FR 2667950 A1 19920417 FR 9012609 A 19901012 La présente invention concerne un procédé pour déterminer les coordonnées spatiales de points ainsi qu'un système mettant en oeuvre ce procédé L'invention concerne aussi un dispositif optique utilisé dans ce procédé. Le procédé a des applications notamment dans la topographie de haute précision recherchée par exemple par les exploitants de ressources du sous-sol En effet, pour exploiter ou prospecter des gisements, des mesures précises de subsidence autour de la zone considérée sont précieuses car elles renseignement indirectement sur l'évolution du sous- sol Ces mesures topographiques sont également utiles aux sismologues pour analyser ou prévoir les mouvements tectoniques. Dans l'article "The Airborne Laser Ranging System, its capabilities and applications" (Tech Memo. 83984, septembre 1982), W D Kahn et coll divulguent un système de télémétrie comprenant un dispositif optique embarqué dans un avion et plusieurs rétroflecteurs disposés au sol A partir d'un faisceau laser subdivisé, six télémètres sont formés, chacun des sous-faisceaux visant l'un des réflecteurs disposé au sol à travers un hublot ménagé dans le plancher de l'avion L'avion dispose d'un système inertiel embarqué recalé par une aide radio- électrique (Loran C ou GPS) afin de connaître la position de l'avion permettant donc le pointé des télémètres vers les cibles, ainsi que son orientation car les six télémètres ne sont pas situés géométriquement au même endroit Le calcul des distances à partir des temps de vol des impulsions laser est effectué en temps réel par un algorithme de filtrage de Kalman récursif, ce qui implique un vol long (plusieurs heures) et limite la précision des mesures à l'échelle centimétrique Les applications concernées sont limitées à la mesure de la déformation des zones tectoniques sur des temps courts. Ce système présente un coût considérable, les éléments coûteux suivants étant indispensables: système inertiel de bonne précision, calculateur de haute performance embarqué, télémètre ayant six tourelles indépendantes pour viser les cibles, logiciels de calculs, hublot de grandes dimensions présentant les qualités optiques requises En outre la précision de ces mesures est insuffisante pour le suivi des subsidences fines liées, par exemple, à l'exploitation pétrolière, notamment à cause de sa limitation à six cibles suivies simultanément La fiabilité du dispositif est réduite en raison des nombreux éléments mécaniques embarqués dans l'avion La préparation de chaque vol est longue pour aligner le système inertiel et, en outre, l'avion est immobilisé longtemps pour installer l'ensemble du matériel nécessaire Enfin l'émission en direction du sol de faisceaux laser collimatés rend ce système dangereux pour les yeux des personnes situées dans le champ de vision de l'appareil. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé et un système permettant de déterminer avec une très grande précision les coordonnées spatiales de points situés au sol ou dans l'espace et notamment d'en déduire l'amplitude de déformations minimes du sol en un grand nombre de points situés à sa surface sur une zone étendue tout en utilisant des densités de flux d'énergie éloignées des seuils de sécurité laser. Un autre but du procédé selon l'invention est que ces mesures puissent être effectuées rapidement, simplement et avec un appareillage économique de façon à pouvoir les effectuer souvent en se libérant des principales contraintes des procédés connus. L'invention fournit ainsi un procédé pour déterminer les coordonnées spatiales de points o on place des éléments d'un appareillage optique constitué, d'une part, d'un dispositif optique comprenant une source laser fonctionnant en impulsions et un détecteur sensible au rayonnement issu de ladite source laser et, d'autre part, des réflecteurs, dans lequel on mesure les temps de vol des impulsions émises par la source, réfléchies par un réflecteur et détectées par le détecteur pour déterminer des relations entre lesdites coordonnées spatiales. Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'on fait diverger le rayonnement laser issu de la source laser pour élargir son champ angulaire et en ce qu'on recueille en champ large le rayonnement réfléchi par les réflecteurs pour le transmettre au détecteur. L'utilisation d'un faisceau laser en champ large et d'une détection des impulsions en champ large présente de nombreux avantages: on n'a pas besoin de viser les réflecteurs cibles; il suffit de diriger très approximativement le faisceau divergent vers ces réflecteurs; un très grand nombre de réflecteurs peuvent être atteints simultanément, ce qui permet d'obtenir à la fois un nombre supérieur de données et une précision plus importante par réduction statistique de l'incertitude; la divergence du faisceau rend minime sa densité de flux d'énergie, de sorte que le procédé n'entraîne aucun danger pour les yeux; l'appareillage optique est relativement simple et peu coûteux. Dans une version préférée du procédé selon l'invention, on prélève une fraction de l'impulsion laser émise par la source laser avant de faire diverger ladite impulsion laser, pour acheminer ladite fraction vers le détecteur de façon à délivrer une référence de temps de vol On amplifie le signal de sortie du détecteur représentatif de l'intensité lumineuse recueillie par le détecteur et on échantillonne numériquement le signal amplifié, de préférence à une fréquence d'échantillonnage numérique supérieure à 1 G Hz Suivant un mode d'exécution avantageux de l'invention, on traite le signal de sortie du détecteur, amplifié et échantillonné, pour identifier les pics dudit signal de sortie correspondant à la réflexion de l'impulsion laser sur un réflecteur et pour déterminer les temps de vol correspondant aux intervalles de temps entre ladite référence de temps de vol et l'instant d'apparition desdits pics, et on enregistre en mémoire un ensemble de valeurs représentant lesdits temps de vol. Le procédé ci-dessus permet des mesures de très haute précision rendue possibles par le traitement numérique et l'échantillonnage à cadence élevée On est alors en mesure de traiter en temps réel un grand nombre de données pour enregistrer les temps de vol mesurés qui peuvent être exploités dans des calculs ultérieurs pour en déduire avec précision les coordonnées spatiales des points de l'espace o sont situés le dispositif optique (par exemple pour calculer avec précision la trajectoire d'un aéronef à bord duquel le dispositif est installé) et les réflecteurs (par exemple pour calculer les subsidences dans une zone d'extraction de ressources géologiques). Le procédé suivant l'invention réalise ainsi des mesures de temps de vol d'impulsions laser réfléchies en un grand nombre de points au sol (typiquement 100) répartis sur une zone étendue (typiquement 10 kilomètres) et de façon très rapide (quelques dizaines de minutes) La précision atteinte est inférieure au millimètre, les réalisations selon la technique antérieure de ce genre de mesures étant limitées à une précision d'échelle centimétrique. Il faut noter que cette précision accrue est obtenue tout en réduisant la complexité et le coût des installations nécessaires. Suivant un autre aspect de l'invention, il est fourni un système pour déterminer les coordonnées spatiales de points, comprenant un dispositif optique incluant une source laser fonctionnant en impulsions et un détecteur sensible au rayonnement issu de ladite source laser, le système comprenant en outre des réflecteurs et des moyens de traitement du signal de sortie du détecteur. Ce système selon l'invention est caractérisé en ce que le dispositif optique comporte en outre des moyens optiques divergents pour faire diverger le rayonnement émis par la source laser et un collecteur de lumière en champ large disposé devant le détecteur pour lui transmettre un rayonnement recueilli en champ large. Ce système met en oeuvre le procédé selon l'invention, répondant ainsi aux buts fixés pour la présente invention. L'invention vise également un dispositif optique pour la mise en oeuvre du procédé, comprenant une source laser et un détecteur sensible au rayonnement issu de ladite source laser, et caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens optiques divergents pour faire diverger le rayonnement émis par la source laser et un collecteur de lumière en champ large disposé devant le détecteur pour lui transmettre un rayonnement recueilli en champ large. D'autre particularités et avantages de cette invention apparaîtront à la lecture de la description ci- après. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 illustre une prise de mesures conformément au procédé selon l'invention; la figure 2 représente schématiquement le matériel embarqué pour ces mesures; la figure 3 représente la structure de support des réflecteurs au sol; la figure 4 montre, à plus petite échelle, un détail de la figure 3; les figures 5 et 6 illustrent des composants optiques du dispositif optique selon l'invention; la figure 7 est un schéma de l'électronique de traitement de signal utilisée dans l'invention; les figures 8 et 9 sont des schémas synoptiques illustrant des étapes du procédé selon l'invention; la figure 10 est un graphique montrant un enregistrement typique par le détecteur; et la figure 11 illustre graphiquement la procédure d'échantillonnage du signal de sortie du détecteur. Dans la description détaillée ci-dessous, le procédé de mesure et le système utilisés sont décrits dans leur application préférée à la topographie de haute précision Mais il apparaîtra clairement à l'homme du métier qu'ils peuvent être utilisés dans de nombreuses circonstances o on recherche des déterminations précises des coordonnées spatiales de points éloignés. Le système effectue des mesures de type télémétrique au moyen d'un appareillage optique Cet appareillage optique définit des trajets de lumière le long desquels se propagent de brèves impulsions lumineuses dont on mesure les temps de vol pour en déduire la longueur desdits trajets de lumière qui est liée aux coordonnées spatiales des éléments de l'appareillage optique qui les définissent. En référence aux figures 1 et 2, l'appareillage optique comprend, d'une part un dispositif optique 13 embarqué à bord d'un avion 2 et, d'autre part, des réflecteurs 10 répartis à la surface du sol 4 dont on veut mesurer les subsidences Pour les applications liées à la prospection et à l'exploitation de ressources géologiques, on place les réflecteurs 10 dans et autour de la zone située à la verticale du gisement. Le dispositif optique 13 embarqué constitue un dispositif de type télémètre laser à impulsions. Il comprend une source laser 14 et un détecteur 16 sensible au rayonnement émis par la source laser 14 et réfléchi par les réflecteurs 10 disposés au sol La chronométrie du signal de sortie de détecteur 16 est exploitée pour déduire le temps de vol d'impulsions laser suivant un trajet optique allant de la source 14 à un réflecteur 10 pour revenir au détecteur 16. La source laser 14 fonctionne en impulsions d'énergie élevée et de courte durée, de préférence inférieure à 50 ns pour des mesures de haute précision. Une diode laser ou un laser à solide peuvent ainsi être utilisés Dans l'exemple particulier ci-dessous détaillé, la source 14 est un laser à grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG) déclenché délivrant des impulsions laser de durée 15 ns, de longueur d'onde 1064 nm et d'énergie m J à une cadence de 10 Hz. Les impulsions lumineuses produites par la source 14 sont dirigées vers un miroir diélectrique 22 traité pour réfléchir le rayonnement à haute énergie avec un bon rendement (environ 99,9 %) Le miroir 22 réfléchit l'impulsion en direction d'une optique divergentee 26, 28. Cette optique divergente, représentée de façon plus détaillée à la figure 5, comprend deux lentilles plan- concave 26, 28 montées en série le long du faisceau lumineux Le faisceau 8 a réfléchi par le miroir 22 traverse d'abord la lentille 26, en pénétrant par sa face plane 26 a et en sortant par sa face concave 26 b, sous forme d'un faisceau divergent 8 b Ce faisceau 8 b traverse ensuite la seconde lentille 28, dont le diamètre est supérieur à celui de la première lentille 26, en pénétrant par sa face concave 28 a et en sortant par sa face plane 28 b sous forme d'un faisceau de sortie divergent 8. Comme illustré aux figures 1 et 2, ce faisceau divergent 8 est dirigé sensiblement dans la direction du nadir en traversant un hublot 20 prévu dans le plancher 18 de l'avion 2 Le hublot 20 peut être de dimension réduite ( 20 cm) mais, du point de vue optique, doit constituer une lame à faces parallèles, Le hublot 20 peut être formé à partir d'un matériau de la qualité optique d'un verre à vitre Son épaisseur est choisie en fonction de la pressurisation de l'avion Le champ angulaire du faisceau divergent 8 est suffisant pour que plusieurs réflecteurs au sol puissent recevoir le rayonnement divergent Le demi- angle au sommet a du cône correspondant au champ du faisceau divergent vaut de préférence entre 50 et 350 selon l'altitude de l'avion 2 et la répartition des réflecteurs 10 au sol 4 Le dimensionnement des lentilles formant l'optique divergente est un problème d'optique banal pour l'homme du métier Pour de faibles angles de divergence, la seconde lentille 28 peut être superflue alors que, pour un grand angle de divergence, il peut être nécessaire d'ajouter une troisième lentille (par exemple une lentille ménisque) Bien entendu, d'autres configurations et d'autres types de lentilles peuvent fournir la divergence souhaitée. Les réflecteurs 10 et leurs structures de support 46 sont représentées sur les vues en coupe en élévation des figures 3 et 4 Le réflecteur 10 a, de préférence, la forme bien connue d'un coin de cube ayant par exemple un diamètre de 6 cm On connait les caractéristiques optiques de ce type de réflecteur: le faisceau réfléchi est rigoureusement parallèle au faisceau incident, quelle que soit l'incidence; la longueur du chemin optique parcouru par un rayon réfléchi quelconque est égale à celle d'un rayon heurtant la surface d'onde passant par le sommet A du coin de cube. En conséquence, le point géométrique définissant le point de rebroussement du faisceau divergent réfléchi 8 est le sommet A du coin de cube 10. Le coin de cube 10 est monté sur une structure de support 46, avec son côté ouvert orienté approximativement vers le zénith Dans l'exemple illustré aux figures 3 et 4, chaque structure de support 46 d'un réflecteur 10 réalise un ancrage profond dans le sol 4, obtenu en enfonçant à refus dans le sol 4 plusieurs tiges en acier 12 de forte section (par exemple rails de chemin de fer, tubes de conduits de vapeur ou analogue). Ces tiges 12 sont ensuite reliées entre elles dans un bloc cubique 50 de béton armé de 1 m 3 environ, ne dépassant pas le sol 4 et sur lequel sont installés quatre repères 51 à tête hémisphérique en laiton à 20 cm de chaque angle du bloc 50, dont le nivellement permettra de détecter un éventuel basculement d'ensemble. Au centre du bloc 50, un pilier 52 en béton armé de 30 cm de diamètre s'élève à une hauteur h de deux mètres typiquement A son sommet, est fixé un logement 48 pour le dispositif rétro-réflecteur, composé du coin de cube 10 protégé par une vitre en verre 54 à faces parallèles traitée anti-reflets inclinées de 200 environ par rapport à un plan horizontal PH afin d'éviter la stagnation de gouttelettes d'eau après les pluies ou la venue de rosée matinale (voir figure 4). Le coin de cube 10 est orienté vers le zénith et soutenu par des pieds 56 dans son logement 48. La lumière réfléchie par les coins de cube 10 remonte vers l'avion 2 et traverse à nouveau le hublot 20. L'optique de réception du dispositif optique 13 comprend une lentille sphérique 30 qui constitue un collecteur de lumière en champ large 9 La lentille sphérique 30, par exemple d'un diamètre de 8 mm, est de préférence placée aussi près que possible de l'optique divergente 26, 28 de façon à recueillir une quantité de lumière significative. Comme illustré à la figure 2, la moitié arrière de la lentille sphérique 30 est située dans un bottier opaque 32 au fond duquel est placé le détecteur 16 du dispositif optique 13 Le détecteur 16 est une photodiode PIN ayant une surface sensible relativement grande de préférence supérieure à 10 m M 2 Ce type de composant opto- électronique à semi-conducteurs est bien connu de l'homme du métier On peut, à titre d'exemple, utiliser la photodiode PIN modèle 30810, commercialisée par la Société RCA, dont la surface sensible vaut environ mm 2. Le positionnement relatif du collecteur de lumière en champ large 30 et du détecteur 16 est illustré à la figure 6 La surface focale C de la lentille sphérique 30 est également sphérique, avec le même centre géométrique que la lentille sphérique 30 et un diamètre égal à 1,5 fois celui de la lentille sphérique 30 On place donc de préférence la surface sensible 17 de la photodiode 16 de façon qu'elle soit sensiblement tangente à la sphère focale C de la lentille 30 Cette configuration permet d'optimiser la puissance lumineuse détectée et la largeur angulaire du champ de réception 9 du dispositif optique 13 Comme on le voit à la figure 6, les rayons lumineux recueillis traversent la lentille sphérique 30 et sont défléchis vers la surface sensible 17 de la diode 16 en traversant sa fenêtre 58. A la figure 2, on voit que le dispositif optique 13 comprend également un segment de fibre optique 24 qui s'étend entre le côté arrière du miroir diélectrique 22 et le détecteur 16 à l'intérieur du boîtier 32 Le segment de fibre optique 24 est ainsi placé pour prélever une partie du rayonnement correspondant à la (faible) perte en transmission du miroir 22 et pour l'acheminer vers le détecteur 16 Comme il sera expliqué plus loin, cette fraction de rayonnement sert de référence pour la mesure des temps de vol des impulsions laser réfléchies Bien entendu, l'utilisation d'un segment de fibre optique 24 pour délivrer une référence de temps de vol peut être 1 i remplacée par toute configuration fournissant un résultat équivalent. Le signal lumineux détecté par la photodiode PIN 16 est traité par des moyens de traitement du signal illustrés aux figures 2 et 7 Le montage électrique de la photodiode PIN 16 est représenté sur la partie gauche de la figure 7 La diode PIN 16 est alimentée en polarisation inverse par une alimentation électrique continue 62 délivrant par exemple une tension de 50 volts La borne négative de l'alimentation 62 est reliée à la masse et sa borne positive est reliée à la broche 60 a de la photodiode PIN 16, qui est connectée à la région dopée N de la photodiode 16 L'éclairement de la région intrinsèque sensible de la diode PIN engendre un courant électrique proportionnel à l'intensité lumineuse recueillie. Ce courant électrique est fourni à la seconde broche 60 b de la photodiode PIN 16 qui est reliée à la région dopée P de la photodiode 16 Le connecteur 60 b est relié à l'entrée d'un amplificateur 34 Pour transformer le signal de courant en signal de tension, une résistance de charge 64, par exemple de 150 Q, est montée entre le connecteur 60 b et la masse, c'est-à-dire en parallèle de la branche de circuit comprenant l'alimentation 62 et la diode 16. L'amplificateur 34 à une bande passante dont la limite supérieure est de préférence inférieure à 50 M Hz, par exemple égale à 20 M Hz Son gain est prévu pour qu'il amplifie des signaux de tension de l'ordre de la centaine de microvolts pour fournir, en sortie, des signaux de tension de l'ordre de quelques volts Ces signaux analogiques de sortie sont fournis à l'entrée d'un échantillonneur numérique 36. L'échantillonneur numérique 36, comprenant une horloge et un convertisseur analogique/numérique internes, transforme le signal analogique qui lui est fourni en entrée en signaux numériques représentant des données d'histogrammes codées sur 8 bits obtenues par échantillonnage du signal Ces données d'histogrammes sont alors mises en mémoire dans une mémoire tampon 37 La fréquence d'échantillonnage numérique est très élevée, de préférence supérieure à 1 G Hz Un exemple d'échantillonneur numérique 36 pouvant être utilisé dans le cadre de l'invention est l'échantillonneur modèle 6880, commercialisé par la Société LE CROY ou l'oscilloscope numérique modèle 7200 commercialisé par la Société LE CROY, ces deux échantillonneurs ayant une mémoire tampon 37 incorporée Les fréquences d'échantillonnage de ces dispositifs sont respectivement de 1,3 et de 1,4 G Hz avec un codage sur 8 bits L'échantillonneur 36 est commandé par un signal synchronisé de début d'échantillonnage délivré par une unité de commande 38. Un microprocesseur 68 est prévu pour lire les données d'histogramme inscrites dans la mémoire tampon 37 et pour effectuer des prétraitements numériques, qui seront détaillés plus loin, de façon à calculer des temps de vol d'impulsions détectées par la photodiode 16 Ces valeurs de temps de vol sont ensuite inscrites dans une mémoire de stockage 66 pour qu'elles puissent être lues ultérieurement pour effectuer d'autres traitements Dans un exemple de réalisation de l'invention, le microprocesseur 68 (par exemple un microprocesseur modèle 68030 commercialisé par la Société MOTOROLA) et la mémoire de stockage 66 font partie d'un microordinateur 38 constituant l'unité de commande et de stockage de données du système de mesure selon l'invention Cette unité 38 délivre des signaux commandant l'émission d'impulsions par la source laser 14 du dispositif optique 13 et des signaux de commande synchronisés qui initialisent les cycles d'échantillonnage par l'échantillonneur 36. Le système selon l'invention comporte en outre des moyens de positionnement approché de l'avion 2 et du dispositif optique 13. Dans l'avion 2 est installé à cet effet un récepteur de radiopositionnement 40 permettant de repérer (au besoin a posteriori) la position de l'avion 2 à chaque instant o on le souhaite Le système radio-électrique GPS (de "Global Positioning System": système de positionnement global), bien connu de l'homme du métier, convient en particulier Il faut alors recevoir au minimun les émissions radio simultanées de quatre satellites, non représentés, à la fois dans l'avion 2 et en un point 6 au sol de coordonnées spatiales connues (qui peut être distant de la zone de mesure de plusieurs centaines de kilomètres), avec deux récepteurs respectifs 40, 7 reliés à des antennes de réception radio respectives 42, 5, ces récepteurs 40, 7 étant capables de procéder à des mesures à cadence élevée (au moins une par seconde) On peut aussi employer le système SYLEDIS de la Société SERCEL, ou le système TRIDENT de la Société THOMSON, ou tout autre moyen de positionnement utilisant des balises terrestres permettant d'accéder à une précision de l'ordre du mètre pour la position de l'antenne 42 de l'avion 2. Si l'altitude de l'avion 2 est mal déterminée, on peut alors aussi la mesurer avec un altimètre mesurant la pression statique hors de l'avion 2. Ce positionnement approché de l'avion 2 et du dispositif optique 13 est calculé pour tous les instants o une impulsion est émise par la source laser 14, de sorte qu'au retour de mission, on connaît la position de l'antenne 42 pour chaque tir du laser Par ailleurs, l'antenne 42 sera placée sur l'avion 2 à proximité de la verticale du dispositif optique 13, afin d'éviter d'avoir à mesurer aussi l'orientation de l'avion 2 pour ramener la position de l'antenne 42 à celle du dispositif optique 13. Le récepteur radio-électrique 40 est également commandé par un signal synchronisé issu du micro- ordinateur 38 pour que les instants de mesure approchée de la position de l'avion 2 coïncident avec les instants d'émission des impulsions lumineuses par la source laser 14. Conformément aux procédé selon l'invention, on fait fonctionner le système de mesure décrit ci-dessus et son dispositif optique 13 de la façon suivante: Le micro- ordinateur 38 déclenche l'émission d'une impulsion laser par la source laser 14 et, simultanément une mesure approchée de la position de l'avion par le récepteur GPS 40 Le signal du récepteur GPS 40 indicatif de la position de l'avion 2 et du dispositif optique 13 à l'instant d'émission de l'impulsion laser est alors enregistré dans la mémoire 66. L'impulsion émise par la source laser 14 est rendue divergente par l'optique divergente 26, 28 après qu'une fraction de cette impulsion a été prélevée à l'arrière du miroir 22 De façon connue, l'intensité lumineuse de cette fraction prélevée et acheminée vers le détecteur 16 par le segment de fibre optique 24 est réglée en modifiant la position de l'extrémité du segment 24 par rapport à la face arrière du miroir 22 Cette fraction prélevée de l'impulsion laser est adressée au détecteur 16 pour fournir une référence de temps de vol t O sous forme d'un premier pic de l'intensité lumineuse détectée par le détecteur 16 (voir figure 10). Les réflecteurs 10 situés dans le champ élargi de l'impulsion laser rétrodiffusent cette impulsion incidente en direction du dispositif optique 13 L'optique de réception en champ large du dispositif optique 13 permet de recueillir chacune des impulsions réfléchies qui produisent des pics Pl de l'intensité détectée Chaque pic Pl survient à un intant ti et la durée t ti = ti to entre cet instant ti et la référence de vol to représente le temps de vol de l'impulsion réfléchie, proportionnel à la longueur du trajet optique allant du miroir 22 au sommet A du coin de cube 10 correspondant puis revenant jusqu'à la zone sensible du détecteur 16 moins la longueur du trajet optique de la fraction de référence le long de la fibre optique 24, la constante de proportionnalité étant l'inverse de la vitesse de la lumière. Le photodiode 16 transforme les impulsions lumineuses en signal d'intensité électrique proportionnel. La résistance de charge 64 change ce signal d'intensité en signal de tension, amplifié par l'amplificateur 34 Les pics du signal de sortie de l'amplificateur 34 sont élargis temporellement par rapport aux impulsions lumineuses recueillies, dont la largeur temporelle est sensiblement égale à la durée des impulsions du laser 14, soit 15 ns dans l'exemple décrit Cet élargissement résulte d'une intégration par l'amplificateur 34 et également par le circuit RC formé par la résistance de charge 64 et par la capacité résiduelle de la photodiode PIN 16 (d'environ 70 p F dans l'exemple décrit) Cette intégration, qui fournit des pics amplifiés de largeur 30 à 40 ns, et la bande passante relativement étroite de l'amplificateur 34, éliminent une partie du bruit indésirable du détecteur 16 (dû par exemple à la production thermique de paires électron-trou dans la zone intrinsèque de la diode PIN) sans nuire à la précision de mesure des instants ti car cesinstants ti représentent essentiellement les centres de gravité des pics Pl qui ne sont pas décalés par l'intégration. L'échantillonneur numérique à grande vitesse 36 transforme le signal analogique amplifié en un signal numérique représentant des données d'histogrammes illustrées schématiquement à la figure 11 dans laquelle l'échelle de temps en abscisses est plus petite que celle du graphique de la figure 10 La durée d'un canal d'échantillonnage est inférieure à 1 ns, permettant ainsi des mesures très précises de la position ti des centres de pics. Après avoir transité dans la mémoire tampon 37, les données d'histogramme sont lues par le microprocesseur 68 qui effectue les prétraitements numériques illustrés par le diagramme synoptique de la figure 8 Un programme approprié est chargé dans le microprocesseur 8 Ce programme effectue des calculs rapides de type connu pour déduire la valeur des temps de vol A ti à partir des données d'histogramme Il analyse d'abord le bruit de fond du signal numérique par une technique du type moyenne glissante pour en déduire un seuil momentané de détection. Lorsque le signal numérique dépasse ce seuil pendant un nombre prédéterminé de canaux, le programme considère qu'il a identifié une impulsion réfléchie Il calcule alors le barycentre de chaque pic représentant une impulsion réfléchie, qui est égal à l'intant ti représentatif du pic Pl considéré Il retranche alors la valeur to du barycentre du pic de référence pour en déduire le temps de vol Ati = ti to de cette impulsion. Après une étape de validation, il inscrit dans la mémoire de stockage 66 un ensemble de valeurs représentant ces temps de vol A ti L'étape de validation a pour but de vérifier qu'un pic identifié ne correspond pas au chevauchement de plusieurs impulsions ayant parcouru des trajets optiques de longueurs très proches A cet effet, le programme du microprocesseur 68 vérifie que la largeur des pics qu'il a identifiés ne dépasse pas un seuil de largeur prédéterminé, légèrement supérieur à la largeur théorique d'un pic unique, égale à la durée de l'impulsion laser émise par la source 14 augmentée des constantes de temps d'intégration du circuit de détection et d'amplification Les pics dépassant ledit seuil de largeur sont exclus du traitement Cette procédure de validation est satisfaisante car la probabilité pour que deux impulsions soient tellement proches qu'elles forment un pic unique de largeur inférieure au seuil est négligeable. Il est à noter que l'ensemble du traitement du signal de sortie du détecteur 16 et l'enregistrement en mémoire 66 sont effectués à une vitesse suffisante (grâce à l'utilisation d'un microprocesseur rapide> pour qu'ils soient compris dans la période séparant deux émissions successives d'impulsions laser par la source 14, soit 0,1 S dans le cas décrit d'une cadence d'émission de 10 Hz Cette rapidité permet un calcul et un enregistrement en temps réel des temps de vol au cours d'une mission de mesures et d'effectuer un très grand nombre de mesures au cours de ladite mission, ce qui réduit l'erreur statistique sur la détermination des coordonnées des points A. Les étapes d'un cycle de mesures complet sont illustrées sur le diagramme synoptique de la figure 9. Lors d'une mission de mesure, ayant pour but par exemple de déterminer avec précision la position des réflecteurs 10 en vue de calculer des subsidences d'un terrain d'exploitation pétrolière ou minière, on connaît bien entendu a priori la position approchée des points surveillés o sont placés les coins de cube 10 (notamment leurs sommets A) Au sol sont également enregistrées, par le récepteur 7 et son antenne 5, des données radio- électriques GPS utiles pour déterminer la position approchée de l'avion 2 On a vu que, au cours du vol de l'avion 2, des données GPS de même nature sont enregistrées par le récepteur 40 et son antenne 42 Ces deux ensembles de données, mesurées de façon synchronisée avec les impulsions émises par la source laser 14, sont traités lors de calculs ultérieurs pour connaître avec une précision de l'ordre du mètre la position de l'avion 2. Ces calculs sont effectués selon des algorithmes de positionnement GPS bien connus de l'homme du métier. A partir des positions approchées connues des réflecteurs 10, de la position approchée de l'avion 2 pour chaque impulsion ou tir du laser 14 et des données datées stockées dans la mémoire 66, représentant la chronométrie des échos détectés de ladite impulsion, on peut identifier le réflecteur 10 responsable de chacun de ces échos Cette étape ultérieure des calculs est effectuée en calculant des temps de vol approchés prédits pour chaque position approchée d'avion 2 et chaque position approchée de réflecteur 10 et en comparant l'ensemble desdits temps de vol approchés prédits à l'ensemble des temps de vol mesurés Ati stockés dans la mémoire 66 Ayant identifié les réflecteurs correspondant à chaque écho, on obtient, pour chaque tir de laser 14, un ensemble de valeurs de distances entre un point géométrique de référence du dispositif optique 13 et les réflecteurs 10 en multipliant les temps de vol,4 ti par la vitesse de la lumière divisée par 2. Pour en déduire les coordonnées spatiales précises des points A surveillés, on doit effectuer une résolution par optimisation d'un système d'équations ayant un nombre d'équations inférieur à NT et un nombre d'inconnues égal à 3 N + 3 T o N désigne le nombre de réflecteurs 10 disposés au sol 4 et T le nombre de tirs du laser 14 au cours de la mission de mesure Chacune de ces équations s'écrit: d(i, t) = V(X(i) x(t)J 2 + lY(i) y(t)l 2 + lZ(i) z(t WI 2 o: d(i,t) désigne la distance mesurée entre le sommet A du i-ième réflecteur 10 et la position du point géométrique de référence du dispositif optique 13 lors du t-ième tir du laser 14 ( 1 i N, ltÉT); X(i),Y(i), Z(i) désignent les trois coordonnées spatiales du sommet A du i-ième réflecteur 10 prises dans un référentiel fixe donné; et x(t), y(t), z(t) désignent les coordonnées du point géométrique de référence du dispositif optique 13 lors du t-ième tir du laser 14 prises dans le même référentiel fixe. Lorsqu'on cherche, comme dans le cas de l'application préférée décrite du procédé selon l'inven- tion à déterminer avec précision les coordonnées des points A au sol, on peut d'abord éliminer les 3 T inconnues de position du dispositif optique 13 (x(t), y(t), z(t)) et faire porter le calcul d'optimisation sur les inconnues de position des réflecteurs A (X(i), Y(i), Z(i>). L'algorithme de résolution est un algorithme d'optimisation classique (moindres carrés ou analogue) et nécessite néanmoins d'être effectué sur une machine suffisamment puissante pour pouvoir prendre en compte le grand nombre de données mises en jeu, le nombre N pouvant atteindre plusieurs centaines et le nombre T pouvant atteindre plusieurs milliers dans des cycles de mesure typiques. Grâce au grand nombre de données recueillies et à la précision de la chaîne de détection et de traitement, le procédé selon l'invention donne accès à une précision de mesure remarquable C'est ainsi que le demandeur a constaté qu'avec un champ divergent pour les impulsions laser ayant un demi-angle au sommet a de 170, un avion 2 volant à une altitude de 10 000 m et des impulsions laser émises à la cadence de 10 Hz vers des réflecteurs espacés typiquement de 500 m, on obtient une précision typiquement inférieure au millimètre sur les coordonnées des points A, sommets des coins de cube 10; Ces mesures de précison ont en outre l'avantage d'être effectuées en un temps court (vol de durée typique minutes), de façon répétitive mais économique Le matériel est relativement peu coteux en comparaison des systèmes de la technique antérieure En outre, la fiabilité et la simplicité d'utilisation sont largement améliorées car aucun mécanisme de visée des réflecteurs- cibles n'est nécessaire. Dans les méthodes classiques, les télémètres utilisent des lasers collimatés (c'est-à-dire ayant une divergence angulaire de l'ordre du milliradian) conduisant à diriger vers le sol des faisceaux lasers ayant une densité d'énergie au-delà des seuils de sécurité usuels. La présente invention élimine cet inconvénient grâce à la divergence du faisceau laser qui réduit largement cette densité (typiquement d'un facteur 1 000) pour rendre le faisceau totalement inoffensif Une mission de mesures ne nécessite pas de préparatifs particuliers (par exemple calage de télémètre) et peut donc être répétée de nombreuses fois sans immobiliser l'avion 2. L'invention a été décrite ci-dessus dans son application préférée à la topographie de haute précision destinée au contrôle du sous-sol Elle peut bien entendu être utilisée dans le contexte d'études sismiques En outre, les mesures peuvent être effectuées en plaçant le dispositif optique 13 en un point élevé visible depuis de nombreux réflecteurs 10 et non à bord d'un avion Dans ce dernier cas, on simplifie avantageusement le traitement en réduisant le nombre d'inconnues car on peut supposer fixe le lieu du dispositif optique 13 et on peut en outre se passer du système auxiliaire de positionnement approché (GPS) Mais, en contrepartie, la flexibilité d'emploi est diminuée. Dans une autre application possible de l'invention on exploite les données de temps de vol pour calculer avec précision la trajectoire de l'avion 2 Dans ce cas, le système d'équations résolues lors du traitement ultérieur est inversé en faisant porter l'optimisation sur les coordonnées x(t), y(t), z(t) du point géométrique de référence qui est fixe par rapport à l'avion 2. Bien que, dans la description ci-dessus, on ait représenté à l'invention dans un mode de réalisation préféré donnant accès à une précision inférieure au millimètre, on comprendra que les concepts à la base de cette invention peuvent être appliqués dans de nombreuses variantes sans sortir du domaine de l'invention. On peut notamment utiliser des composants moins performants (par exemple un photomultiplicateur au lieu de la photodiode 16) si les contraintes de précision ne sont pas aussi sévères que dans l'exemple décrit car l'invention comporte suffisamment d'avantages pour justifier son utilisation dans de nombreuses circonstances o les systèmes de télémétrie classiques ne donnent pas pleinement satisfaction. R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé pour déterminer les coordonnées spatiales de points (A) o on place des éléments d'un appareillage optique constitué, d'une part, d'un dispositif optique ( 13) comprenant une source laser ( 14) fonctionnant en impulsions et un détecteur ( 16) sensible au rayonnement issu de ladite source laser ( 14) et, d'autre part, de réflecteurs ( 10), dans lesquel on mesure les temps de vol ( Ati) des impulsions émises par la source ( 14), réfléchies par un réflecteur ( 10) et détectées par le détecteur ( 16) pour déterminer des relations entre lesdites coordonnées spatiales, caractérisé en ce qu'on fait diverger le rayonnement laser issu de la source laser ( 14), pour élargir son champ angulaire et en ce qu'on recueille en champ large le rayonnement réfléchi par les réflecteurs ( 10) pour le transmettre du détecteur ( 16). 2 Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le champ angulaire ( 8) du rayonnement laser divergent émis a un demi-angle au sommet (a) compris entre 50 et 350 3 Procédé conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on évalue au préalable les coordonnées spatiales approchées du dispositif optique ( 13), par un système de positionnement auxiliaire tel qu'un système radio-électrique ( 6, 40, 42). 4 Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on prélève une fraction de l'impulsion laser émise par la source laser ( 14) avant de faire diverger ladite impulsion laser, pour acheminer ladite fraction vers le détecteur ( 16) de façon à délivrer une référence de temps de vol (to). Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on amplifie le signal de sortie du détecteur ( 16), représentatif de l'intensité lumineuse recueillie par le détecteur ( 16) et en ce qu'on échantillonne numériquement le signal amplifié. 6 Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que la fréquence d'échantillonnage numérique du signal de sortie amplifié du détecteur ( 16) est supérieure à 1 gigahertz. 7 Procédé conforme à l'une des revendications 4 ou 6, caractérisé en ce qu'on traite le signal de sortie du détecteur ( 16), amplifié et échantillonné, pour identifier les pics (Pi) dudit signal de sortie correspondant à la réflexion de l'impulsion laser sur un réflecteur ( 10) et pour déterminer les temps de vol (i 4 ti) correspondant aux intervalles de temps (ti-to) entre ladite référence de temps de vol (t 0) et l'instant (ti) d'apparition desdits pics (Pi), et en ce qu'on enregistre en mémoire ( 66) un ensemble de valeurs représentant lesdits temps de vol (A 4 ti). 8 Procédé conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de traitement du signal amplifié et échantillonné et l'étape d'enregistrement en mémoire ( 66) sont effectuées pendant la période séparant deux émissions successives d'impulsions par la source laser ( 14). 9 Procédé conforme à l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'étape de traitement du signal amplifié et échantillonné comprend une étape de validation des pics (Pi) du signal de sortie amplifié et échantillonné, pour éliminer les pics ayant une largeur temporelle dépassant un seuil déterminé en fonction de la durée de l'impulsion émise par la source laser ( 14). Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif optique ( 13) est installé à bord d'un aéronef ( 2). 11 Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque réflecteur ( 10) est solidaire d'une structure ( 46) ancrée dans le sol ( 4 >. 12 Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les temps de vol mesurés (Ati) des impulsions laser sont exploitées pour déterminer avec précision les coordonnées spatiales des points (A) o sont placés les réflecteurs ( 10). 13 Application du procédé conforme à la revendication 12 à la topographie de haute précision, caractérisée en ce que les réflecteurs ( 10) sont installés au voisinage d'une zone d'extraction de ressources géologiques, les coordonnées spatiales déterminées des points (A) répartis sur ladite zone fournissant des informations sur les subsidences dans ladite zone. 14 Système pour déterminer les coordonnées spatiales de points selon le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 12, comprenant un dispositif optique ( 13) incluant une source laser ( 14) fonctionnant en impulsions et un détecteur ( 16) sensible au rayonnement issu de ladite source laser ( 14), le système comprenant en outre des réflecteurs ( 10) et des moyens ( 34, 36, 68) de traitement du signal de sortie du détecteur ( 16), caractérisé en ce que le dispositif optique ( 13) comporte en outre des moyens optiques divergents ( 26, 28) pour faire diverger le rayonnement émis par la source laser ( 14), et un collecteur de lumière en champ large ( 30) disposé devant le détecteur ( 16) pour lui transmettre un rayonnement recueilli en champ large. Système conforme à la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens optiques divergents ( 26, 28) comprennent au moins une lentille planconcave ( 26, 28). 16 Système conforme à l'une des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que les moyens optiques divergents ( 26, 28) produisent un faisceau à champ angulaire élargi ( 8) ayant un demi-angle au sommet (a) compris entre 5 et 350. 17 Système conforme à l'une des revendications 14 à 16, caractérisé en ce que la source laser ( 14) délivre des impulsions de durée inférieure à 50 ns. 18 Système conforme à l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que le collecteur de lumière en champ large ( 30) comprend une lentille sphérique ( 30). 19 Système conforme à l'une des revendications 14 à 18, caractérisé en ce que le détecteur ( 16) comprend une photodiode PIN ( 16). 20 Système conforme à la revendication 19, caractérisé en ce que la photodiode PIN ( 16) a une surface sensible ( 17) d'aire supérieure à 10 mm 2. 21 Système conforme à la revendication 18, caractérisé en ce que la surface sensible ( 17) du détecteur ( 16) est disposée sensiblement tangente à la sphère focale (C) de la lentille sphérique ( 30). 22 Système conforme à l'une des revendications 14 à 21, caractérisé en ce que le dispositif optique ( 13) comprend en outre un miroir diélectrique ( 22) qui dirige le rayonnement issu de la source laser ( 14) vers les moyens optiques divergents ( 26, 28) et un segment de fibre optique ( 24) s'étendant entre la face arrière du miroir diélectrique ( 22) et le détecteur ( 16) pour prélever et acheminer vers le détecteur ( 16) une fraction du rayonnement issu de la source laser ( 14), ladite fraction étant extraite de la perte en transmission du miroir diélectrique ( 22). 23 Système conforme à l'une des revendications 14 à 22, caractérisé en ce que le dispositif optique ( 13) est situé à bord d'un aéronef ( 2). 24 Système conforme à la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour évaluer approximativement les coordonnées spatiales de l'aéronef ( 2), tels qu'un système de positionnement radio- électrique ( 6, 40, 42). Système conforme à l'une des revendications 14 à 24, caractérisé en ce que chaque réflecteur ( 10) est un réflecteur du type coin de cube dont le sommet définit un point (A) dont on détermine les coordonnées spatiales. 26 Système conforme à l'une des revendications 14 à 25, caractérisé en ce que chaque réflecteur ( 10) est solidaire d'une structure ( 46) ancrée dans le sol ( 4). 27 Système conforme à la revendication 26, caractérisé en ce que la structure ( 46) ancrée dans le sol ( 4) comprend un pilier ( 52), sensiblement vertical, au sommet duquel est placé le réflecteur ( 10). 28 Système conforme à l'une des revendications 26 ou 27, caractérisé en ce qu'une vitre ( 54) à faces parallèles est placée au-dessus de chaque réflecteur ( 10), cette vitre ( 54 > étant inclinée par rapport à un plan horizontal (PH). 29 Système conforme à l'une des revendications 14 à 28, caractérisé en ce que les moyens de traitement du signal de sortie du détecteur ( 16) comprennent un amplificateur ( 34), un échantillonneur numérique ( 36) qui échantillonne le signal amplifié par l'amplificateur ( 34) pour le transformer en données d'histogramme qu'il stocke dans une mémoire tampon ( 37) et un microprocesseur ( 68) qui lit les données d'histogramme stockées dans la mémoire tampon ( 37 >, exécute un calcul des temps de vol (t ti) des impulsions réfléchies et enregistre dans une mémoire ( 66) un ensemble de valeurs représentant lesdits temps de vol ( 4 ti) Système conforme à la revendication 29, caractérisé en ce que l'amplificateur ( 34) a une bande passante dont la limite supérieure est inférieure à M Hz. 31 Système conforme à la revendication 19, caractérisé en ce que la photodiode PIN ( 16) est alimentée en polarisation inverse par une alimentation électrique ( 62) et en ce qu'une résistance de charge ( 64) est montée en parallèle de la branche de circuit comprenant l'alimentation ( 62) et la photodiode PIN ( 16). 32 Système conforme à la revendication 29, caractérisé en ce que l'échantillonneur numérique ( 36) a une fréquence d'échantillonnage supérieure à 1 gigahertz. 33 Dispositif optique ( 13) pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 12, comprenant une source laser ( 14) et un détecteur ( 16) sensible au rayonnement issu de ladite source laser ( 14), caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens optiques divergents ( 26, 28) pour faire diverger le rayonnement émis par la source laser ( 14) et un collecteur de lumière en champ large ( 30) disposé devant le détecteur ( 16) pour lui transmettre un rayonnement recueilli en champ large.