CA2028157C - Systeme pour la localisation d'un mobile - Google Patents
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Abstract
- Système de localisation d'un mobile comportant un émetteur (3) d'éclats lumineux (8) lié au mobile (1) et un détecteur photosensible à transfert de charges et à transfert de trame (4), disposé à poste fixe et connecté par des moyens électroniques (7), l'émetteur et le détecteur étant pilotés par des bases de temps individuelles, initialement synchronisées. - Selon l'invention, de temps à autre, mais de préférence périodiquement, la durée d'un temps d'intégration dudit détecteur (4) est réduite à une valeur au plus égale à la durée des éclats lumineux (8), de façon que ledit éclat lumineux correspondant se produise au moins partiellement pendant le temps de transfert précédant ou suivant ledit temps d'intégration réduit et lesdits moyens électroniques (7), d'une part, calculent la dérive temporelle relative entre lesdites bases de temps à partir de la trace lumineuse formée par ledit éclat sur ledit détecteur matriciel et, d'autre part, mettent à profit cette dérive calculée pour recaler la base de temps du détecteur par rapport à celle de l'émetteur.
Description
~~~;~.~' I
La présente invention concerne un système pour la localisation d'un mobile. Quoique non exclusivement, elle est particulièrement appropriée à la localisation et au guidage de missiles, par exemple de missiles anti-char .
Par le brevet US-A-~ 710 028, on connaît déjâ un système pour la localisation d'un mobile par rapport à un axe, comportant un détecteur optique disposé à poste fixe et coopérant avec un émetteur optique lié audit mobile, remarquable en ce que .
- ledit détecteur optique comporte, d°une part, une matrice fixe d'éléments photosensibles à transfert de charge (matrice CCD ou analogue), dont le plan est au moins sensiblement orthogonal audit axe et qui est associée à une optique apte â former sur ladite matrice une image de l'environnement dudit axe dans lequel ledit mobile est susceptible à se déplacer et, d'autre part, des moyens êlectroniques de commande desdits éléments photosensibles ;
- ledit émetteur optique engendre des 'éclats lumineux ;
et - des moyens de synchronisation sont prévus pour que lesdits moyens électroniques de commande délivrent des impulsions de commande synchronisées avec lesdits éclats lumineux et déclenchent une prise d'image.
Ainsi, grâce à un tel système, la position du mobile par rapport audit axe est donnée par la position du ou des êléments phatosensibles de la matrice, excités par l'image des éclats lumineux, par rapport audit axe.
On remarquera que l'émetteur optique engendrant des éclats lumineux et lié au mobile peut être une balise lumineuse portée par celui-~ci ou bien un simple miroir recevant des éclats lumineux d'une balise fixe et renvoyant lesdits éclats vers le détecteur optique.
Dans ce système connu, puisque le fonctionnement est impulsionnel et non pas continu, on peut obtenir un rapport signal/bruit particulièrement élevé. En effet, il est possible de réaliser des prises d'images qui ont une durée égale à celle des éclats de l'êmetteur optique et qui sont synchronisées en fréquence et en phase avec l'émission lumineuse.
Ainsi, la synchronisation du détecteur et de l'émetteur permet de faire fonctionner ledit détenteur avec un niveau de signal utile voisin de 1a valeur de crête de la puissance de l'émetteur.
La liaison émetteur-détecteur peut donc fonctionner avec un rapport signal/bruit élevé, pour une puissance moyenne faible, ce qui permet de limiter la consommation et le coût de l'émetteur.
Comme cela est expliqué dans le brevet antérieur pré-cité, 1a synchronisation entre le détecteur et l'émet-teur peut être abtenue par des moyens de liaison perma-nente ou bien par des moyens de liaison temporaire, lesdits détecteur et émetteur comportant alors des moyens (bases de temps), pour maintenir individuellement ladïte synchronisation.
Dans le premier cas (moyens de liaison permanente), la synchronisation peut être assurée par une liaison immatêrielle ou par une liaison matêrielle. Si la liaison est immatérielle, du type radioélectrique, elle est coûteuse, car il est nécessaire d'intégrer dans le mobile des équipements appropriés ; de plus, une telle liaison radioélectrique est sensible au brouillage et aux perturbations électromagnétiques, ce qui est un 4a grave inconvénient, pouvant conduire à la perte du mobile par le détecteur optique. Si ladite liaison est matérielle, elle doit présenter une bande passante élevée afin de permettre une fréquence de synchronisa-tion élevée. Une telle liaison matérielle ne peut donc étre constituée que par une fibre optique, ce qui confère au système un coût élevé. De toute façon, une liaison matérielle limite obligatoirement le rayon d'action du mobile par rapport à l'émetteur optique.
Ainsi, il est souvent avantageux, et même parfois obligatoire, que la synchronisation soit obtenue grâce à
des bases de temps synchronisées par une liaison tempo-raire, préalable au lancement du mobile, l'une desdites bases de temps êtant associée au détecteur et l'autre à
l'émetteur.
Toutefois, les erreurs de calcul initial de la période et les dérives relatives des deux bases de temps intro-duisent un glissement temporel des temps d'intégration de la matrice CCD par rapport aux éclats de l'émetteur.
On est alors obligé d'allonger les temps d'intégration de la matrice CCD, de manière que chaque éclat soit toujours contenu dans l'intervalle temporel d'intégra-tion correspondant, pendant la durêe de vol du missile.
Mais alors, le rapport signal/bruit est moins bon et le bilan peut à la limite n'être guère meilleur que dans le cas d'un émetteur continu.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle permet d'effectuer la poursuite temporelle du mobile, en boucle fermée, sans qu'aucune autre liaison que la liaison optique utilisée pour la localisation soit établie entre le mobile et le système de localisation. Grâce à l'invention, c'est la matrice CCD elle-même qui permet de reboucler en permanence la synchronisation émission-intégration.
~~h~i.~~~~
A cette fin, selon l'invention, le système pour la localisation d'un mobile par rapport à un axe comportant - un émetteur optique lié audit mobile et engendrant des éclats lumineux, sous la dépendance d'une première base de temps ; et - un dêtecteur photosensible disposé à poste fixe et associé à un systëme optique observant l'environnement dudit axe dans lequel ledit mobile est susceptible de se déplacer, ledit détecteur photosensible comportant un détecteur matriciel à transfert de charges et à
transfert de trame commandé par des moyens électroni-ques assaciés à une seconde base de temps, et ledit détecteur matriciel comportant une zone photosensible sur laquelle ledit système optique est susceptible de former l'image quasi ponctuelle desdits éclats lumineux, la succession des temps d'intégration des images dans ladite zone photosensible et des temps de transfert desdites images hors de celle-ci êtant sous la dépendance de ladite seconde base~de temps ;
lesdites première et seconde bases de temps étant temporairement synchronisées avant le lancement dudit mobile de façon que chacun desdits éclats lumineux se produise pendant un temps d'intégration d'image de ladite zone photosensible, est remarquable en ce que, de temps à autre, la durée d'un temps d'intégration de ladite zone photosensible est rêduite à une valeur au plus êgale à la durée desdits éclats lumineux, de façon que l'êclat lumineux correspondant se produise au moins en partie pendant le temps de transfert précédant ou suivant ledit temps d'intêgration réduit, et en ce que lesdits moyens électroniques, d'une part, calculent la dérive temporelle relative desdites première et seconde bases de temps à partir de la trace lumineuse formée par ledit éclat lumineux sur ladite zone photosensible et, d'autre part, mettent à profit cette dérive calculée pour recaler ladite seconde base de temps par rapport à
~~~~:~~'~
la première.
Comme on peut le voir, la présente invention met à
profit la propriété des zones d'intégration d'images des détecteurs matriciels CCD à transfert de lignes d'être sensibles à une image pendant les temps de transfert.
De préférence, la réduction de durée d'un temps d'inté-gration de ladite zone photosensible, le calcul de ladite dérive temporelle relative desdites première et seconde bases de temps et le recalage de ladite seconde base temps par rapport â la première sont pêriodiques.
Ces diverses opérations ont lieu alors systématiquement tous les n temps d'ïntégration, le nombre n pouvant par , exemple être égal à 10.
Avantageusement, lesdits moyens électroniques calculent ladite dérive temporelle relative ~t entre lesdites première et seconde bases de temps à partir de l'ex-pression ~t = m / F, dans laquelle m est le nombre des lignes de ladite zone photosensible sur lesquelles s'étend ladite trace lumineuse et F est la frêquence de transfert des lignes dans ledit détecteur matriciel.
Puisque, grâce à l'invention, on obtient en permanence le calage des temps d'intégration du détecteur matriciel par rapport aux éclats lumineux, il est possible :
- de réduire les exigences sur la synchronisation préalable ;
- de réduire 1a marge temporelle de sécurité prise sur l'intégration, ce qui améliore le bilan de liaison ;
et - d'accepter des dérives relatives des bases dE temps de l'émetteur et du détecteur.
La plus grande précision temporelle est acquise pour des sources lumineuses ponctuelles, dont la durée d'émission est du même ordre que celle des transferts de ligne, Éventuellement, il est possible de réduire volontaire-s ment la durée de l'émission lumineuse pour la mesure particulière toutes les n trames. Le bilan de liaison est identique compte tenu du non étalement de la trace du f ait des transferts dans ce cas.
Dans un mode avantageux de réalisation du système ï0 conforme à la présente invention, les temps desdits éclats lumineux sont compris entre 5 et 10 us, les temps d'intégration de la zone photosensible sont, sauf lorsqu'ils sont réduits en-dessous des temps desdits éclats lumineux, compris entre 10 et 20 us, et les temps 15 de transfert correspondant aux temps d'intégration Taon réduits sont de l'ordre de 10 us.
Lis figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des élêments iden 20 tiques.
La figure 1 est une vue schématique illustrant le système de localisation selon l'invention.
La figure 2 eat le schéma synoptique du détecteur matriciel à transfert de charges et à transfert de trame 25 utilisé dans le système de la figure 1.
La figure 3 donne le schéma synoptique du système de la figure 1.
Les figures 4a à 4d sont des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement synchronisé du système de 30 la figure 1.
~~~t~~.~'~
T.es figures 5a à 5c mantrent schématiquement la forma-tion de l'image ponctuelle d'un éclat sur le détecteur matriciel.
Les figures 6a à 6d et les figures 7a à 7d sont des schémas temporels illustrant le fonctionnement réel du systëme selon l'invention, respectivement dans deux configurations différentes.
Les figures 8 et 9 illustrent l'ëtat de la zone photosensible du détecteur matriciel, respectivement dans les configurations des figures 6a à 6d et 7a à 7â.
Le mode de réalisation ,du système de localisation, conforme à l'invention et montrë par la figure 1, est destiné à permettre de connaître en continu la position d'un missile 1, par rapport à un axe OX qui, par exem-ple, représente la ligne de visée d'un système d'arme anti-char (non représenté), équipé dudit dispositif de localisation.
Le système de localisation est essentiellement constitué
d'un détecteur aptique 2 arrangé à poste fixe, par exemple dans ledit système d'arme, et d'une balise lumineuse impulsionnelle 3 portée par ledit missile. On remarquera que la balise 3 pourrait être disposée à
poste fixe, par exemple dans le détecteur 2, le missile 1 portant alors un miroir qui rêfléchirait vers le détecteur 2 les ëclats qui lui seraient adressés par ladite balise fixe. L'émetteur lié audit missile serait alors formé par 7.edit miroir.
Le dêtecteur fixe 2 comporte essentiellement un détec-teur matriciel 4 d'élêments photosensibles 5, du type CCD à transfert de charges et à transfert de trame, un système optique ~ et des circuits électroniques 7 pour la mise en oeuvre du détecteur matriciel 4.
Dans le détecteur matriciel 4, les éléments photo-sensibles 5 sont disposés en un agencement coplanaire de lignes et de colonnes, respectivement parallèles à un axe OY et à un axe OZ. Le point O est par exemple le centre du détecteur matriciel 4 et les axes OX, OY et OZ
forment un système d'axes rectangulaires dont l'axe OX
est orthogonal au plan du détecteur matriciel 4, alors que les axes OY et OZ sont coplanaires audit détecteur matriciel.
Le système optique 6 est susceptible de former sur le détecteur matriciel 4 l'image de l'espace entourant l'axe OX, et notamment l'image ponctuelle des éclats lumineux 8 émis par la balise 3.
Comme on le verra en détail ci-après, les circuits électroniques 7 permettent de lire les charges engen-drées par les éléments photosensibles du détenteur matriciel pendant des temps d'intêgration 9 (voir la figure 4), c'est-à-dire de réaliser des prises d'images successives de l'espace environnant l'axe OX. La durée d'exposition du détecteur matriniel 4, c'est-à-dire la durée desdits temps d'intégration 9 et desdites prises d'images, est courte et correspond au temps d'intêgra-tion des photons sur les zones sensibles des éléments photosensibles 5. Selon l'invention, elle peut être de l'ordre de 10 à 20 microsecondes.
La balise lumineuse 3 comporte une source impulsionnelle susceptible d'émettre les éclats lumineux 8 de lumière visible ou infrarouge. Par exemple, cette source est une lampe au xénon pourvue d'une optique de concentration, ou bien encore un générateur ou une diode laser avec ou sans optique.
Les éclats 8 ont une courte durée, par exemple de l'ordre de 10 microsecondes.
De préférence, ladite source impulsionnelle est équipée d'un filtre de faible largeur spectrale, limitant le rayonnement de la balise 3. De même, un filtre identique est alors associé à l'optique 6 du détecteur 2, de façon à éliminer le rayonnement extérieur à la bande d'émis-sion de la balise 3 et à permettre des séparations spectrales éventuellement souhaitables.
Grâce à une liaison initiale temporaire de synchronisa-tion, rompue avant le lancement du missile 1, l'émission des éclats 8 par la balise 3 est synchronisée avec les prises d'image effectuées par le détecteur matriciel 4, déclenché par les circuits 7. Ceci est illustré par les figures 4a à 4d qui montrent que les temps d'intégration 9 sont synchronisés avec les éclats 8. La durée de chaque temps d'intégration 9 est au moins égale à celle des éclats 8 de façon que chaque éclat soit entièrement recouvert temporellement par un temps d'intégration 9.
La liaison de synchronisation étant temporaire, le détecteur 2 et la balise 3 comportent des horloges (bases de temps) stables susceptibles de maintenir la synchronisation des temps d'intégration 9 de prises d'images et des éclats 8, pendant tout le vol dudit missile.
Ainsi, à chaque fois qu'un êclat 8 est émis par la balise 3, le détecteur 2 est actif, de sorte que l'image ponctuelle 10 de cet éclat, faite~par le système optique 6, trappe un élément 5 du détecteur matriciel 4. Cet élément 5 excité constitue danc l'image de l'éclat 8 vue par le détecteur 2. Puisque l'éclat 8 est lié au missile 1, les coordonnées de l'élément 5 excité par rapport aux axes OY et OZ sont caractéristiques de la position dudit missile 1 par rapport à l'axe OX.
~!3~:~~
A partir des coordonnées dudit élément 5 excité, les circuits 7 peuvent élaborer un signal représentatif de ladite position, éventuellement destiné à corriger la trajectoize dudit missile.
Le fonctionnement théorique qui vient d'être décrit suppose que 1a synchronisation entre la balise 3 et le détecteur optique 2 reste parfaite tout au long du trajet de missile 1. Or, à cause des erreurs de syn-chronisation dues à la liaison temporaire de synchroni-sation initiale, d'une part, et à la dérive des bases de temps prévues sur la balise et le détecteur, d'autre part, un tel maintien de 1a synchronisation est illu-soire, de sorte qu'il est nécessaire de recaler de temps en temps le détecteur par rapport à la balise, ou vice-versa. C'est là précisément l'objet de la présente invention.
Toutefois, avant d'expliquer en détail le procédé
conforme à l'invention, il apparaît utile de décrire plus précisément le détecteur matriciel CCD 5 et son mode de fonctionnement, en regard de la figure 2.
Sur cette figure 2, on peut voir que le détecteur matriciel 4 à transfert de charges et à transfert de trame comporte - une zone photosensible 12, qui reçoit le faisceau lumineux impu:Lsionnel 11 (éclats 8) en provenance de la balise 3 et qui est constituée d'une pluralité de lignes d'éléments photosensibles 5 et sur la totalité
desquelles ledit système optique 6 est susceptible de former une image ; cette zone photosensible 12 est apte à intégrer les charges électriques engendrées par les photons de ladite image pour engendrer des infor-mations d'image soin forme électrique ;
- une zone de mémoire intermédiaire 13, qui est consti-tuée d'une pluralitê de lignes d'éléments de mémoire 11 ~ ~ 'c) .~ .~
et dans laquelle sont transférées ligne â ligne lesdites informations électriques d'image contenues dans les lignes de ladite zone photosensible 12 ; et - un registre de lecture 14, dans lequel les informa s tions électriques d'image correspondant à chaque ligne de la zone de mémoire intermédiaire 13 sont transfé
rées en parallèle, ledit registre de lecture 14 engendrant, à sa sortie 15, un signal vidéo représen tatif de l'image reçue du système optique 6 par la zone photosensible 12.
Le détecteur matriciel 4 est par ailleurs associé
- â une unité de traitement 16, extérieure audit détec-teur matriciel 4 et engendrant, à sa sortie 17, les paramètres définissant l'acquisition des images, tels que durée d'exposition des images, synchronisation des prises des images, synchronisation de la lecture, etc ... ;
- à au moins une mémoire 19 dont l'accès est commandé
par un dispositif de commande 20 ; la mémoire 19 et le dispositif 20 sont extêrieurs au détecteur matriciel 4 et sont avantageusement incorporés à l'unité de traitement 16 ; et - à un séquenceur 21 recevant de la sortie 17 de l'unité
de traitement 16 lesdits paramètres d'acquisition des images et chargé de commander la prise d'image par la zone photosensible 12 et de régir les transferts d'informations.
A cet effet, le séquenceur 21 comporte notamment - une sortie 22 sur laquelle apparaît un signal adressé
à la zone photosensible 12 et destiné à faire pro gresser ligne par ligne les informations électriques d'image à l'intêrieur de ladite zone photosensible 12 en direction de la zone de mémoire intermédiaire 13 ;
- une sortie 23 sur laquelle apparaît un signal adressé
à la zone de mémoire intermédiaire 13 et destiné à
12 ~~~c~.~~ 3~
faire progresser ligne par ligne les informations électriques d'image â l'intérieur de ladite zone de mémoire intermédiaire 13 en direction dudit registre de lecture 14 ;
- une sortie 24 sur laquelle apparaït un signal adressé
au registre de lecture 14 et destinée à commander celui-ci pour qu'il adresse à la mémoire 19, par l'intermédiaïre de sa sortie 15 et du dispositif de commande 20, un signal vidéo série à partir des informations parallèles qu'il reçoit de la zone de mémoire intermédiaire 13. Ear ailleurs, la sortie 24 est également reliée audit dispositif de commande 20 de ladite mémoire 19 ; et - une sortie 25 sur laquelle apparaît un signal de validation adressé audit dispositif de commande 20.
Chacun des signaux. apparaissant aux sorties 22, 23 et 24 du séquenceur 21 est constitué d'une suite d'impulsions de fréquence constante, chaque impulsion correspondant à
un passage d'une ligne à la suivante (pour les zones 12 et 13) ou à la transformation d'une ligne parallèle en une ligne série (pour le registre de lecture 14).
Sur la figure 3, on a reprêsenté schématiquement un mode de réalisation du système selon l'invention en tenant compte du schéma de la figure 2. On peut y voir que l'émetteur optique 3 comporte une base de temps 26 alimentant un séquenceur 27, commandant un dispositif électronique de dêclenchement 28, qui, lui-même commande la source lumineuse 29 émettant les éclats 8.
Les circuits électroniques de commande du détecteur optique 2 comportent une base de temps 30 reliée à un processeur 31, activant l'unitê de traitement 16 d'acquisition d'images par la commande 32. Conformément au schêma de la figure 2, le séquenceur 27 est relié au détecteur matriciel 4 par les liaisons 22, 23 et 24 et à
l'unité de traitement 16 par les liaisons 17, 24 et 25.
De plus , on a représenté la liaison 15 entre le détec-teur matriciel 4 et l'unité de traitement 16. On voit que les dispositifs 16, 21, 30 et 31 forment les cir-cuits électroniques 7 de la figure 1.
Le fonctionnement théorique du système des figures 1 et 3 est expliqué ci-après, à l'aide de la figure 2, des diagrammes des figures 4a à 4d et des schémas des figures 5a à 5ç, A un instant initial to, on suppose que la zone photosensible 12 est entièrement vidée des informations qu'elle contenait antérieurement. Le séquenceur 21 n'émet aucun signal sur sa sortie 22, de sorte que commence un temps d'intégration 9 (voir la figure 4b).
Aussi, lorsqu'à l'instant tl, postérieur à to, apparaît un êclat lumineux 8 (voir la figure 4a), l'image de cet éclat est intégrée dans la zone photosensible 12, jusqu'à l'instant t2 auquel se termine ledit éclat lumineux. A l'instant t3, postérieur à t2, le temps d'intégration 9 est terminé.
Ainsi, dans la zone photosensible 12, l'image ponctuelle 10 de l'éclat lumineux 8, représentative de la position du missile 1 par rapport à l'axe OX, se forme sur un élément phatosensible particulier 5 de cette zone photosensible 12. On remarquera que la position de l'image ponctuelle 10 dans la zone photosensible 12 (voir la figure 5a) ne dépend que de la position du missile 1 par rapport à l'axe OX ; elle est notamment indépendante de la relation temporelle entre l'éclat lumineux 8 et le temps d'intégration 9. La position de l'éclat lumineux 8 à l'intérieur du temps d'intégration 9 n'a aucune influence sur la position de l'image 10 sur 1a zone photosensible 12.
A l' instant t3 correspondant à la fin du temps d' inté-gration 9, le séquenceur 21 émet un signal sur ses sorties 22 et 23, sans émettre sur sa sortie 24. Par suite, l'image 10 de l'éclat 8 est avancée ligne par ligne en direction de la zone de mémoire intermédiaire 13. Le transfert des lignes de la zone photosensible 12 dans la zone de mémoire intermédiaire 13 s'effectue pendant l'impulsion temporelle 33 et est terminée à
l'instant t4, postérieur à t3. A cet instant t4, le sëquenceur 21 émet un signal sur ses sorties 23 et 24, sans émettre sur sa sortie 22, de sorte que le contenu de la mémoire intermédiaire 13 est lu par le registre de lecture 14. Une telle lecture s'étend jusqu'à l'instant t5, postêrieur à t4 (voir l'ïmpulsion temporelle 34 de la figure 4d). Pendant l'impulsion 34, le contenu de la mémoire intermédiaire 13 est avancé, ligne par ligne, vers le registre 14, puis transféré dans celui-ci, qui l'adresse, par sa sortie 15, dans la mémoire 19. Grâce à
la liaison entre la sortie 24 du séquenceur 21 et le dispositif de commande 20, le signal vidéo à ladite sortie 15 du registre de lecture 14 est échelonné et synchronisé par le signal de lecture apparaissant à la sortie 24.
On remarquera que les transferts ligne à ligne du contenu de la zone photosensible 12 dans la zone de mémoire intermédiaire 13, puis du contenu de cette zone de mëmoire intermédiaire dans le registre de lecture 14, puis la sérialisation dudit contenu par le registre 14, permettent sans difficulté de connaître la position de l'îmage 10 par rapport aux axes OY et OZ, c'est-à-dire la position du missile 1 par rapport à l'axe OX.
A l'instant t5, on se retrouve dans la situation de l'instant to et un nouveau cycle peut recommencer avec un nouveau temps d'intégration 9.1 et un nouvel ëclat lumineux 8.1 15 ~~i~! ~ ..~,~
Dans 1a zone photosensible 12, apparaît alors l'image 10.1 de l'éclat 8.1 suivant (voir la figure 5b). On remarquera qu'étant donné la fréquence élevée des impulsions 9 et des éclats 8, la position de l'image 10.1 n'est guère différente de celle de l'image 10.
Grâce à une suite d°impulsions 8, 8.1, 8.2, ..., 9, 9.1, 9.2, ..., 33, 34, ..., il est possible de suivre, pratiquement en continu, la position 10, 10.1, 10.2 (figure 5c) du missile 1 par rapport à l'axe OX.
On remarquera que le fonctionnement théorique précédem-ment décrit suppose que le synchronisme de la suite des temps d'intégration 9, 9.1, 9.2, .., et des éclats 8, 8.1, 8.2, ... soit, sinon parfait, du moins suffisamment bort pour que lesdits éclats se produisent pendant lesdits temps d'intégration.
Or, la dérive relative des bases de temps 26 et 30, ainsi que les erreurs commises au moment de 1a synchro-nisation temporaire de celles-ci, rendent illusoire un tel fonctionnement. En réalité, le calage initial To entre les impulsions 8 et 9 (voir les figures 6a et 7a) varie (T1, T2, ...) au point que les éclats 8 arrive-raient à se produire à l'extérieur des temps d'intégra-tion 9.
Aussi, selon :L'invention, on prévoit que de temps à
autre, par exemple périodiquement, tous les n temps d'intêgration 9 (par exemple n = 10), la durée tot3 d'un temps d'intégration 9 soit réduite à une valeur (par exemple égale à 1 us) au plus égale à la durée tlt2 des éclats 8. Sur les figures 6 et 7, on a représenté un temps d'intégration 9.n, correspondant à une telle durée d'intégration réduite. Dans les deux exemples repré-sentés, on a supposé que la durée de chaque temps d i C.~ '~
d'intégration rëduit 9.n était inférieure à celle des éclats 8.
Bien entendu, une telle réduction, de préfërence pério-dique, de la durée des temps d'intégration 9, entraîne corrélativement un allongement des impulsions de trans-fert 33 et 34 (voir les impulsions de transfert 33.n et 34.n des figures 6 et 7).
La réduction de la durée des temps d'intégration 9.n et l'allongement corrélatif de la durée des impulsions 33.n et 34.n sont gérés par 1e processeur 31, qui adresse ses ordres â l'unïté 16, elle-même commandant en conséquence le séquenceur 21 par 1a liaison 1î.
Du fait de 1a rëduction de durêe du temps d' intégration 9.n, l'éclat lumineux 8 correspondant s'étend partiel-lement, soit sur la durée des impulsions de transfert 33 et 34 suivant immédiatement le temps d'intégration 9.n (cas de 1a figura 6), soit sur les impulsions de trans-fert allongées 33.n et/ou 34.n précédant ledit temps d'intégration 9.n (cas de la figure 7).
Ainsi, ledit éclat lumïneux frappe en partie la zone photosensible 12, pendant le transfert du contenu do celle-ci, dans ~.a zone de mêmoire intermédiaire 13 et/ou dans le registra; 14. I1 en résulte, dans le premier cas, une trace luminE:use 35 qui s'êtend sur plusieurs lignes d'image depuis l'image 10 formée par la partie de l'éclat 8 en correspondance temporelle avec le temps d'intégration réduit 9.n (voir la figure 8) et, dans le second cas, une trace lumineuse 36 qui s'étend sur plusieurs lignes d'image jusqu'à ladite image 10 (voir la figure 9).
Si m est le nombre de lignes d'image sur lesquelles s'étendent les traces 35 ou 36, on voit que m = F x D t, expression dans laquelle F (par exemple égale à 2 MHz) est 1a fréquence de transfert des lignes d'images et D t le décalage entre le temps d'intégration réduit 9.n et l'éclat 8 correspondant.
Bien entendu, le processeur 31 connaît la fréquence F ;
de plus, il connaît le nombre de lignes m par l'unitê de commande 16. I1 peut donc facilement calculer D t.
Le processeur 3l calcule donc aisément le décalage T ~ ~ t (le signe + correspondant au cas de la figure 6, et 1e signe - à celui de la figure 7), que la dërive relative des bases de temps 26 et 30 a introduit entre les temps d'intégration 9 et les éclats lumineux 8.
I1 peut donc commander l'unité de commande 16 et le séquenceur 21 pour recaler lesdits temps d'intégration 9 par rapport aux éclats lumineux 8, de façon que le temps d'intégration 9 suivant le temps d'intégration réduit 9.n présente, par. rapport à l'éclat lumineux 8 corres-pondant, un calage temporel égal au calage initial To.
Ainsi, on obtient un recalage continu des temps d'inté-gration 9 par rapport aux éclats 8.
Bien entendu, la synchronisation préalable balïse 3-détecteur 2 est assurée au départ du missile 1 avec une précision suffisante (par exemple 0,5 us) pour maintenir pendant quelques images successives (prises par exemple au rythme de 50 Hz environ), 1'êmission lumineuse des éclats 8 (par exemple 5 â 10 us) dans des temps d'intê-gration 9 courts (par exemple 20 us), synchronisës en phase et en fréquence avec l'émission desdits éclats.
La présente invention concerne un système pour la localisation d'un mobile. Quoique non exclusivement, elle est particulièrement appropriée à la localisation et au guidage de missiles, par exemple de missiles anti-char .
Par le brevet US-A-~ 710 028, on connaît déjâ un système pour la localisation d'un mobile par rapport à un axe, comportant un détecteur optique disposé à poste fixe et coopérant avec un émetteur optique lié audit mobile, remarquable en ce que .
- ledit détecteur optique comporte, d°une part, une matrice fixe d'éléments photosensibles à transfert de charge (matrice CCD ou analogue), dont le plan est au moins sensiblement orthogonal audit axe et qui est associée à une optique apte â former sur ladite matrice une image de l'environnement dudit axe dans lequel ledit mobile est susceptible à se déplacer et, d'autre part, des moyens êlectroniques de commande desdits éléments photosensibles ;
- ledit émetteur optique engendre des 'éclats lumineux ;
et - des moyens de synchronisation sont prévus pour que lesdits moyens électroniques de commande délivrent des impulsions de commande synchronisées avec lesdits éclats lumineux et déclenchent une prise d'image.
Ainsi, grâce à un tel système, la position du mobile par rapport audit axe est donnée par la position du ou des êléments phatosensibles de la matrice, excités par l'image des éclats lumineux, par rapport audit axe.
On remarquera que l'émetteur optique engendrant des éclats lumineux et lié au mobile peut être une balise lumineuse portée par celui-~ci ou bien un simple miroir recevant des éclats lumineux d'une balise fixe et renvoyant lesdits éclats vers le détecteur optique.
Dans ce système connu, puisque le fonctionnement est impulsionnel et non pas continu, on peut obtenir un rapport signal/bruit particulièrement élevé. En effet, il est possible de réaliser des prises d'images qui ont une durée égale à celle des éclats de l'êmetteur optique et qui sont synchronisées en fréquence et en phase avec l'émission lumineuse.
Ainsi, la synchronisation du détecteur et de l'émetteur permet de faire fonctionner ledit détenteur avec un niveau de signal utile voisin de 1a valeur de crête de la puissance de l'émetteur.
La liaison émetteur-détecteur peut donc fonctionner avec un rapport signal/bruit élevé, pour une puissance moyenne faible, ce qui permet de limiter la consommation et le coût de l'émetteur.
Comme cela est expliqué dans le brevet antérieur pré-cité, 1a synchronisation entre le détecteur et l'émet-teur peut être abtenue par des moyens de liaison perma-nente ou bien par des moyens de liaison temporaire, lesdits détecteur et émetteur comportant alors des moyens (bases de temps), pour maintenir individuellement ladïte synchronisation.
Dans le premier cas (moyens de liaison permanente), la synchronisation peut être assurée par une liaison immatêrielle ou par une liaison matêrielle. Si la liaison est immatérielle, du type radioélectrique, elle est coûteuse, car il est nécessaire d'intégrer dans le mobile des équipements appropriés ; de plus, une telle liaison radioélectrique est sensible au brouillage et aux perturbations électromagnétiques, ce qui est un 4a grave inconvénient, pouvant conduire à la perte du mobile par le détecteur optique. Si ladite liaison est matérielle, elle doit présenter une bande passante élevée afin de permettre une fréquence de synchronisa-tion élevée. Une telle liaison matérielle ne peut donc étre constituée que par une fibre optique, ce qui confère au système un coût élevé. De toute façon, une liaison matérielle limite obligatoirement le rayon d'action du mobile par rapport à l'émetteur optique.
Ainsi, il est souvent avantageux, et même parfois obligatoire, que la synchronisation soit obtenue grâce à
des bases de temps synchronisées par une liaison tempo-raire, préalable au lancement du mobile, l'une desdites bases de temps êtant associée au détecteur et l'autre à
l'émetteur.
Toutefois, les erreurs de calcul initial de la période et les dérives relatives des deux bases de temps intro-duisent un glissement temporel des temps d'intégration de la matrice CCD par rapport aux éclats de l'émetteur.
On est alors obligé d'allonger les temps d'intégration de la matrice CCD, de manière que chaque éclat soit toujours contenu dans l'intervalle temporel d'intégra-tion correspondant, pendant la durêe de vol du missile.
Mais alors, le rapport signal/bruit est moins bon et le bilan peut à la limite n'être guère meilleur que dans le cas d'un émetteur continu.
La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. Elle permet d'effectuer la poursuite temporelle du mobile, en boucle fermée, sans qu'aucune autre liaison que la liaison optique utilisée pour la localisation soit établie entre le mobile et le système de localisation. Grâce à l'invention, c'est la matrice CCD elle-même qui permet de reboucler en permanence la synchronisation émission-intégration.
~~h~i.~~~~
A cette fin, selon l'invention, le système pour la localisation d'un mobile par rapport à un axe comportant - un émetteur optique lié audit mobile et engendrant des éclats lumineux, sous la dépendance d'une première base de temps ; et - un dêtecteur photosensible disposé à poste fixe et associé à un systëme optique observant l'environnement dudit axe dans lequel ledit mobile est susceptible de se déplacer, ledit détecteur photosensible comportant un détecteur matriciel à transfert de charges et à
transfert de trame commandé par des moyens électroni-ques assaciés à une seconde base de temps, et ledit détecteur matriciel comportant une zone photosensible sur laquelle ledit système optique est susceptible de former l'image quasi ponctuelle desdits éclats lumineux, la succession des temps d'intégration des images dans ladite zone photosensible et des temps de transfert desdites images hors de celle-ci êtant sous la dépendance de ladite seconde base~de temps ;
lesdites première et seconde bases de temps étant temporairement synchronisées avant le lancement dudit mobile de façon que chacun desdits éclats lumineux se produise pendant un temps d'intégration d'image de ladite zone photosensible, est remarquable en ce que, de temps à autre, la durée d'un temps d'intégration de ladite zone photosensible est rêduite à une valeur au plus êgale à la durée desdits éclats lumineux, de façon que l'êclat lumineux correspondant se produise au moins en partie pendant le temps de transfert précédant ou suivant ledit temps d'intêgration réduit, et en ce que lesdits moyens électroniques, d'une part, calculent la dérive temporelle relative desdites première et seconde bases de temps à partir de la trace lumineuse formée par ledit éclat lumineux sur ladite zone photosensible et, d'autre part, mettent à profit cette dérive calculée pour recaler ladite seconde base de temps par rapport à
~~~~:~~'~
la première.
Comme on peut le voir, la présente invention met à
profit la propriété des zones d'intégration d'images des détecteurs matriciels CCD à transfert de lignes d'être sensibles à une image pendant les temps de transfert.
De préférence, la réduction de durée d'un temps d'inté-gration de ladite zone photosensible, le calcul de ladite dérive temporelle relative desdites première et seconde bases de temps et le recalage de ladite seconde base temps par rapport â la première sont pêriodiques.
Ces diverses opérations ont lieu alors systématiquement tous les n temps d'ïntégration, le nombre n pouvant par , exemple être égal à 10.
Avantageusement, lesdits moyens électroniques calculent ladite dérive temporelle relative ~t entre lesdites première et seconde bases de temps à partir de l'ex-pression ~t = m / F, dans laquelle m est le nombre des lignes de ladite zone photosensible sur lesquelles s'étend ladite trace lumineuse et F est la frêquence de transfert des lignes dans ledit détecteur matriciel.
Puisque, grâce à l'invention, on obtient en permanence le calage des temps d'intégration du détecteur matriciel par rapport aux éclats lumineux, il est possible :
- de réduire les exigences sur la synchronisation préalable ;
- de réduire 1a marge temporelle de sécurité prise sur l'intégration, ce qui améliore le bilan de liaison ;
et - d'accepter des dérives relatives des bases dE temps de l'émetteur et du détecteur.
La plus grande précision temporelle est acquise pour des sources lumineuses ponctuelles, dont la durée d'émission est du même ordre que celle des transferts de ligne, Éventuellement, il est possible de réduire volontaire-s ment la durée de l'émission lumineuse pour la mesure particulière toutes les n trames. Le bilan de liaison est identique compte tenu du non étalement de la trace du f ait des transferts dans ce cas.
Dans un mode avantageux de réalisation du système ï0 conforme à la présente invention, les temps desdits éclats lumineux sont compris entre 5 et 10 us, les temps d'intégration de la zone photosensible sont, sauf lorsqu'ils sont réduits en-dessous des temps desdits éclats lumineux, compris entre 10 et 20 us, et les temps 15 de transfert correspondant aux temps d'intégration Taon réduits sont de l'ordre de 10 us.
Lis figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des élêments iden 20 tiques.
La figure 1 est une vue schématique illustrant le système de localisation selon l'invention.
La figure 2 eat le schéma synoptique du détecteur matriciel à transfert de charges et à transfert de trame 25 utilisé dans le système de la figure 1.
La figure 3 donne le schéma synoptique du système de la figure 1.
Les figures 4a à 4d sont des diagrammes temporels illustrant le fonctionnement synchronisé du système de 30 la figure 1.
~~~t~~.~'~
T.es figures 5a à 5c mantrent schématiquement la forma-tion de l'image ponctuelle d'un éclat sur le détecteur matriciel.
Les figures 6a à 6d et les figures 7a à 7d sont des schémas temporels illustrant le fonctionnement réel du systëme selon l'invention, respectivement dans deux configurations différentes.
Les figures 8 et 9 illustrent l'ëtat de la zone photosensible du détecteur matriciel, respectivement dans les configurations des figures 6a à 6d et 7a à 7â.
Le mode de réalisation ,du système de localisation, conforme à l'invention et montrë par la figure 1, est destiné à permettre de connaître en continu la position d'un missile 1, par rapport à un axe OX qui, par exem-ple, représente la ligne de visée d'un système d'arme anti-char (non représenté), équipé dudit dispositif de localisation.
Le système de localisation est essentiellement constitué
d'un détecteur aptique 2 arrangé à poste fixe, par exemple dans ledit système d'arme, et d'une balise lumineuse impulsionnelle 3 portée par ledit missile. On remarquera que la balise 3 pourrait être disposée à
poste fixe, par exemple dans le détecteur 2, le missile 1 portant alors un miroir qui rêfléchirait vers le détecteur 2 les ëclats qui lui seraient adressés par ladite balise fixe. L'émetteur lié audit missile serait alors formé par 7.edit miroir.
Le dêtecteur fixe 2 comporte essentiellement un détec-teur matriciel 4 d'élêments photosensibles 5, du type CCD à transfert de charges et à transfert de trame, un système optique ~ et des circuits électroniques 7 pour la mise en oeuvre du détecteur matriciel 4.
Dans le détecteur matriciel 4, les éléments photo-sensibles 5 sont disposés en un agencement coplanaire de lignes et de colonnes, respectivement parallèles à un axe OY et à un axe OZ. Le point O est par exemple le centre du détecteur matriciel 4 et les axes OX, OY et OZ
forment un système d'axes rectangulaires dont l'axe OX
est orthogonal au plan du détecteur matriciel 4, alors que les axes OY et OZ sont coplanaires audit détecteur matriciel.
Le système optique 6 est susceptible de former sur le détecteur matriciel 4 l'image de l'espace entourant l'axe OX, et notamment l'image ponctuelle des éclats lumineux 8 émis par la balise 3.
Comme on le verra en détail ci-après, les circuits électroniques 7 permettent de lire les charges engen-drées par les éléments photosensibles du détenteur matriciel pendant des temps d'intêgration 9 (voir la figure 4), c'est-à-dire de réaliser des prises d'images successives de l'espace environnant l'axe OX. La durée d'exposition du détecteur matriniel 4, c'est-à-dire la durée desdits temps d'intégration 9 et desdites prises d'images, est courte et correspond au temps d'intêgra-tion des photons sur les zones sensibles des éléments photosensibles 5. Selon l'invention, elle peut être de l'ordre de 10 à 20 microsecondes.
La balise lumineuse 3 comporte une source impulsionnelle susceptible d'émettre les éclats lumineux 8 de lumière visible ou infrarouge. Par exemple, cette source est une lampe au xénon pourvue d'une optique de concentration, ou bien encore un générateur ou une diode laser avec ou sans optique.
Les éclats 8 ont une courte durée, par exemple de l'ordre de 10 microsecondes.
De préférence, ladite source impulsionnelle est équipée d'un filtre de faible largeur spectrale, limitant le rayonnement de la balise 3. De même, un filtre identique est alors associé à l'optique 6 du détecteur 2, de façon à éliminer le rayonnement extérieur à la bande d'émis-sion de la balise 3 et à permettre des séparations spectrales éventuellement souhaitables.
Grâce à une liaison initiale temporaire de synchronisa-tion, rompue avant le lancement du missile 1, l'émission des éclats 8 par la balise 3 est synchronisée avec les prises d'image effectuées par le détecteur matriciel 4, déclenché par les circuits 7. Ceci est illustré par les figures 4a à 4d qui montrent que les temps d'intégration 9 sont synchronisés avec les éclats 8. La durée de chaque temps d'intégration 9 est au moins égale à celle des éclats 8 de façon que chaque éclat soit entièrement recouvert temporellement par un temps d'intégration 9.
La liaison de synchronisation étant temporaire, le détecteur 2 et la balise 3 comportent des horloges (bases de temps) stables susceptibles de maintenir la synchronisation des temps d'intégration 9 de prises d'images et des éclats 8, pendant tout le vol dudit missile.
Ainsi, à chaque fois qu'un êclat 8 est émis par la balise 3, le détecteur 2 est actif, de sorte que l'image ponctuelle 10 de cet éclat, faite~par le système optique 6, trappe un élément 5 du détecteur matriciel 4. Cet élément 5 excité constitue danc l'image de l'éclat 8 vue par le détecteur 2. Puisque l'éclat 8 est lié au missile 1, les coordonnées de l'élément 5 excité par rapport aux axes OY et OZ sont caractéristiques de la position dudit missile 1 par rapport à l'axe OX.
~!3~:~~
A partir des coordonnées dudit élément 5 excité, les circuits 7 peuvent élaborer un signal représentatif de ladite position, éventuellement destiné à corriger la trajectoize dudit missile.
Le fonctionnement théorique qui vient d'être décrit suppose que 1a synchronisation entre la balise 3 et le détecteur optique 2 reste parfaite tout au long du trajet de missile 1. Or, à cause des erreurs de syn-chronisation dues à la liaison temporaire de synchroni-sation initiale, d'une part, et à la dérive des bases de temps prévues sur la balise et le détecteur, d'autre part, un tel maintien de 1a synchronisation est illu-soire, de sorte qu'il est nécessaire de recaler de temps en temps le détecteur par rapport à la balise, ou vice-versa. C'est là précisément l'objet de la présente invention.
Toutefois, avant d'expliquer en détail le procédé
conforme à l'invention, il apparaît utile de décrire plus précisément le détecteur matriciel CCD 5 et son mode de fonctionnement, en regard de la figure 2.
Sur cette figure 2, on peut voir que le détecteur matriciel 4 à transfert de charges et à transfert de trame comporte - une zone photosensible 12, qui reçoit le faisceau lumineux impu:Lsionnel 11 (éclats 8) en provenance de la balise 3 et qui est constituée d'une pluralité de lignes d'éléments photosensibles 5 et sur la totalité
desquelles ledit système optique 6 est susceptible de former une image ; cette zone photosensible 12 est apte à intégrer les charges électriques engendrées par les photons de ladite image pour engendrer des infor-mations d'image soin forme électrique ;
- une zone de mémoire intermédiaire 13, qui est consti-tuée d'une pluralitê de lignes d'éléments de mémoire 11 ~ ~ 'c) .~ .~
et dans laquelle sont transférées ligne â ligne lesdites informations électriques d'image contenues dans les lignes de ladite zone photosensible 12 ; et - un registre de lecture 14, dans lequel les informa s tions électriques d'image correspondant à chaque ligne de la zone de mémoire intermédiaire 13 sont transfé
rées en parallèle, ledit registre de lecture 14 engendrant, à sa sortie 15, un signal vidéo représen tatif de l'image reçue du système optique 6 par la zone photosensible 12.
Le détecteur matriciel 4 est par ailleurs associé
- â une unité de traitement 16, extérieure audit détec-teur matriciel 4 et engendrant, à sa sortie 17, les paramètres définissant l'acquisition des images, tels que durée d'exposition des images, synchronisation des prises des images, synchronisation de la lecture, etc ... ;
- à au moins une mémoire 19 dont l'accès est commandé
par un dispositif de commande 20 ; la mémoire 19 et le dispositif 20 sont extêrieurs au détecteur matriciel 4 et sont avantageusement incorporés à l'unité de traitement 16 ; et - à un séquenceur 21 recevant de la sortie 17 de l'unité
de traitement 16 lesdits paramètres d'acquisition des images et chargé de commander la prise d'image par la zone photosensible 12 et de régir les transferts d'informations.
A cet effet, le séquenceur 21 comporte notamment - une sortie 22 sur laquelle apparaît un signal adressé
à la zone photosensible 12 et destiné à faire pro gresser ligne par ligne les informations électriques d'image à l'intêrieur de ladite zone photosensible 12 en direction de la zone de mémoire intermédiaire 13 ;
- une sortie 23 sur laquelle apparaît un signal adressé
à la zone de mémoire intermédiaire 13 et destiné à
12 ~~~c~.~~ 3~
faire progresser ligne par ligne les informations électriques d'image â l'intérieur de ladite zone de mémoire intermédiaire 13 en direction dudit registre de lecture 14 ;
- une sortie 24 sur laquelle apparaït un signal adressé
au registre de lecture 14 et destinée à commander celui-ci pour qu'il adresse à la mémoire 19, par l'intermédiaïre de sa sortie 15 et du dispositif de commande 20, un signal vidéo série à partir des informations parallèles qu'il reçoit de la zone de mémoire intermédiaire 13. Ear ailleurs, la sortie 24 est également reliée audit dispositif de commande 20 de ladite mémoire 19 ; et - une sortie 25 sur laquelle apparaît un signal de validation adressé audit dispositif de commande 20.
Chacun des signaux. apparaissant aux sorties 22, 23 et 24 du séquenceur 21 est constitué d'une suite d'impulsions de fréquence constante, chaque impulsion correspondant à
un passage d'une ligne à la suivante (pour les zones 12 et 13) ou à la transformation d'une ligne parallèle en une ligne série (pour le registre de lecture 14).
Sur la figure 3, on a reprêsenté schématiquement un mode de réalisation du système selon l'invention en tenant compte du schéma de la figure 2. On peut y voir que l'émetteur optique 3 comporte une base de temps 26 alimentant un séquenceur 27, commandant un dispositif électronique de dêclenchement 28, qui, lui-même commande la source lumineuse 29 émettant les éclats 8.
Les circuits électroniques de commande du détecteur optique 2 comportent une base de temps 30 reliée à un processeur 31, activant l'unitê de traitement 16 d'acquisition d'images par la commande 32. Conformément au schêma de la figure 2, le séquenceur 27 est relié au détecteur matriciel 4 par les liaisons 22, 23 et 24 et à
l'unité de traitement 16 par les liaisons 17, 24 et 25.
De plus , on a représenté la liaison 15 entre le détec-teur matriciel 4 et l'unité de traitement 16. On voit que les dispositifs 16, 21, 30 et 31 forment les cir-cuits électroniques 7 de la figure 1.
Le fonctionnement théorique du système des figures 1 et 3 est expliqué ci-après, à l'aide de la figure 2, des diagrammes des figures 4a à 4d et des schémas des figures 5a à 5ç, A un instant initial to, on suppose que la zone photosensible 12 est entièrement vidée des informations qu'elle contenait antérieurement. Le séquenceur 21 n'émet aucun signal sur sa sortie 22, de sorte que commence un temps d'intégration 9 (voir la figure 4b).
Aussi, lorsqu'à l'instant tl, postérieur à to, apparaît un êclat lumineux 8 (voir la figure 4a), l'image de cet éclat est intégrée dans la zone photosensible 12, jusqu'à l'instant t2 auquel se termine ledit éclat lumineux. A l'instant t3, postérieur à t2, le temps d'intégration 9 est terminé.
Ainsi, dans la zone photosensible 12, l'image ponctuelle 10 de l'éclat lumineux 8, représentative de la position du missile 1 par rapport à l'axe OX, se forme sur un élément phatosensible particulier 5 de cette zone photosensible 12. On remarquera que la position de l'image ponctuelle 10 dans la zone photosensible 12 (voir la figure 5a) ne dépend que de la position du missile 1 par rapport à l'axe OX ; elle est notamment indépendante de la relation temporelle entre l'éclat lumineux 8 et le temps d'intégration 9. La position de l'éclat lumineux 8 à l'intérieur du temps d'intégration 9 n'a aucune influence sur la position de l'image 10 sur 1a zone photosensible 12.
A l' instant t3 correspondant à la fin du temps d' inté-gration 9, le séquenceur 21 émet un signal sur ses sorties 22 et 23, sans émettre sur sa sortie 24. Par suite, l'image 10 de l'éclat 8 est avancée ligne par ligne en direction de la zone de mémoire intermédiaire 13. Le transfert des lignes de la zone photosensible 12 dans la zone de mémoire intermédiaire 13 s'effectue pendant l'impulsion temporelle 33 et est terminée à
l'instant t4, postérieur à t3. A cet instant t4, le sëquenceur 21 émet un signal sur ses sorties 23 et 24, sans émettre sur sa sortie 22, de sorte que le contenu de la mémoire intermédiaire 13 est lu par le registre de lecture 14. Une telle lecture s'étend jusqu'à l'instant t5, postêrieur à t4 (voir l'ïmpulsion temporelle 34 de la figure 4d). Pendant l'impulsion 34, le contenu de la mémoire intermédiaire 13 est avancé, ligne par ligne, vers le registre 14, puis transféré dans celui-ci, qui l'adresse, par sa sortie 15, dans la mémoire 19. Grâce à
la liaison entre la sortie 24 du séquenceur 21 et le dispositif de commande 20, le signal vidéo à ladite sortie 15 du registre de lecture 14 est échelonné et synchronisé par le signal de lecture apparaissant à la sortie 24.
On remarquera que les transferts ligne à ligne du contenu de la zone photosensible 12 dans la zone de mémoire intermédiaire 13, puis du contenu de cette zone de mëmoire intermédiaire dans le registre de lecture 14, puis la sérialisation dudit contenu par le registre 14, permettent sans difficulté de connaître la position de l'îmage 10 par rapport aux axes OY et OZ, c'est-à-dire la position du missile 1 par rapport à l'axe OX.
A l'instant t5, on se retrouve dans la situation de l'instant to et un nouveau cycle peut recommencer avec un nouveau temps d'intégration 9.1 et un nouvel ëclat lumineux 8.1 15 ~~i~! ~ ..~,~
Dans 1a zone photosensible 12, apparaît alors l'image 10.1 de l'éclat 8.1 suivant (voir la figure 5b). On remarquera qu'étant donné la fréquence élevée des impulsions 9 et des éclats 8, la position de l'image 10.1 n'est guère différente de celle de l'image 10.
Grâce à une suite d°impulsions 8, 8.1, 8.2, ..., 9, 9.1, 9.2, ..., 33, 34, ..., il est possible de suivre, pratiquement en continu, la position 10, 10.1, 10.2 (figure 5c) du missile 1 par rapport à l'axe OX.
On remarquera que le fonctionnement théorique précédem-ment décrit suppose que le synchronisme de la suite des temps d'intégration 9, 9.1, 9.2, .., et des éclats 8, 8.1, 8.2, ... soit, sinon parfait, du moins suffisamment bort pour que lesdits éclats se produisent pendant lesdits temps d'intégration.
Or, la dérive relative des bases de temps 26 et 30, ainsi que les erreurs commises au moment de 1a synchro-nisation temporaire de celles-ci, rendent illusoire un tel fonctionnement. En réalité, le calage initial To entre les impulsions 8 et 9 (voir les figures 6a et 7a) varie (T1, T2, ...) au point que les éclats 8 arrive-raient à se produire à l'extérieur des temps d'intégra-tion 9.
Aussi, selon :L'invention, on prévoit que de temps à
autre, par exemple périodiquement, tous les n temps d'intêgration 9 (par exemple n = 10), la durée tot3 d'un temps d'intégration 9 soit réduite à une valeur (par exemple égale à 1 us) au plus égale à la durée tlt2 des éclats 8. Sur les figures 6 et 7, on a représenté un temps d'intégration 9.n, correspondant à une telle durée d'intégration réduite. Dans les deux exemples repré-sentés, on a supposé que la durée de chaque temps d i C.~ '~
d'intégration rëduit 9.n était inférieure à celle des éclats 8.
Bien entendu, une telle réduction, de préfërence pério-dique, de la durée des temps d'intégration 9, entraîne corrélativement un allongement des impulsions de trans-fert 33 et 34 (voir les impulsions de transfert 33.n et 34.n des figures 6 et 7).
La réduction de la durée des temps d'intégration 9.n et l'allongement corrélatif de la durée des impulsions 33.n et 34.n sont gérés par 1e processeur 31, qui adresse ses ordres â l'unïté 16, elle-même commandant en conséquence le séquenceur 21 par 1a liaison 1î.
Du fait de 1a rëduction de durêe du temps d' intégration 9.n, l'éclat lumineux 8 correspondant s'étend partiel-lement, soit sur la durée des impulsions de transfert 33 et 34 suivant immédiatement le temps d'intégration 9.n (cas de 1a figura 6), soit sur les impulsions de trans-fert allongées 33.n et/ou 34.n précédant ledit temps d'intégration 9.n (cas de la figure 7).
Ainsi, ledit éclat lumïneux frappe en partie la zone photosensible 12, pendant le transfert du contenu do celle-ci, dans ~.a zone de mêmoire intermédiaire 13 et/ou dans le registra; 14. I1 en résulte, dans le premier cas, une trace luminE:use 35 qui s'êtend sur plusieurs lignes d'image depuis l'image 10 formée par la partie de l'éclat 8 en correspondance temporelle avec le temps d'intégration réduit 9.n (voir la figure 8) et, dans le second cas, une trace lumineuse 36 qui s'étend sur plusieurs lignes d'image jusqu'à ladite image 10 (voir la figure 9).
Si m est le nombre de lignes d'image sur lesquelles s'étendent les traces 35 ou 36, on voit que m = F x D t, expression dans laquelle F (par exemple égale à 2 MHz) est 1a fréquence de transfert des lignes d'images et D t le décalage entre le temps d'intégration réduit 9.n et l'éclat 8 correspondant.
Bien entendu, le processeur 31 connaît la fréquence F ;
de plus, il connaît le nombre de lignes m par l'unitê de commande 16. I1 peut donc facilement calculer D t.
Le processeur 3l calcule donc aisément le décalage T ~ ~ t (le signe + correspondant au cas de la figure 6, et 1e signe - à celui de la figure 7), que la dërive relative des bases de temps 26 et 30 a introduit entre les temps d'intégration 9 et les éclats lumineux 8.
I1 peut donc commander l'unité de commande 16 et le séquenceur 21 pour recaler lesdits temps d'intégration 9 par rapport aux éclats lumineux 8, de façon que le temps d'intégration 9 suivant le temps d'intégration réduit 9.n présente, par. rapport à l'éclat lumineux 8 corres-pondant, un calage temporel égal au calage initial To.
Ainsi, on obtient un recalage continu des temps d'inté-gration 9 par rapport aux éclats 8.
Bien entendu, la synchronisation préalable balïse 3-détecteur 2 est assurée au départ du missile 1 avec une précision suffisante (par exemple 0,5 us) pour maintenir pendant quelques images successives (prises par exemple au rythme de 50 Hz environ), 1'êmission lumineuse des éclats 8 (par exemple 5 â 10 us) dans des temps d'intê-gration 9 courts (par exemple 20 us), synchronisës en phase et en fréquence avec l'émission desdits éclats.
Claims (4)
1. Système pour la localisation d'un mobile par rapport à un axe (OX) comportant - un émetteur optique lié audit mobile et engendrant des éclats lumineux, sous la dépendance d'une première base de temps; et - un détecteur photosensible disposé à poste fixe et associé à un système optique observant l'environnement dudit axe (OX) dans lequel ledit mobile est susceptible de se déplacer, ledit détecteur photosensible comportant un détecteur matriciel à transfert de charges et à transfert de trame commandé
par des moyens électroniques associés à une seconde base de temps, et ledit détecteur matriciel comportant une zone photosensible sur laquelle ledit système optique est susceptible de former l'image desdits éclats lumineux, la succession des temps d'intégration des images dans ladite zone photosensible et des temps de transfert desdites images hors de celle-ci étant sous la dépendance de ladite seconde base de temps;
lesdites première et seconde bases de temps étant temporairement synchronisées avant le lancement dudit mobile de façon que chacun desdits éclats lumineux se produise pendant un temps d'intégration d'image de ladite zone photosensible, caractérisé en ce que, de temps à autre, la durée d'un temps d'intégration de ladite zone photosensible est réduite à une valeur au plus égale à la durée desdits éclats lumineux, de façon que l'éclat lumineux correspondant se produise au moins en partie pendant le temps de transfert précédant ou suivant ledit temps d'intégration réduit, et en ce que lesdits moyens électroniques, d'une part, calculent la dérive temporelle relative desdites première et seconde bases de temps à partir de la trace lumineuse (35, 36) formée par ledit éclat lumineux sur ladite zone photosensible (12) et, d'autre part, mettent à profit cette dérive calculée pour recaler ladite seconde base de temps par rapport à
la première.
par des moyens électroniques associés à une seconde base de temps, et ledit détecteur matriciel comportant une zone photosensible sur laquelle ledit système optique est susceptible de former l'image desdits éclats lumineux, la succession des temps d'intégration des images dans ladite zone photosensible et des temps de transfert desdites images hors de celle-ci étant sous la dépendance de ladite seconde base de temps;
lesdites première et seconde bases de temps étant temporairement synchronisées avant le lancement dudit mobile de façon que chacun desdits éclats lumineux se produise pendant un temps d'intégration d'image de ladite zone photosensible, caractérisé en ce que, de temps à autre, la durée d'un temps d'intégration de ladite zone photosensible est réduite à une valeur au plus égale à la durée desdits éclats lumineux, de façon que l'éclat lumineux correspondant se produise au moins en partie pendant le temps de transfert précédant ou suivant ledit temps d'intégration réduit, et en ce que lesdits moyens électroniques, d'une part, calculent la dérive temporelle relative desdites première et seconde bases de temps à partir de la trace lumineuse (35, 36) formée par ledit éclat lumineux sur ladite zone photosensible (12) et, d'autre part, mettent à profit cette dérive calculée pour recaler ladite seconde base de temps par rapport à
la première.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1a réduction de durée d'un temps d'intégration de ladite zone photosensible, le calcul de ladite dérive temporelle relative desdites première et seconde bases de temps et le recalage de ladite seconde base temps par rapport à la première sont périodiques.
3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits moyens électroniques calculent ladite dérive temporelle relative ( .DELTA. t) entre lesdites première et seconde bases de temps à partir de l'expression .DELTA. t = m / F, dans laquelle m est le nombre des lignes de ladite zone photosensible (12) sur lesquelles s'étend ladite trace lumineuse (35, 36) et F est la fréquence de transfert des lignes dans ledit détecteur matriciel.
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à
3, caractérisé en ce que les temps desdits éclats lumineux (8) sont compris entre 5 et 10 µs, en ce que les temps d'intégration de la zone photosensible (12) sont, sauf lorsqu'ils sont réduits en-dessous des temps desdits éclats lumineux, compris entre 10 et 20 µs, et en ce que les temps de transfert correspondant aux temps d'intégration non réduits sont de l'ordre de 10 µs.
3, caractérisé en ce que les temps desdits éclats lumineux (8) sont compris entre 5 et 10 µs, en ce que les temps d'intégration de la zone photosensible (12) sont, sauf lorsqu'ils sont réduits en-dessous des temps desdits éclats lumineux, compris entre 10 et 20 µs, et en ce que les temps de transfert correspondant aux temps d'intégration non réduits sont de l'ordre de 10 µs.
Priority Applications (1)
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| CA002028157A CA2028157C (fr) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | Systeme pour la localisation d'un mobile |
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| CA2028157A1 CA2028157A1 (fr) | 1992-04-23 |
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1990
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| CA2028157A1 (fr) | 1992-04-23 |
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