Brevet FR2702586A1 — publié le 19940916

DESCRIPTION La présente invention concerne un nouveau système de Télécommande et Télétransmission pour véhicule sous-marin inhabité. Le système permet - de piloter à distance un véhicule sous-marin en envoyant des ordres depuis une nouvelle console de commande en surface. - de transmettre depuis le véhicule vers la console de commande toutes les informations fournies par les capteurs et les senseurs dont est équipé le véhicule. Le système décrit ici constitue une originalité par rapport à d'autres systèmes précédents, l'invention résidant dans l'utilisation et l'assemblage judicieux de composants et de techniques modernes permettant d'obtenir des performances non obtenues jusqu'ici. Le système est d'abord destiné à remplacer le système ancien qui équipe le véhicule sous-marin PAP104. Ce véhicule avait lui même fait l'objet d'un brevet déposé par l'état (N071/33-835 du 21 Septembre 1972) et tombé depuis dans le domaine public. Il peut aussi naturellement être utilisé sur d'autres véhicules sous-marins de manière non limitative. Le système comprend a) en surface - une console de commande (Synoptique I/1) comportant: - un pupitre équipé de leviers et de boutons pour la conduite du véhicule et constitué de deux modules électroniques: -Module Alimentation, et module Récepteur Vidéo. - un calculateur de pilotage et de représentation des informations visuelles qui présente sur son écran couleur toutes les informations fournies par le véhicule, en particulier l'image télévision caméra. Sont présentés également sur l'écran tous les tests intégrés permettant le contrôle permanent du bon fonctionnement du système (Synoptique 1/2). b) dans le véhicule - un coffret électronique qui traite les informations descendantes et montantes et comportant Un module Télétransmission (Synoptique I/3) Un module Puissance (Synoptique I Un module Acoustique (Synoptique I/5) Un module Alimentation (Synoptique I/6) - des capteurs gyroscope, loch, profondimètre, mesure tension et intensité batterie... - et des senseurs caméra bas-niveau de lumière ou caméra couleur et projecteur associé, sonar... et entre la console et le véhicule, un câble coaxial de guidage 2 DESCRIPTION FONCTIONNELLE 2.1 FONCTIONS REAtISEES Le nouveau système permet de réaliser les fonctions suivantes sur le véhicule: - commande des propulseurs, suivant une loi linéaire ou non linéaire - mesure et tenue automatique du cap - transmission d'une image vidéo depuis une camera bas niveau de lumière - commande des fonctions caméra:Focus, Zoom, PAN et TILT - commande d'un projecteur et de son intensité - transmission d'une mire vidéo - transmission de la vidéo d'un sonar - télécommande d'un sonar - -télécommande par radio du véhicule en surface - mesure de la vitesse - mesure du cap - mesure de la célérité du son dans l'eau - mesure de l'altitude par rapport au fond - mesure de la température de l'électronique - mesure de l'isolement des masses électriques/mécanique - mesure de l'immersion - mesure tension/intensité des batteries de propulsion - tests automatiques intégrés et "check-list" - d'autres fonctions peuvent être ajoutées, le système télécommande-/téletransmission n'étant pas limité. 2.2 TRANSMISSION DE DONNEES L'ensemble de transmission est composé de deux ensembles calculateurs, (l'un dans la-console de commande et l'autre dans le véhicule) , réunis par le câble coaxial dans lequel circulent plusieurs canaux d'informations. Le câble coaxial a 3 mm de diamètre et environ lOOOm de long. Un premier canal est réservé aux signaux numériques de télécommande (ordres de pilotage dans le sens bord-véhicule) et de télécontrôler(mesures provenant des capteurs, dans le sens véhicule-bord). Un deuxième canal numérique est réservé à la remontée des informations du module acoustiques (sonar ou sondeur). Un troisième canal, avec une bande passante supérieure à 2,5 MHz est réservé à la remontée des images de télévision sous-marine. Cette bande passante permet d'obtenir une image de qualité. L'électronique du système de transmission permet une évolution aisée vers l'utilisation d'autres supports de communications ou d'autres techniques: - câble coaxial plus performant, - fibre optique, - transmission numérique des images. Ces évolutions ultérieures n'entraînent alors que des modifications mineures du système de base, et s'effectuent par simple remplacement de modules électroniques. 3 REALISATION 3.1 CONSOLE DE COMMANDE (SYNOPTIQUE I/1) La console de commande est caractérisée par l'utilisation des éléments suivants: -Séparateur fréquenciel -Récepteur vidéo -Interface d'entrées-sorties -Incrustateur graphique -Générateur d'images graphiques -Calculateur de pilotage -Alimentations régulées -Organes de commandes de pilotage -Moniteur T.V. couleur à haute résolution 3.1.1 DESCRIPTION Les modules électroniques de communication de la console de commande avec le véhicule sous-marin et son câble coaxial sont connectés à travers un séparateur permettant de faire véhiculer sur le même support des signaux numériques et des signaux analogiques. Le signal vidéo sortant- du séparateur est envoyé dans le récepteur vidéo constitué de deux étages d'amplification séparés. Le signal sortant de l'amplificateur est filtré par un filtre passe bas afin de constituer le signal vidéo compatible avec le standard T.V. 625 lignes. Le signal de C.A.G. de l'amplificateur vidéo est comparé à une tension de consigne. Lorsque la tension de C.A.G. est supérieure au seuil réglé, l'amplificateur fournit une information de présence d'un signal H.F. provenant de l'émetteur vidéo du véhicule. L'interface d'entrées-sorties est l'élément de liaison entre le calculateur de la console de pilotage, les organes de commandes de l'opérateur et les liaisons numériques avec le véhicule. Le calculateur de pilotage génère dans le module génération graphique les images graphiques d'après les informations provenant du coffret électronique du véhicule et de l'état des commandes opérateur. Ces images graphiques sont mélangées dans llincrustateur graphique avec les images provenant de la caméra de télévision ou du sonar pour être représentées sur un écran de télévision,-couleur à haute résolution à l'aide des trois signaux de base R,V,B. Les informations du pupitre sont sous la forme limages numériques simulant une représentation analogique. La console de commande est alimentée par une tension alternative, qui génère à travers des régulateurs toutes les tensions nécessaires au bon fonctionnement de l'électronique. La console de commande est réunie également à un petit pupitre déporté qui permet de commander simplement les propulseurs du véhicule. 3.2 COFFRET ELECTRONIQUE DU VEHICULE 3.2.1 MODULE TELETIU & SMISSION (Synoptique I/3) Le module de télétransmission est l'organe chargé de la télétransmission des informations numériques et analogiques: - télécommandes / télécontrôles - mesures de tensions - émission des images de télévision - génération de mire T.V. de test Il est bâti autour d'un microprocesseur CMOS de 8 bits. Il est connecté aux circuits périphériques à travers un bus de données de 8 bits et un bus d'adresse de 16 bits. Le programme est placé dans une mémoire morte de 32 Kilo-octets. Le processeur est "surveillé par un "watch doge.Le module de télétransmission communique en permanence avec le processeur du module de puissance, le module acoustique, ainsi qu'avec le calculateur de la console de pilotage. Les échanges de signaux de télécommande-télécontrôle se font en alternat suivant un codage biphase à une cadence de 4 fois par seconde. Le module de télétransmission comporte une mire vidéo qui génère un signal vidéo compatible avec le standard T.V. 625 lignes. Les signaux vidéo sont gérés par un multiplexeur vidéo permettant d'aiguiller les 4 entrées suivantes: la mire vidéo T.V., la caméra T.V. N01, la caméra T.V. N02, la référence à une masse. L'émission des images vidéo se fait en modulation d'amplitude, sur une fréquence porteuse obtenue à partir d'un oscillateur numérique à quartz. Le signal numérique sortant est amplifié puis filtré avant d'entrer dans le mélangeur analogique. La deuxième entrée dans le mélangeur est connectée au multiplexeur vidéo. Le signal de mélange passe ensuite par un relais qui permet d'attaquer la chaîne d'émission. Ce même relais commute l'amplificateur d'émission soit vers le mélangeur, soit vers un ensemble de transmission d'images numériques. Le niveau signal H.F. émis est mesuré en permanence pour les tests internes. Les mesures analogiques sont réalisées par une chaîne constituée de multiplexeurs, d'un amplificateur et d'un convertisseur analogique-numérique connecté au bus du microprocesseur. Les signaux de communication du véhicule sous-marin sont transmis à la console de commande à travers un séparateur permettant de faire véhiculer sur le même support coaxial des signaux numériques et des signaux vidéo. Le séparateur est constitué d'un filtre passe bas pour les signaux numériques et d'un filtre passe haut pour les signaux vidéo. Un signal de commande provenant du microprocesseur permet de régler l'intensité d'éclairement du projecteur. 3.2.2 MODULE PUISSANCE (Synoptique I/4) Le "module puissance" est l'organe de commande des actionneurs du véhicule. Il est bâti autour d'un microprocesseur CMOS de 8 bits. Il est connecté aux circuits périphériques à travers un bus de données de 8 bits et un bus d'adresse de 16 bits. Le programme est placé dans une mémoire morte de 32 Kilo-octets. Le processeur est "surveillé" par un "watch dog". Le module de puissance communique en permanence avec le processeur du module de télétransmission ainsi qu'avec le module de mesure de CAP. Le module de puissance comporte en outre un système de surveillance autonome du temps d'immersion de véhicule. Ce temps est calculé à partir du seuil de franchissement de -Sm. Un temporisateur libère un lest automatiquement au bout de 120 minutes d'immersion.Le temps écoulé est systématiquement indiqué au processeur qui le transmet vers la console de commande. Le module de puissance fournit les commandes nécessaires pour actionner les interrupteurs de puissance et les moteurs. Tous ces organes de puissance sont alimentés directement par la batterie de.propulsion avec un isolement galvanique par rapport aux circuits de gestion du processeur. Tous les interrupteurs de puissance sont auto-protégés contre les surintensités. Les pales des moteurs de propulsions sont commandées par deux circuits de puissance capables de commuter des forts courants. Ils ont une protection en surintensité et en surchauffe. Ces circuits sont alimentés directement par la tension de la batterie. Les commandes qui proviennent du processeur sont isolées par des coupleurs afin de conserver l'intégrité de l'isolement de l'alimentation des circuits électroniques par rapport à la tension de la batterie. La position des pales est asservie par le processeur du module de puissance. Les interrupteurs de puissance comportent une entrée de commande et un organe de puissance. Les parties commandes de faible niveau sont séparées galvaniquement des organes de puissance. Le signal de commande pour activer un actionneur, provient d'un circuit capable de générer un signal alternatif en opposition de phase. Ces signaux déphasés entrent dans un transformateur pour être redressé et filtré afin d'obtenir une tension continue et commander les transistors de puissance. Un coupleur opto connecté à la-sortie de l'interrupteur signale en permanence l'état ouvert ou fermé de celui-ci. Le CAP du véhicule est fourni par un module qui transmet les mesures par une liaison série directement dans le microprocesseur du module puissance qui les transmet à son tour dans le microprocesseur du module de télétransmission. 3 . 2 . 3 MODULE ACOUSTIQUE (Synoptique 1/5) Le module acoustique du véhicule est un sous-ensemble qui intègre les circuits électroniques du transpondeur, du sondeur et du sonar. Le transpondeur est utilisé avec le sonar du bateau porteur pour la localisation du véhicule. Le sondeur est utilisé comme distancemètre et comme sonar à courte portée, par la rotation du transducteur acoustique. Le transpondeur qui équipe le système est un sous-ensemble indépendant des circuits électroniques du véhicule tant pour le fonctionnement que pour l'alimentation. Le transpondeur est alimenté directement par la tension de la batterie du véhicule. Le transpondeur est connecté au transducteur d'émission-récéption par un câble coaxial de 3 mm de diamètre. Le transducteur fonctionne sur une fréquence comprise entre 80 kHz et 100 kHz. La chaîne de réception est constituée par le transducteur, le préamplificateur, le circuit de détection. La sortie du détecteur attaque l'entrée d'un circuit de CAG (contrôle automatique de gain) qui règle le gain du préamplificateur sur 80 dB. Le signal sortant du détecteur est injecté dans un circuit logique de type PLD. Ce circuit génère la chronologie des impulsions de réponse du transpondeur. Un amplificateur de puissance de sortie attaque à son tour le transducteur ultrasonore. Le sondeur (ou sonar) est bâti autour d'un microprocesseur CMOS qui gère un préamplificateur de réception, un émetteur ultrasonore et un processeur de communication. La fréquence de travail du sondeur évolue selon les besoins de 100 kHz à 500 kHz. Les émissions acoustiques sont cadencées à partir du microprocesseur. Le signal de validation d'émission, provenant du microprocesseur est envoyé vers un amplificateur de puissance, à travers un circuit de type PLD. L'amplificateur de puissance transmet ce signal aux bornes du transducteur d'émission. La réception se fait sur un deuxième transducteur. Ce transducteur est connecté à un amplificateur à gain variable de 40 dB, utilisé pour la fonction TVG. Cette fonction permet de faire varier la gain de la chaîne de réception en fonction du temps afin de compenser les différences de niveau de réception en fonction de la distance d'écho. Le module acoustique communique en permanence avec le processeur du module de télétransmission qui transmet en surface, le signal numérique issue d'une acquisition d'écho. 3.2 4 MODULE ALIMENTATION (Synoptique 1/6) Le module alimentation fournit les tensions régulées à partir de la tension de la batterie du véhicule. Ces tensions sont isolées galvanXquement de la tension de la batterie et comportent en outre des éléments de filtrages réduisant les interférences. Le module d'alimentation est caractérisé par le fait qu'il commande l'intensité lumineuse du projecteur, sous le contrôle des ordres provenant de la console de commande. REVENDICATIONS 1 - Système de télécommande et de télétransmission pour pouvoir piloter à distance un véhicule sous-marin depuis une console de commande en surface, caractérise en ce qu'il comprend: a) En surface une console de commande comportant un pupitre équipé de leviers et de boutons pour la conduite du véhicule et constitué d'un calculateur de pilotage et de représentation visuelle des informations fournies par le véhicule, ainsi que d'un module d'alimentation et d'un module récepteur vidéo. b) Dans le véhicule, un coffret électronique pour traiter les informations descendantes et montantes et comportant un module de télétransmission, un module puissance un module acoustique, un module alimentation, ainsi que des capteurs et senseurs. c) Un câble coaxial ou une fibre optique de transmission d'informations et de guidage, reliant ladite console et ledit véhicule. 2 - Système de télécommande et de télétransmission selon la revendication 1. Caractérisé en ce que la console de commande comporte un séparateur destiné à faire véhiculer par le câble coaxial ou la fibre optique, à la fois des signaux numériques de télécommande, de télécontrôle, et de mesure et de signaux analogiques, relié d'une part à un récepteur-vidéo, et d'autre part à une interface entrées/sorties qui forme l'élément de liaison entre ledit calculateur de pilotage, les organes de commande de pilotage et le câble de transmission, ledit calculateur de pilotage générant dans un module de génération graphique des images graphiques d'après les informations transmises par le câble et l'état des commandes de pilotage, un incrustateur graphique permeftant par ailleurs de mélanger lesdites images graphiques issues du module de génération graphiques avec les images provenant d'une caméra de télévision ou d'un sonar embarqué(e), afin qu'elles puissent être visualisées sur un écran de télévision.