Brevet FR3099587A1 — publié le 20210205

Description Titre de l'invention : Méthode d'imagerie par un lidar cohérent et lidar associé DOMAINE DE L'INVENTION [0001] L'invention concerne le domaine des lidars cohérents à modulation de fréquence et plus particulièrement la réalisation de lidar cohérent pour effectuer de l'imagerie 3D. Ce type d'imagerie peut par exemple être utilisée dans le cadre des véhicules autonomes (train, voitures...) ou pour le contrôle non destructif par mesure 3D de la géométrie d'une pièce. ETAT DE LA TECHNIQUE [0002] Le principe d'un lidar cohérent est bien connu de l'état de la technique et illustré figure 1. Un lidar cohérent comprend une source cohérente L, typiquement un laser qui émet une onde lumineuse cohérente (domaine W, visible ou UV proche), un dispositif d'émission DE qui permet d'illuminer un volume de l'espace, et un dispositif de réception DR, qui collecte une fi-action de l'onde lumineuse rétrodiffusée par une cible T. Le décalage de fréquence Doppler v,,' de l'onde rétrodiffusée est fonction de la vitesse radiale v de la cible T. [0003] A la réception on effectue un mélange entre l'onde lumineuse rétrodiffusée S reçue de fréquence fs et une partie de l'onde émise dénommée onde OL pour « oscillateur local ». L'interférence de ces deux ondes est détectée par un photodétecteur D, et le signal électrique en sortie du détecteur présente un terme oscillant dénommé signal de battement Sb, en plus des termes proportionnels à la puissance reçue et à la puissance d'oscillateur local. Une unité de traitement UT numérise ce signal et en extrait l'information de vitesse v de la cible T. [0004] Préférentiellement l'unité de traitement filtre électroniquement le signal de battement Sb dans une bande étroite centrée sur la fréquence nulle, en l'absence de décalage de fréquence (voir plus loin). [0005] Pour les lidu-s cohérents, les dispositifs d'émission et de réception utilisent préféren- tiellement une même optique (lidar monostatique). Cette caractéristique permet d'obtenir une bonne stabilité mécanique et de réduire l'influence des turbulences atmosphériques à longue distance, les trajets de propagation des ondes incidente et rétro-diffusée étant confondus. [0006] Une solution pour la télémétrie/vélocimétrie par lidar consiste à réaliser un système à modulation de fréquence. Cette technique, classique en radar, trouve un intérêt particulier actuellement compte tenu des progrès des sources lasers fibrées. Grâce à la modulation de fréquence, une analyse temps/fréquence permet de remonter à la distance d 2 de la cible et à sa vitesse v. Ce type de lidar permet également de réaliser une fonction d'anémométric laser. [0007] Un exemple d'architecture optique d'un lidar à modulation de fréquence 20 est décrit figure 2. La source cohérente est modulée en fréquence de manière à ce que la fréquence de l'oscillateur local soit modulée selon une fonction prédéterminée dénommée forme d'onde dont le contrôle est assuré par le module WFC, synchronisé avec l'unité de traitement UT. [0008] Le signal optique à l'émission est amplifié par un amplificateur EDFA, l'émission et la réception utilisent une même optique O et sont séparées à l'aide d'un circulateur C. [0009] Ce signal optique peut éventuellement être décalé en fréquence, par exemple à l'aide d'un modulateur acousto-optique qui est préférentiellement positionné avant l'amplificateur EDFA mais peut également être positionné sur le trajet de l'oscillateur local. Dans ce cas le filtrage électronique dans l'unité de traitement est effectué autour de la fréquence de décalage. Une ligne à retard LR permet d'égaliser les chemins optiques de l'oscillateur local et du signal d'émission de manière à filtrer, dans le domaine RF, les défauts des composants optiques placés après l'amplificateur EDFA (défaut de cross-talk du circulateur C, imperfections des traitements anti-reflet de l'optique O d'émission/réception ,...). Préférentiellement le détecteur D est équilibré ou « balancé » tel qu'illustré figure 2. [0010] Un exemple d'un lidar cohérent à modulation de fréquence est décrit dans le document «Lidar systems for precision navigation and safe landing on planetary bodies » Farzin Amzajerdian et al, Proc. SPIE 8192, International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging 2011: Laser Sensing and Imaging; and Biological and Medical Applications of Photonics Sensing and Imaging, 819202 (August 19, 2011). La figure 3 décrit le principe de fonctionnement de ce lidar. [0011] On se place dans la description ci-dessous dans le cas où la fréquence optique d'émission et celle de l'oscillateur local ne sont pas décalées à l'aide d'un modulateur acousto-optique. La fréquence de l'oscillateur local f01, est modulée linéairement selon deux pentes de fréquence al et an de manière périodique de période TFO. Cette fréquence optique f01, peut s'écrire comme la somme d'une fréquence optique f0 constante (ici la fréquence initiale du laser) et d'une fréquence de modulation dans le domaine radiofréquence dépendante du temps La(t) issue de la modulation de la source laser : [0012] foL(t) = f0+ finodoL(t) [0013] La figure 3 illustre la variation au cours du temps des fréquences folie et fs(t), la fréquence optique f0 ayant été soustraite pour plus de clarté. Comme illustré sur la figure 3a, le signal rétrodiffusé de fréquence fs(t) est décalé temporellement d'un temps 'r du fait de la propagation jusqu'à la zone de mesure (cible T) et donc relié à la 3 distance d de la cible, et est décalé en fréquence d'une valeur v w du fait de l'effet Doppler par rapport à la fréquence de l'oscillateur local fodt). [0014] Le signal de battement détecté Sb présente une composante de fréquence fs-fo,,. La figure 3h illustre l'évolution au cours du temps de fs -fo,. On constate que cette différence de fréquence comprend en fonction du temps deux séries de plateaux aux fréquences caractéristiques vu, et vOE2, directement reliées à la distance de la cible d et à sa vitesse v radiale par les équations (où k est la longueur d'onde de la source L et c la vitesse de la lumière): [0015] 2v 2a ,c1 [0016] n = [0017] En mesurant ces deux fréquences caractéristiques v01 et %/ccdu signal de battement Sb, par exemple en réalisant une transformée de Fourier de celui-ci, on remonte à d et y. On réalise ici une mesure « monopixel ». [0018] Les lidars cohérents à modulation de fréquence, communément dénommés selon l'acronyme I idar FMCW (pour « Frequency Modulated Continuous Wave » en anglais), présentent les avantages suivants : [0019] une grande sensibilité conduisant à une portée accrue (par rapport à une détection directe), [0020] une difficulté à être leurré/brouillé (compte tenu de l'émission/réception d'une forme d'onde précise et du filtrage spatial et spectral en réception) [0021] une possibilité de mesurer simultanément et indépendamment la vitesse et la distance d'une cible [0022] une dynamique de distance élevée (plus difficilement accessible avec les capteurs à comptage de photons, le temps d'intégration global ayant tendance à croitre significativement pour des scènes complexes présentant différents plans répartis sur une large distance). [0023] Cependant un inconvénient majeur provient indirectement de ces avantages : il est nécessaire d'accumuler le signal rétrodiffusé sur une ou plusieurs périodes de la forme d'onde ce qui conduit à une certaine lenteur pour les applications d'imagerie. En particulier, les systèmes cohérents monopixel (tel que décrit précédemment) à balayage mécanique ne permettent pas d'atteindre une cadence de rafraîchissement de l'image satisfaisante (typiquement environ 106 pixels à 20 Hz). [0024] Il n'existe, à notre connaissance, aucune architecture d'imagerie cohérente à mo- dulation de fréquence, rapide et conçue pour des mesures à longue distance (plusieurs km) Quelques démonstrateurs de lidars cohérents à modulation de fréquence existent mais ils opèrent généralement assez lentement ou à courte distance. Plusieurs pu- blications de laboratoire académiques font état d'une recherche sur ce type de lidars pour les applications de véhicules autonomes, la cadence d'images et la portée restant pour l'instant, limitée. [0025] Pour réaliser plusieurs pixels, l'homme de l'art pourrait penser à utiliser un mul- tiplexage en longueur d'onde en disposant plusieurs lasers, chacun émettant à une longueur d'onde différente et dans une direction différente. Ceci peut être réalisé séqucnticllement ou en parallèle. [0026] L'architecture séquentielle a fait l'objet de plusieurs publications à courte portée (principalement pour des applications automobile) niais elle ne permet pas d'accroitre significativement la cadence d'images. [0027] L'implémentation parallèle consisterait à utiliser plusieurs lasers qui pourraient éven- tuellement partager le même amplificateur et seraient séparés à l'aide d'un démultiplexcur pour l'émission/réception. Une telle architecture nécessiterait cependant autant de détecteurs que de voies traitées en parallèle. Par ailleurs, les moyens de contrôle de forme d'onde et de traitement de signal seraient également multipliés. [0028] Selon une autre option on utilise un laser accordable sur une très large gamme spectrale permettant de générer les pentes de fréquence et des sauts de fréquence supplémentaires. Cette option est par exemple décrite dans la publication « Fully integrated hyhrid sil icon free-space hcam stecring source with 32 channel phascd array » Hul me et al, Proc. SPTE vol 8989, 898907-1, 2014. Ces sauts sont utilisés conjointement avec un réseau pour adresser différents pixels. [0029] D'autres types d'architectures cohérentes ont été étudiées/commercialisées, parmi lesquelles (toujours en détection cohérente) une architecture à modulation de phase difficilement applicable à longue portée (entreprise Blackmore): la distance d'ambiguïté est calée sur le besoin automobile et ne peut être étendue à celle requise pour les trains autonomes par exemple, sans ralentir significativement l'acquisition d'image. [0030] Un but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant un lidar d'imagerie 3D capable de fonctionner à cadence relativement élevée (dépendante du nombre de pixels dans l'image) et compatible d'un fonctionnement longue distance (supérieure au km) DESCRIPTION DE L'INVENTION [0031] La présente invention a pour objet dans une première variante une méthode d'imagerie mise en oeuvre par un licha- cohérent, comprenant les étapes consistant à : A Générer un signal dénommé oscillateur local présentant une fréquence d'oscillateur local f01, modulée périodiquement et constituée de la somme d'une valeur moyenne ID et d'une fréquence de modulation f''x101, périodique, chaque période comprenant P parties linéaires présentant respectivement P pentes de fréquences cc01,1indicées j, j variant de 1 à P, B Générer, à partir de l'oscillateur local, N signaux d'émission Si indicés i, i variant de 1 à N, chaque signal d'émission Si présentant une fréquence émise f',ocuiprésentant P pentes de fréquence prédéterminées aij synchronisées avec les P pentes de la fréquence oscillateur local et, C Emettre chaque signal d'émission Si dans une direction associée, les directions étant choisies de manière à couvrir une portion d'espace prédéterminée correspondant au champ observé, chaque direction correspondant à un pixel Ai d'une image dudit champ, D Collecter N signaux rétrodiffusés issus respectivement de la rétrodiffusion des N signaux d'émission par au moins un élément présent dans ladite portion d'espace, un signal rétrodiffusé indice i présentant une fréquence signal td, E Détecter un signal de battement Sb généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et les N signaux rétrodiffusés, F Moduler de manière complexe le signal de battement Sb par la fréquence de modulation de l'oscillateur local fmndo,,, G Réaliser NxP démodulations complexes du signal de battement modulé, chaque démodulation complexe indicée i, j consistant à démoduler par une fréquence de démodulation fd,,'odid présentant une pente unique égale à la pente pour obtenir NxP signaux démodulés Sdemodi , H Déterminer NxP densités spectrales de puissance SPii des NxP signaux démodulés Sclemodij I Déterminer des fréquences caractéristiques correspondant à des maximas locaux des NxP densités spectrales de puissance, J Déterminer, pour chaque pixel Ai, au moins une information de vitesse et au moins une information de distance à partir des fréquences caractéristiques. [0032] La présente invention a pour objet dans une deuxième variante une méthode d'imagerie mise en oeuvre par un lidar cohérent comprenant les étapes consistant à : A Générer un signal dénommé oscillateur local, présentant une fréquence d'oscillateur local f01, modulée périodiquement et constituée de la somme d'une valeur moyenne f0 et d'une fréquence de modulation f,',10,, périodique, chaque période comprenant P parties linéaires présentant respectivement P pentes de fréquences a0,4 indicées j, j variant de 1 à P, B Générer, à partir de l'oscillateur local, N signaux d'émission Si indicés i, i variant de 1 à N, chaque signal d'émission Si présentant une fréquence émise Lodi présentant P pentes de fréquence prédéterminées ctij synchronisées avec les P pentes de la fréquence oscillateur local et, C Emettre chaque signal d'émission Si dans une direction associée, les directions étant choisies de manière à couvrir une portion d'espace prédé- 6 terminée correspondant au champ observé, chaque direction correspondant à un pixel Ai d'une image dudit champ, D Collecter N signaux rétrodiffusés issus respectivement de la rétrodiffusion des N signaux d'émission par au moins un élément présent dans ladite portion d'espace, un signal rétrodiffusé indice i présentant une fréquence signal td, E' Détecter N signaux de battement sur N détecteurs, un signal de battement Shi indice i étant généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et le signal rétrodiffusé indice i, F' Moduler de manière complexe chaque signal de battement Shi par la fréquence de modulation de l'oscillateur local f',,,d0,, G' Réaliser, pour chacun des N signaux de battement modulés indicés i, P démodulations complexes, chaque démodulation complexe indic& j d'un signal de battement modulé indice i consistant à démoduler par une fréquence de démodulation fdmodid présentant une pente unique égale à la pente a;,;, pour obtenir P signaux démodulés SrIcinorlij, H Déterminer, pour chaque i, P densités spectrales de puissance SP; des P signaux démodulés, I Déterminer, pour chaque i, des fréquences caractéristiques (vii) correspondant à des maxi mas locaux des P densités spectrales de puissance, J Déterminer, pour chaque pixel Ai, au moins une information de vitesse et au moins une information de distance à partir des fréquences caractéristiques (vii ). [0033] Selon un mode de réalisation les pentes de fréquence aid sont déterminées comme suit : = ri. (ici.; avec ri nombre réel. Préférentiellement les nombre réels ri ne sont pas des multiples entiers les uns des autres. [0034] Selon un mode de réalisation la méthode comprend en outre une étape de balayage dans laquelle on met en oeuvre les étapes A à J successivement pour une pluralité de champs observés. [0035] Selon un autre aspect l'invention concerne dans une première variante un lidar cohérent pour réaliser de l'imagerie comprenant: Une source laser configurée pour générer un signal dénommé oscillateur local présentant une fréquence d'oscillateur local f01, modulée périodiquement et constituée de la somme d'une valeur moyenne f0 et d'une fréquence de modulation fmodoL périodique, chaque période comprenant P parties linéaires présentant respectivement P pentes de fréquences aoL; indicées j, j variant de 1 à P, Un dispositif multiplexeur/modulateur configuré pour générer, à partir de l'oscillateur local, N signaux d'émission Si indicés i, i variant de 1 à N, 7 chaque signal d'émission Si présentant une fréquence émise présentant P pentes de fréquence prédéterminées aid synchronisées avec les P pentes de la fréquence oscillateur local et, Un dispositif d'émission configuré pour émettre chaque signal d'émission Si dans une direction associée, les directions étant choisies de manière à couvrir une portion d'espace prédéterminée correspondant au champ observé, chaque direction correspondant à un pixel Ai d'une image dudit champ, Un dispositif de réception configuré pour collecter N signaux rétrodiffusés issus respectivement de la rétrodiffusion des N signaux d'émission par au moins un élément présent dans ladite portion d'espace, un signal rétrodiffusé indice i présentant une fréquence signal f,J, Un photodétecteur configuré pour générer un signal de battement Sb généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et les N signaux rétrodiffusés, Une unité de traitement configurée pour : -Moduler de manière complexe le signal de battement Sb par la fréquence de modulation de l'oscillateur local fmndo,,, -Réaliser NxP démodulations complexes du signal de battement modulé, chaque démodulation complexe indicée i, j consistant à démoduler par une fréquence de démodulation fdcmodid présentant une pente unique égale à la pente a;,; pour obtenir NxP signaux démodulés Sdemodij -Déterminer NxP densités spectrales de puissance SPi ides NxP signaux démodulés S demndij -Déterminer des fréquences caractéristiques correspondant à des maxima locaux des NxP densités spectrales de puissance, -Déterminer, pour chaque pixel Ai, au moins une information de vitesse et au moins une information de distance à partir des fréquences caractéristiques. [0036] Selon une deuxième variante l'invention concerne un lidar cohérent pour réaliser de l'imagerie comprenant: Une source laser configurée pour générer un signal dénommé oscillateur local présentant une fréquence d'oscillateur local f01, modulée périodiquement et constituée de la somme d'une valeur moyenne f0 et d'une fréquence de modulation L0d01, périodique, chaque période comprenant P parties linéaires présentant respectivement P pentes de fréquences a01,iindicées j, j variant de 1 à P, Un dispositif multiplexeur/modulateur configuré pour générer, à partir de l'oscillateur local, N signaux d'émission Si indicés i, i variant de 1 à N, chaque signal d'émission Si présentant une fréquence émise fmod,i présentant P pentes de fréquence prédéterminées ai,j synchronisées avec les P pentes de la 8 fréquence oscillateur local et, Un dispositif d'émission configuré pour émettre chaque signal d'émission Si dans une direction associée, les directions étant choisies de manière à couvrir une portion d'espace prédéterminée correspondant au champ observé, chaque direction correspondant à un pixel Ai d'une image dudit champ, Un dispositif de réception configuré pour collecter N signaux rétrodiffusés issus respectivement de la rétrodiffusion des N signaux d'émission par au moins un élément présent dans ladite portion d'espace, un signal rétrodiffusé indice i présentant une fréquence signal f,J, N photodétecteurs configurés pour générer respectivement N signaux de battement, chaque signal de battement Shi indice i étant généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et le signal rétrodiffusé indice i, Une unité de traitement configurée pour : -Moduler de manière complexe chaque signal de battement Si par la fréquence de modulation de l'oscillateur local fmndo,,, -Réaliser, pour chacun des N signaux de battement modulé indices i, P démodulations complexes, chaque démodulation complexe indicée j consistant à démoduler par une fréquence de démodulation fri,,,,ndid présentant une pente unique égale à la pente a1- pour obtenir P signaux démodulés Sdemodij, -Déterminer pour chaque i, P densités spectrales de puissance SPLi des P signaux démodulés Scieninditi -Déterminer pour chaque i des fréquences caractéristiques correspondant à des maximas locaux des P densités spectrales de puissance, -Déterminer, pour chaque pixel Ai, au moins une information de vitesse et au moins une information de distance à partir des fréquences caractéristiques. [0037] Selon un mode de réalisation le dispositif modulateur/multiplexeur comprend une pluralité de modulateurs en phase et quadrature agencés en parallèle. [0038] Selon un mode de réalisation le lidar selon l'invention comprend en outre un dispositif de balayage configuré pour générer successivement une pluralité d'ensembles de direction, de manière à couvrir une pluralité de champs [0039] Ces exemples de réalisation présentent à la fois les caractéristiques essentielles de l'invention ainsi que des caractéristiques additionnelles liées aux modes de réalisation considérés. [0040] L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, buts et avantages de celle-ci apparaîtront au cours de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : [0041] [fig.1] La figure 1 déjà citée décrit le principe d'un lidar cohérent. [0042] [fig.2] La figure 2 déjà citée décrit un exemple d'architecture optique d'un lidar 9 modulation de fréquence. [0043] [fig.3] La figure 3 illustre l'évolution au cours du temps de fréquences fOL(t)-f0, fs(t)-f0 et fs(t)-f0. La figure 3a déjà citée illustre la variation au cours du temps des fréquences fOL(t)-f0 et fs(t)-f0 et la figure 3h déjà citée illustre l'évolution au cours du temps de fs -fOL. [0044] [fig.4] La figure 4 illustre la modulation/démodulation pour le cas d'une forme d'onde du signal fmodOL comprenant 2 pentes al et a2. La figure 4a illustre la variation en fonction du temps de la fréquence de l'oscillateur local fOL(t) et de la fréquence signal fs(t). La figure 4h illustre les deux composantes fréquentielles du signal de battement lidar Sb : fs-fOL et fOL-fs. La figure 4c illustre la variation en fonction du temps de la fréquence du signal modulé obtenu Smod. La figure 4d illustre la variation en fonction du temps de la fréquence de démodulation fdemod(1) (pente al ). La figure 4e illustre la variation en fonction du temps de la fréquence de démodulation fdemod(2) (pente a2). La figure 4f illustre la variation en fonction du temps de la fréquence du signal démodulé Sdemod(1) La figure 4g illustre la variation en fonction du temps de la fréquence du signal démodulé Sdemod(2). [0045] [fig.5a] La figure 5a illustre la densité spectrale SP(1) du spectre déterminé à partir du signal Sdemod(1). [0046] [fig.5b] La figure 5h illustre la densité spectrale SP(2) du spectre déterminé à partir du signal Sdemod(2). [0047] [fig.6] La figure 6 illustre une première variante de la méthode d'imagerie mise en oeuvre par un lidar cohérent selon l'invention. [0048] [fig.6bis] La figure 6bis illustre un exemple d'une fréquence de modulation thiod,i présentant P pentes ai,j synchronisées avec les P pentes de l'oscillateur local aOLj, pour le cas P=4. [0049] [fig.7] La figure 7 illustre un exemple des fréquences de modulation de cinq signaux d'émission (N=5) et un oscillateur local à deux pentes al et a2 (P=2). [0050] [fig.8] La figure 8 décrit différentes fréquences d'intérêt pour 5 pixels Al à A5 cor- respondant chacun à un élément du champ observé, présentant une distance et une vitesse différente et connue. La figure 8a montre l'évolution de la fréquence fs,i caractérisant le signal rétrodiffusé pour chaque pixel Ai. La figure 8b montre la fréquence instantanée du battement de cette rétrodiffusion avec l'oscillateur local. [0051] [fig.9] La figure 9 illustre la fréquence résultant de la pré-modulation par la fréquence de l'oscillateur local et de l'étape de démodulation pour les 5x2 fonctions de démodulation. [0052] [fig.10] La figure 10 illustre les fréquences des résultats des démodulations obtenus après l'étape G. [0053] [fig.11] La figure 11 présente l'équivalent de la figure 8a pour un cas plus général avec une forme d'onde de l'oscillateur local présentant 4 pentes de fréquence a0L1, aOL2, a0L3, a0L4. [0054] [fig.12] La figure 12 illustre l'équivalent de la figure 9 pour le cas à 4 pentes. [0055] [fig.13] La figure 13 illustre l'équivalent de la figure 10 pour le cas à 4 pentes. [0056] [fig.14] La figure 14 illustre schématiquement un lidar cohérent pour imagerie selon l'invention adapté à la mise en oeuvre de la première variante de la méthode de traitement selon l'invention. [0057] [fig.15] La figure 15 illustre une implémentation du lidar de la figure 14 avec des fibres optiques et des coupleurs optiques 1x2. [0058] [fig.16] La figure 16 illustre une deuxième variante de la méthode d'imagerie selon l' invention. [0059] [fig.17] La figure 17 illustre schématiquement un lidar cohérent pour imagerie selon l'invention, adapté à la mise en oeuvre de la deuxième variante de la méthode de traitement selon l'invention. [0060] [fig.18] La figure 18 illustre un dispositif pour modifier la forme d'onde par pixel à hase de modulateurs en phase et quadrature mis en parallèle. [0061] [fig.19] La figure 19 illustre un dispositif pour modifier la forme d'onde tel que décrit figure 18 mais avec deux voies utilisées. [0062] [fig.20] La figure 20 illustre un modulateur élémentaire à masse flottante. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION [0063] Lc lidar et la méthode de traitement selon l'invention permettent d'adresser simul- tanément plusieurs pixels d'une image. [0064] Le principe général consiste à générer, à partir d'une seule source laser, plusieurs formes d'onde différentes par modulation externe, qui sont ensuite émises en étant orientées chacune dans une direction différente correspondant à un pixel de l'image à réaliser. Le signal cohérent rétrodiffusé par un ou des éléments présent(s) dans le champ observé, et issu de la rétrodiffusion des différentes ondes émises, est ensuite collecté sur une photodiode (première variante) ou plusieurs photodiodes (deuxième variante) pour l'ensemble des pixels. Un élément de la scène est par exemple un objet immobile, une cible en mouvement... [0065] Un traitement numérique parallèle du/des signaux détectés et numérisés permet, pour chaque pixel, de ne retrouver que le signal associé à la direction souhaitée (correspondant à une forme d'onde particulière). La détection restant cohérente, l'analyse permet de mesurer simultanément la distance et la vitesse pour un nombre de pixels correspondant au nombre de formes d'onde différentes émises. [0066] Pour différencier les signaux issus des formes d'onde distinctes (et donc des pixels distincts), le traitement de signal se base sur une méthode de traitement décrite dans le 11 document W02018/036946, dont les principales étapes sont rappelées ci-dessous et illustrées figures 4 et 5, pour l'exemple d'une modulation initiale de l'oscillateur local avec deux pentes al et a2 [0067] Le lidar du document W02018/036946 et le traitement associé s'applique au signal de battement Sb obtenu à partir de l'interférence entre l'oscillateur local OL de fréquence fo,(0, et un signal optique fs(t) rétrodiffusé par une cible illuminée par le lidar. La fréquence fo,(t) est constituée de la somme d'une valeur moyenne f0 et d'une fréquence de modulation f',,o,(t) issue de la modulation de la source. [0068] fo,(t)= f0 + f [0069] La fréquence de modulation f'',d0,(t) est périodique et telle que chaque période comprenne P parties linéaires, soit P pentes de fréquence aj, avec j indice variant de 1 à P, qui se joignent selon des sommets. Le nombre de pentes P est supérieur ou égal à 2. [0070] La définition suivante introduite dans ce document, est également valable pour l' invention : [0071] On dénomme modulation l'opération consistant à ajouter une fréquence à un signal initial et démodulation l'opération consistant à soustraire une fréquence du signal initial. Ainsi moduler à +f est équivalent à démoduler à -f et réciproquement. [0072] Dans l'espace des temps, la modulation ou la démodulation consistent à multiplier un signal temporel initial S0(t) par un nombre, qui est un nombre réel pour une modulation/démodulation réelle (un cosinus) et un nombre complexe pour une modulation/démodulation complexe. [0073] Par exemple moduler de manière complexe par une fréquence f équivaut à multiplier S0(t) par exp(257rft). De même démoduler de manière complexe par une fréquence f équivaut à multiplier S0(t) par exp(-2prft). [0074] Lorsque la fréquence f(t) est fonction du temps, il convient de multiplier par : pour une modulation et par : expl . ;7 f (il)al pour une démodulation. [0075] La figure 4 illustre le cas d'une forme d'onde du signal f,'odo,, comprenant 2 pentes al = 0.2 MHz/ps et a2 = -0.2 MHz/ps pour une fréquence moyenne du laser de 1.55 [0076] La figure 4a illustre la variation en fonction du temps de la fréquence (le l'oscillateur local fo,.(t) et de la fréquence signal fs(t) (décalée). [0077] La figure 4b illustre les deux composantes fréquentielles du signal de battement lidar 12 Sb, fs-for. et foL-fs. En effet celui-ci étant réel, il présente une composante de fréquence positive et une composante de fréquence négative. [0078] Dans une première étape on module de manière complexe le signal de battement Sb par la fréquence de modulation f',,o, pour obtenir un signal modulé S',,,d. Le signal réel de battement lidar Sb est modulé en complexe numériquement par une fréquence associée à la forme d'onde, c'est-à-dire f0,40, avec f0 fréquence moyenne de la source laser. On reconstruit alors pour le signal modulé Sax>, une fréquence instantanée correspondant à : [0079] fs-fo, + (foL40) = fs-f0 [0080] fo,_fs+ (f0,40) = 2foL - f0 - fs [0081] La figure 4c illustre la variation en fonction du temps de la fréquence du signal modulé obtenu Smod [0082] Dans une deuxième étape on démodule de manière complexe le signal modulé Smod par P fréquences de démodulation fde,'0'(j) présentant une pente unique respectivement égale à une pente de fréquence aj de la fréquence de modulation fmod, pour obtenir P signaux démodulés Sdcmod(j). Ainsi P démodulations complexes sont appliquées à l'aide de P signaux numériques fd,,,ori(j) de pente unique aj. [0083] Les figures 4d et 4e illustrent respectivement la variation en fonction du temps des fréquences de démodulation fd,,,,.'(1) (pente al) et fdemod(2) (pente a2). [0084] Afin de recaler les différentes fréquences, la fréquence de démodulation d'indice j (correspondant à une pente aj) est décalée d'un temps de décalage tdj dépendant de j, de P et de la période de modulation TFO. Préférentiellement, le temps de décalage est égal à: [0085] tdj = (j-1)/P TF0 [0086] Ainsi pour 2 pentes fdemod(1) n'est pas décalée et friemnd(2) est décalée de TFO/2 (voir figure 4e). [0087] Les figures 4f et 4g illustrent respectivement la variation en fonction du temps de la fréquence du signal démodulé Sdc,,,Od(1) et Sdem.'(2). [0088] Chaque démodulation correspond à la recherche du signal d'intérêt dans l'ensemble des cases distances. On retrouve alors dans le signal démodulé d'indice j un plateau de fréquence caractéristique v,; . Pour le cas de 2 pentes, Sdc,nori(1) permet de déterminer v 'I tandis que Sdemod(2) permet de déterminer v'2. Chaque fréquence v,; correspond à l'écart, mesuré à un temps pour lequel fs(t)40 présente une pente de fréquence aj, entre la fréquence de démodulation fdem''(j) et la fréquence fs(t)40, elle-même ayant été reconstituée à l'aide de la modulation du signal de battement par la fréquence foL40 = f modOL- [0089] Chaque fréquence vu; correspond à l'écart, mesuré à un temps pour lequel fs (040 présente une pente de fréquence ai, entre la fréquence de démodulation f','10'(j) et la 13 fréquence fs(040, elle-même ayant été reconstituée à l'aide de la modulation du signal de battement par la fréquence fc»,-f0. [0090] Dans la figure 4f, le plateau le plus large correspond à +v,1 tandis que le plateau plus faible correspond à -v',. De la même manière dans la figure 4g, le plateau le plus large correspond à +v',, tandis que le plateau plus faible correspond à -va2. [0091] Afin de mesurer ces fréquences caractéristiques on détermine ensuite les P densités spectrales SP(j) des P signaux démodulés Sdem01]1/2. Il s'agit de réaliser une analyse temps/fréquence, soit une transformée fréquentielle du signal Sik.',',,(t), pour faire apparaître la fréquence caractéristique va, sous forme de pics. Après cette analyse temps-fréquence (typiquement réalisée par exemple par transformée de Fourier rapide), le pic correspondant à +v', a une amplitude prépondérante et est donc détecté. [0092] La figure 5 illustre les densités spectrales SP(1) (figure 5a) et SP(2) (figure 5h) des spectres déterminés à partir des signaux Sde,''d(1) et Sik.','(2). La fréquence caractéristique recherchée v,; présente la densité spectrale la plus élevée. On retrouve un pic plus faible à la fréquence opposée. Un pic négatif à la fréquence zéro est dû à un filtrage du signal pour les basses fréquences. [0093] Puis la méthode comprend une étape de détermination des P fréquences caracté- ristiques v'; correspondant respectivement au maximum des P densités spectrales SP(j). En effet la fréquence présentant le plateau le plus large dans le signal Scie,'0,u;(0, qui correspond à la fréquence caractéristique recherchée, est celle présentant la densité spectrale la plus élevée. [0094] Un deuxième plateau de durée moins importante (et donc conduisant à une raie moins intense après analyse spectrale) est également présent mais la fréquence correspondante présente une densité spectrale plus faible que celle de la fréquence caractéristique. Ce signal provient des modulations et démodulations décrites précédemment sur l'autre composante du signal de battement générée par la détection réelle (composante de fréquence négative si le signal de cible correspond à une fréquence positive ou, inversement, composante de fréquence positive si le signal de cible correspond à une fréquence négative). [0095] Enfin on détermine une information de vitesse v et d'une information de distance d de la cible T à partir desdites P fréquences caractéristiques v,;, à partir de la formule : 4. 2a , a [0096] De manière synthétique la méthode décrite dans le document W02018/036946 a pour objectif de retrouver le battement dans un lidar cohérent à modulation de fréquence même pour des portées très importantes (correspondant en particulier à un temps de vol supérieur à la durée d'une pente de fréquence donnée dans la forme 14 d'onde). On pré-module le battement issu du signal rétrodiffusé et de l'oscillateur local par un signal synthétique composé de la forme d'onde de l'oscillateur local et on démodule avec une fonction utilisant les pentes de fréquences composant la forme d'onde émise. [0097] Pour ce traitement, la forme d'onde est supposée connue avec une grande précision (ce qui peut être réalisé grâce à la méthode décrite dans le brevet FR15/00603). Le signal réel de battement lidar (aux fréquences fs-foL et foc f,)peut donc être modulé numériquement par une fréquence associée à la forme d'onde de l'oscillateur local (soit f 0L-f0 avec f0 fréquence moyenne du laser). On retrouve alors une fréquence instantanée correspondant à fs-foL + (focf0) = t- f0 et une fréquence instantanée (associée à une détection réelle) correspondant à foL-fs+ foL-f0 = 2.f0L-f0-fs. [0098] P étant le nombre de pentes de fréquence, P démodulations complexes sont alors ap- pliquées à l'aide de P signaux numériques présentant une pente de la forme d'onde et une période correspondant à la période totale de la forme d'onde. [0099] Pour recaler les différences de fréquences, la fréquence de la démodulation j (correspondant à une rampe de fréquence de pente j, pour j compris entre 1 et P) est décalée de (j-1)/P période de la forme d'onde. [0100] Cette démodulation correspond à l'opération de recherche du signal dans l'ensemble des cases distances. On retrouve alors un plateau de fréquence qui, après analyse temps-fréquence, conduira à un signal clairement identifiable (pic dans la densité spectrale de puissance). [0101] La méthode d'imagerie selon l'invention se décline selon deux variantes, conduisant à deux architectures de lidar légèrement différentes. Cette méthode utilise le concept du traitement décrit ci-dessus dans un cadre différent de celui décrit dans le document W02018/036946. [0102] La méthode d'imagerie 10 selon la première variante, mise en oeuvre par un lidar cohérent, est illustrée figure 6. [0103] Dans une première étape A un signal oscillateur local So, est généré. L'oscillateur local présentant une fréquence oscillateur local fo,, modulée périodiquement et constituée de la somme d'une valeur moyenne f0 et d'une fréquence de modulation f modo, périodique : [0104] fo, (t) = f0 + finodolft) [0105] Chaque période TE0 comprend P parties linéaires présentant respectivement P pentes de fréquences CioLi indicées j variant de 1 à P. L'oscillateur local est du même type que celui décrit dans le document W02018/036946. [0106] Dans une deuxième étape B on génère, à partir du signal oscillateur local, N signaux d'émission Si indicés i, i variant de 1 à N. Chaque signal d'émission Si présente une fréquence émise f0+fmod,i où finodi est une fréquence fonction du temps, présentant P pentes de fréquences prédéterminées aij synchronisée avec la fréquence oscillateur local, c'est-à-dire avec les P pentes (Tou de tel qu'illustré figure 6his pour le cas P=4. On entend par synchronisé le fait que, pour chaque i, les pentes de fréquences ai.; changent de valeur en même temps que les pentes %L;. [0107] Pour des raisons de simplification de la présentation on introduit les pentes acid permettant de définir les pentes de fm',,,i par rapport aux pentes ao,i selon la formule : [0108] cli,i-a0Li+a,ij [0109] On introduit ainsi la fréquence fe,i définie comme suit : [0110] fmod,i = fmodOL [0111] Selon une variante préférée, pour chaque i les pentes ai sont déterminées comme le produit de ao,i par un nombre réel ri. La figure 7 illustre cette variante préférée pour le cas d'un oscillateur local à deux pentes al et a2 (P=2), et la génération de cinq signaux Si (N=5) de modulation de fréquence Dans cet exemple on a la fréquence de S3 (f0-Ffnmd.3) égale à for, (ou autrement dit, finod.3= finod01,) soit a3; = 0 pour tout j. [0112] Les pentes choisies sont : [0113] a,, ,i = -0.75 %Li; ac,.; =0.45 aoLi =0.3 ao, - c s,i = 0.675 acni- [0114] Cela correspond à : [0115] r1= 0.25 ; =0.55 ; = 1 ; r4=1.3 ; rf; = 1.675. [0116] Chaque courbe correspond à la variation de fréquence en fonction de temps du signal considéré. Dans la suite un signal se caractérise par l'évolution de sa fréquence en fonction du temps. [0117] La méthode est généralisable à un nombre quelconque de pentes par forme d'onde. [0118] Préférentiellement P est pair. Un mode de réalisation préféré comprend une fréquence oscillateur local à 4 pentes, avec a2= -al et a4 = -a3. Préférentiellement P est pair et on a a,i = - a;, par couple de pentes consécutives. [0119] A l'étape C chaque signal d'émission Si est émis dans une direction associée Oi. Les directions Oi sont choisies de manière à couvrir une portion d'espace prédéterminée correspondant au champ observé, chaque direction Oi correspondant à un pixel Ai de l'image du champ observé réalisée par le lidar selon l'invention. L'exemple de la figure 7 illustre 5 pixels mais la méthode est généralisable à un nombre plus élevé de pixels. [0120] A l'étape D on collecte les N signaux rétrodiffusés issus respectivement de la rétro- diffusion des N signaux d'émission S1,...SN par au moins un élément présent dans la portion d'espace observée. Un signal rétrodiffusé indicé i présente une fréquence signal Li. En l'absence de recouvrement entre le champ de collection associé à chaque pixel, le signal rétrodiffusé à la fréquence fs,i collecté est celui qui revient sur l'optique à (Di. 16 [0121] Dans une étape E le signal de battement Sb est détecté. Ce signal Sb est généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local SOL et la somme des N signaux rétro-diffusés. La puissance de l'oscillateur local étant généralement largement supérieure à celle issue de chacun des signaux rétrodiffusés, le signal Sh peut être décrit comme la somme des N signaux de battement Shi, issu chacun du battement de l'oscillateur local avec le signal rétrodiffusé par l'au moins un élément présent dans le champ observé et éclairé selon la direction 0i. [0122] Chaque signal de battement Shi se caractérise par une fréquence égale à fs,i(t) - foL(0- A un instant t, toutes les fréquences des signaux de battement se superposent et les différents signaux Shi ne sont pas discernables, mélangés dans le signal Sh. [0123] A titre illustratif la figure 8 décrit l'évolution en fonction du temps de différentes fréquences d'intérêt pour 5 pixels Al à A5 correspondant chacun à un élément du champ observé présentant une distance et une vitesse différente et connue. L'élément correspondant à Ai (c'est-à-dire se trouvant selon la direction moyenne 0. i) est illuminé par le signal Si décrit figure 7. [0124] Al (dl= 2000 m ; v1=0m/s) [0125] A2 (d2= 200 m ; v2=10m/s) [0126] A3 (d3= 500 m ; v3=20m/s) [0127] A4 (d4= 800 m ; v4=5m/s) [0128] A5 (d5= 30 m ; v5=8m/s) [0129] La figure 8a montre l'évolution de la fréquence f,,,-f0 caractérisant le signal ré- trodiffusé pour chaque pixel Ai, dont le décalage temporel (voir écart 8 sur le zoom de figure 8a du pixel Al) dépend de la distance à l'objet et le décalage spectral (voir par exemple écart 9 sur la figure 8a du pixel A3) dépend de la vitesse radiale de la cible. Dans cet exemple, l'oscillateur local (en trait pointillé sur la figure 8a) est constitué par le signal S3 (de fréquence f01). [0130] La figure 8b montre la fréquence instantanée du battement de cette rétrodiffusion avec l'oscillateur local. Par souci de simplification, seule la fréquence associée à fs,i-f0,, est présentée sur la figure. En toute rigueur, une autre fréquence f01,-f démodulations et analyse temps/fréquence d'un même signal. [0157] Afin de minimiser le bruit additionnel généré par les signaux issus des autres pixels il convient d'avoir des différences de pentes de fréquence mises en jeu importantes. En effet, dans ce cas, le résultat de la démodulation se répartira sur un plus grand nombre de cases spectrales et son amplitude en sera d'autant diminuée. [0158] La méthode selon l'invention permet ainsi un traitement lidar complet de plusieurs pixels en même temps, permettant le réalisation d'une image (distance / vitesse). [0159] Elle n'utilise qu'un seul laser, un seul oscillateur local et un seul détecteur (dans sa première variante) et un seul convertisseur analogique digital (ADC pour « Analogie Digital Converter »). [0160] Selon un mode de réalisation la méthode est étendue en utilisant plusieurs lasers décalés spectralernent pour accroitre encore le nombre de pixels traités simultanément. Ceci réduit d'autant le temps de mesure par pixel et permet donc d'accroitre le nombre d'images par unité de temps. [0161] Enfin, comme dans le cadre du document W02018/036946, la méthode selon l'invention permet d'accroitre la portée du lidar qui n'est plus limitée que par la puissance émise : pour l'ensemble des pixels traités en parallèle, la portée n'est plus limitée par la durée d'une pente de fréquence mais par la période complète de la forme d'onde. [0162] La figure 11 présente l'équivalent de la figure 8a pour un cas plus général avec une forme d'onde de l'oscillateur local présentant 4 pentes de fréquence %LN (101.1. aoL3. a 01.4. [0163] On a préférentiellement aoL2 = - aon et aoL4-- aon [0164] La figure 12 illustre l'équivalent de la figure 9 et la figure 13 illustre l'équivalent de la figure 10 pour le cas à 4 pentes de la figure 11. [0165] Sous réserve du choix des pentes de fréquence non harmoniques, seuls les plateaux de fréquence associés à un pixel i apparaissent après démodulation par une fonction générée à partir des pentes de fréquence présentes dans la forme d'onde émise pour le pixel i. Les pentes de fréquence utilisées sont, pour cet exemple : [0166] aci,i = -0.42 an, i; acod =-0.2 aoli ; (1,14= 0 ; ac4,i =0.25 aoli ; acsi = 0.6 (lori [0167] On obtient dans la colonne de droite de la figure 13 4 des plateaux correspondant à 4 fréquences caractéristiques, ce qui permet de manière connue, par rapport à la détermination de deux fréquences caractéristiques, de lever les ambiguïtés liées au repliement de spectre. [0168] Selon un mode de réalisation la méthode d'imagerie selon l'invention comprend en outre une étape de balayage dans laquelle on met en oeuvre les étapes A à J successivement pour une pluralité de champs observés. Les pixels Ai associés à un champ observé donné sont classiquement dénommés « imagette » et le champ observé champ de regard. Le champ de vue complet plus vaste est obtenu par juxtaposition d'imagettes obtenues en modifiant, pour chaque imagette, l'angle moyen d'émission de l'ensemble des angles Bi associés à une imagette Le balayage est préférentiellement mécanique. [0169] La figure 14 illustre schématiquement, selon un autre aspect de l'invention, un lidar cohérent pour imagerie 100 adapté à la mise en oeuvre de la première variante 10 de la méthode de traitement selon l'invention décrite précédemment. [0170] Le lidar 100 reprend en grande partie l'architecture optique d'un lidar cohérent à mo- dulation de fréquence : la source laser L est modulée en fréquence soit par injection de courant soit en externe et configurée pour générer le signal oscillateur local de 21 fréquence fo,. [0171] Une partie 4 du signal oscillateur local est prélevée pour servir de référence os- cillateur local pour la réalisation du signal de battement Sb. [0172] L'autre partie 5 alimente un dispositif multiplexeur/modulateur MM, configuré pour générer N voies à partir du signal oscillateur local 5. Le dispositif MM est également configuré de sorte que chaque voie subit une modulation en fréquence supplémentaire, de manière à former les N signaux d'émission Si indices i variant de 1 à N. Cette sur-modulation permet d'obtenir une modulation de fréquence totale dépendant de la voie. Préférentiellement le signal de chaque voie i passe au travers d'un circulatcur Ci permettant de distinguer l'onde émise de l'onde reçue (voir plus loin). [0173] Le lidar 100 comprend également un dispositif d'émission DE configuré pour émettre chaque signal d'émission Si dans une direction associée .0i pour couvrir le champ observé et un dispositif de réception DR pour collecter les signaux rétrodiffusés de fréquence fs,i selon cette même direction ei . [0174] Préférentiellement les dispositifs DR et DE utilisent la même optique (lidar mono- statique) et les signaux d'émission et de réception sont discriminés par des circulateurs. [0175] Un détecteur D détecte les interférences entre l'oscillateur local et les signaux rétro- diffusés et génère le signal de battement Sb. Une unité de traitement UT réalise le traitement effectué aux étapes E à J de la méthode 10. [0176] La figure 15 illustre une implémentation du lidar de la figure 14 avec des fibres optiques et des coupleurs optiques 1x2 (x/1-x). Le faisceau laser est amplifié par un amplificateur AmpO, par exemple un amplificateur fibré Er-EDFA, et les N voies sont générées à partir d'une pluralité de coupleurs 1x2. Les signaux à la sortie de MM sont préférentiellement également ré-amplifiés par les amplificateurs Ampi, et passent au travers de circulateurs fibrés Ci. Les circulateurs fibrés sont positionnés côte à côte (par exemple en ligne ou en imagette) au plan focal d'une lentille L de manière à émettre chaque signal Si dans une direction Oi prédéterminée, pour couvrir le champ observé. A la réception les signaux rétrodiffusés empruntent la même voie que les signaux d'émission, sont collectés via les circulateurs fibrés et superposés via une pluralité de coupleurs 2x1. [0177] Les signaux rétrodiffusés et le signal oscillateur local sont superposés dans un coupleur 7 et re-divisés en deux voies afin d'alimenter un photodétecteur équilibré (ou balancé) Db, lui-même relié à l'unité de traitement UT. Optionnellement une partie de l'oscillateur local 4 est utilisé dans un dispositif de calibration DC. Ce dispositif a pour objet de calibrer la forme d'onde en fréquence. Le signal issu de l'interféromètre déséquilibré (en longueur) est enregistré et traité selon le traitement issu du brevet W02016/150783 pour retrouver la fréquence optique de l'oscillateur local. Une correction est ensuite appliquée en fonction de cette mesure pour améliorer la linéarité des rampes de fréquence. [0178] Selon un mode de réalisation le lidar cohérent 100 comprend également un dispositif de balayage configure pour générer successivement une pluralité d'ensembles de direction, de manière à couvrir une pluralité de champs observés. [0179] La figure 16 illustre une deuxième variante de la méthode d'imagerie selon l'invention. Les étapes A à D sont identiques à la première variante. La différence réside dans le signal détecté. Dans une étape E' on détecte N signaux de battement SN sur N détecteurs, un signal de battement SN indice i étant généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et le signal rétrodiffusé indice i. Avec l'hypothèse explicitée plus haut selon laquelle la puissance de l'oscillateur local est largement supérieure à celle issue de chacun des signaux rétrodiffusés, les signaux Shi détectés ici sont bien équivalents aux signaux Shi tel que définis dans la première variante. [0180] Dans une étape F' on module de manière complexe chaque signal de battement Shi par la fréquence de modulation de l'oscillateur local et dans une étape G' on réalise, préférentiellement en parallèle, pour chacun des N signaux de battement modulés indices i, P démodulations complexes : on réalise donc P démodulations complexe pour chaque i. [0181] Pour chaque i, chaque démodulation complexe indic& j d'un signal de battement modulé consiste à démoduler par une fréquence de démodulation fdemodi présentant une pente unique égale à la pente a1J, pour obtenir P signaux démodulés Sclemodij- [0182] On obtient donc également une matrice de NxP signaux démodulés, qui sont toutefois différents de ceux obtenus avec la première variante, car ils ne contiennent principalement que le signal issu de Oi. L'information est alors extraite de la même manière que dans la première variante par les étapes H, I et J. [0183] L'idée principale de cette variante est de réduire les pertes associées aux recom- binaisons 2 à 2 des différents signaux. Cette réduction est réalisée au prix d'une multiplication du nombre de détecteurs qui, selon la technologie utilisée, peut être réalisée à coût réduit. En effet, si le dispositif est réalisé en technologie guide d'onde sur semiconducteur (PIC pour « Photonic Integrated Circuit »), l'ajout de N-1 détecteurs sur le composant ne conduit pas à un accroissement significatif de la complexité du dispositif total. Cette implémentation nécessite par contre un convertisseur analogique numérique à N voies pour traiter indépendamment les signaux issus des N détecteurs. Elle permet cependant de réduire le bruit de détection, les signaux issus des autres directions que Oi n'arrivant pas sur le détecteur i. [0184] La figure 17 illustre schématiquement un lidar cohérent pour imagerie 200 selon un autre aspect de l'invention, adapté à la mise en oeuvre de la deuxième variante 20 de la méthode de traitement selon l'invention décrite ci-dessus. 23 [0185] L'oscillateur local est subdivisé en N signaux, chaque signal OL de fréquence foL in- terférant avec un signal rétrodiffusé de fréquence f,' [0186] Le lidar 200 comprendN photo-détecteurs Di indices i configurés pour générer res- pectivement N signaux de battement, chaque signal de battement Shi indice i étant généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et le signal rétrodiffusé indice i. [0187] L'unité de traitement UT est configurec pour moduler de manière complexe chaque signal de battement Si par la fréquence de modulation de l'oscillateur local fmodo, et pour réaliser, pour chacun des N signaux de battement modulés indices i, P démodulations complexes. Chaque démodulation complexe indicée j d'un signal de battement modulé indice i consistant à démoduler par une fréquence de démodulation f 'muid ijpresentant une pente unique égale à la pente nid, pour obtenir P signaux démodules Sdeo, ij. [0188] Un avantage de cette variante de lidar est que, du fait de la recombinaison électrique dans les détecteurs Di, on s'affranchit des pertes de recombinaison optiques (-3dB par étage). [0189] L'architecture lidar illustrée figure 17 (correspondant à la mise en oeuvre de la deuxième variante) est adaptée à une implémentation en photonique intégrée PIC dans laquelle l'intégration de photo-détecteurs est facilitée et n'est pas très coûteuse, ceux-ci pouvant donc aisément être dupliqués. En architecture nuée (figure 15) le détecteur est par contre très onéreux et on préfèrera mettre en oeuvre la première variante à un seul détecteur. [0190] La modification de forme d'onde par pixel peut être réalisée de différentes manières en fonction de l'objectif. Selon un mode de réalisation le dispositif modulateur/multiplexeur MM comprend une pluralité de modulateurs en phase et quadrature (bien connu dans la littérature) agencés en parallèle, comme illustré sur la figure 18, et/ ou en série. Un modulateur élémentaire 18 est un « fi-equency shifter » bien connu de l'homme de l'art, basé sur l'architecture d'un modulateur I/Q et décrit par exemple dans la publication « Integrated optical frequency shifter in silicon-organic hybrid (SOH) technology » de Lauermann et al, OPTICS EXPRESS 2016 vol 14, n°11. On applique aux modulateurs de phase une tension électrique permettant de générer les phases (Dl et de fréquence 521. Par rapport au signal en entrée du dispositif, le signal en sortie est alors décalé en fréquence de la valeur 521/27. En faisant varier la fréquence 521, on peut ainsi générer une forme d'onde aléatoire. Il est, en particulier, possible de générer une forme d'onde en fréquence constituée de P rampes linéaires. Si cette modulation est synchronisée avec celle de l'oscillateur local, il est possible de modifier les pentes de fréquence d'une forme d'onde initiale comme décrit plus haut. [0191] Selon un autre mode de réalisation les deux voies sont utilisées ce qui permet 24 d'avoir, avec le même nombre de composants, 2 pixels par modulateur 1/Q, décalant ainsi les pentes de fréquence de +a,. et -a,. Cette implémentation est illustrée sur la figure 19. Cette architecture impose par contre de ne pas utiliser le laser directement modulé pour un pixel (-Fa4 = 0), car sinon on retrouve une répartition harmonique des fréquences sur 3 pixels et donc une possible ambiguïté entre deux pixels. Cette architecture peut être réalisée en circuit intégré photonique et peut donc conduire à une architecture physique assez compacte. [0192] Une variante préférée du modulateur élémentaire 18, constitué d'un composant en photonique intégrée avec deux sorties par modulateur 1/Q (voir figure 19) est illustrée figure 20. L'électrode 19 commune aux deux modulateurs 22 et 23 reçoit une commande en cos(Q;(0.0 et l'électrode 20 commune aux deux modulateurs 24 et 25 reçoit une commande en sin(Q,(00, 52,(t) désignant la pulsation associée à la modification de fréquence à réaliser sur le pixel i. Les autres électrodes 21 sont en masse flottante Cette architecture avec une masse flottante réduit le nombre de voies sur le driver électronique. [Revendication 1] REVENDICATIONSMéthode (10) d'imagerie mise en oeuvre par un lidar cohérent, comprenant les étapes consistant à : - A Générer un signal dénommé oscillateur local présentant une fréquence d'oscillateur local f01. modulée périodiquement et constituée de la somme d'une valeur moyenne f0 et d'une fréquence de modulation fr,''10,, périodique, chaque période comprenant P parties linéaires présentant respectivement P pentes de fréquences a0,4 indicées j, j variant de 1 à P, - B Générer, à partir de l'oscillateur local, N signaux d'émission Si indicés i, i variant de 1 à N, chaque signal d'émission Si présentant une fréquence émise f,''',,i présentant P pentes de fréquence prédéterminées a Li synchronisées avec les P pentes de la fréquence oscillateur local et, - C Emettre chaque signal d'émission Si dans une direction associée (0i), les directions étant choisies de manière à couvrir une portion d'espace prédéterminée correspondant au champ observé, chaque direction correspondant à un pixel Ai d'une image dudit champ, - D Collecter N signaux rétrodiffusés issus respectivement de la rétro-diffusion des N signaux d'émission par au moins un élément présent dans ladite portion d'espace, un signal rétrodiffusé indicé i présentant une fréquence signal f's, - E Détecter un signal de battement Sb généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et les N signaux rétrodiffusés, - F Moduler de manière complexe le signal de battement Sb par la fréquence de modulation de l'oscillateur local fmodoL, - G Réaliser NxP démodulations complexes du signal de battement modulé, chaque démodulation complexe indicée i, j consistant à démoduler par une fréquence de démodulation fdernodjj présentant une pente unique égale à la pente ai j, pour obtenir NxP signaux démodulés S dcmodid , - H Déterminer NxP densités spectrales de puissance SPLi des NxP signaux démodulés SdemodÏJ _I Déterminer des fréquences caractéristiques (vij) correspondant à des maximal locaux des NxP densités spectrales de puissance, - J Déterminer, pour chaque pixel Ai, au moins une information de vitesse (vi) et au moins une information de distance (di) à partir des fréquences caractéristiques (vij). 26 [Revendication 2] Méthode (20) d'imagerie mise en oeuvre par un lidar cohérent comprenant les étapes consistant à : - A Générer un signal dénommé oscillateur local, présentant une fréquence d'oscillateur local fo, modulée périodiquement et constituée de la somme d'une valeur moyenne f0 et d'une fréquence de modulation f',,,do, périodique, chaque période comprenant P parties linéaires présentant respectivement P pentes de fréquences cto,i indicées j, j variant de 1 à P, - B Générer, à partir de l'oscillateur local, N signaux d'émission Si indicés i, i variant de 1 à N, chaque signal d'émission Si présentant une fréquence émise fmod.i présentant P pentes de fréquence prédéterminées a ij synchronisées avec les P pentes de la fréquence oscillateur local et, - C Emcttre chaque signal d'émission Si dans une direction associée (0i), les directions étant choisies de manière à couvrir une portion d'espace prédéterminée correspondant au champ observé, chaque direction correspondant à un pixel Ai d'une image dudit champ, - D Collecter N signaux rétrodiffusés issus respectivement de la rétro-diffusion des N signaux d'émission par au moins un élément présent dans ladite portion d'espace, un signal rétrodiffusé indicé i présentant une fréquence signal fs,i, - E' Détecter N signaux de battement sur N détecteurs, un signal de battement Sbi indicé i étant généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et le signal rétrodiffusé indicé - F' Moduler de manière complexe chaque signal de battement Sbi par la fréquence de modulation de l'oscillateur local f,'odo,, - G' Réaliser, pour chacun des N signaux de battement modulés indicés P démodulations complexes, chaque démodulation complexe indicée j d'un signal de battement modulé indicé i consistant à démoduler par une fréquence de démodulation fric,'ndid présentant une pente unique égale à la pente pour obtenir P signaux démodulés Sric,,,odi,;, - H Déterminer NxP densités spectrales de puissance SP;j en effectuant, pour chaque i, P densités spectrales de puissance des P signaux démodulés, - I Déterminer, pour chaque i, des fréquences caractéristiques (vi;) correspondant à des maximas locaux des P densités spectrales de puissance, - J Déterminer, pour chaque pixel Ai, au moins une information de vitesse (vi) et au moins une information de distance (di) à partir des fréquences caractéristiques (vu). 27 [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] Méthode d'imagerie selon l'une des revendications 1 ou 2 dans laquelle les pentes de fréquence ck; sont déterminées comme suit : ex = ri. (104 avec ri nombre réel. Méthode d'imagerie selon la revendication 3 dans laquelle les nombre réels ri ne sont pas des multiples entiers les uns des autres. Méthode d'imagerie selon l'une des revendications précédentes comprenant en outre une étape de balayage dans laquelle on met en oeuvre les étapes A à J successivement pour une pluralité de champs observés. Lidar cohérent (100) pour réaliser de l'imagerie comprenant: - Une source laser (L) configurée pour générer un signal dénomme oscillateur local présentant une fréquence d'oscillateur local fo, modulée périodiquement et constituée de la somme d'une valeur moyenne f0 et d'une fréquence de modulation f,,Orio, périodique, chaque période comprenant P parties linéaires présentant respectivement P pentes de fréquences no,; indicées j, j variant de 1 à P, - Un dispositif multiplexeur/modulateur (MM) configuré pour générer, à partir de l'oscillateur local, N signaux d'émission Si indices i, i variant de 1 à N, chaque signal d'émission Si présentant une fréquence émise f na,; présentant P pentes de fréquence prédéterminées synchronisées avec les P pentes de la fréquence oscillateur local et, - Un dispositif d'émission (DE) configuré pour émettre chaque signal d'émission Si dans une direction associée (00, les directions étant choisies de manière à couvrir une portion d'espace prédéterminée correspondant au champ observé, chaque direction correspondant à un pixel Ai d'une image dudit champ, - Un dispositif de réception (DR) configuré pour collecter N signaux rétrodiffusés issus respectivement de la rétrodiffusion des N signaux d'émission par au moins un élément présent dans ladite portion d'espace, un signal retrodiffuse indice i présentant une fréquence signal t",,i, - Un photodétecteur (D) configuré pour générer un signal de battement Sb généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et les N signaux rétrodiffusés, - Une unité de traitement (UT) configurée pour : Moduler de manière complexe le signal de battement Sb par la fréquence de modulation de l'oscillateur local Lao', 28 Réaliser NxP démodulations complexes du signal de battement modulé, chaque démodulation complexe indic& i, j consistant à démoduler par une fréquence de démodulation f de'''ii4présentant une pente unique égale à la pente pour obtenir NxP signaux démodulés Stieo,,,,iij, Déterminer NxP densités spectrales de puissance SR; des NxP signaux démodulés Scie'li Déterminer des fréquences caractéristiques (vii) correspondant à des maxima locaux des NxP densités spectrales de puissance, Déterminer, pour chaque pixel Ai, au moins une information de vitesse (vi) et au moins une information de distance (di) à partir des fréquences caractéristiques (vii). [Revendication 7] Lidar cohérent (200) pour réaliser de l'imagerie comprenant: - Une source laser (L) configurée pour générer un signal dénommé oscillateur local présentant une fréquence d'oscillateur local f01. modulée périodiquement et constituée de la somme d'une valeur moyenne f0 et d'une fréquence de modulation fr','10,, périodique, chaque période comprenant P parties linéaires présentant respectivement P pentes de fréquences (10,4 indicées j, j variant de 1 à P, - Un dispositif multiplexeur/modulateur (MM) configuré pour générer, à partir de l'oscillateur local, N signaux d'émission Si indicés i, i variant de 1 à N, chaque signal d'émission Si présentant une fréquence émise f mod j présentant P pentes de fréquence prédéterminées ai,j synchronisées avec les P pentes de la fréquence oscillateur local et, - Un dispositif d'émission (DE) configuré pour émettre chaque signal d'émission Si dans une direction associée (®i), les directions étant choisies de manière à couvrir une portion d'espace prédéterminée correspondant au champ observé, chaque direction correspondant à un pixel Ai d'une image dudit champ, - Un dispositif de réception (DR) configuré pour collecter N signaux rétrodiffusés issus respectivement de la rétrociffusion des N signaux d'émission par au moins un élément présent dans ladite portion d'espace, un signal rétrodiffusé indicé i présentant une fréquence signal 29 - N photodétecteurs (Di) configurés pour générer respectivement N signaux de battement, chaque signal de battement Shi indice i étant généré à partir de l'interférence entre l'oscillateur local et le signal rétrodiffusé indice i, - Une unité de traitement (UT) configurée pour : Moduler de manière complexe chaque signal de battement Si par la fréquence de modulation de l'oscillateur local Réaliser, pour chacun des N signaux de battement modulé indices i, P démodulations complexes, chaque démodulation complexe indic& j consistant à démoduler par une fréquence de démodulation présentant une pente unique égale à la pente ct,, pour obtenir P signaux démodulés Sdemocirj, Déterminer NxP densités spectrales de puissance SP' en effectuant pour chaque i, P densités spectrales de puissance des P signaux démodulés Sdc,',d, Déterminer pour chaque i des fréquences caractéristiques (v,) correspondant à des maxi mas locaux des P densités spectrales de puissance, Déterminer, pour chaque pixel Ai, au moins une information de vitesse (vi) et au moins une information de distance (di) à partir des fréquences caractéristiques (v,). [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] Lidar cohérent selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel le dispositif modulateur/multiplexeur (MM) comprend une pluralité de modulateurs en phase et quadrature (18) agencés en parallèle. Lidar cohérent selon l'une des revendications 6 à 8 comprenant en outre un dispositif de balayage configuré pour générer successivement une pluralité d'ensembles de direction, de manière à couvrir une pluralité de champs observés. Un produit programme d'ordinateur, ledit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code permettant d'effectuer les étapes de la méthode de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.