ES2967662T3 - Procedimiento y sistema de emisión y de recepción de pulsos láser - Google Patents
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Abstract
El sistema (1) comprende una unidad generadora (7) para generar un patrón de impulsos que comprende al menos tres impulsos, estando en cada caso temporalmente separados dos impulsos sucesivos del patrón de impulsos por una duración de separación asociada, estando las diversas duraciones de separación de los siendo variable el patrón de pulsos, una unidad emisora/receptora (3) que comprende un módulo emisor (4) para emitir un conjunto de pulsos que tienen dicho patrón de pulsos y un módulo receptor (6) para recibir los pulsos de luz, una memoria (11) para registrar los tiempos de recepción en los que los pulsos de luz son recibidos por el módulo receptor (6), y un módulo de procesamiento (12) para analizar las duraciones entre los tiempos de recepción de los pulsos de luz con el fin de identificar una secuencia de pulsos de luz recibidos, que tiene dicho patrón de pulsos, y asociarlo con el conjunto de pulsos emitido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento y sistema de emisión y de recepción de pulsos láser
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se refiere a un procedimiento y un sistema de emisión y de recepción de pulsos láser.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Aunque no exclusivamente, un sistema de emisión y de recepción de pulsos láser, como se considera, puede ser parte de un telémetro láser de alta frecuencia que está destinado, en concreto, a ser utilizado en diversas aplicaciones en el ámbito espacial.
Un telémetro láser de este tipo puede utilizarse, en particular, para implementar una trayectografía láser o una telemetría láser en satélites del tipo SLR (por "Satellite Laser Ranging" en inglés). La multiplicación de los desechos en órbita y la evolución de las amenazas motivan el desarrollo de medios ópticos, en concreto activos de tipo trayectografía láser, para conocer de forma muy precisa las órbitas de los objetos espaciales (satélites, desechos). Por otro lado, otra posible aplicación de un sistema de emisión y de recepción de pulsos láser, de alta frecuencia, es crear un enlace láser de comunicación entre una estación terrestre y un dron (o un objeto o vehículo en órbita), utilizando tecnología de retrorreflectores modulados. Para ello, se proporciona, en la estación terrestre, el sistema láser destinado a emitir un rayo láser para iluminar un retrorreflector montado en el dron (o en el objeto o vehículo en órbita). Este retrorreflector está diseñado para modular la intensidad reflejada. Está construido (por ejemplo, en forma de esquina de cubo o de reflector esférico) de modo que el rayo láser se refleja exactamente en la misma dirección que la del rayo láser recibido. La modulación es detectada y procesada por el sistema terrestre.
También son posibles otras aplicaciones para un sistema de este tipo de emisión y de recepción de pulsos láser. Para estas aplicaciones, al emitir pulsos láser de baja energía (inferior a 1 mJ), que está limitada por motivos de seguridad, la dificultad es poder procesar las señales, debido a relaciones entre las señales de retorno y el ruido, que son extremadamente débiles.
Normalmente se emiten pulsos únicos de energía media (superior a 0,1 mJ). Sin embargo, si se intenta aumentar la cadencia de disparo, la resolución espacial de la medición se degrada, o incluso es imposible si se dispara continuamente a alta frecuencia (más rápido que el tiempo de ida y vuelta de los pulsos).
La solicitud de patente EP 2157445 A2 describe un sistema LIDAR que permite determinar la distancia de un objeto con respecto a un dispositivo de emisión/recepción de pulsos luminosos. El procedimiento divulgado por este documento consiste en emitir una secuencia de varios pulsos denominados transmitidos, siendo pseudoaleatorios los períodos entre dos pulsos sucesivos. A continuación, se recibe y analiza una secuencia de pulsos reflejados por el objeto. Para ello se correlaciona la secuencia de pulsos reflejados con una función que representa la secuencia de pulsos transmitidos. El resultado permite determinar si la secuencia de pulsos reflejados corresponde a la secuencia de pulsos transmitidos y, en caso afirmativo, la distancia que separa el dispositivo de emisión/recepción del objeto. La solicitud de patente US 2012/257186 A1 describe un procedimiento de medición de distancias mediante la emisión de una secuencia de pulsos láser separados por un intervalo variable generado por una señal de modulación, preferentemente aleatoria. Los pulsos recibidos se emparejan con los pulsos emitidos considerando diferentes ventanas temporales correspondientes a diferentes intervalos de distancias.
La solicitud de patente US 2016/327646 A1 describe un Lidar que incluye una matriz de láseres y una lente que permite proporcionar una imagen tridimensional de la escena observada en un amplio campo de visión del Lidar (varias decenas de grados). Cada láser está dispuesto para emitir una secuencia de pulsos predefinida, siendo distintas entre sí las secuencias de pulsos asociadas con los diferentes láseres. Los pulsos reflejados por los diferentes puntos de la escena son recibidos y analizados a continuación por correlación con las diferentes secuencias predefinidas.
EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene como objetivo remediar estos inconvenientes proponiendo un procedimiento de emisión y de recepción de pulsos láser para una trayectografía láser o una telemetría láser de un objeto espacial de acuerdo con la reivindicación 1, que permite aumentar la cadencia de disparo (y por tanto la probabilidad de detección).
Ventajosamente, la etapa de análisis consiste en deducir, a partir de la secuencia de pulsos identificada, un tiempo denominado tiempo de recepción en el que se recibe el primer pulso de dicha secuencia de pulsos identificada, y en calcular la período entre dicho tiempo de emisión y dicho tiempo de recepción.
Así, gracias a la invención, se pueden diferenciar, entre ellos, los pulsos de un conjunto formado por una pluralidad de pulsos definiendo (temporalmente) los períodos entre, cada vez, dos pulsos sucesivos para hacerlos únicos dentro del conjunto de pulsos, de acuerdo con dicho patrón de pulsos. Por consiguiente, se pueden emitir conjuntos (o paquetes) de pulsos (en forma de un modo de emisión denominado en"burst"o en ráfaga), sabiendo que se puede identificar la recepción del conjunto de pulsos (devueltos) y, en particular, determinar el tiempo de recepción en el que se recibe el primer pulso de dicho conjunto de pulsos (devueltos).
Esto permite, en concreto, aumentar la probabilidad de detección mediante el aumento del número de pulsos, utilizando, por lo tanto, un conjunto (o paquete) de pulsos en lugar de un único pulso.
El procedimiento de emisión y de recepción de pulsos láser permite así, en concreto, reducir la energía de cada pulso láser emitido (por ejemplo, hasta 10 |iJ), distribuirla en varios pulsos láser (que forman el conjunto de pulsos) y firmar temporalmente estos pulsos láser (de acuerdo con el patrón de pulsos). Esto permite emitir a una cadencia de disparo más elevada para mejorar la probabilidad de detección, conservando al mismo tiempo una elevada precisión de emisión, en concreto en el caso de una telemetría, y manteniendo una energía media baja, lo que favorece la seguridad ocular.
En una realización preferida, la etapa de análisis consiste en determinar, con ayuda de dicho período entre el tiempo de emisión y el tiempo de recepción, una distancia entre una estación que comprende la unidad de emisión/recepción y un objeto (u objetivo) que recibe los pulsos láser emitidos y los devuelve.
Como variante o como complemento, ventajosamente, la etapa de análisis consiste en analizar al menos un conjunto de pulsos emitidos y la secuencia de pulsos recibidos correspondiente, resultante por ejemplo de una modulación y una retrorreflexión, para deducir información a partir de los mismos, por ejemplo, en el contexto de un enlace láser de comunicación con un dron o un objeto en órbita en el espacio.
Por otro lado, ventajosamente, la etapa de análisis consiste en realizar una correlación entre dicho patrón de pulsos y los pulsos luminosos recibidos en una ventana de correlación para identificar la secuencia de pulsos luminosos recibidos que es conforme a dicho patrón de pulsos.
Preferentemente, la etapa de emisión consiste en emitir, sucesivamente, una pluralidad de conjuntos de pulsos. Ventajosamente, el período entre dos conjuntos de pulsos emitidos sucesivamente es superior a un período de desplazamiento de ida y vuelta de un conjunto de pulsos entre una estación que comprende la unidad de emisión/recepción y un objeto que recibe los pulsos láser emitidos y los devuelve.
La presente invención también se refiere a un sistema de emisión y de recepción de pulsos láser para una trayectografía láser o una telemetría láser de un objeto espacial de acuerdo con la reivindicación 8.
Ventajosamente, dicha memoria está configurada para registrar también un tiempo denominado tiempo de emisión, en el que se emite el primer pulso de la secuencia de pulsos láser de dicho conjunto de pulsos emitidos por la unidad de emisión/recepción.
Además, ventajosamente, la unidad de procesamiento de datos también está configurada para:
- deducir, a partir de la secuencia de pulsos identificada, un tiempo denominado tiempo de recepción en el que se recibe el primer pulso de dicha secuencia de pulsos identificada, y calcular el período entre dicho tiempo de emisión y dicho tiempo de recepción; y/o
- determinar, con ayuda de dicho período entre el tiempo de emisión y el tiempo de recepción, una distancia entre una estación que comprende la unidad de emisión/recepción y un objeto que recibe los pulsos láser emitidos y los devuelve; y/o
- para analizar al menos un conjunto de pulsos emitidos y la secuencia de pulsos recibidos correspondiente para deducir información a partir de los mismos.
Por otro lado, ventajosamente, dicho sistema de emisión y de recepción de pulsos láser incluye también al menos una unidad de filtrado configurada para realizar al menos un filtrado frecuencial de los pulsos luminosos recibidos, con respecto a la o las frecuencias de los pulsos láser emitidos.
La presente invención se refiere además a un telémetro láser y/o un sistema de comunicación, que incluye un sistema de emisión y de recepción de pulsos láser, tal como el descrito anteriormente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Las figuras adjuntas permitirán entender bien cómo se puede llevar a cabo la invención. En estas figuras, referencias idénticas designan elementos similares. Más particularmente:
- La figura 1 es el diagrama de bloques de una realización particular de un sistema de emisión y de recepción de pulsos láser, de acuerdo con la invención;
- La figura 2 es una vista esquemática de un patrón de pulsos de tres pulsos;
- La figura 3 muestra esquemáticamente dos gráficos superpuestos que permiten explicar el funcionamiento de una unidad de emisión/recepción de un sistema de emisión y de recepción de pulsos láser;
- Las figuras 4 a 7 ilustran esquemáticamente diferentes etapas sucesivas de un análisis por correlación, con vistas a identificar una secuencia de pulsos luminosos recibidos, que es conforme a un patrón de pulsos de cuatro pulsos; y
- La Figura 8 es el diagrama de bloques de un procedimiento de emisión y de recepción de pulsos láser.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La figura 1 muestra un sistema de emisión y de recepción de pulsos láser (en adelante "sistema 1") de alta frecuencia, que se representa esquemáticamente en una realización particular.
Este sistema 1 que está montado sobre una estación 2, instalada por ejemplo en el suelo, puede utilizarse en numerosas aplicaciones, como se indicó anteriormente. El sistema 1 también se puede montar en un vehículo terrestre, marítimo o aéreo (no mostrado).
El sistema 1 incluye una unidad de emisión/recepción 3. La unidad de emisión/recepción 3 comprende, como se muestra en la figura 1:
- un módulo de emisión 4 configurado para emitir pulsos láser, a través de la óptica 5 (de emisión/recepción), por ejemplo, pulsos láser de una duración del orden de 0,3 ns; y
- un módulo de recepción 6 configurado para recibir (o detectar) pulsos luminosos, y en concreto pulsos láser, a través de la óptica 5 (de emisión/recepción).
De acuerdo con la invención, dicho sistema 1 incluye, además, como se representa en la figura 1, una unidad de generación 7 que está configurada para generar al menos dos patrones de pulsos. La unidad de generación 7 comprende, por ejemplo, medios que permiten a un operador introducir características del patrón de pulsos o medios que permiten definir automáticamente estas características.
En el contexto de la presente invención, un patrón de pulsos comprende, como se representa para un patrón de pulsos M1 en la figura 2, al menos tres pulsos sucesivos I, concretamente los pulsos 11, I2 e I3 en el ejemplo de la figura 2. Aunque incluye preferentemente tres pulsos 11, I2 e I3 en particular por razones de simplicidad y rapidez de procesamiento, el patrón de pulsos utilizado por el sistema 1 también puede incluir más de tres pulsos sucesivos, por ejemplo, cuatro pulsos 11, I2, I3 e I4 como el patrón de pulsos M2 de las figuras 4 a 7, o más de cuatro pulsos.
Dos pulsos directamente sucesivos del patrón de pulsos están, cada vez, separados temporalmente por un período de separación asociado, concretamente en el ejemplo de la figura 2 por un período de separación T1 entre los pulsos I1 e I2 por un período de separación T2 entre los pulsos I2 e I3, y en el ejemplo de la figura 4 por más de un período de separación T3 entre los pulsos I3 e I4.
Los diferentes períodos de separación T1, T2 y T3 de los patrones de pulsos M1 y M2 son variables, es decir diferentes entre sí, y conformes a un modelo determinado (de períodos de separación), es decir, cada período de separación es igual a un período particular. Por lo tanto, el patrón de pulsos representa una firma (temporal) de los pulsos considerados.
El módulo de emisión 4 de la unidad de emisión/recepción 3 está configurado para emitir al menos dos conjuntos de pulsos EI1 que comprenden una secuencia de pulsos láser, conforme al patrón de pulsos considerado, como se muestra en la figura 3. A modo de ejemplo, el conjunto EI1 incluye la secuencia de pulsos 11, I2, I3 e I4 (que se emiten estando separados temporalmente de acuerdo con el patrón de pulsos M2).
Además, el módulo de recepción 6 de la unidad de emisión/recepción 3 está configurado para recibir pulsos luminosos ILi (figura 3). Entre los pulsos recibidos ILi, el módulo de recepción 6 recibe, por ejemplo, pulsos que corresponden a ruidos, y también los pulsos láser que han sido:
- emitidos por el módulo de emisión 4, como se ilustra mediante una flecha 8 en la figura 1, por ejemplo, en forma del conjunto EI1 (representado en la figura 3); y a continuación
- devueltos por el objeto 9, por ejemplo, un objetivo, como se ilustra mediante una flecha 10 en la figura 1, antes de ser detectados por el módulo de recepción 6.
Este objeto 9 es preferentemente un objeto móvil en el cielo, por ejemplo, un dron o un satélite (o cualquier otro objeto) en órbita. Este objeto 9 puede estar situado a gran distancia de la estación 2, por ejemplo, a algunas decenas de kilómetros de la estación 2.
El sistema 1 también incluye, como se representa en la figura 1, al menos una memoria 11 que está configurada para registrar:
- por un lado, el tiempo (o momento) denominado tiempo de emisión tE, en el que se emite al menos el primer pulso I1 de la secuencia de pulsos láser de dicho conjunto de pulsos EI1 emitidos por el módulo de emisión 4, como se muestra en el gráfico de la parte superior de la figura 3. Este gráfico ilustra las emisiones EI de pulsos (realizadas por el módulo de emisión 4) en función del tiempo t. En el ejemplo de la figura 3, los conjuntos de pulsos EI1 son conformes al patrón de pulsos M2 de las figuras 4 a 7; y
- por otro lado, los tiempos (o momentos) llamados tiempos de recepción (o de detección) tRi, en los cuales los pulsos luminosos ILi son recibidos (detectados) por el módulo de recepción 6 de la unidad de emisión/recepción 3, como se muestra en el gráfico de la parte inferior de la figura 3. Este gráfico ilustra las recepciones Ri de pulsos luminosos ILi en función del tiempo t.
En una realización preferida, como se muestra en la figura 3, el módulo de emisión 4 se controla para emitir, sucesivamente, una pluralidad de conjuntos de pulsos E11. Las emisiones sucesivas están separadas, cada vez, por un período denominado de disparo (o de emisión) TR, es decir que las emisiones de los primeros pulsos I1 de dos conjuntos EI1 emitidos sucesivamente están separadas por dicho período de disparo TR.
El sistema 1 incluye además una unidad de procesamiento de datos 12. La unidad de procesamiento de datos 12 comprende, como se representa en la figura 1, un elemento de procesamiento 13 que está configurado para analizar los períodos entre los tiempos de recepción tRi de los diferentes pulsos luminosos ILi recibidos por el módulo de recepción 6, para identificar una secuencia de pulsos luminosos recibidos, que es conforme al patrón de pulsos utilizado. El patrón de pulsos utilizado por el módulo de emisión 4 se registra, por ejemplo, en la memoria 11. La secuencia de pulsos identificada por el elemento de procesamiento 13 es tal que los tiempos de recepción tRi de los pulsos luminosos ILi de esta secuencia de pulsos luminosos están separados entre sí por períodos de separación que son idénticos, dentro de un margen, a los períodos de separación T1 a T3 del patrón de pulsos utilizado, y esto en el mismo orden de aparición.
Para ello, el elemento de procesamiento 13 está configurado para realizar una correlación entre el patrón de pulsos M2 utilizado y los pulsos luminosos ILi recibidos, en una ventana de correlación F, para identificar la secuencia de pulsos luminosos recibidos, que es conforme a dicho patrón de pulsos M2, como se representa en las figuras 4 a 7. Para implementar la correlación, el patrón de pulsos M2 (de cuatro pulsos en este ejemplo) se desplaza, como se ilustra mediante una flecha A en las figuras 4 y 5, y para cada grupo sucesivo de cuatro pulsos ILi sucesivos recibidos, el elemento de procesamiento 13 comprueba si los períodos entre estos cuatro pulsos luminosos ILi (que se obtienen a partir de los tiempos de recepción tRi correspondientes) corresponden a los períodos de separación T1 a T3 del patrón de pulsos M2. En el ejemplo de las figuras 4 a 7, el número N de correspondencias obtenidas para cada correlación, es decir para cada grupo sucesivo de cuatro pulsos, se indica en un gráfico previsto en la parte inferior de estas figuras. En el ejemplo representado en estas figuras, la correlación permite identificar una secuencia de pulsos cuyo primer pulso se sitúa en una posición P en la figura 7, estando asociada la posición P al número N más elevado de la correlación.
Así, el sistema 1 es capaz de diferenciar, entre ellos, los pulsos de un conjunto EI1 de una pluralidad de pulsos definiendo (temporalmente) los períodos entre, cada vez, dos pulsos sucesivos (o consecutivos) para hacerlos únicos dentro del conjunto de pulsos EI1, de acuerdo con el patrón de pulsos M1, M2 utilizado.
Por consiguiente, el sistema 1 puede emitir conjuntos EI1 (o paquetes) de pulsos (en forma de un modo de emisión denominado en"burst"o en ráfaga), sabiendo que podrá identificar la recepción del conjunto de pulsos emitidos (y devueltos) y, en particular, determinar el tiempo de recepción en el que se recibe el primer pulso de dicho conjunto de pulsos así identificado.
Esto permite, en concreto, aumentar la probabilidad de detección aumentando el número de pulsos emitidos, mediante la utilización de un conjunto EI1 (o paquete) de pulsos en lugar de un único pulso.
Además, la unidad de procesamiento de datos 12 también incluye, como se representa en la figura 1, un elemento de procesamiento 14. Este elemento de procesamiento 14 está configurado:
- para deducir, a partir de la secuencia de pulsos identificada, un tiempo (o momento) denominado tiempo de recepción tR (figura 7), en el que se recibe el primer pulso de la secuencia de pulsos identificada; y
- para calcular el período T0 entre el tiempo de emisión tE (en el que se emitió este primer pulso) y este tiempo de recepción tR (con T0 = tR - tE).
Este período T0 puede utilizarse para deducir a partir de él diversas informaciones y en concreto para realizar un cálculo de distancia. Para ello, en una realización preferida, la unidad de procesamiento de datos 12 incluye un elemento de procesamiento 15. Este elemento de procesamiento 15 está configurado para calcular, de manera habitual, con ayuda de este período T0 entre el tiempo de emisión tE y el tiempo de recepción tR (recibido del elemento de procesamiento 14), teniendo en cuenta la velocidad c de la luz, la distancia D0 entre la estación 2 que comprende la unidad de emisión/recepción 3 y el objeto 9 que recibe los pulsos láser emitidos y los devuelve (figura 1), a partir de la relación D0 = c.T0/2. El elemento de procesamiento 15 implementa así una función de telemetría, midiendo la distancia entre la estación 2 y el objeto 9.
Como variante o como complemento del elemento de procesamiento 15, la unidad de procesamiento de datos 12 incluye un elemento de procesamiento 16. Este elemento de procesamiento 16 está configurado para analizar al menos un conjunto de pulsos EI1 emitidos y la secuencia de pulsos (recibidos) correspondiente. Esta secuencia de pulsos procede, por ejemplo, de una modulación y de una retrorreflexión realizadas sobre el objeto 9. A partir de este análisis, el elemento de procesamiento 16 es capaz de deducir, de manera habitual, diversas informaciones. Esta realización particular puede utilizarse, por ejemplo, en el contexto de un enlace láser de comunicación entre la estación 2 y el objeto 9, por ejemplo, un dron o un objeto en órbita en el espacio.
El período del disparo TR (entre dos conjuntos de pulsos EI1 emitidos sucesivamente) es superior a un período de desplazamiento de ida y vuelta de un conjunto de pulsos láser entre la estación 2 que comprende la unidad de emisión/recepción 3 y el objeto 9 que recibe los pulsos láser emitidos y los devuelve. A modo de ilustración, este período de desplazamiento de ida y vuelta puede estar comprendido entre 1 y 5 milisegundos.
La unidad de procesamiento de datos 12 puede transmitir los resultados de sus procesamientos, por ejemplo, la distancia calculada por el elemento de procesamiento 15 y/o la información deducida por el elemento de procesamiento 16, a un sistema de usuario (no representado) a través de una conexión 19.
De acuerdo con la invención, la unidad de generación 7 está configurada para generar al menos dos patrones de pulsos diferentes, y el módulo de emisión 4 está configurado para emitir una pluralidad de conjuntos de pulsos sucesivos que son conformes a estos patrones de pulsos diferentes, generados por la unidad de generación 7. En esta realización particular, los procesamientos realizados por la unidad de procesamiento de datos 12 son similares a los mencionados anteriormente, teniendo simplemente en cuenta la diferencia entre los patrones de pulsos utilizados. Por otro lado, en una realización particular (mostrada en la figura 1), la unidad de generación 7, la memoria 11 y la unidad de procesamiento de datos 12 son parte de una unidad central 17 del sistema 1.
El sistema 1 también incluye al menos una unidad de filtrado 18 que, preferentemente, es parte de la unidad de emisión/recepción 3. La unidad de filtrado 18 está configurada para realizar filtrados, y al menos un filtrado frecuencial de los pulsos luminosos detectados por el módulo de recepción 6, para conservar (para su procesamiento por la unidad de procesamiento de datos 12) únicamente los pulsos luminosos detectados que presentan frecuencias ubicadas en dominios definidos alrededor de la o las frecuencias de los pulsos láser emitidos por el módulo de emisión 4.
El sistema 1 (de emisión y de recepción de pulsos láser), como se ha descrito anteriormente, es muy ventajoso. En particular, permite reducir la energía de cada pulso láser (por ejemplo, hasta 10 |iJ), distribuir la energía en varios pulsos láser (que forman el conjunto de pulsos EI1) y firmar temporalmente estos pulsos (de acuerdo con el patrón de pulsos considerado, por ejemplo, M1 o M2). Esto permite emitir a una mayor cadencia de disparo TR para mejorar la probabilidad de detección, conservando al mismo tiempo la precisión requerida en el caso de telemetría, y manteniendo una energía media baja de los pulsos láser emitidos, lo que resulta ventajoso en términos de seguridad ocular.
Además, la resolución se puede aumentar aumentando el número de pulsos y/o disminuyendo el tamaño de la ventana de correlación F.
El sistema 1, como el descrito anteriormente, es capaz de implementar un procedimiento de emisión y de recepción de pulsos láser de alta frecuencia.
Este procedimiento de emisión y de recepción de pulsos láser incluye, como se representa en la figura 8 (en relación con la figura 1), las siguientes etapas:
- una etapa de generación E1, implementada por la unidad de generación 7, para generar al menos dos patrones de pulsos diferentes M1, M2, comprendiendo cada uno de dichos patrones de pulsos diferentes al menos tres pulsos sucesivos;
- una etapa de emisión E2, implementada por el módulo de emisión 4 de la unidad de emisión/recepción 3, que consiste en emitir una pluralidad de conjuntos de pulsos sucesivos EI1 que son conformes a patrones de pulsos diferentes, generados en la etapa de generación E1, comprendiendo al menos uno de dichos conjuntos de pulsos sucesivos una secuencia de pulsos láser conforme a uno de dichos patrones de pulsos diferentes, y en registrar (en la memoria 11) el tiempo (o momento) denominado tiempo de emisión tE, en el que se emite el primer pulso de cada uno de dichos conjuntos de pulsos sucesivos;
- una etapa de recepción E3, implementada por el módulo de recepción 6 de la unidad de emisión/recepción 3, que consiste en recibir pulsos luminosos ILi y en registrar los tiempos denominados tiempos de recepción tRi en los que se reciben estos pulsos luminosos ILi; y
- una etapa de análisis E4, implementada por la unidad de procesamiento de datos 12, que consiste en analizar al menos los períodos entre los tiempos de recepción tRi de los pulsos luminosos ILi recibidos por el módulo de recepción 6, para identificar una secuencia de pulsos luminosos recibidos, que es conforme a uno de dichos patrones de pulsos diferentes M1, M2 utilizado durante la emisión. Para ello, la etapa de análisis E4 realiza una correlación, implementada por el elemento de procesamiento 13, entre dicho patrón de pulsos M1, M2 y los pulsos luminosos ILi recibidos, en una ventana de correlación F, para identificar una secuencia de pulsos luminosos recibidos, que es conforme a dicho patrón de pulsos M1, m2.
La etapa de análisis E4 consiste también en deducir, a partir de la secuencia de pulsos así identificada, un tiempo denominado tiempo de recepción tR en el que se recibe el primer pulso I1 de dicha secuencia de pulsos identificada, y en calcular el período T0 entre dicho tiempo de emisión tE y dicho tiempo de recepción tR.
En una realización preferida, la etapa de análisis E4 consiste en determinar, con ayuda del período T0 (así calculado) entre el tiempo de emisión tE y el tiempo de recepción tR, una distancia D0 entre la estación 2 que comprende la unidad de emisión/recepción 3 y el objeto 9 que ha recibido los pulsos láser emitidos y los ha devuelto.
Como variante o como complemento, la etapa de análisis E4 puede consistir en analizar al menos un conjunto de pulsos emitidos y la secuencia de pulsos recibidos correspondiente, resultantes por ejemplo de la modulación y la retrorreflexión, para deducir información a partir de los mismos, por ejemplo, en el contexto de un enlace láser de comunicación.
Son posibles muchas aplicaciones para un sistema 1 (de emisión y de recepción de pulsos láser) de este tipo, incluidas aplicaciones terrestres, marítimas y/o aéreas (o espaciales), con, en concreto, transmisiones a largas distancias (superiores a diez kilómetros).
De acuerdo con una primera aplicación, el sistema 1, como se ha descrito anteriormente, es parte de un telémetro láser de alta frecuencia (no mostrado) que puede usarse en diversos usos en el dominio espacial. En esta aplicación, el telémetro utiliza en particular la distancia entre la estación 2 (de medición) y el objeto 9, determinada por el elemento de procesamiento 15 de la unidad de procesamiento de datos 12.
Un telémetro láser de este tipo se puede utilizar, en particular, para realizar una trayectografía láser mediante telemetría láser por satélite (del tipo SLR, "Satellite Laser Ranging"), en particular para determinar de forma muy precisa las órbitas de objetos espaciales (satélites, desechos).
Por otro lado, en otra posible aplicación, el sistema 1 (de emisión y de recepción de pulsos láser) se utiliza para crear un enlace láser (de comunicación) de alta frecuencia entre la estación 2, por ejemplo, en tierra, y un objeto 9, por ejemplo, un dron, utilizando tecnología de retrorreflectores modulados. Para ello, el sistema 1 ilumina un retrorreflector montado en el objeto 9. Este retrorreflector está diseñado para modular la intensidad reflejada. Está fabricado, por ejemplo, en forma de una esquina de cubo o de un reflector esférico, de modo que el pulso láser devuelto se refleje exactamente en la misma dirección que la del pulso láser recibido. La modulación es detectada y procesada por el sistema 1, por ejemplo, con ayuda del elemento de procesamiento 16, para deducir a partir de la misma la información correspondiente.
El sistema 1 también se puede utilizar, en otra aplicación, para implementar la fijación activa de objetivos a distancias muy largas.
Claims (9)
1. Procedimiento de emisión y de recepción de pulsos láser para trayectografía láser o telemetría láser de un objeto espacial,caracterizado porqueincluye al menos las siguientes etapas:
- una etapa de generación (E1) de al menos dos patrones de pulsos diferentes (M1, M2), implementada por una unidad de generación (7), comprendiendo cada uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2) al menos tres pulsos sucesivos (11, I2, I3, I4), estando dos pulsos sucesivos de cada uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2), cada vez, separados temporalmente por un período de separación (T1, T2, T3) asociado, siendo los diferentes períodos de separación (T1, T2, T3) de cada uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2) variables y conformes a un modelo dado;
- una etapa de emisión (E2), implementada por una unidad de emisión/recepción (3), que consiste en emitir una pluralidad de conjuntos de pulsos (EI1) sucesivos que son conformes a patrones de pulsos diferentes (M1, M2), generados en la etapa de generación (E1), comprendiendo al menos uno de dichos conjuntos de pulsos (EI1) sucesivos una secuencia de pulsos láser conforme a uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M2) y en registrar al menos el tiempo denominado tiempo de emisión (tE), en el que se emite el primer pulso (11) de la secuencia de pulsos láser de cada uno de dichos conjuntos de pulsos sucesivos (EI1);
- una etapa de recepción (E3), implementada por la unidad de emisión/recepción (3), que consiste en recibir pulsos luminosos (ILi) y en registrar tiempos denominados tiempos de recepción (tRi) en los que se reciben estos pulsos luminosos (ILi); y
- una etapa de análisis (E4), implementada por una unidad de procesamiento de datos (12), que consiste en al menos analizar los períodos entre los tiempos de recepción (tRi) de los pulsos luminosos (ILi) recibidos en la etapa de recepción (E3) para identificar una secuencia de pulsos luminosos recibidos, que es conforme a uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizado por quela etapa de análisis (E4) consiste en deducir, a partir de la secuencia de pulsos identificada, un tiempo denominado tiempo de recepción (tR) en el que se recibe el primer pulso (11) de dicha secuencia de pulsos identificada, y en calcular el período entre dicho tiempo de emisión (tE) y dicho tiempo de recepción (tR).
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2,caracterizado por quela etapa de análisis (E4) consiste en determinar, con ayuda de dicho período entre el tiempo de emisión (tE) y el tiempo de recepción (tR), una distancia entre una estación (2) que comprende la unidad de emisión/recepción (3) y un objeto (9) que recibe los pulsos láser emitidos y los devuelve.
4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela etapa de análisis (E4) consiste en analizar al menos un conjunto de pulsos emitidos y la secuencia de pulsos recibidos correspondiente, para deducir información a partir de los mismos.
5. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela etapa de análisis (E4) consiste en realizar una correlación entre cada uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2) y los pulsos luminosos (ILi) recibidos en una ventana de correlación (F), para identificar la secuencia de pulsos luminosos recibidos, que es conforme a uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2).
6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela etapa de emisión (E2) consiste en emitir, sucesivamente, una pluralidad de conjuntos de pulsos (EI1).
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6,caracterizado por queel período (TR) entre dos conjuntos de pulsos (EI1) emitidos sucesivamente es superior a un período de desplazamiento de ida y vuelta de un conjunto de pulsos (EI1) entre una estación (2) que comprende la unidad de emisión/recepción (3) y un objeto (9) que recibe los pulsos láser emitidos y los devuelve.
8. Sistema de emisión y de recepción de pulsos láser para trayectografía láser o telemetría láser de un objeto espacial, que incluye una unidad de emisión/recepción,caracterizado por queincluye:
- una unidad de generación (7) configurada para generar al menos dos patrones de pulsos diferentes (M1, M2), comprendiendo cada uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2) al menos tres pulsos sucesivos (11, I2, I3, I4), estando dos pulsos sucesivos de cada uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2), cada vez, separados temporalmente por un período de separación (T1,<t>2, T3) asociado, siendo los diferentes períodos de separación (T1, T2, T3) de cada uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2) variables y conformes a un modelo dado;
- la unidad de emisión/recepción (3) que está configurada para:
• emitir una pluralidad de conjuntos de pulsos sucesivos (EI1) que son conformes a patrones de pulsos diferentes (M1, M2), generados por la unidad de generación (7), comprendiendo al menos un conjunto de dichos conjuntos de pulsos (EI1) sucesivos una secuencia de pulsos láser conforme a uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, m2); y
• recibir pulsos luminosos (ILi);
- al menos una memoria (11) configurada para registrar al menos los tiempos denominados tiempos de recepción (tRi), en los que los pulsos luminosos (ILi) son recibidos por la unidad de emisión/recepción (3); y
- una unidad de procesamiento de datos (12) configurada al menos para analizar los períodos entre los tiempos de recepción (tRi) de los pulsos luminosos (ILi) para identificar una secuencia de pulsos luminosos recibidos, que es conforme a uno de dichos patrones de pulsos diferentes (M1, M2).
9. Sistema de acuerdo con la reivindicación 8,caracterizado por queincluye al menos una unidad de filtrado (18) configurada para realizar al menos un filtrado frecuencial de los pulsos luminosos recibidos, con respecto a la o las frecuencias de los pulsos láser emitidos.
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