Brevet FR2815128A1 — publié le 20020412

Etat de la technique La présente invention concerne un dispositif de capteurs pour un radar impulsionnel à échos On connaît par exemple selon le document DE 44 42 189 A1, un système de mesure de distance dans l'environnement de véhicules à l'aide de capteurs avec des ensembles émetteurs et récepteurs pour as- surer en même temps l'émission et la réception d'informations. A l'aide de la mesure de distance on peut activer des mesures de protection passive du véhicule par exemple en cas de choc frontal latéral ou arrière. En i0 échangeant les informations détectées on peut par exemple évaluer des situations de circulation pour activer des systèmes de déclenchement cor- respondants. Il est en outre connu de manière générale de faire des me- sures de distance avec un radar impulsionnel en émettant une impulsion porteuse avec une enveloppe rectangulaire pour une oscillation électroma- gnétique dans le domaine des giga-hertz. Cette impulsion porteuse est ré- fléchie par l'objet cible et à partir du temps compris entre l'émission de l'impulsion et le retour du rayonnement réfléchi, on peut déterminer l'éloignement de la cible et avec des limites, en utilisant l'effet Doppler on peut également déterminer facilement la vitesse relative de l'objet cible. Un tel principe de mesures est par exemple décrit dans le manuel A. Ludloff, " Handbuch Radar und Radarsignalverarbeitung ", pages 2 - 21 et 2 - 44, Vieweg Verlag, 1993. Pour garantir la commande des systèmes de protection des passagers, évoquée ci-dessus dans un véhicule, il faut en général un grand nombre de capteurs radar pour les différentes situations de conflit dans l'environnement du véhicule. Par exemple il faut une détection anti- cipée de collision (détection de pré-collision) pour permettre une détection anticipée d'un objet qui constitue, en cas de collision, un risque pour les occupants du véhicule. Les capteurs radar connus à fonctionnement impulsionnel avec échos envoient en général les impulsions avec un taux de répétition fixe, périodique de sorte qu'en général les suites impulsionnelles des diffé- rents émetteurs ne peuvent pas se distinguer les unes des autres. Si les émetteurs d'un système de radar à micro-ondes fonctionnement indépen- damment, par exemple avec un taux de répétition impulsionnel de 6 MHz, une fréquence de porteuse de 24GHz et une largueur d'impulsion de l'ordre de 350 Ps, chaque capteur ne reçoit que l'écho de l'objet corres- pondant à ses propres impulsions alors qu'il ne reçoit pas les échos des impulsion des autres émetteurs ou ne les reçoit que sous la forme de bruits. Par exemple selon le document DE 198 02 724 A1, on con- naît une installation de surveillance qui émet des impulsions d'ultrasons, codées, que l'on détecte avec des capteurs correspondants au signal d'échos. Pour pouvoir distinguer entre les impulsions reçues, celles-ci sont préalablement codées par un générateur aléatoire et ensuite exploitées de manière sélective. Avantages de l'invention La présente invention concerne un dispositif de capteurs avec un système de radar impulsionnel à échos caractérisé en ce qu' - un signal porteur d'un oscillateur d'émission à micro-ondes, de forme impulsionnelle, avec un taux de répétition impulsionnelle prédétermi- né émit dans une fenêtre d'émission, pour être réfléchit par un objet cible et être exploité dans un mélangeur pour déterminer la position de l'objet cible à partir du temps nécessaire à l'émission de l'impulsion et au retour du rayonnement réfléchi, et un interrupteur à commande aléatoire qui émet les impulsions selon une probabilité prédéterminée, les suites stochastiques d'impulsions de la fenêtre d'émission étant connues dans la branche de réception. Ainsi la présente invention concerne un dispositif de cap- teurs évoqué ci-dessus ayant un système de radar impulsionnel à échos dans lequel le signal de porteuse est émis par un émetteur à micro-ondes, sous forme impulsionnelle avec un taux de répétition impulsionnel prédé- terminé. Ce signal de micro-ondes se réfléchit sur l'objet cible et un circuit mélangeur utilise le temps entre l'émission de l'impulsion et son retour sous forme de rayonnement réfléchit pour déduire la position de l'objet cible. De façon avantageuse, à l'aide d'un interrupteur à commande aléa- toire, les impulsions ne sont émises qu'avec une probabilité prédéterminée si bien que pour l'exploitation des signaux reçus, les suites stochastiques impulsionnelles de l'émetteur sont connues du récepteur. Ce codage per- met également de distinguer entre les signaux de plusieurs émetteurs. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention un réseau de plusieurs ensembles émetteur/récepteur est construit avec des interrupteurs, les suites stochastiques d'impulsions de chaque fenêtre d'émission étant connues dans chaque branche de réception, et les en- sembles émetteur/récepteur sont combinés pour que dans chaque bran- che de réception, les suites stochastiques d'impulsions de chaque fenêtre d'émission soient exploitées séparément. Le circuit décrit ci-dessus permet de libérer la fenêtre d'émission en fonction de la suite stochastique d'impulsions de l'émetteur respectif et au niveau de chaque récepteur, on ouvre la fenêtre de récep- tion pour toutes les impulsions émises. La corrélation entre les signaux associés à chaque émetteur et les signaux de réception correspondants se fait de manière avantageuse, après un mélange des signaux reçus avec le signal porteur dans chacun des circuits mélangeurs respectifs des ensem- bles émetteur/récepteur. Dans un montage comprenant plusieurs ensembles émet- teur/récepteur, le codage stochastique selon l'invention des suites d'impulsions d'émission permet en principe de reconstituer à partir d'une suite d'impulsions reçue, l'émetteur et l'instant de l'émission et ainsi i5 d'augmenter la sécurité par rapport aux perturbations provenant d'émetteurs étrangers car à côté de la puissance de la perturbation de la réception on influence également la détection par le codage. Cela permet de manière simple une exploitation des échos croisés de l'ensemble du ré- seau pour déterminer la position de l'objet cible. Il est également prévu une discrimination des échos retar- dés c'est-à-dire des échos provenant de l'objet et qui se trouvent en dehors de la plage d'association bijective (par exemple 15m pour une application en technique automobile). Cela s'applique également aux objets fantômes crées en dehors de la plage de saisie. De manière simple on arrive à une plus grande distance signal/bruit si l'on augmente le taux de répétition des impulsions et la période impulsionnelle peut même être inférieure au temps de parcours de la lumière dans la plage de saisie. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque ensemble émetteur/récepteur a un registre FiFo commandé chaque fois par l'interrupteur de la branche d'émission de chaque ensemble émet- teur/récepteur qui, pour la corrélation avec les signaux appartenant à un émetteur, et les signaux reçus de manière retardée, correspondants, per- met de transmettre le signal de réception respectif à un accumulateur distinct. Dessins La présente invention sera décrite ci-après à l'aide d'exemples de réalisation avantageux d'un dispositif de capteurs repré- sentés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma par blocs d'un ensemble émetteur/récepteur d'un système radar à micro-ondes à codage stochastique selon le pro- cédé impulsionnel à écho - la figure 2 montre un schéma par blocs d'un réseau d'ensemble émet- teur/récepteur d'un système de radar à micro-ondes selon la figure 1. La figure 1 montre un schéma par blocs d'un ensemble émetteur/récepteur 1 d'un système de radar à micro-ondes comprenant un oscillateur d'émission 2 pour le signal porteur, par exemple à une fré- quence de 24 Ghz; la première sortie de l'oscillateur d'émetteur 2 est re- liée par interrupteur 3 de façon que la sortie 4 de l'ensemble 1 fournisse un signal de sortie impulsionnel. Un interrupteur 3 est commandé par un générateur d'horloge 5, par exemple à une fréquence d'horloge de 50Mhz. Le signal d'horloge (ou signal de cadence) du générateur d'horloge 5 est appliqué à un interrupteur supplémentaire Ri qui assure le codage sto- chastique de la suite des impulsions d'émission. L'interrupteur Ri n'assure pas l'émission de chaque impul- sion du générateur d'horloge 5 mais seulement l'émission d'une impulsion selon une probabilité P définie par l'interrupteur Ri. L'entrée de réception 6 de l'ensemble 1 reçoit le signal de réception réfléchit par l'objet cible et ce signal est fourni à un mélangeur 7. Le mélangeur 7 reçoit en outre le signal de la porteuse d'oscillateur d'émissions 2; celui-ci est également pulsé par le signal d'horloge codé du générateur d'horloge 5 en étant tou- tefois retardé dans le composant 8 de la durée de temporisation t (entre 0 et 2 z) par un interrupteur 3'. Pour la temporisation dans le composant 8 on définit d'une manière connue en soi selon la technique, une fenêtre d'éloignement pour le capteur car le signal émit, réfléchit par l'objet cible et qui est ensuite reçu à l'entrée 6 présente un temps de parcours dépendant de l'éloignement de l'objet cible. Le signal dépendant de l'éloignement, obtenu par mélange est transmis après filtrage et formation de l'amplitude à un filtre passebas 9 et ensuite à un accumulateur 10. L'écho impulsionnel réfléchis par l'objet cible est détecté grâce à un choix approprié de la tem- porisation impulssionnelle, du fait du codage du signal d'émission, avec seulement une fraction de l'énergie qui serait reçue sans le codage dans l'accumulateur 10. Cet effet peut se compenser par une simple augmenta- tion du taux de répétition impulsionnelle en passant par exemple de la fréquence habituelle de 6MHz à celle de 18MHz ou à une fréquence plus élevée. La figure 2 montre la construction d'un réseau d'ensembles émetteur/récepteur 11, 20, 30, 40 qui se distingue de la construction de l'ensemble émetteur/récepteur de la figure 1 essentiellement par la posi- tion et le nombre des autres interrupteurs R1 - R4 ou R'I1 - R'4. Les com- posants de même fonction portent les mêmes références qu'à la figure 1. Lorsque l'on utilise plusieurs ensembles émet- teur/récepteur 11, 20, 30, 40 selon la figure 2, avec un codage stochasti- que et les interrupteurs RI - R4 correspondants à l'interrupteur Ri de la figure 1, on peut réaliser une exploitation croisée de l'écho si les suites stochastiques d'impulsions du signal d'émission sont connues à chaque sortie 4 de la branche de réception respective à l'entrée 6. La commande impulsionnelle de la fenêtre d'émission respective avec l'interrupteur 3 de l'exemple de réalisation de la figure 2 est assurée par l'interrupteur Ri pour l'ensemble 11; et ainsi de suite, elle est assurée par l'interrupteur R4 pour l'ensemble 40, selon la suite stochastique d'impulsions du signal d'émission de l'ensemble respectif 11 - 14, qui la libère ou la bloque di- rectement. La branche de réception de l'ensemble respectif 11 - 40 re- çoit les impulsions de toutes les fenêtres d'émission. C'est pourquoi la fe- nêtre de réception de chaque ensemble 11 - 40 doit être ouverte par le mélangeur 7 et le filtre passe-bas 9 à chaque impulsion émise. La corréla- tion de la suite stochastique d'émission respective, de l'un des ensembles 11 - 40 se fait ainsi seulement en aval du mélangeur 7. Le signal reçu à chaque entrée respectif 6 est transmis ou non, selon le filtrage et la for- mation de l'amplitude dans le filtre passe-bas 9, en fonction des valeurs aléatoires 0 et 1 des interrupteurs RI (RI - R4) de la branche d'émission respective des ensembles i (1 - 40) dans la période impulsionnelle concer- née, dans les accumulateurs respectifs Ai (12 -15 pour l'ensemble 11). Les états de commutations des interrupteurs R1-R4 sont transmis à chaque ensemble 11 - 40 par des entrées appropriées à une mémoire tampon FiFo, 16 - 19. Ces mémoires permettent de retarder les éléments de commutation d'un nombre respectif fixe de période du géné- rateur d'horloge 5. Cela permet d'exploiter des plages d'éloignement diffé- rentes, choisies. La tension de sortie de chaque accumulateur Ai diffère ainsi de la corrélation ou non de la suite d'impulsions de commutation avec la suite d'impulsions de réception. Pour n émetteurs on a ainsi n2 accumulateurs Ai, j (i,j = 1...n accumulateur pour l'émetteur j dans la branche de réception i). Les accumulateurs Aii reçoivent les échos des im- pulsions propres et les accumulateurs Ai,j É i les échos croisés. Comme le déploiement des ondes radar est réciproque, pour les valeurs prévisionnelles E(Ai, j) = E(Aj, i), c'est-à-dire que chaque fois deux accumulateurs d'échos croisés Aij, Aji reçoivent la même composante de signal; seule la composante de bruit dans ces signaux est différente. Cette circonstance peut s'utiliser dans le traitement ci-après pour faire la moyenne du contenu des deux accumulateurs, pour réduire encore plus le bruit ou encore réduire les moyens de calcul et de circuit à mettre en oeu- vre en ne réalisant et en exploitant qu'un accumulateur. REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de capteurs avec un système de radar impulsionnel à échos caractérisé en ce qu'il comprend - un signal porteur d'un oscillateur d'émission à micro-ondes (2), de forme impulsionnelle, avec un taux de répétition impulsionnelle pré- déterminé émit dans une fenêtre d'émission, pour être réfléchit par un objet cible et être exploité dans un mélangeur (7) pour déterminer la position de l'objet cible à partir du temps nécessaire à l'émission de l'impulsion et au retour du rayonnement réfléchi, et - un interrupteur à commande aléatoire (Ri, Ri - R4) qui émet les im- pulsions selon une probabilité prédéterminée, les suites stochastiques d'impulsions de la fenêtre d'émission étant connues dans la branche de réception (7, 9, 10). 2 ) Dispositif de capteurs avec un système de radar impulsionnel à échos selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' - un réseau de plusieurs ensembles émetteur/récepteur (11, 20, 30, 40) est construit avec des interrupteurs (RI, R2, R3, R4), les suites sto- chastiques d'impulsions de chaque fenêtre d'émission étant connues dans chaque branche de réception (7, 9, 10), et - les ensembles émetteur/récepteur ( 11, 20, 30, 40) sont combinés pour que dans chaque branche de réception (7, 9, 10), les suites stochasti- ques d'impulsions de chaque fenêtre d'émission soient exploitées sépa- rément. 3 ) Dispositif de capteurs avec un système de radar impulsionnel à échos selon la revendication 2, caractérisé en ce que - les interrupteurs (Ri, R2, R3, R4) de la fenêtre d'émission respective libèrent le signal d'émission respectif en fonction de la suite stochasti- que d'impulsions et dans chaque branche de réception (7, 9, 10) on ouvre une fenêtre de réception pour toutes les impulsions émises avec d'autres interrupteurs (R'1, R'2, R'3, R'4) et - on établit une corrélation entre les impulsions associées à une fenêtre d'émission et les impulsions de réception correspondantes, après un mélange des signaux reçus avec le signal porteur dans chacun des mélangeurs (7) respectifs des ensembles émetteur/récepteur (11, 20, , 40). 4 ) Dispositif de capteurs avec un système de radar impulsionnel à échos selon la revendication 3, caractérisé en ce que - chaque ensemble émetteur/récepteur (11, 20, 30, 40) a une mémoire tampon FiFo (16, 17, 18, 19) commandée par les interrupteurs (R1, R2, R3, R4) dans la branche d'émission de chaque ensemble émet- teur/récepteur (11, 20, 30, 40), et cette mémoire tampon permet de retarder le signal de commutation respectif destiné à chaque interrup- teur (R1, R2, R3, R4) d'un nombre chaque fois fixé de périodes du gé- nérateur d'horloge (5).