Brevet FR2677455A1 — publié le 19921211

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TELEMETRIE NUMERIQUE ET RADAR COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne principalement des dispositifs de télémétrie numérique, notamment pour radar, télémètre à laser et sonar. Pour des dispositifs de télémétrie, il est intéressant d'aug- menter la résolution en distance Or D = v x t, D étant la distance à mesurer, v la vitesse de propagation des ondes et t étant le temps. Ainsi, une augmentation de la résolution en distance passe par une augmentation de résolution temporelle et donc par une augmen- tation de la vitesse de travail des circuits. Le dispositif selon l'invention se propose de réduire le nombre de circuits travaillant à vitesse élevée et/ou de limiter le nombre de bits à traiter par ces circuits. L'invention concerne principalement un dispositif de télé- métrie numérique, caractérisé par le fait qu'il comporte notamment, des moyens de comptage synchronisés par une horloge et connectés à au moins un comparateur générant une marque de télémétrie, des moyens permettant de connaître la valeur des moyens de comptage au moment de la détection d'échos, cette valeur contenant l'infor- mation de distance. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention seront décrits, dans les exemples de réalisation qui suivent et à l'aide des figures qui représentent: figure 1, une figure explicative; figure 2, un diagramme schématique d'un dispositif de télémétrie numérique; figure 3, des diagrammes explicatifs relatifs au dispositif de la figure 2; figure 4, un diagramme schématique d'un dispositif de télémétrie numérique; figure 5, des diagrammes explicatifs relatifs au dispositif de la figure 4; figure 6, un diagramme schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif de télémétrie numérique selon l'invention; figure 7, des diagrammes explicatifs relatifs au dispositif de la figure 6. Dans ce qui suit l'invention sera expliquée dans le cas d'un radar, étant bien entendu que son application à d'autres dispositifs, comme par exemple des sonars ou des télémètres laser ne sort pas du cadre de la présente invention. Sur les figures 1 à 7, les lignes de connexion et les signaux qu'elles transmettent portent les mêmes références De même sur les figures 1 à 7 les mêmes éléments portent les mêmes références. La figure 1 représente l'écran vidéo 1 comportant trois échos de cibles 2, 22 et 32 L'opérateur du radar désire connaître avec précision la distance qui le sépare d'une des cibles par exemple celle représentée par l'écho 2 L'opérateur centre un repère 3 appelé alidade sur l'écho de la cible 2, le radar passant en mode désignation "cible" L'antenne du radar n'effectue le balayage angulaire que dans une zone restreinte autour de la cible Une fenêtre distance suffisamment large pour laisser passer la vidéo et le signal corres- pondant à l'écho de la cible 2 permet d'analyser la vidéo radar et d'extraire la position de l'écho Le passage en mode poursuite s'effectue en positionnant une fenêtre distance plus petite sur l'écho, cette fenêtre permet une analyse plus fine de la vidéo étant donné le nombre restreint d'informations à traiter. De diverses réalisations, de circuit permettant de générer la fenêtre de poursuite appelée par la suite marque de télémétrie et d'effectuer des mesures de distance ainsi que leur mode opératoire, sont expliquées ci-dessous. Sur la figure 2, on peut voir un dispositif de télémétrie numérique Une horloge 6 pilote un circuit compteur 7 Le circuit compteur 7 est relié d'une part par une ligne 80 à une mémoire tampon 18 et d'autre part par des lignes 8 à des circuits compa- rateurs 9 et 90 Le circuit comparateur 9 reçoit d'un calculateur non représenté sur la figure un signal Il Le circuit comparateur 90 reçoit d'un calculateur non représenté sur la figure un signal 10 Le circuit comparateur 9 est relié à un circuit de mise en forme 12 par une ligne 13 Le circuit comparateur 90 est relié au circuit de mise en forme 12 par une ligne 14 Le circuit de mise en forme 12 génère un signal 15 appelé par la suite marque de télémétrie La mémoire tampon 18 reçoit d'un dispositif de détection d'échos, non représenté sur la figure, un signal 16 La mémoire tampon fournit au calcu- lateur, non représenté sur la figure 2, un signal 17 représentatif de la distance de la cible. Le dispositif de la figure 2 peut fonctionner, soit en mode comptage illustré par la figure 3 a, soit en mode décomptage illustré par la figure 3 b. En mode comptage, en partant de la valeur 0, à chaque impulsion de l'horloge 6, le compteur 7 ajoute une unité à la valeur précédente A chaque impulsion d'horloge les valeurs du compteur sont transmises d'une part par la ligne 80 à la mémoire tampon 18 d'autre part par la ligne 8 aux circuits comparateurs 9 et 90 Les circuits comparateurs 9 et 90 reçoivent d'autre part, du calculateur non représenté sur la figure 2, les valeurs numériques respec- tivement Il et 10 indiquant la fin et le début de la marque de télémétrie, permettant de générer la fenêtre de poursuite Les valeurs 11 et 10, respectivement appelées référence de début et référence de fin de la marque de télémétrie, sont calculées de façon à obtenir le bon positionnement de la fenêtre de poursuite, les dimensions de la fenêtre de poursuite étant choisies Lorsque la valeur du compteur 7 arrive à coïncidence avec la valeur 10, le comparateur 90 transmet un signal par la ligne 14 au circuit de mise en forme 12 Lorsque la valeur du compteur 7 arrive à coïncidence avec la valeur 11, le circuit comparateur 9 envoie un signal par la ligne 13 au circuit de mise en forme 12 Un dispositif de détection d'écho non représenté sur la figure ayant détecté l'écho de la cible envoie un signal 16 à la mémoire tampon 18 La mémoire 18 transmet la valeur 17 du compteur à cet instant qui est représen- tative de la distance de la cible Le calculateur, notamment par des conversions d'échelle, détermine la distance de la cible Le calcu- lateur génère de nouvelles valeurs numériques 11 et 10 corres- pondant aux nouvelles références de fin et de début de la marque de télémétrie, de telle sorte que la cible se trouve au milieu de la fenêtre de poursuite Le circuit compteur 7 travaille sur m bit L'arrivéeà la valeur de 2 m correspond à la portée du radar en mode poursuite Le compteur 7 est remis à zéro. En mode décomptage le compteur 7 part de la valeur de 2 m et à chaque impulsion de l'horloge 6 soustrait "l"à la valeur précédente. La valeur contenue dans la mémoire tampon 18 au moment de la détection des échos 16 est représentative de la distance de la cible. La figure 3 illustre le mode de fonctionnement du dispositif de la figure 2. Sur la figure 3 a, on peut voir, en fonction comptage, la valeur 20 du compteur 7 en fonction du temps t La valeur 20 du compteur 7 en fonction du temps est une dent de scie numérique On voit sur l'agrandissement 73 que la valeur 20 est composée d'une somme de nombres discrets A une échelle 71 de valeur 20 du compteur 7 correspond une échelle 72 des distances A la valeur zéro correspond une distance minimale de la fenêtre de poursuite, et à la valeur 2 m correspond la distance maximale D Max de la fenêtre de poursuite. Les courbes 130, 140 et 150 correspondent respectivement aux signaux délivrés sur les lignes 13, 14 et 15 en fonction du temps. Lors de la coïncidence de la référence début de la marque télé- métrie 10 et de la valeur du compteur 7, le comparateur 90 délivre sur la ligne 14 une impulsion 74 Lors de la coïncidence de la référence de la fin de la marque de télémétrie Il et de la valeur du compteur 7, le comparateur 9 délivre sur la ligne 13 une impulsion Le circuit de mise en forme 12 délivre sur la ligne 15 une marque de télémétrie comprise dans le temps entre l'impulsion 74 et l'impulsion 75. La figure 3 b illustre le fonctionnement du dispositif de la figure 2 en mode décomptage Dans ce cas à la valeur 2 m du compteur 7 sur l'axe 71 correspond la distance minimale de la fenêtre de poursuite sur l'échelle 72 et à la valeur " O " du compteur 7 correspond la distance maximale D Max* Sur la figure 4, on peut voir un dispositif de télémétrie numérique, générant une dent de scie triangulaire en comptage/ décomptage ou décomptage/comptage Le dispositif comporte un circuit compteur 7 piloté par une horloge 6 Le circuit compteur 7 peut fonctionner en mode comptage ou décomptage, ce mode pouvant être sélectionné par un circuit de commande 30 Le compteur est relié au circuit de commande 30 par la ligne 82 Le compteur 7 est relié à un circuit comparateur 9 par une ligne 83 Le comparateur reçoit d'un calculateur non représenté sur la figure un signal 110 Le circuit comparateur 9 délivre un signal, marque de télémétrie 15 Le circuit compteur 7 est relié par la ligne 84 à une mémoire tampon 18 La mémoire 18 est reliée au dispositif de détection d'échos, non représenté sur la figure, par la ligne 16 La mémoire tampon est reliée au calculateur par la ligne 17 Le circuit de commande 30 est relié au calculateur par une ligne 86. Le compteur 7 est préchargé par un nombre 130 de m bits, fonction de la distance de la marque de télémétrie En mode comptage/décomptage à chaque impulsion d'horloge le compteur ajoute la valeur " 1 " à la valeur précédemment contenue dans le compteur La valeur du compteur est transmise par la ligne 82 au circuit de commande 30 Quand la valeur du compteur atteint 2 m, le circuit de commande 30 fait passer le compteur 7 du mode comp- tage en mode décomptage La valeur du compteur 7 est envoyée au comparateur 9 par la ligne 83 D'autre part la référence de télémétrie 110 est envoyée au comparateur 9 A chaque impulsion d'horloge le comparateur 9 compare les N bits les plus significatifs de la valeur du compteur 7 aux N bits la référence de la marque de télémétrie 110 Lors de la coïncidence de N bits les plus significatifs du compteur et de la référence de marque de télémétrie le comparateur envoie une marque de télémétrie 15 Les T bits le moins significatifs sont transmis par la ligne 84 à la mémoire tampon 18 La valeur du compteur est transmise par la ligne 82 au circuit de commande 30 Lorsque la valeur du compteur 7 atteint la valeur 2 m le circuit de commande 30 inverse le mode de fonction- nement du compteur 7 Si par exemple le compteur 7 était en mode comptage il passe en mode décomptage Dans la ligne 86 le mode comptage ou le mode décomptage du compteur 7 est communiqué à la mémoire 18 par le circuit de commande 30 Lorsqu'un signal présence d'échos 16 est transmis à la mémoire tampon 18, celle-ci stocke et/ou transmet la valeur du compteur à cet instant ainsi que la valeur transmise par la ligne 86 correspondant à l'état de comptage ou de décomptage du circuit compteur 7 La connaissance de l'état du compteur ainsi que de sa valeur permet de déterminer la distance de la cible Lorsqu'en mode décomptage le comparateur 9 détecte la coïncidence de la valeur du compteur 7 et de la référence , il génère une marque de télémétrie 15. Sur la figure 5 sont illustrés les modes de fonctionnement du dispositif de la figure 4 Sur la figure 5 a, on peut voir le mode de fonctionnement comptage/décomptage du dispositif de la figure 4. Le comptage commence à une valeur 130 déterminée par la position de la cible La valeur générée par le compteur dans ce cas est une dent de scie triangulaire 20 Lors de la coïncidence de la valeur du compteur avec le signal de référence 110 est générée une marque de télémétrie La marque de télémétrie est située entre les deux moments de coïncidence de la valeur du compteur avec la référence 110. Sur la figure 5 b, on peut voir le fonctionnement du dispositif de la figure 4 en mode décomptage/comptage Dans ce cas le compteur est préchargé à la valeur 130 et décompte jusquâ la valeur " O " Lors de la coïncidence de la valeur 20 et de la référence est généré le début de la marque de télémétrie 15 A partir de la valeur zéro le compteur fonctionne en mode comptage Lors de la coïncidence de la référence 110 avec la valeur 20 du compteur est générée la fin de la marque de télémétrie 15. Sur la figure 6, on peut voir une réalisation particulièrement performante du dispositif selon l'invention Afin d'augmenter la résolution en distance du dispositif de télémétrie on a augmenté, dans cet exemple non limitatif, la fréquence de fonctionnement de certains circuits On a donc été conduit à adopter pour ces circuits une logique non saturée, ECL en terminologie anglo-saxonne. D'autres circuits fonctionnent en technologie TTL Des circuits d'adaptation ont été prévus Le dispositif de la figure 6 comporte une horloge 6 reliée par une ligne 120 à un circuit d'adaptation 61. Le circuit d'adaptation 61 est relié au circuit d'horloge 62 par la ligne 121 Le circuit d'horloge est relié à un groupe de compteurs synchrones 7 par une ligne bidirectionnelle 119 Un registre mémoire 32 est relié à un circuit d'interface 31 par la ligne 112 Le circuit d'interface est destiné à adapter le circuit mémoire en technologie TTL aux circuits compteurs 7 en technologie ECL Le circuit d'interface 31 est relié aux circuits compteurs 7 par la ligne 113 Le circuit de commande 30 reçoit un signal de synchronisation 221 Le circuit de commande 30 est relié d'une part, par la ligne 117 au circuit d'horloge et d'autre part par la ligne 118 au compteur 7 Le compteur 7 est relié au comparateur 9 par la ligne 115 et au comparateur 90 par la ligne 114 D'autre part, les circuits compteurs 7 sont reliés à la mémoire tampon 18 par la ligne 116 La mémoire tampon reçoit, du détecteur de présence d'échos non représenté sur la figure, un signal de présence d'échos 16 La mémoire tampon est reliée au calculateur 201 par la ligne 17 Le comparateur 9 reçoit par exemple du calculateur 201 les références de début de la marque de télémétrie 11 Le comparateur 90 reçoit, par exemple du calculateur 201, la référence du début de la marque de télémétrie La mémoire 32 reçoit, par exemple du calculateur 201, la nouvelle position du centre de la marque de télémétrie 110 Le circuit comparateur 9 est relié au circuit de mise en forme par la ligne 14 Le circuit comparateur 90 est relié au circuit de mise en forme 12 par la ligne 13 Le circuit de mise en forme génère la marque de télémétrie 15. Le calculateur 201 calcule la nouvelle position 110 de la marque de télémétrie 15 Cette valeur est transmise à la mémoire 32 La mémoire 32 transmet cette valeur par la ligne 112 à un circuit d'interface 31 Le circuit d'interface 31 transmet cette valeur aux compteurs 7 par la ligne 113 Un circuit de commande 30 reçoit un signal de synchronisation 221 Il commande le fonction- nement des compteurs 7 par l'intermédiaire de la ligne 118 ainsi que du circuit d'horloge 62 Le circuit d'horloge 62 est piloté par l'horloge 6 par l'intermédiaire du circuit d'adaptation 61 et de la ligne 121 Les compteurs 7 fonctionnent en mode comptage ou en mode décomptage Les compteurs 7 transmettent au circuit com- parateur 9 et 90, respectivement par les lignes 115 et 114, les N bits les plus significatifs (MSB en terminologie anglo-saxonne) Le com- parateur 9 reçoit par exemple du calculateur 201 une valeur -REF 111 Le comparateur 90 reçoit par exemple du calculateur 201 la valeur + REF 112 Les valeurs 111 et 112 soit sont fixes, soit peuvent changer au cours d'utilisation du radar pour permettre le chan- gement de la taille de la fenêtre de poursuite Le comparateur 90 élabore la moitié de la marque de télémétrie lors de la coïncidence de N bits les plus significatifs transmis par la ligne 114, et de la valeur 112 Le compteur 9 élabore l'autre moitié de la marque de télémétrie lors de la coïncidence de la valeur la référence 111 et de la valeur des compteurs transmise par la ligne 115 Les deux moitiés de la marque de télémétrie sont transmises par les lignes 13 et 14 au circuit de mise en forme 12 qui génère la marque de télémétrie 15. Les compteurs 7 transmettent à la mémoire tampon 18 par l'inter- médiaire de la ligne 116 les m-n+l bits les moins significatifs de la valeur des compteurs (LSB en terminologie anglo-saxonne)* A chaque présence d'échos les m-n+l bits sont stockés dans la mémoire tampon 18 Ces bits les moins significatifs suffisent pour caractériser la distance relative des échos par rapport au centre de la marque de télémétrie 15, par exemple en code "complément à 2 " 1 Ce code consiste à associer au centre de la marque de télémétrie la valeur " O " et aux valeurs d'égale distance par rapport à ce centre des nombres dont la somme est égale à une valeur fixe Par exemple la valeur fixe étant égale à 10000, aux positions par rapport au centre de la marque de télémétrie sont associés les codes suivants: Position par rapportà la Codes associés marque de télémétrie -2 1110 s -1 1111 0 0000 1 0001 2 0010 La valeur contenue dans la mémoire 18 est transmise par la ligne 17 au calculateur 201 qui détermine la valeur des distances 200 des échos. Sur la figure 7, on peut voir le mode de fonctionnement du dispositif de la figure 6. Sur la figure 7 a est représenté le mode comptage La dent de scie numérique 20 élaborée par les compteurs 7 de la figure 6 passe à la valeur zéro au niveau du centre de la marque de télémétrie 15. En comparant la valeur des compteurs 7 de la figure 6 à la valeur 111, le comparateur 9 élabore une première moitié de la marque de télémétrie 140 De même en comparant la valeur 112 à la valeur 114 issue des compteurs 7 de la figure 6, le comparateur 90 élabore une deuxième moitié de la marque de télémétrie 130 Les circuits de mise en forme 12 de la figure 6 élaborent la marque de télémétrie Le circuit 12 de la figure 6 est un circuit très simple étant donné qu'il se contente de sommer les deux moitiés de la marque de télémétrie 140 et 130 Le début de la marque de télémétrie 15 correspond à une valeur 2 m-n transmise par les compteurs aux comparateurs et la fin de la marque de télémétrie 15 à la valeur de 2 m-n-1. Sur la figure 7 b on peut voir le mode de fonctionnement en décomptage du dispositif de la figure 6 en partant de la valeur 110 le compteur décompte jusquâ la valeur zéro qui correspond au centre de la marque de télémétrie Le début de la marque de télémétrie correspond à la valeur 2 m-n-1 transmise par les compteurs 7 de la figure 6 aux comparateurs 9 et 90 de la figure 6 et le point final de la marque de télémétrie correspond à -2 m-n. Pour déterminer les nombres de bits du LSB et du MSB, on peut utiliser la formule suivante: Largeur de la fenêtre de poursuite = (C/F) 2 m-n C étant la vitesse de propagation des ondes radar en mètres par seconde, F étant la fréquence du signal d'horloge 6, en Hertz, m étant le nombre de bits total de compteur Le nombre m dépend de la portée du radar On peut par exemple utiliser m = 16 et N = 12. Le circuit de la figure 6 présente de nombreux avantages Le dispositif peut atteindre une grande précision, qui est proportion- nelle à la fréquence de l'horloge 6 Les compteurs fonctionnent toujours dans le même mode, soit comptage, soit décomptage ce qui évite les instabilités horizontales (JITTER en terminologie anglo- saxonne) Le dispositif est totalement synchrone Les circuits en technologie ECL travaillant en haute fréquence sont réduits aux compteurs 7 et à la mémoire tampon 18 Les circuits comparateurs 9 et 90 sont simplifiés du fait qu'ils travaillent sur un nombre réduit de bits Les références +REF 111 et -REF 112 appliquées au comparateur 9 et 90 sont très simples à élaborer, étant des valeurs fixes Le circuit de mise en forme 12 du signal se réduit à un circuit sommation Le dispositif génère la distance relative des échos par rapport au centre de la marque de télémétrie en terme d'erreur de distance La mémoire tampon 18 ne devant stocker qu'un nombre réduit de bits servant à caractériser les distances des cibles peut être de taille réduite Ainsi les dispositifs de la figure 6 ne comportent pas des circuits dont la mise en oeuvre est délicate. Les applications les plus intéressantes du dispositif selon l'in- vention sont des dispositifs de télémétrie numérique radar, sonar ou laser Une autre application particulièrement intéressante du dispo- sitif est l'analyse d'échos caractéristiques, radar ou sonar, des cibles. De tels échos caractéristiques de la cible, sont appelés signature radar ou signature sonar. il REVENDICATIONS 1 Dispositif de télémétrie numérique, caractérisé par le fait qu'il comporte notamment des moyens de comptage ( 7) synchronisés par une horloge ( 6) et connectés à au moins un comparateur ( 9, 90) générant une marque de télémétrie ( 15), des moyens permettant de connaître la valeur des moyens de comptage ( 7) au moment de la détection d'échos, cette valeur contenant l'information de distance. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une mémoire tampon ( 18) mémorisant la valeur des compteurs ( 7) au moment de la détection d'échos de cible. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les comparateurs ( 9, 90) sont connectés à un circuit de mise en forme ( 12) générant une marque de télémétrie ( 15). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un circuit de com- mande ( 30) des compteurs ( 7) permettant de passer du mode comptage en mode décomptage et vice-versa. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que tout ou partie des circuits intégrés sont en logique non saturée (ECE). 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que les comparateurs ( 9, 90) reçoivent des bits de poids fort (MSB), les bits de poids faible (LSB) consti- tuant le signal dont on déduit la distance de la cible. 7 Procédé de détermination de distances utilisant le dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les compteurs ( 7) utilisent le mode comptage ou le mode décomptage. 8 Procédé de détermination de distances utilisant le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les compteurs ( 7) utilisent le mode comptage-décomptage ou décomptage-comptage. 9 Procédé de détermination de distances utilisant le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les distances sont exprimées en termes d'erreur par rapport au centre d'une marque de télémétrie ( 151 10 Radar caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de télémétrie selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.