Brevet FR2757953A1 — publié le 19980703

APPAREIL DE MESURE DE VITESSE CONTEXTE DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un appareil de mesure de vitesse pour un objet mobile, et plus particulièrement, un appareil de mesure de vitesse pour mesurer la vitesse d'un objet se déplaçant dans deux direct ions perpendiculaires à la ligne de visée le long de laquelle un observateur regarde l'objet mobile. Description de l'art antérieur De manière classique, pour détecter la vitesse d'un objet mobile, il est typique de projeter une micro-onde vers l'objet mobile, et de détecter la vitesse d'après la quantité de décalage Doppler en fréquence de l'onde réfléchie. La demande de brevet japonais mis à l'inspection publique N" 2(1990)-25786 décrit un exemple d'un tel appareil de mesure de vitesse classique pour un objet mobile. L'appareil de mesure de vitesse décrit dans celle-ci mesure la variation de vitesse à tout moment, d'un objet se déplaçant à une vitesse élevée avec une précision et une fidélité élevées, en correspondance avec la variation de vitesse d'une manière telle que, au lieu de mesurer des fréquences de décalage Doppler dues à la réflexion par l'objet mobile, il utilise un signal de différence entre un signal secondaire ayant la différence de fréquence convenable et le signal réfléchi contenant le décalage Doppler, pour convertir les fréquences de décalage Doppler en fréquences pouvant être facilement mesurées, tout en fixant le temps entre points de passage par zéro à un temps optimum, conformément à la variation de vitesse de l'objet mobile. Ainsi, l'appareil de l'art antérieur compte et référence des impulsions de fréquence entre tous les points de passage par zéro, et stocke la valeur comptée en temps entre les points de passage par zéro. De plus, la demande de brevet japonais mis à l'inspection publique N" Hei 3(1991)-45341 décrit un appareil monté sur un avion qui mesure optiquement la densité d'une masse d'air en utilisant la variation de fluorescence induite, et mesure optiquement la vitesse de l'air en utilisant une variation du rayonnement dispersé retourné lorsque des particules dispersées se déplacent par rapport à des franges d'interférence, mesurant ainsi des données de vol telles que la densité de l'air, l'altitude, la vitesse de l'air, un angle d'attaque et un angle de dérapage. Toutefois, l'ensemble des appareils de mesure de vitesse pour un objet mobile décrits ci-dessus effectuent une mesure basée sur l'effet Doppler, et ne peuvent mesurer la vitesse que dans la direction de la ligne de visée, mais, selon l'appareil de l'art antérieur, il est impossible de mesurer la vitesse dans une direction bidimensionnelle. BREF RESUME DE L'INVENTION Un but de la présente invention consiste alors à fournir un appareil de mesure de vitesse pour un objet mobile, permettant de mesurer la vitesse d'un objet mobile dans une direction bidimensionnelle perpendiculaire à la direction de la ligne de visée. Selon la présente invention, l'appareil de mesure de vitesse pour un objet mobile comprend une source laser pour projeter un faisceau laser dans la direction de la ligne de visée, un dispositif récepteur de lumière pour recevoir la lumière du faisceau laser réfléchie par l'objet mobile, et un dispositif de capture de franges d'interférence pour capter l'intervalle compris entre les franges d'interférence résultant de l'interférence entre le faisceau laser provenant de la source laser et la lumière réfléchie par l'objet mobile. De plus, l'appareil de la présente invention comprend en outre une unité de mesure de vitesse pour trouver un décalage indiquant une aberration de la lumière réfléchie depuis la direction de la ligne de visée, sur la base de l'espace de franges d'interférence capturées par le dispositif de capture de franges d'interférence, et mesurer une composante de vitesse de l'objet mobile perpendiculaire à la direction de la ligne de visée, sur la base de l'aberration trouvée. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS Ces buts, caractéristiques et avantages de cette invention, mentionnés ci-dessus, ainsi que d'autres, deviendront plus évidents en référence à la description détaillée qui suit de l'invention, effectuée conjointement avec les dessins annexés dans lesquels la figure 1 montre un agencement d'un mode de réalisation de la présente invention la figure 2 montre le principe de mesure dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1 ; et la figure 3 montre un deuxième mode de réalisation de la présente invention. DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES Un mode de réalisation de la présente invention est maintenant décrit en référence aux dessins. L'agencement de la figure 1 est un mode de réalisation de l'appareil de mesure de vitesse pour objet mobile selon la présente invention. En se référant à la figure 1, un appareil de mesure de vitesse d'aberration bidimensionnelle 2 mesure un objet mobile (cible) 1 se déplaçant dans la direction d'une flèche verticale (100). L'appareil de mesure de vitesse d'aberration bidimensionnelle 2 comprend une source laser 21, un demi-miroir (ou miroir semitransparent) 22, un miroir 23 et un dispositif de réception d'image à CCD (détecteur d'image) 24. Un faisceau laser émis par la source laser 21 est réfléchi par le demi-miroir 22, et projeté sur la cible 1 en tant que lumière d'irradiation (rayons parallèles) 200. Sa lumière dispersée (lumière réfléchie) 300 atteint le demi-miroir 22. Au moment où une vitesse relative (v) existe entre la cible 1 et un observateur (correspondant à l'appareil de mesure de vitesse d'aberration bidimensionnelle 2), la lumière réfléchie 300 atteignant le demi-miroir 22 ne parvient pas à devenir parallèle à la lumière d'irradiation 200, et est décalée de l'aberration (E). L'aberration (s) peut être trouvée d'après l'équation suivante à partir de la vitesse relative (v) et de la vitesse de la lumière (c) E = v/c ( 1) Le procédé pour détecter l'aberration () est maintenant décrit en référence à la figure 2. Comme représenté sur la figure 1, le faisceau provenant de la source laser 21 est transmis à travers le demi-miroir 22, et entre dans le dispositif à CCD 24. D'autre part, la lumière réfléchie 300 par la cible 1 est transmise à travers le demi-miroir 22, est réfléchie par le miroir 23, est de nouveau réfléchie par le demi-miroir 22 et projetée sur le dispositif à CCD 24. Puisque ces deux ondes de lumière planes entrent avec des directions différentes (), des franges d'interférence 10 apparaissent sur le plan du dispositif à CCD 24. L'espace ou intervalle (d) compris entre les franges d'interférence peut être trouvé d'après l'équation suivante à partir de la longueur d'onde du faisceau laser (X) et de l'aberration (E) d = Arsin (E) Lorsque # d = Lorsque d peut être détecté d'après la sortie du dispositif à CCD 24, comme X est connu, l'aberration () peut être trouvée. La vitesse relative (v) peut être trouvée d'après l'équation suivante à partir du E trouvé et de la vitesse de la lumière (c) v = E/C (E 1) De plus, la direction (a) de la vitesse relative peut être trouvée d'après l'équation suivante à partir du nombre de franges (nx) existant dans un intervalle prédéterminé de coordonnées x du dispositif à CCD 24, et du (ny) existant dans un intervalle prédéterminé de coordonnées y (de même largeur que x) a = tan-l (nX/ny) En conséquence, en appliquant le a obtenu, il devient possible de mesurer la vitesse d'un objet mobile v dans les directions bidimensionnelles, perpendiculaires à la direction de la ligne de visée. Un dispositif d'image à CCD d'un type bidimensionnel est utilisée pour l'appareil de mesure de vitesse d'aberration. En ce qui concerne la taille du dispositif à CCD et la taille des pixels, une plus grande taille de CCD est préférable pour améliorer la précision de la mesure de la vitesse, et une plus petite taille de pixels est également préférable pour obtenir une plage de mesure plus large. Ainsi, il est préférable que la taille des pixels soit de 50 pm x 50 pm ou davantage, et il est préférable que le nombre de pixels soit de 500 pixels x 500 pixels ou davantage. De plus, un dispositif optique qui compresse une image à 1/100 est monté devant le dispositif à CCD. La longueur d'onde utilisée pour la mesure de vitesse devient de 600 à 900 nm, en considérant les caractéristiques de sensibilité spectrale du dispositif à CCD. Dans ce cas, il est avantageux d'utiliser une longueur d'onde plus courte pour améliorer la précision de la mesure. 600 nm sont préférables pour la présente invention. Lorsque le dispositif à CCD et la longueur d'onde ci-dessus sont utilisés, la précision et la plage de mesure sont les suivantes Résolution de mesure : 18 m/s. Plage de mesure : 9000 m/s. En se référant à la figure 3, montrant un deuxième mode de réalisation de l'invention, l'image capturée par le dispositif à CCD est délivrée à une unité d'affichage (moniteur) 3. En extrayant l'espace (d) compris entre les franges d'interférence et les nombres de franges (nx, ny) du moniteur, la vitesse (v) et la direction (o) peuvent être calculées. En outre, il est réalisable de calculer automatiquement la vitesse et la direction en prévoyant une unité de traitement d'image 4 pour extraire l'espace (d) et les nombres de franges (nx, ny) et une unité de calcul de vitesse/direction 5 pour calculer la vitesse (v) et la direction (a) sur la base de l'espace (d) et des nombres de franges (nx, ny) extraits par l'unité de traitement d'image 4. De cette manière, le mode de réalisation mesure d'autres vitesses bidimensionnelles perpendiculaires à la direction de la ligne de visée en mesurant un angle de décalage (aberration) de lumière réfléchie depuis la direction d'irradiation, dues à une vitesse verticale relative de la cible se déplaçant dans une direction perpendiculaire à la direction de la ligne de visée, grâce à une mesure de l'espacement entre les franges d'interférence, obtenues d'après l'interférence entre la lumière réfléchie et la lumière d'irradiation. Ainsi, la vitesse relative peut être mesurée en utilisant l'aberration. L'aberration et sa direction peuvent être facilement obtenues à partir de la largeur des franges d'interférence générées par l'interférence de la lumière réfléchie avec aberration avec la lumière d'irradiation. Comme décrit ci-dessus, l'appareil de mesure de vitesse pour un objet mobile selon la présente invention peut mesurer facilement la vitesse, non seulement dans la direction de la ligne de visée, mais également dans la direction perpendiculaire à la ligne de visée, de façon qu'une composante de vitesse bidimensionnelle puisse être obtenue. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de mesure de vitesse (2) comprenant une source laser (21) pour émettre un faisceau laser dans la direction de la ligne de visée des moyens récepteurs de lumière pour recevoir la lumière dudit faisceau laser réfléchie par un objet mobile (1) ; et des moyens de capture de franges d'interférence couplés à ladite source laser (21) et auxdits moyens récepteurs de lumière pour capter les franges d'interférence entre ledit faisceau laser provenant de ladite source laser (21) et ladite lumière réfléchie. 2. Appareil de mesure de vitesse (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de capture de franges d'interférence comprennent un détecteur d'image à CCD (24) d'un type bidimensionnel. 3. Appareil de mesure de vitesse (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens récepteurs de lumière comprennent un demi-miroir (22) pour projeter le faisceau laser délivré par ladite source laser (21) vers un objet mobile (1) et pour recevoir ladite lumière réfléchie pour transmettre ladite lumière réfléchie vers lesdits moyens de capture de franges d'interférence. 4. Appareil de mesure de vitesse (2) selon la revendication 2, comprenant en outre des moyens d'affichage (3) pour afficher une image capturée par ledit capteur d'image à CCD (24). 5. Appareil de mesure de vitesse (2) selon la revendication 2, comprenant en outre une unité de traitement d'image (4) pour extraire l'intervalle entre lesdites franges d'interférence et les nombres de franges (nx, ny) de deux axes, captées par ledit détecteur d'image à CCD (24), sur la base d'une image captée par ledit détecteur d'image à CCD (24) ; et des moyens de calcul (5) pour calculer une vitesse et une direction de déplacement dudit objet mobile (1). 6. Appareil de mesure de vitesse (2) selon la revendication 1, comprenant en outre des moyens de mesure de vitesse pour trouver une aberration indiquant un décalage de ladite lumière réfléchie depuis ladite direction de ligne de visée sur la base desdites franges d'interférence capturées par lesdits moyens de capture de franges d'interférence, et la mesure d'une composante de vitesse dudit sujet de mesure perpendiculaire à ladite direction de ligne de visée, basée sur l'aberration trouvée. 7. Appareil de mesure de vitesse (2) comprenant une source laser (21) pour délivrer en sortie un faisceau laser, un demi-miroir (22) pour transmettre le faisceau laser provenant de ladite source laser (21) dans la direction de la ligne de visée, et pour transmettre une lumière réfléchie par un objet mobile (1), des moyens récepteurs de lumière pour recevoir ledit faisceau laser transmis à travers ledit demimiroir (22) provenant de ladite source laser (21) et ladite lumière réfléchie, et des moyens de capture de franges d'interférence pour capter des franges d'interférence obtenues entre ledit faisceau laser provenant de ladite source laser (21) et ladite lumière réfléchie. 8. Appareil de mesure de vitesse (2) pour objet mobile (1) selon la revendication 7, comprenant en outre un miroir (23) pour recevoir la lumière réfléchie à travers ledit demi-miroir (22), et la réfléchir vers ledit demi-miroir (22), et caractérisé en ce que lesdits moyens récepteurs de lumière reçoivent le faisceau laser transmis à travers ledit demi-miroir (22) provenant de ladite source laser (21), et la lumière réfléchie à travers ledit miroir (23) et ledit demi-miroir (22).