécifique, pour former un rayon principal et sont envoyés au récepteur, par le fait que le rayon principal est focalisé dans le récepteur, au moyen d'un dispositif optique convergent, sur un détecteur sensible dans les différentes longueurs d'onde des rayons laser et qu'il est transformé en un signal électrique, qui est amplifié par un amplificateur, et par le fait que le signal de réception produit de cette façon est comparé à un signal de référence représentant la position en fréquence ou en phase des modulations du rayon principal. Ce faisant, le signal de référence est transféré au récepteur, de préférence au moyen d'un faisceau hertzien ou au moyen d'un câble en fibre de verre. On peut utiliser un générateur d'impulsions qui produit un signal de déclenchement aux fins de synchronisation. Ce générateur d'impulsions est prévu de préférence sur l'émetteur. Il sert à synchroniser les différents composants de l'émetteur et du récepteur. Pour synchroniser les différents composants du récepteur, le signal de déclenchement produit dans le générateur d'impulsions est transmis au récepteur par le même chemin que le signal de référence décrit plus haut. Il est toutefois également possible d'utiliser, à la place d'un générateur d'impulsions aux fins de synchronisation, un laser impulsionnel ou un laser continu (= laser CW) modulé par impulsions. Les différents signaux de réception en nombre, correspondant au nombre de rayons laser, peuvent être amplifiés dans un amplificateur de blocage, être comparés au signal de référence et traités ultérieurement. Par exemple, si on utilise le procédé de l'invention, on se sert de trois lasers à haute énergie, c'est-à-dire de trois rayons laser à haute énergie. To tefois, il est également possible d'utiliser des rayons laser à faible énergie, éventuellement en fonction de l'éloignement. Pour le traitement ultérieur des signaux de réception, on peut effectuer rapidement le quotient des différents signaux. Ceci peut être réalisé avec des dispositifs électroniques connus en soi. Une formation rapide de quotient est nécessaire pour pouvoir effectuer une mesure en temps réel. A la place de lasers à fréquence fixe travaillant dans des plages de longueurs d'ondes relativement étroites, différentes l'une de l'autre, il est également possible, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, d'utiliser au moins un laser à fréquence variable. Il peut 3 2642168 s'agir ici d'un laser à haute énergie ou également d'un laser à faible énergie, éventuellement en fonction de l'éloignement. Le dispositif pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, qui comporte un émetteur pour émettre des rayons laser à haute énergie, un récepteur pour recevoir les rayons laser et un dispositif électronique d'évaluation de la mesure, est caractérisé en ce que l'émetteur comporte au moins deux laser avec des longueurs d'ondes différentes, en ce qu'à la suite de s-lasers est monté dans l'émetteur un dispositif de combinaison pour rendre parallèles les rayons laser en fonction de leurs longueurs d'onde spécifiques pour former un rayon principal, en ce que le récepteur comporte un dispositif optique convergent et un détecteur monté à la suite du dispositif optique convergent, lequel détecteur est sensible dans les différentes longueurs d'ondes des lasers de l'émetteur, et en ce que le dispositif électronique est prévu pour comparer la-position en fréquence et/ou en phase des modulations du rayon pricipal à un signal de référence émis par l'émetteur. De préférence, le dispositif est équipé de trois lasers à haute énergie prévus dans l'émetteur. Chaque laser peut être équipé d'un modulateur et d'un dispositif optique d'adaptation de divergence. En ce qui concerne le modulateur, il peut s'agir d'un modulateur d'amplitude ou d'un modulateur de fréquence. Pour transmettre le signal de référence entre l'émetteur et le récepteur, on peut prévoir un faisceau hertzien et/ou un câble en fibre de verre. De cette façon, la transmission du signal de référence est indépendante des données atmosphériques telles que variation de densité ou impuretés, de sorte qu'on peut tirer des conclusions sur les données atmosphériques à l'aide des rayons laser ou du rayon principal commun et d'une comparaison avec le signal de référence. Pour pouvoir réaliser un travail précis du dispositif et ainsi une évaluation précise des données atmosphériques possibles, on peut prévoir, pour synchroniser les différents composants du dispositif, un générateur d'impulsions de déclenchement ou un laser à impulsions ou un laser modulé par impulsions. Il est possible, à l'aide du générateur d'impulsions de déclenchement, de synchroniser de façon correcte aussi bien les différents composants électroniques de l'émetteur que ceux du récepteur et du dispositif électronique relié au récepteur, de sorte qu'on élimine les éventuelles erreurs de mesure qui leur sont inhérentes. Ceci vaut pour l'utilisation d'un laser à impulsions et pour l'utilisation d'un laser continu modulé par impulsions. Le dispositif électronique du récepteur peut comporter un nombre d'amplificateurs de blocage correspondant au nombre des lasers. Il est possible, pour des utilisations rapides du dispositif, de remplacer les amplificateurs de blocage par des multiplicateurs rapides; dans ce cas, le traitement des signaux peut s'effectuer en utilisant des dispositifs de filtres appropriés, à bande étroite, sans technique de blocage. De préférence, l'émetteur et le récepteur sont prévus dans des carters séparés spatialement l'un de l'autre. Toutefois, il est également possible de "plier" le parcours du rayon principal, par exemple au moins d'un prisme triple disposé sur la cible, et d'intégrer l'émetteur et le récepteur dans un carter commun. Il en résulte une simplification notable de la transmission du signal de référence entre l'émetteur et le récepteur. Le principe de mesure utilisé avec le procédé décrit plus haut et le dispositif utilisé dans ce but repose sur la mesure simultanée, en tenant compte du temps, des données atmosphériques, telles que variations de la densité de l'air ou impuretés sur le rayon laser lors de sa propagation entre l'émetteur et le récepteur; il est possible dans ce cas que le rayon laser parcoure entre l'émetteur et le récepteur une distance dont l'ordre de grandeur peut être compris entre 5 et 10 Km. On peut utiliser des lasers de mesure modulés en amplitude ou en fréquence, c'est-à-dire en phase, qui comportent des plages de longueurs d'ondes différentes les unes des autres. La saisie des données de mesure peut s'effectuer de 2642 168 façon analogique ou numérique, elle peut reposer sur le principe d'un procédé de blocage à plusieurs canaux. Lorsqu'on utilise des lasers à fréquence fixe, leurs plages de longueurs d'ondes différentes les unes des autres, par exemple entre 0,5 et 1,5 vm, ou 3 à 5 vm, ou 8 à 15 vm. Naturellement, on peut également utiliser des lasers à fréquence fixe ayant d'autres plages de longueurs d'ondes pour autant que l'atmosphère soit perméable à ces longueurs d'ondes. En ce qui concerne le dispositif de combinaison pour combiner les rayons laser à haute énergie en un rayon principal, il peut s'agir d'un prisme ou d'un réseau optique, dans lesquels s'effectue la combinaison en fonction des longueurs d'ondes spécifiques pour former le rayon principal. Dans ce but, chaque laser à fréquence fixe est équipé d'un modulateur, pour lequel il peut s'agir d'un modulateur d'amplitude ou d'un modulateur de fréquence. En outre, chaque laser à fréquence fixe comporte, pour la combinaison appropriée des rayons laser individuels en rayon principal précité un dispositif optique d'adaptation de divergence. La position en fréquence et la relation de phase des modulations des rayons laser sont transmises - au récepteur par exemple au moyen d'un faisceau hertzien ou d'un câble en fibre de verre. Lorsqu'on utilise des lasers à impulsions, ou des lasers modulés par impulsions, c'est- à-dire lorsque les impulsions de synchronisation sont réalisées dans le rayon laser, on peut supprimer le faisceau hertzien ou le câble de fibre de verre. Les rayons laser combinées dans le prisme ou dans le réseau optique sont orienté en tant que rayon principal sur le récepteur ou sur le détecteur prévu dans le récepteur. Un avantage du procédé de l'invention est que les rayons laser individuels ne pénètrent mutuellement et subissent le même sort sur leurs parcours de propagation entre l'émetteur et le récepteur, c'est- à-dire qu'ils sont influencés de façon analogue par les données atmosphériques entre l'émetteur et le récepteur. En même temps, l'influence des différentes longueurs d'ondes des rayons laser se pénétrant mutuellement dans le rayon principal peut être examinée en formant le rapport des différen rayons laser. A la fin de la section mesurée concernée, le rayon principal est focalisé au moyen du dispositif optique convergent sur le côté du récepteur, par exemple sur un étroit écran perforé variable. On prévoit derrière l'écran perforé le détecteur sensible dans les différentes plages de longueurs d'ondes. A la place d'un seul détecteur sensible dans différentes plages de longueurs d'ondes, il serait également possible d'utiliser un nombre approprié de détecteurs individuels. En fonction de la longueur d'onde concernée, chaque canal individuel du récepteur amène le signal électrique détecté par exemple à un amplificateur de blocage. Ceci peut s'effectuer en multiplex avec amplificateur de blocage et un commutateur rapide. L'amplificateur de blocage reçoit la fréquence de référence nécessaire du signal de réception du faisceau hertzien ou du câble de fibre de verre. Les trois signaux de blocage comparent le signal de réception modulé compte tenu de leurs longueurs d'onde et de leurs fréquence de modulation, avec leur signal de référence. La multiplication qui en résulte, correcte en ce qui concerne les phases, est par exemple amplifiée et de préférence filtrée sur un filtre à bande étroite. Il en résulte ainsi des signaux de sortie qui sont proportionnels aux variations de l'indice de réfraction sur le parcours de propagation du rayon principal et qui peuvent subir un traitement ultérieur analogique et/ou numérique. Il peut en même temps se produire des combinaisons entre les canaux du récepteur dont le nombre correspond au nombre de rayons laser et dans ce cas des rapports peuvent être formés entre lesdits canaux. Les fréquences de modulation peuvent être de l'ordre de quelques KHz à quelques centaines de KHz, selon le mode de modulation. Un exemple de réalisation du dispositif pour mettre en oeuvre le procédé pour déterminer des données atmosphériques est repésenté schématiquement sur le dessin et va être décrit ci-après, et, sur le dessin: la figure 1 est un schéma-bloc des détails optiques et électroniques de l'émeteur et du récepteur du dispositif séparé spatialement de l'émetteur, la figure 2 et un schéma-bloc des composants électroniques de l'émetteur et du récepteur du dispositif séparé spatialement de l'émetteur, et la figure 3 est une représentation schématique du dispositif dans laquelle l'émetteur et le récepteur sont disposés dans un carter commun. La figure 1 montre un dispositif 10 pour déterminer des données atmosphériques, lequel comporte un émetteur 12 et un récepteur 14. Ce dispositif permet, par exemple, de déterminer des paramètres atmosphériques en fonction des longueurs d'ondes, tels que variations dans le temps de l'indice de réfraction, et détecter des substances nuisibles ou l'analogue. L'émetteur 12 comporte trois lasers à haute énergie 16 dont 1-es plages de longueurs d'ondes sont différentes l'une de l'autre. En amont de chaque laser à haute énergie sont montés un modulateur 18 et un dispositif optique d'adaptation de divergence 20. Les rayons laser 22,24,26 de fréquences de longueurs d'ondes différentes, indiqués par de fines lignes en traits mixtes, sont réunis dans un dispositif de combinaison 28 pour former un rayon principal 30. Comme dispositif de combinaison 28, on a indiqué un prisme. Un dispositif optique émetteur est indiqué schématiquement et porte la référence 32. Le rayon principal 30 sortant du dispositif optique émetteur 32 est orienté vers le récepteur 14. Pour des raisons de place, sur la figure 1, le rayon principal est représenté coudé en zig-zag. Le récepteur 14 est équipé d'un dispositif optique convergent 34, à la suite duquel est monté un détecteur 36. Le détecteur 36 est connecté avec un dispositif électronique 38, ce qui est indiqué par la flèche 40 entre le détecteur 36 et le dispositif électronique 38. Le dispositif optique convergent 34 est équipé, par exemple, d'un système de lentilles 42 et d'un sténopé 44. La figure 2 est un schéma bloc représentant l'émetteur 12 et le récepteur 14 séparé spatialement de l'émetteur 12. En amont des Maeers individuels à haute énergie 16 de l'émetteur 12 sont montés les modulteurs 18 et les dispositifs optiques d'adaptation de-diver.ence 20. Les dispositifs optiques d'adaptation de divergence 20 sont reliés à un multiplexeur 46 qui est connecté avec le dispositif optique émetteur 32. Sur cette figure également, la référence 30 désigne le rayon laser principal, qui est indiqué en forme de zig-zag. Naturellement, le rayon laser principal 30 est en ligne droite entre l'émetteur 12 et le récepteur 14. L'émetteur 12 comporte un génércteur de signaux de référence 48 ainsi qu'un générateur d'impulsions de déclenchement 50. Le générateur d'impulsions de déclenchement 50 sert à synchroniser les différents composants de l'émetteur 12 et du récepteur 14,, c'est-à- dire à synchroniser les composants du dispositif 10. La synchronisation des composants de l'émetteur 12 est indiquée par la courte flèche 52 partant du générateur d'impulsions de déclenchement 50. La synchronisation des composants du récepteur 14 est indiquée par la flèche 54 partant du générateur d'impulsions de déclenchement 50, laquelle est orientée de l'émetteur 12 vers le récepteur 14. Le signal de référence peut être tramsmis du générateur de signaux de référence au récepteur 14 par la même voie que celle utilisée pour la transmission du signal de déclenchement de l'émetteur 12 au récepteur 14. Ceci est indiqué par la flèche 56. Les flèches 54 et 56 sont représentées parallèles entre elles entre l'émetteur 12 et le récepteur 14, ce qui a pour but d'indiquer un faisceau hertzien 58 ou un câble de fibre de verre. Sur le côté du récepteur 14, la référence 36 indique le détecteur qui est relié à des amplificateurs de blocage 60. La liaison entre le détecteur 36 et les amplificateurs de blocage 60 est indiquée par les flèches 62. Les amplificateurs de blocage 60 reçoivent du signal de réception du faisceau hertzien ou du câble en fibres de verre 58 la fréquence de référence. Les amplificateurs de blocage 60 sont reliés à un multiplexeur 64 qui est relié à un micro-ordinateur 66. On prévoit à la sortie du micro- ordinateur 66, par exemple une mémoire à bande magnétique 68 et/ou une imprimante 70. Les S.ganux de sortie des amplificateurs 60 sont proportionnels à des variations de l'indice de réfraction de l'atmosphère se trouvant entre - 9 2642168 l'émetteur 12 et le récepteur 14; les signaux de sortie peuvent ici subir un traitement ultérieur analogique ou numérique. On prévoit dans ce but le multiplexeur 64, et le micro-ordinateur 66. - Les figures 1 et 2 représentent schématiquement un dispositif 10 dans lequel l'émetteur 12 et le recepteur 14 sont séparés spatialement l'un 'de l'autre. Par contre, la figure 3 représente schématiquement un dispositif 10 dans lequel l'émetteur 12 et le récepteur 14 sont prévus dans un carter commun 72. Sur ces figures également, la référence désigne le rayon laser principal qui sort de l'émetteur 12 et est renvoyé au récepteur 14 en se réfléchissant sur un réflecteur 74. A la place des amplificateurs de blocage 60, analogiques on peut également utiliser des algorithmes de blocage numériques qui sont prévus dans un ordinateur. Dans ce but, des convertisseurs rapides A/N, des algorithmes de multiplication rapide et un matériel d'ordinateur approprié sont nécessaires. Revendi.catioans 1.- Procédé pour déterminer des données atmosphériques telles que variations de densité ou pollution, au moyen de rayons laser à haute énergie, qui sont émis par un émetteur (1.2) et sont reçus par un récepteur (14) et sont évalués dans un dispositif électronique (38) du récepteur (14), caratérisé en ce qu'on produit dans l'émetteur (12) au moins deux rayons laser (22,24,26) de longueurs d'ondes différentes, qui sont combinés dans un dispositif de combinaison (28) de l'émetteur (12), après avoir été rendus parallèles selon leur longueur d'onde spécifique, pour former un rayon principal (30) et sont envoyés au récepteur (14), en ce que le rayon principal (30) est focalisé dans le récepteur (14) au moyen d'un dispositif optique convergent (34) sur un détecteur (36) sensible dans les différentes longueurs d'ondes des rayons laser (22,24, 26) et est transformé en un signal électrique, qui est amplifié par un amplificateur (60), et en ce que le signal de réception ainsi obtenu est comparé à un signal de référence (56) représentant la position en fréquence et/ou en phase des modulations du rayon principal (30). 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de référence (56) est transmis au récepteur (14) au moyen d'un faisceau hertzien ou au moyen d'un câble de fibres de verre (58). 3. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise un générateur d'impulsions (50) qui produit un signal de déclenchement aux fins de synchronisation, ou en ce qu'on utilise, aux fins de synchronisation, un laser à impulsions ou un laser modulé par impulsions. 4. - Procédé selon l'tune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les différents signaux de réception dont le sombre correspond au nombre de rayons laser (22,24,26) est amplifié dans un amplificateur de blocage (60) , en ce qu'ils sont comparés au signal de référence (56) et subissent un traitement ultérieur. 5. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il s'effectue une rapide formation de quotients des différents signaux pour le traitement ultérieur du signal de réception. 6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise des lasers à fréquence variable. 7. - Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 comportant un émetteur (12) pour émettre des rayons laser (30), un récepteur (14) pour recevoir les rayons laser (30) et un dispositif électronique (38) pour l'évaluation de la mesure, prévu sur le récepteur (14), caractérisé en ce que l'émetteur (12) comporte au moins deux lasers (16) à haute énergie ayant des longueurs d'ondes différentes, en ce qu'à la suite des lasers (16) est monté dans l'émetteur (12) un dispositif de combinaison (28) pour rendre parallèles les rayons laser (22,24,26) en fonction de leurs longueurs d'ondes spécifiques pour former un rayon principal (30), en ce que le récepteur (14) comporte un dispositif optique convergent (34) et un détecteur (36) monté à la suite du dispositif optique convergent (34), lequel détecteur est sensible dans les différentes longueurs d'ondes des lasers (16) de l'émetteur (12), et en ce que le dispositif électronique (38) est prévu pour comparer la position en fréquence et/ou en phase des modulations du rayons principal (30) à un signal de référence (54) émis par l'émetteur (12). 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque laser (16) est muni d'un modulateur (18) et d'un dispositif optique d'adaptation de divergence (20). 9. - Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'on prévoit pour transmettre le signal de référence (54) entre l'émetteur (12) E le récepteur (14} un faisceau hertzien et/ou un câble de fibres de verre (58). 10. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'on prévoit pour synchroniser les différents composants du dispositif (10) générateur d'impulsions de déclenchement (50) ou un laser & impulsions, ou un laser modulé par impulsions. 11. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le dispositif électronique (38) du récepteur' (14) comporte un nombre d'amplificateurs de blocage (60) correspondant au nombre de lasers (16). 12. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que l'émetteur (12) et le récepteur (14) sont prévus dans des carters séparés spatialement l'un de l'autre. 13. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que l'émetteur (12) et le récepteur (14) sont disposés dans un carter commun (72).