Brevet FR2848362A1 — publié le 20040611

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la réalisation d'une liaison optique par impulsions lumineuses entre l'émetteur desdites impulsions et un récepteur de celles-ci. Quoique non exclusivement, elle est tout particulièrement appropriée à être mise en oeuvre 5 dans les dispositifs de localisation et de guidage de missiles, tels que par exemple celui décrit dans le document US-4 710 028 (FR-2 583 523), et elle sera expliquée ci-après en rapport avec cette dernière application. Dans les dispositifs connus de ce type, l'émetteur desdites impulsions lumineuses, qui peut être monté à bord dudit missile ou bien être 10 disposé à poste fixe, la liaison optique comportant alors un miroir monté à bord du missile et renvoyant lesdites impulsions lumineuses vers ledit détecteur, est généralement une lampe à éclats, volumineuse et consommant une énergie importante. De ce fait, on a déjà pensé à remplacer ladite lampe à éclats par 1 5 une source laser. Mais alors, l'énergie laser émise doit être importante pour assurer une liaison optique de grande portée, résistant à un éventuel brouillage. Il en résulte donc non seulement des risques oculaires importants pour les opérateurs desdits dispositifs, mais encore des sources laser de forte puissance. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en permettant de réaliser une liaison optique laser, à faibles risques oculaires et à faible consommation d'énergie. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour la réalisation d'une liaison optique par impulsions laser entre l'émetteur desdites impulsions et 25 un récepteur de celles-ci, est remarquable en ce qu'on fait varier l'énergie desdites impulsions laser successives comme une fonction croissante du temps qui s'écoule depuis le début de l'émission desdites impulsions laser dans la direction au moins approximative dudit récepteur. Ainsi, dans le cas particulier o ledit émetteur est monté à bord d'un mobile (missile) s'éloignant dudit récepteur, l'émetteur émet, au dé5 part du mobile, une énergie réduite qui augmente progressivement avec la distance émetteur-récepteur. L'énergie émise au départ du mobile peut rester inférieure au seuil de risque oculaire, alors que l'énergie nécessaire à la portée maximale du mobile n'est émise qu'en fin de portée, c'est-à-dire dans une zone o ne se trouve aucun opérateur. Pour éviter tout risque oculaire avant et pendant le départ du mobile, aucune énergie laser n'est émise avant ledit départ et l'émission des impulsions laser est retardée, par rapport au départ du mobile, jusqu'au moment o elle est réellement nécessaire à la localisation du mobile. On remarquera que le document US-4 013 244 décrit un dispositif 1 5 de contrôle d'un faisceau optique guidant un missile vers une cible, dispositif dans lequel, pour des raisons techniques différentes des risques oculaires rappelés ci-dessus, l'énergie dudit faisceau de guidage est augmentée pendant le vol dudit missile par asservissement à une loi désirée. Dans la présente invention, au contraire, la montée en puissance 20 dudit émetteur est prédéterminée en fonction du temps, de sorte qu'aucun asservissement n'est nécessaire. De plus, grâce à l'invention, cette montée en puissance peut être relativement lente, rendant la liaison pratiquement insensible aux perturbations électromagnétiques. La source laser peut être une diode laser. Cependant, pour réduire 25 l'énergie émise par l'émetteur et donc compléter la protection contre les risques oculaires, il est avantageux que celui-ci comporte un laser VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). En effet, un tel laser semiconducteur, à substrat d'arséniure de gallium, émet un faisceau faiblement divergent (+ ou - 70), ce qui permet de confiner l'énergie émise dans un cône juste nécessaire à la localisation du mobile. Le volume illuminé par l'émetteur, dans lequel un risque oculaire serait possible, est donc très réduit. De plus, le rendement de conversion d'un laser VCSEL, entre l'énergie reçue et l'énergie fournie, est particulièrement bon, de sorte que l'énergie électrique consommée peut être réduite. Par ailleurs, pour que le niveau de réception des impulsions laser par le récepteur soit constant, il est nécessaire que l'énergie émise par l'émetteur varie comme le carré de la distance émetteur-récepteur. Aussi, dans le cas o le mobile s'éloigne à vitesse croissante du 10 récepteur, on fait varier l'énergie desdites impulsions laser successives comme le carré du temps écoulé depuis le début de l'émission desdites impulsions dans la direction au moins approximative dudit récepteur. A cet effet, on peut utiliser un condensateur dont les décharges successives alimentent ledit émetteur pour produire lesdites impulsions 15 laser successives et dont les charges successives sont commandées par des créneaux de charge successifs dont les durées sont une fonction linéairement croissante du temps. Ainsi, l'énergie délivrée par le condensateur à la diode laser ou au laser VCSEL dudit émetteur est égale à 1/2 C V2 (C étant la capacité du 20 condensateur en Farads et V la tension de décharge en volts dudit condensateur), c'est-à-dire directement proportionnelle au carré du temps écoulé. Grâce à la présente invention, on obtient donc - une réduction de l'énergie émise et consommée. En effet, grâce à la 25 diode laser, l'émission de l'énergie directement vers le récepteur et son confinement dans le cône exigé, permet d'économiser cette énergie, par rapport à l'énergie émise sur 47u stéradians par une lampe à éclats et plus ou moins bien redirigée vers le récepteur par un miroir et une lentille complexe. Une bande spectrale étroite émise (quelques nm) peut être entièrement incluse dans une bande spectrale de haute sensibilité du récepteur, contrairement à la large bande spectrale émise par une lampe à éclats (> 1000 nm) dans laquelle une grande partie de l'énergie est perdue au niveau du récepteur. A niveau de signal reçu identique, 5 l'énergie émise par une source cohérente peut donc être beaucoup plus faible que l'énergie émise par une lampe à large spectre. Une diode laser ou un laser VCSEL possède par ailleurs un bien meilleur rapport de conversion énergie émise / énergie consommée et ne nécessite pas de haute tension ni de très haute tension d'amorçage. La réduction de 10 l'énergie électrique consommée est donc très importante - une réduction de la masse et de l'encombrement. Une diode laser ou un laser VCSEL étant beaucoup moins volumineux qu'une lampe à éclats, nécessitant un circuit d'alimentation électrique plus simple (pas de convertisseur haute tension et très haute tension) et consommant 15 moins d'énergie, on peut réaliser un émetteur moins volumineux et moins lourd qu'avec une lampe à éclats; - la réduction de l'éblouissement du récepteur. Comme l'énergie émise est faible au départ, le capteur utilisé par le récepteur n'est pas ébloui et le niveau de signal au niveau du récepteur est plus régulier au cours 20 de l'éloignement du mobile; - la réduction de l'émissivité électromagnétique. La tension utilisée et l'énergie mise en jeu avec une diode laser ou un laser VCSEL étant bien plus faibles que celles d'une lampe à éclats, l'émissivité électromagnétique d'un laser est beaucoup plus faible que celle d'un émetteur à 25 éclats; - une amélioration de la sélectivité spectrale. Une source ayant une longueur d'onde d'émission très étroite permet de réduire la bande spectrale du récepteur et d'améliorer ainsi le rapport signal sur fond. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 illustre schématiquement la localisation d'un missile. La figure 2 est le schéma synoptique de l'émetteur d'impulsions laser monté à bord dudit missile. Les figures 3A, 3B et 3C sont des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement de l'émetteur de la figure 2. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif 1 apte à localiser un missile 2 par rapport à un axe de référence X-X (par exemple un axe de 10 visée), ledit missile 2 s'éloignant à vitesse constante du dispositif de localisation 1. Ce dernier est par exemple du type décrit dans le document US4 710 028 (FR-2 583 523). Aux fins de sa localisation par le dispositif 1, le missile 2 comporte une source laser 3, du type diode laser ou laser VCSEL, apte à émettre 15 des impulsions laser 4 en direction dudit dispositif 1. Le dispositif 5, monté à bord du missile 1 et destiné à la commande de la source laser 3 comporte un condensateur 6 monté en parallèle sur ladite source laser 3 et apte à être chargé à partir d'une source de tension 7, par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé 8. De 20 même, le circuit de la source laser 3, qui comporte une résistance de charge 9, se ferme par l'intermédiaire d'un interrupteur commandé 10. Le dispositif 5 comporte, de plus, un générateur 11 de tops périodiques 12 (voir la figure 3A), apte à commander à la fermeture l'interrupteur commandé 10 par l'intermédiaire d'un dispositif de commande 13. 25 Par ailleurs, le générateur de tops 11 commande un générateur 14 d'impulsions 1i5 à largeur variable (voir la figure 3B), qui, lui-même, commande l'interrupteur commandable 8, par l'intermédiaire d'un système de commande 16. Le générateur 14 est tel qu'il émet une impulsion en ré- ponse à la réception d'un top 1 2 et que la largeur des impulsions 1 5 augmente linéairement en fonction du temps t. Avant le départ du missile 2, aucune impulsion laser 4 n'est émise par la source laser 3. Il n'existe donc aucun risque oculaire, même dans l'environnement immédiat du missile 2. Lors du départ du missile 2, un ordre de commande est adressé au générateur de tops 11 par une ligne de commande 1 7 sur laquelle est interposé un dispositif de temporisation 18. On peut ainsi retarder l'émission de la source laser 3, jusqu'au moment o les impulsions laser 4 sont 10 réellement nécessaires à la localisation du missile 2 par le dispositif 1. Lorsque la temporisation réalisée par le dispositif 1 8 est écoulée, le générateur 1 1 engendre un premier top 1 2.1 qui: - ferme pour quelques courts instants l'interrupteur 10 par l'intermédiaire du dispositif de commande 13, de sorte qu'une éventuelle charge dans 15 le condensateur 6 peut se décharger à travers la source laser 3, par l'intermédiaire de la résistance de charge 9, après quoi ledit interrupteur 10 s'ouvre de nouveau immédiatement; et - commande le générateur 14 qui engendre un premier créneau 15.1, de largeur temporelle #l, permettant de fermer l'interrupteur 8 pendant la 20 durée E1, de sorte que le condensateur 6 se charge à partir de la source 7 pendant ladite durée (voir cl sur la figure 3C). A l'expiration de la durée ú1, le condensateur 6 s'est chargé au niveau de tension Vi, qu'il maintient jusqu'à l'apparition du top suivant 1 2.2. Lorsque le générateur 11 émet ce top suivant 1 2.2, comme précé25 demment, l'interrupteur 10 se ferme instantanément pour quelques courts instants, de sorte que la charge à la tension Vi du condensateur 6 se décharge à travers la source 3 (voir le segment di sur la figure 3C) qui émet une impulsion laser 4, tandis que le générateur 14 engendre un deuxième créneau 15.2 de largeur ú2 égale à ú2=úi + t (8t constante de durée, la largeur du créneau varie linéairement avec le temps). Il en résulte que la largeur ú2 a cr de façon linéaire avec le temps t, par rapport à la largeur ú1. En conséquence, l'interrupteur 1i0 étant réouvert, le condensateur 6 se charge pendant la durée temporelle ú2 (voir segment c2 sur la figure 3C) 5 jusqu'à la tension V2=kVl. Cette tension V2 se maintient jusqu'à l'apparition du troisième top 1 2.3. Il se produit alors le même phénomène que dans le paragraphe précédent, la charge à la tension V2 du condensateur 6 se décharge à travers la source 3 (segment d2) émettant une impulsion laser 4, après quoi 10 ce condensateur se charge à la tension V3=kV2 pendant le troisième créneau 1 5.3, dont la largeur temporelle ú3 est égale à ú2 +6t Ainsi, les impulsions lumineuses successives 4 résultent de décharges (di, d2, ...) à des tensions Vi, V2, V3, ... linéairement croissantes avec le temps t, de sorte que leur énergie est croissante avec le carré i 5 du temps. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la réalisation d'une liaison optique par impulsions laser (4) entre l'émetteur (3) desdites impulsions et un récepteur (1) de celles-ci, caractérisé en ce qu'on fait varier l'énergie desdites impulsions laser successives (4) comme une fonction croissante du temps (t) qui s'écoule depuis le début de l'émission desdites impulsions laser dans la direction au moins approximative dudit récepteur. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit émetteur (3) 10 est monté à bord d'un mobile (2) s'éloignant dudit récepteur (1) à vitesse croissante, caractérisé en ce qu'on fait varier l'énergie desdites impulsions laser successives (4) comme le carré du temps (t) écoulé depuis le début de l'émission desdites impulsions dans la direction au moins approximative dudit 15 récepteur. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le début de ladite émission est retardé par rapport au départ dudit mobile (2). 4. Dispositif pour la réalisation d'une liaison optique par impulsions 20 laser (4) entre l'émetteur (3) desdites impulsions et un récepteur (1) de celles-ci, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (5) pour faire varier l'énergie desdites impulsions successives (4) comme une fonction croissante du temps qui s'écoule depuis le début de l'émission desdites impulsions laser 25 (4) dans la direction au moins approximative dudit récepteur (1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit émetteur (3) comporte au moins une diode laser. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit émetteur (3) comporte au moins un laser VCSEL. 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel ledit 5 émetteur (3) est monté à bord d'un mobile (2) s'éloignant dudit récepteur (1) à vitesse croissante, caractérisé en ce que lesdits moyens (5) font varier l'énergie desdites impulsions laser successives (4) comme le carré du temps écoulé depuis le début de l'émission desdites impulsions dans la direction au moins 10 approximative dudit récepteur. 8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel ledit émetteur (3) est déclenché par le départ dudit mobile (2), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de temporisation (18) pour retarder le début de l'émission desdites impulsions laser (4) par rapport au 15 départ dudit mobile (2). 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte un condensateur (6) dont les décharges successives (dl, d2, d3, ...) alimentent ledit émetteur (3) pour produire lesdites impulsions laser successives (4) et dont les charges successives 20 (cl, c2, c3, ... ) sont commandées par des créneaux de charge successifs (15.1, 15.2, 15.3, .) dont les durées (X1, 22, ú3, ...) sont une fonction linéairement croissante du temps (t).