Brevet FR2761215A1 — publié le 19980925

TERMINAL DE TELECOMMUNICATION PAR FAISCEAUX OPTIQUES L'invention concerne les télécommunications par faisceau optique entre deux terminaux et elle trouve une application importante dans les communications à haut débit entre deux mobiles à altitude élevée dont la distance peut aller de quelques dizaines à un millier de kilomètres environ. Ce cas est notamment celui des communications entre les satellites d'une constellation de satellites placés en orbite dite basse, à une altitude ne dépassant pas mille kilomètres environ, destinés à servir de relais de télécommunication entre eux et avec des terminaux terrestres. L'article de Bloom et al "High-elevation terrestrial validation of BMDO lasercom system at 1.1. Gbit/s" décrit un terminal utilisable pour de telles applications, comportant un premier télescope destiné à recevoir un faisceau de pointage et un faisceau de transmission d'information provenant d'un autre terminal et comportant un second télescope, lié au premier, destiné à émettre vers le premier terminal un faisceau de pointage et un faisceau de transmission. Cette disposition semble naturelle puisqu'elle affecte les fonctions d'émission à un télescope et les fonctions de réception à l'autre. Elle a en fait un inconvénient grave, dû à l'ouverture angulaire très étroite du faisceau optique d'émission de données, nécessaire pour concentrer l'énergie émise, alors que le lobe d'émission du faisceau de pointage plus ouvert pour faciliter la recherche de la direction d'émission par le terminal récepteur. La présente invention vise à fournir un terminal de télécommunication tenant compte de cette constatation. Elle propose dans ce but un terminal de télécommunication en duplex par faisceau optique dans l'espace, comportant un ensemble de deux télescopes liés, dont l'un est relié à une chaîne d'émission d'un faisceau de pointage et à une chaîne d'exploitation à un faisceau optique de télécommunication reçu et dont l'autre est associé à une chaîne de réception d'un faisceau de pointage et à une chaîne d'émission de plusieurs voies de télécommunications sur un faisceau commun d'émission. Grâce à cette constitution, il est possible d'obtenir un bien meilleur alignement du faisceau étroit d'émission d'information, c'est à dire de télécommunications, et le faisceau de pointage reçu que par le passé, donc de concentrer mieux la puissance de télécommunication vers l'autre terminal. Dans un mode avantageux de réalisation, le faisceau de pointage, monochromatique, a une longueur d'onde située hors de la bande spectrale optique réservée aux télécommunications, ce qui permet d'augmenter le nombre de canaux disponibles. Les problèmes de chromatisme peuvent être résolus de façon relativement simple sur des télescopes, du fait que l'essentiel de la puissance optique est donné par des miroirs. Les deux terminaux peuvent être identiques. Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère à la figure unique qui l'accompagne et qui est un synoptique de principe du terminal. Le dispositif montré sur la figure peut être considéré comme ayant une partie optique 8 et un ensemble 10 de génération de la puissance émise et de réception et d'exploitation du faisceau reçu. La partie optique 8 est montée sur le corps du véhicule porteur par l'intermédiaire de moyens qui peuvent être de constitution classique. Ces moyens peuvent être soit des amortisseurs, soit des moyens permettant de l'orienter par rapport au corps. Cette partie optique 8 comporte un miroir commun 12 de pointage qui oriente tous les faisceaux à la fois. Ce miroir 12 est muni d'actionneurs 14 et 16 capables d'ajuster sa position angulaire, sur la partie optique, avec une précision compatible avec la très faible ouverture du faisceau de transmission. Ces actionneurs peuvent par exemple orienter le miroir 12 autour de deux axes mutuellement orthogonaux, en azimuth et en site. Un premier chemin optique comprend un télescope 18 destiné à former un faisceau de télécommunication émis et à focaliser un faisceau de pointage sur une caméra 20 qui sera généralement une caméra à matrice de capteurs à couplage de charge. Le télescope 18 représenté est d'un type classique, ayant un miroir concave d'entrée 22 percé d'une ouverture centrale et un miroir convexe 24 placé en face de l'ouverture re, de plus petit diamètre que le miroir concave (télescope de Schmidt-Cassegrain). Une optique correctrice à lentilles peut précéder, sur le chemin optique, une série de séparateurs dichroiques 26 placés en cascade et permettant de multiplexer plusieurs voies d'émission à des longueurs d' onde différentes et d'alimenter une voie de réception comportant la caméra 20. Dans le cas illustré, une première lame 26 transmet la longueur d'onde de localisation vers la caméra 20 et réfléchit les autres longueurs d'onde vers les autres lames. On a représenté, sur chaque voie d'émission, un correcteur optique à prismes 28 faisant suite à une optique d'élargissement de faisceau 30. Le second chemin optique comporte un second télescope 32, ayant un diamètre d'entrée supérieur à celui du télescope 18. Il est suivi d'un élément dichroïque 34 réfléchissant, vers le miroir convexe du télescope, l'énergie lumineuse à la longueur d'onde d'un faisceau de pointage provenant de l'une ou l'autre de deux balises qui seront décrites plus loin. Cet élément dichroique transmet vers des éléments dichroïques supplémentaires 38 de démultiplexage, placés en cascade, les longueurs d'onde de télécommunication. La figure montre quatre voies de réception, ayant chacune un élément 38, un correcteur à prisme 40, et une optique de concentration de faisceau 42. L'ensemble 10 de génération de la puissance émise et de réception et d'exploitation du faisceau reçu comporte un bloc d'émission 44 et un bloc de réception 46. Le bloc d'émission comporte, pour chaque voie, à partir d'une entrée de données respective 47, un modulateur 48, un circuit d'attaque 50 et une source monochromatique 52, qui sera généralement une diode laser. Cette diode alimente une liaison optique guidée, telle qu'un guide diélectrique d'onde optique 54. L'adaptation de l'ouverture de sortie du guide (généralement une fibre optique) avec l'optique d'élargissement de faisceau 30 s'effectue généralement par diffraction. De façon comparable, le bloc de réception 46 comporte, pour chaque voie, un transducteur (généralement une photodiode à avalanche) à pré-amplificateur 56 et un démodulateur 58. Les balises 60 alimentent elles aussi des optiques 62 par l'intermédiaire de fibres optiques. L'une des balises, destinée à la poursuite, peut fournir un faisceau plus étroit que l'autre, destiné à l'acquisition. Le terminal comporte de plus une électronique de commande 60 qui reçoit les signaux de sortie de la caméra 20, traite l'image reçue pour déterminer le barycentre de l'émission lumineuse provenant d'un terminal coopérant et commande en conséquence les actionneurs 14 et 16. L'électronique de commande 30 est relié par une ligne bus au bloc d'émission 44 et de réception 46, afin d'échanger des informations d'une façon qui peut être classique. De plus, l'électronique de commande peut comporter des moyens de régulation de température, commandant des éléments chauffant 62 contenus dans le bloc optique. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un terminal du genre qui vient d'être décrit est notamment utilisable avec des diodes laser et des photo-diodes fonctionnant à une longueur d'onde de 800 à 900 nanomètres et un système de pointage ayant une caméra 20 à matrice de 256 x 256 pixels, associée à une électronique permettant d'arriver à une définition d'une fraction de pixel. Plusieurs terminaux du genre décrit peuvent être disposés en cascade, par exemple sur des satellites appartenant à une constellation de satellites en orbite basse et ayant également des moyens de transmission vers la terre. REVENDICATIONS 1. Terminal de télécommunication en duplex par faisceau optique dans l'espace, comprenant une partie optique (8) ayant deux télescopes liés l'un à l'autre (18, 32) dont un premier est relié à une chaîne d'émission d'un faisceau de pointage et à une chaîne d'exploitation d'un faisceau optique de télécommunication reçu et dont le second est associé à une chaîne de réception d'un faisceau de pointage et à une chaîne d'émission de plusieurs voies de télécommunication sur un faisceau commun d'émission. 2. Terminal selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second télescope présente un diamètre d'entrée supérieur à celui du premier. 3. Terminal selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la chaîne d'émission d'un faisceau de pointage comprend au moins deux balises (60) associées au premier télescope (32) par un élément dichroïque (20) réfléchissant une longueur d'onde commune de fonctionnement des balises et transmettant les longueurs d'ondes du faisceau optique de télécommunications reçues. 4. Terminal selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux balises (60) fournissent des faisceaux d'ouvertures différentes destinés l'un à la poursuite et l'autre à l'acquisition. 5. Terminal selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaîne de réception d'un faisceau de pointage comprend une caméra CCD (20) associée à une électronique de détermination de centroïde. 6. Terminal selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chaîne d'émission comprend plusieurs voies ayant chacune un modulateur (48), un circuit d'attaque (50), et une source monochromatique (52) appartenant à un ensemble fixé au corps d'un véhicule et un guide diélectrique d'ondes optiques (54), le multiplexage des différentes voies étant effectué par des éléments dichroïques.