Brevet FR2731804A1 — publié le 19960920

Capteur à ondes millimétriques continues modulé linéairement en fréquence La présente invention concerne un capteur à ondes millimétriques continues modulé linéairement en fréquence, notamment pour une combinaison radar-radiomètre non stationnaire, comportant un oscillateur à tension commandée dans un circuit de régulation de fréquence. On connait un capteur de ce type, sous la forme d'un radar FM-CW, tel qu'il a été présenté dans une communication de D.A. Williams, de Marconi Electronic Devices Ltd., au congrès MIOP qui s'est tenu à Wiesbaden en 1988. La linéarisation des rampes de sa modulation de fréquence est obtenue par un circuit de régulation de fréquence pour lequel une petite partie est exclue de la voie de sortie de l'oscillateur à ondes millimétriques à tension commandée et est comparée, comme valeur réelle, dans un régulateur, à la valeur de consigne donnée par le générateur de rampes, pour obtenir un écart de régulation de correction. La régulation de fréquence de la commande de l'oscillateur, avec des rampes de tension instantanées, fournies par un générateur en dents de scie très linéaire, constituant la variation de la valeur de consigne, a pour but d'éviter les problèmes qui se poseraient dans le cas d'une linéarisation commandée (c'est-à- dire non réalisée en circuit de régulation fermé) de la courbe caractéristique de commande de l'oscillateur à savoir, devoir mémoriser des courbes caractéristiques de commande permettant de compenser précisément la non- linéarité de l'oscillateur à tension commandable dans sa fréquence de sortie. Car pour cela il faudrait mémoriser toute une série de courbes caractéristiques, en fonction de la température de service de l'oscillateur, pour commuter entre les ensembles de courbes caractéristiques correspondants, lorsque les températures de fonctionnement varient. Or la complexité de la programmation et de la mise à disposition d'une capacité de mémoire suffisante et la préparation de dispositifs de commutation appropriés, serait 2 2731804 considérable; et il s'est avéré que ces commutations compromettent le fonctionnement du capteur, notamment lorsqu'il est utilisé sur deux canaux, en fonctionnement actif et en fonctionnement passif (par exemple comme radar et comme radiomètre), comme c'est le cas par exemple dans le brevet US-A-3.599.07. On peut certes réaliser aussi une bonne linéarisation de l'écart de fréquence par une boucle de régulation de phase, comme on sait le faire par le document DE-A-33.42.057, mais comme déjà décrit aussi par L.A. Hoffmann et al. dans IEEE Trans., vol. MTT-17, n' 12, décembre 1969, p. 1145 à 1149. Mais la complexité technique des circuits, nécessaire pour ces circuits de régulation de phase n'est notamment pas justifiée lorsqu'il s'agit de petits capteurs à bas prix pour utilisation non stationnaire, comme c'est le cas notamment pour les combinaisons radar-radiomètre pour munition à détonateur chercheur (cf. GB-A-22.07.987) ou pour des dispositifs de signalisation et d'information de véhicules. Ceci s'applique par analogie à la possibilité de principe d'obtenir une variation périodique et strictement linéaire de la fréquence dans le temps, non pas au moyen d'un oscillateur commandable quant à sa fréquence de sortie, mais au moyen d'un synthétiseur de fréquence, beaucoup plus complexe en ce qui concerne la technique des circuits. Pour l'application militaire en particulier, dans des munitions, il faut tenir compte en outre du fait que d'une part les mémoires mortes programmables de grande capacité, pour la mémorisation de courbes caractéristiques de commande (en fonction de la température comme paramètre ambiant), sont très coûteuses en exécution militaire qualifiée et que d'autre part, les ensembles de courbes caractéristiques fonction de la température ne permettent pas d'enregistrer les répercussions des phénomènes de vieillissement réels sur le fonctionnement de l'oscillateur ni même les défaillances dues à l'environnement, telles que celles qui sont consécutives, par exemple à la forte accélération de départ, lorsqu'une munition est tirée à partir d'un tube d'arme. 3 2731804 Contrairement aux influences prévisibles de la température, ces autres facteurs ambiants (forte sollicitation mécanique après plusieurs années de stockage) ne peuvent être prévus, avec une précision suffisante, pour la commande linéaire recherchée de la fréquence de sortie de l'oscillateur, en accéléré et par des sollicitations de test. D'un point de vue technologique, il serait de toute façon désavantageux qu'outre la mémorisation complexe des ensembles de courbes caractéristiques dans une mémoire morte (PROM), on doive procéder à des mesures individuelles pour chaque oscillateur et que ces oscillateurs ne puissent être manipulés (montée que deux par deux avec leur mémoire de commande de modulation, ce qui limiterait fortement la souplesse de production et compliquerait la logistique des pièces de rechange. Compte tenu de ces données, l'invention se propose d'assurer par des moyens plus simples, sur le plan de la technologie et de la technique des circuits, la variabilité linéaire dans le temps de la fréquence de sortie d'un capteur du type précité. Ce but est atteint suivant l'invention en ce qu'on prévoit dans le circuit de régulation fermé, une mémoire pour l'enregistrement d'une information de correction dépendant de la fréquence de sortie réelle de l'oscillateur, en fonctionnement stationnaire de l'oscillateur dans le circuit de régulation fermé, qui est ensuite ouvert par un commutateur monté dans le circuit de régulation, afin de commander l'oscillateur dans le circuit non fermé, à partir de la mémoire. Grâce à cette solution, on obtient directement, au début de l'utilisation ou pendant le fonctionnement du capteur, une information de correction pour compenser la non-linéarité de sa modulation en fréquence, par la tension de commande, en ce que l'oscillateur fonctionne provisoirement en circuit de régulation de fréquence fermé, pendant qu'aucune exploitation de détection ne se produit (encore), pour obtenir une modification de la rampe temporaire de la tension de commande de modulation, à partir de la comparaison de la variation de la fréquence réelle avec la variation de la fréquence de consigne, dans des conditions de fonctionnement stationnaires, et de transmettre cette modification à une mémoire vive; après quoi le circuit de régulation est séparé et l'oscillateur est commandé avec cette information de correction qui correspond exactement aux conditions actuelles de fonctionnement. Il en résulte non seulement que la complexité des circuits et de la commande n'est plus nécessaire pour obtenir et sélectionner différentes courbes caractéristiques de commande, dépendant de conditions ambiantes différentes, mais en particulier il ne se produit plus aucune défaillance du fonctionnement du capteur qui pourrait résulter du recours au circuit de régulation de fréquence ou des commutations de courbes caractéristiques de commande. On tient compte avant tout maintenant des facteurs d'influence ambiants, se produisant effectivement juste avant la mise en service de l'oscillateur (tels que des chocs préalables et la température ambiante effective), car un ensemble d'informations de correction, déterminé pour la commande actuelle à partir d'une régulation provisoire, vient précisément d'être enregistré et mémorisé. Cet ensemble déterminant d'informations de correction pour la linéarisation de l'écart de fréquence de sortie peut être stocké dans une mémoire volatile, petite et d'un prix avantageux, sur laquelle on enregistre de nouvelles informations lorsqu'après un certain temps de fonctionnement (par exemple comme radar de distance sur un véhicule automobile) on passe à nouveau provisoirement sur un circuit de régulation de fréquence fermé, afin d'obtenir des informations de correction actuelles, sur la base de perturbations intervenues entre temps dans l'oscillateur. Au cours de la fabrication du capteur, il n'est donc pas nécessaire de tenir compte de courbes caractéristiques ni d'en mémoriser un grand nombre, car le comportement de commande n'est enregistré que juste avant l'utilisation du 2731804 capteur et que seul celui-ci est mémorisé pour la commande de l'oscillateur. Si la variation de fréquence dans le temps, en aval de l'oscillateur, mesurée par exemple dans la branche de retour du circuit de régulation, est mémorisée sous la forme d'une information de correction, avant que le circuit ne soit ouvert, la commande d'oscillateur pour les mesures, s'effectue à partir du générateur en dents de scie dont la tension de rampe est modifiée par l'information de correction. Mais on peut renoncer au fonctionnement continu du générateur en dents de scie lorsque la rampe modifiée est mémorisée, en tant que tension de commande, en amont de l'oscillateur, avant que le circuit de régulation ne soit ouvert, pour l'entrée dans la mesure. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Des modes de réalisation de l'invention sont représentés à titre d'exemple non limitatif au dessin annexé. La figure unique représente sous la forme d'un schéma fonctionnel, réduit à l'essentiel, un capteur à ondes millimétriques avec une boucle de régulation de fréquence qui peut être séparée ici (pour explication) en option, en amont ou en aval du point de comparaison, en vue du fonctionnement commandé de l'oscillateur modulé en fréquence de façon linéaire. Le capteur à ondes millimétriques continues 11 modulé en fréquence de façon linéaire, schématisé, est conçu pour le fonctionnement actif et passif simultané; c'est-à- dire qu'il fonctionne d'une part activement en envoyant de l'énergie d'émission 12 et en revanche, en absorbant, de manière décalée dans le temps, de l'énergie de réflexion 13, comme appareil radar ainsi que, de préférence, par la même antenne 14, comme radiomètre pour l'absorption d'un rayonnement extérieur 15 à ondes micrométriques. Dans un circuit d'exploitation 16 qui est monté en aval de l'antenne 14, par un circulateur servant de commutateur émission- réception 17, il se produit une division en fréquence de 6 2731804 l'information de réception 18 dans un canal de radar et dans un canal de radiomètre, décalé en fréquence (non représenté au dessin). Dans le canal de radar, la fréquence de modulation de l'énergie de réflexion 13 est comparée à la fréquence d'émission actuelle 19 supérieure, pour permettre de déterminer la distance du réflecteur, d'une manière connue en soi, à partir de la différence de ces deux fréquences de modulation instantanées. A cet effet, l'oscillateur 20 modulable dans sa fréquence de sortie ou d'émission (19) par commande de tension (qui peut être un convertisseur tension-fréquence VCO accordé par varactor ou un oscillateur accordable par sa tension d'alimentation) est commandé, à partir d'un générateur en dents de scie 21, par une tension de rampe ur(t) montant de façon hautement linéaire pendant le temps t dont le cycle de répétition de la courbe en dents de scie (donc sa période de rampe) est donné par un générateur d'impulsions 22. Etant donné toutefois que la caractéristique de modulation d'un générateur à haute fréquence 20 à tension commandée n'est pas linéaire (c'est-à-dire que la fréquence d'émission de sortie 19 ne dépend pas de façon linéaire de la tension d'entrée ou de modulation u), on a effectivement une courbe de fréquence non linéaire f(t) comme fréquence de sortie d'oscillateur 19, pour la période de rampe. Celle-ci ne commence à varier de façon linéaire, comme recherché, que si un signal de commande us(t) s'écartant, en sens contraire, de la variation idéale de rampe ur commande us(t) déformée, en vue de la compensation de la non- 7t 2731804 linéarité de l'oscillateur 20. En cas de découplage de la fréquence (de sortie) 19 à renvoyer au moyen d'un coupleur directif 26, entre l'oscifllateur 20 et l'antenne (d'émission) 14 et en cas d'enclenchement d'un amplificateur à filtre 27, en amont de l'oscillateur 20 à fréquence commandée, on obtient ainsi un circuit de régulation de fréquence 28 fermé, en vue d'obtenir une fréquence d'émission 19 croissant de façon linéaire dans le temps. Par suite de couplages inévitables, le fonctionnement d'un circuit de régulation 28 de ce type perturbe toutefois le fonctionnement passif simultané {fonctionnement en mesure) du capteur 11, dans le spectre d'ondes micrométriques donc son fonctionnement radiométrique dans le circuit d'exploitation 16. Pour éviter des informations erronées, le fonctionnement du circuit d'exploitation 16 est donc tout d'abord bloqué par un signal de commande El, à partir d'une commande de procédure 29 supérieure, lorsque l'oscillateur 20 fonctionne en circuit de régulation de fréquence 28 fermé. Si des conditions stables se sont établies concernant le fonctionnement du circuit de régulation 28, un signal de commutation E2 fait qu'une information de correction 30 est stockée dans une mémoire 32, par l'intermédiaire d'un convertisseur 31 et que le circuit de régulation 28 est séparé, par un commutateur 33, afin de continuer de commander l'oscillateur 20, de façon non régulée, suivant l'information de correction 30, qui vient d'être obtenue du circuit de régulation 28. Cette information de correction est la rampe modifiée de la tension de commande us(t), lorsque la mémoire 32 est située en aval du totalisateur 25 pour la tension de rampe idéale urzt) et la tension différentielle de compensation ud(t) et si donc son commutateur 33 se situe dans le canal de commande, en amont de l'oscillateur 20; l'information de correction 30 mémorisée peut aussi être la variation de fréquence réelle u(t), si la mémoire 32 se situe en aval de l'oscillateur 20 et le commutateur 33 en amont du comparateur valeur de consigne- valeur réelle 23, en vue de la séparation du retour du 8 2731804 circuit de régulation. Mais on peut aussi (comme non représenté sur le dessin) mémoriser la tension différentielle ud(t) comme information de correction 30 et ouvrir à nouveau le retour du circuit de régulation, par l'intermédiaire du commutateur 33, le générateur en dents de scie 21 fonctionnant aussi pendant le fonctionnement de mesure de l'oscillateur 20. Il est capital, à partir du fonctionnement du circuit de régulation fermé 28, de pouvoir obtenir et mémoriser une information de correction 30 par laquelle on obtient ensuite la tension de commande modifiée us(t) pour une modulation de fréquence linéaire dans le temps, de la fréquence de sortie et d'émission 19, sans avoir besoin, pendant le fonctionnement de mesure, de la fonction du circuit de régulation fermé 28 (perturbant l'exploitation radiométrique). La mémoire 32 peut être une mémoire vive (RAM) qui reçoit, par l'intermédiaire du convertisseur 31, une succession équidistante dans le temps de valeurs de tension numérisées (codées) d'une fonction de rampe us Halbleiter-Schaltungstechnik, Springer-Verlag, 1983, Berlin- 9 2731804 Heidelberg, New-York, Tokyo, 6ème édition, p. 767 à 772) qui peut réaliser une conversion analogique-numérique ou une conversion numérique-analogique. L'instant de l'apparition du signal de commutation E2 pour mettre fin au fonctionnement du circuit de régulation fermé 28, après mémorisation de la formation de correction actuelle 30, qui vient d'être déterminée, peut être engendré, à partir de la commande de procédure 29 supérieure, un certain temps après apparition du signal d'enclenchement E1 et peut donc dépendre indirectement de l'apparition d'un certain nombre de rampes en dents de scie du générateur 21, qui est au moins nécessaire pour obtenir un comportement stable du circuit de régulation 28. En particulier lorsqu'on se sert, comme information de correction 30, de l'écart de modulation converti en tension f(t) = u(t) dans le retour du circuit de régulation 28 (en bas à gauche sur la figure), il est opportun de délivrer le signal de commutation E2 lorsque la déviation de fréquence d'enclenchement de la fréquence de sortie f(t) est passée à un minimum donné, en aval de l'oscillateur 20. Du point de vue de la technique des circuits, ceci peut être très facilement constaté si la mémoire 32 est organisée en registre à décalage, de sorte qu'une valeur de fréquence déterminée (par exemple la fréquence de modulation la plus basse au début d'une période de rampe) est comparée à la valeur de fréquence suivante associée (c'est-à- dire à la rampe suivante), la dernière cellule de la mémoire en registre à décalage 32 et sa valeur d'entrée actuelle étant reliées à un formateur de différence 34. Ce n'est que lorsque la fréquence d'intervention de la rampe suivante coîncide suffisamment avec celle de la rampe précédente que le formateur de différence 34 délivre, par une interrogation interne de seuil, le signal de commutation ET au commutateur 33, pour séparer le circuit de régulation 28 fermé. A la place de ceci ou en complément, on peut mesurer la température de service de l'oscillateur 20, par un contrôleur de température 35 et ne délivrer un signal 2731804 d'enclenchement El' (ou par celui-ci, ne libérer le signal d'enclenchement E1 central mentionné ci-dessus) que lorsqu'on peut s'attendre à un fonctionnement spécifié de l'oscillateur et donc à un fonctionnement stable du circuit de régulation 28, par suite d'une température de service à peu près atteinte de l'oscillateur 20; avec l'envoi du signal de commutation E2', on peut s'attendre aussi à une fréquence de sortie f(t) exempte d'un écart de température, lorsque le gradient temporaire de la variation de température, déterminé dans un étage de différenciateur 36, est inférieur à un minimum donné et que donc la température de service de l'oscillateur 20 est constante. En outre, le contrôleur de température 35 peut fournir une information de température 37 qui est appliquée sous la tension de rampe ur(t), en tant que pré-tension dépendant de la température, par exemple par introduction supplémentaire dans le totalisateur 25, en aval du générateur en dents de scie 21. Lorsque cette tension supplémentaire varie à l'inverse de la fluctuation de la température de fonctionnement de l'oscillateur 20, on est assuré que celui-ci interviendra fiablement et rapidement, même aux températures particulièrement basses. Ceci est particulièrement intéressant lorsque le capteur à micro-ondes 11 à plusieurs canaux est utilisé comme radar de signalisation de distance avec fonctionnement simultané comme radiomètre pour la détection de conditions de circulation routière particulières, par exemple la formation de givre ou un risque d'aquaplaning et donc dans des conditions de température extrêmes. Pour pouvoir compenser des facteurs d'influence dus au vieillissement et aux chocs, réduisant la constante de fréquence de l'oscillateur 20 modulable, y compris pendant de longues périodes d'utilisation, il est intéressant de déclencher périodiquement et/ou à chaque mise en service du véhicule automobile (ou de son capteur 11) un signal d'enclenchement E1 et d'obtenir une information de correction actualisée, en fonction des conditions actuelles de vieillissement et ambiantes pour le fonctionnement de il 2731804 l'oscillateur 20, en vue de la linéarisation de l'écart de fréquence. 12 2731804 REVENDICATIONS 1. - Capteur à ondes millimétriques continues modulé linéairement en fréquence (11), notamment pour une combinaison radar- radiomètre non stationnaire, comportant un oscillateur (12) à tension commandée dans un circuit de régulation de fréquence (28), caractérisé en ce qu'on prévoit dans le circuit de régulation (28) fermé, une mémoire (32) pour l'enregistrement d'une information de correction (30) dépendant de la fréquence de sortie réelle (19) de l'oscillateur (20), en fonctionnement stationnaire de l'oscillateur (20) dans le circuit de régulation (28) fermé, qui est ensuite ouvert par un commutateur (33) monté dans le circuit de régulation (28), afin de commander l'oscillateur (20) dans le circuit non fermé, à partir de la mémoire (32). 2. - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit comme mémoire (32), une mémoire vive volatile. 3. - Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la mémoire (32) est raccordée au circuit de régulation (28), en amont de l'oscillateur (20) et en aval du comparateur valeur réelle-valeur de consigne (23) du circuit de régulation fermé (28). 4. - Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la mémoire (32) est raccordée au circuit de régulation fermé (28), en aval de l'oscillateur (20 et en amont du comparateur valeur réelle-valeur de consigne (23) du circuit de régulation fermé (28). 5. - Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une entrée du commutateur (3) est raccordée à l'entrée de la mémoire (32) et une entrée du commutateur (3) à la sortie de celle-ci. 6. - Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le commutateur (33) peut être relié par un signal d'enclenchement (El) à l'entrée et par un signal de commutation (E2) à la sortie de la mémoire (32), par séparation de l'entrée menant à la mémoire (32). 7. - Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un signal de commutation (E2 est fourni par une commande de procédure (29) supérieure, lorsque le circuit de régulation fermé (28) a fonctionné pendant un laps de temps donné. 8. - Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'une information de commutation (E?) est fournie par un générateur de différence (34) lorsqu'en fonctionnement de l'oscillateur (20) dans le circuit de régulation C(28) fermé, des fréquences d) associées les unes aux autres de rampes de modulation successives sont inférieures à une différence réciproque donnée. 9. - Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un signal de commutation (E2) est fourni par un contrôleur de température (35) lorsque le gradient de température momentané de la température de service de l'oscillateur (20), fonctionnant dans le circuit de régulation fermé (28), est inférieur à une valeur donnée. 10. - Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une pré- tension dépendant de la température est appliquée sous le signal de sortie (ur (t)) du générateur en dents de scie C21) pour la modulation de la fréquence de sortie (19 de l'oscillateur (20), à partir d'un contrôleur de température (35.L 11. - Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est conçu comme un capteur radar-radiomètre (11) combiné avec antenne d'émission et de réception (14) commune aux deux canaux.