FR2599514A1 - Systeme opto-electronique pour la determination de la direction et de la vitesse d'un vehicule mobile - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN SYSTEME OPTO-ELECTRONIQUE POUR LA DETERMINATION DE LA DIRECTION ET DE LA VITESSE V D'UN VEHICULE MOBILE AU MOYEN DE L'EMISSION INTERNE DE FAISCEAUX LASER Z, Z. POUR TENIR COMPTE DE LA CONTRACTION RELATIVE EN CORRESPONDANCE AU RAPPORT VC, LES VALEURS DE TEMPS SONT MESUREES SIMULTANEMENT PAR LES DEUX PROCEDES DECRITS, C'EST-A-DIRE AU MOYEN DE DEUX INSTRUMENTS M AYANT DES DIMENSIONS PARFAITEMENT EGALES, AVEC DEUX FAISCEAUX LUMINEUX SE DEPLACANT DANS DES POSITIONS MUTUELLEMENT OPPOSEES ET AVEC DES ANGLES DE REFLEXION IDENTIQUES ENTRE LES MIROIRS PARALLELES W, W; L'ELEMENT DE REFERENCE CONTINU EST UNE SEQUENCE DE COURTES IMPULSIONS LASER ENGENDREES A L'INTERIEUR DE L'INSTRUMENT ET, DANS LA MESURE DU TEMPS REEL, LA CONTRACTION DE LORENTZ-FITZGERALD EST PRISE EN CONSIDERATION DE SORTE QUE L'ECHELLE DES VALEURS DE MESURES EST TRES LARGE, EGALEMENT POUR DES TRES GRANDES VITESSES. APPLICATION AUX VEHICULES TERRESTRES ET SPATIAUX.

Description

La présente invention concerne un système optoélectronique pour la

détermination de la direction et de la vitesse d'un véhicule mobile, au moyen de l'émission interne

de faisceaux laser.

En considération des figures 1 et 2 de la présente

description, il résulte clairement que les mesures de la direction et de la vitesse de déplacement d'un corps ou

véhicule M peuvent être effectuées au moyen de faisceaux

laser de deux manières différentes.

Sur la figure 1, on voit que le faisceau laser est produit initialement à une vitesse c et que, par réflexion entre deux miroirs mutuellement opposés et situés dans des plans parallèles, ce faisceau prend une vitesse résultante: v = c.tg, parallèlement à la vitesse inconnue V et dans la même direction, alors que, en considération de la figure 2,cette vitesse v a un signe opposé-à celui de la vitesse inconnue V. Ces deux modes de mesure de la vitesse V sont déjà 20 connus dans l'art antérieur, mais ils diffèrent seulement l'un de l'autre, et sur option, par l'un ou l'autre des modes précités. Il est évident que l'un ou l'autre peuvent remplir

la fonction qui leur est affectée.

Il apparaît maintenant que ces deux modes peuvent 25 être utilisés, au contraire, simultanément pour la même mesure et qu'une telle utilisation fournirait un meilleur moyen de mesure, avec obtention de résultats plus précis en effectuant les corrections relatives correspondantes des valeurs de vitesses et en opérant d'une manière plus simple 30 pour définir la direction du vecteur représentant la direction de mouvement V. De cette manière également, l'étalonnage de l'instrument pourrait être effectué d'une manière plus simple, soit en choisissant un point de référence au début du mouvement, soit dans le but de détermi35 ner un point de référence permanent qui pourrait être considéré comme identique et précis pour tous autres instruments du même type, en établissant un point de référence utilisable

en n'importe quel endroit et à n'importe quel moment.

La présente invention a pour but d'apporter des perfectionnements à l'art antérieur correspondant et on

va d'abord donner une explication sommaire du principe

théorique à l'aide duquel il est possible d'obtenir les améliorations correspondantes. Si on considère simultanément, au lieu d'une source deux sources de lumière laser monochromatique cohérente z et z1 - comme indiqué sur la figure 3 -, qui émettent de courtes impulsions formant des faisceaux minces orientés dans des directions opposées mais selon la même ligne droite, et en supposant hypothétiquement que z et z1 sont fixés sur le corps M stationnaire dans l'espace, les fronts de ces émissions lumineuses, composées précisément de très courtes impulsions, se déplacent à la vitesse c de sorte que, dans 15 des temps égaux, ils arrivent toujours, en couvrant des

distances égales, à des distances L, L1 de z et zl.

Les fréquences émises des deux côtés sont des fréquences identiques qui sont engendrées par deux générateurs laser semiconducteurs identiques ou bien seulement par un 20 générateur laser, associé à un diviseur de faisceau à miroir. Deux instruments électroniques de mesure de temps ( horloges) synchronisés doivent être utilisés ( cf. la figure 3), le premier, A, correspondant à la valeur de 25 temps t, c'est-à-dire le temps utilisé par le front de lumière pour se déplacer de z jusqu'au point P, en couvrant la distance a, tandis que l'autre, A1, a la valeur de temps tl, c'est-à-dire le temps utilisé par le front de lumière pour atteindre le point P1 à la distance b. Ces valeurs de 30 temps, dans le système M dont tous les éléments composants sont supposés stationnaires, deviennent finalement égales entre elles, c'est-à-dire qu'on a: t. = t1 et

tc + t1c = 2L.

Le mode de mesure des valeurs de temps précitées se déroule toujours conformément au diagramme de la figure 3, o on a supposé que les faisceaux lumineux sont émis à

l'intérieur du carter M, o un vide poussé est établi.

La mesure des valeurs de temps est effectuée par un processeur électronique EL, qui compare avec le balayage rythmique de l'horloge de très haute fréquence K les intervalles des impulsions lumineuses et leurs écarts par rapport à z et Zl, ainsi que leurs arrivées en ftr et ftr1 qui sont placés aux points P et P1. Les distances couvertes pendant les temps t et t1 sont désignées par L et 11, elles sont égales entre elles, également du fait que toutes les 10 connexions électriques entre les éléments électroniques utilisés dans le circuit de mesure ont été réalisées

d'une manière particulièrement symétrique.

La condition d'égalité des temps t et tl, et par conséquent des distances 1 et L, reste rigoureusement 15 conservée également dans le cas o l'ensemble du système se déplace à une vitesse V, à la condition que cette vitesse soit orientée exactement perpendiculairement aux directions des faisceaux lumineux émis par les sources de lumière z et z1 au point central situé entre L. et L1. Cette condition 20 fournit une indication particulièrement précise de la position de l'instrument par rapport à la direction V

inconnue, quelle que soit la valeur qu'elle puisse avoir.

Avec l'agencement ainsi conçu et conforme à la figure 3 on ne peut cependant effectuer aucune mesure correcte 25 de V au moyen de la mesure de t et t1 sur les distances L et L, du fait que les valeurs restent toujours égales l'une avec l'autre. Cependant il existe une autre indication précise concernant la position de l'instrument, différemment placé par rapport à V, lorsque à l'intérieur de W et W1, 30 c'est-à-dire à l'intérieur de M, les faisceaux lumineux engendrés par z et z1 au centre de l'instrument se déplacent dans une direction parallèle à la vitesse V de l'ensemble du système en mouvement. En considérant alors la figure 4, on peut voir que, lorsque le corps M se déplace à une vitesse 35 V dans une direction parallèle aux faisceaux lumineux c et cl, les distances couvertes par ladite lumière le long des branches L et L1 deviennent respectivement inégales, c'est-àdire que: a = ct et b = ctl, o c désigne la vitesse de la lumière; ainsi on peut se rendre compte que les temps réels respectivement nécessaires pour couvrir les distances L et L1, qui diffèrent l'un de l'autre, t étant inférieur à tl, sont définis par les équations suivantes: Lr o t c+V = et Lr t o o r = 1 _ (V) 2, c ce qui définit l'effet produit sur Lot, c'est-à-dire la valeur stationnaire de L et Lî, par la contraction de LorentzFitzGerald, et o: L0 - Lr = q du fait que le rapport V/c est identique pour les deux

longueurs des branches de l'instrument.

On obtient par conséquent: ct + Vt = Lr o et Ct1 - Vt1 = L r, et on obtient ensuite, par égalité, la relation-suivante: ct + Vt = ct1 - Vt1, à partir de laquelle on obtient l'expression: 30 c(t1 - t) t1 + t cette dernière relation est clairement-valable pour n'importe quelle vitesse V, également une vitesse relative

de toute manière elle a une très bonne précision.

La longueur de la distance couverte a est plus courte, du fait que le front du faisceau laser provenant de z arrive sur ftr, qui se déplace vers luià la vitesse V, bien avant que le front qui part de z1 dans la direction opposée le long du trajet b puisse arriver à ftrl, qu'il-doit poursuivre tout en s'éloignant de lui à la vitesse V. Par "ftr", on entend un type de détecteur qui soit capable de signaler, aussi rapidement que possible, l'arrivée de l'énergie lumineuse. Chacun des deux trajets a et b nécessite un temps différent, de sorte que les valeurs de t et t1 dans les deux branches L et L1 signalent la présence

d'une vitesse V également quand les deux mesures sont 10 effectuées séparément.

L'invention met en évidence qu'il est très commode d'utiliser une mesure simultanée et symétrique de t et t1 du fait que, en opérant ainsi, on peut éliminer à partir du calcul les effets de la contraction relative par le fait que, 15 dans les expressions données ci-dessus, t1 et t sont les temps réels mesurés également en conséquence de cette contraction relative, de sorte que, si on connaît la valeur de c, la vitesse inconnue V dépend exclusivement de la détermination des valeurs réelles de temps t et t1. Les temps t et t1 sont très difficiles à mesurer directement par utilisation de la comparaison avec la vitesse de la lumière qui est très grande, de sorte que pour réaliser en pratique des mesures pouvant être effectuées à l'aide du système technique conforme à l'invention, cette vitesse de la lumière c doit être transformée en une autre vitesse v, aussi petite que cela est souhaité, en obligeant le faisceau lumineux à être réfléchi entre deux ou plus de deux miroirs plans parallèles, ce qui transforme le trajet de la lumière conformément à la relation suivante: v = c.tg, o l'angle p est l'angle d'incidence du faisceau lumineux sur un des miroirs Sp après avoir été émis par les sources

z et z1 dans les deux directions opposées.

Sur la figure 5 est représenté un exemple d'utilisa35 tion de la nouvelle vitesse v, qui est présente et égale dans

les deux branches L et L1.

La figure 5 est orientée horizontalement par rapport à V (o = 90 ) dans le but de montrer la position appropriée de l'instrument pour laquelle il doit être étalonné, tandis que la figure 6 représente un positionnement parallèle à la direction V ( cx = 0O), en mettant ainsi en évidence la position appropriée pour la mesure de t et t. Dans les deux agencements précités, seulement dans un but de simplification du dessin, on a représenté deux miroirs plans parallèles Sp et Spl, c'est-à-dire le nombre essentiel et minimum pour produire des réflexions multiples et retarder ainsi l'arrivée des fronts lumineux émis par z et zi sur les photodétecteurs L et L1 à la vitesse v, à la place de la vitesse de la lumière c. On peut envisager d'autres positions, plus complexes, pour les miroirs plans parallèles, conçus intentionnellement pour allonger le trajet de la lumière utilisée 15 à l'intérieur de l'instrument, afin d'augmenter la précision des mesures de t et t1 autant qu'il est possible comme le

montrent les figures 7a et 7b.

En conséquence, les temps t et tl, grâce à l'introduction de la nouvelle vitesse v, peuvent être mesurés avec 20 une grande précision au moyen de dispositifs électroniques, en faisant intervenir des horloges synchronisées de haute précision, ou mieux une seule horloge, o les temps t et t sont aisément enregistrés par comparaison du temps de départ du front de l'impulsion lumineuse avec le temps de son arrivée, au moyen du processeur EL. Dans ce cas le calcul est effectué conformément à l'expression suivante: c(t1 - t) tg V = t t1 + t o t et t1 sont encore les valeurs de temps réelles mesurées, résultant également de la contraction relative des longueurs

k et k1.

Il- résulte évidemment de ce qui a été défini cidessus qu'à la fois l'étalonnage initial de l'instrument 35 et les différentes mesures de routine sont effectués de façon plus précise et plus faible. Le présent inventeur estime approprié à cet égard que l'ensemble de l'unité M comportant les deux branches L et L1, forme un corps unique, c'est-à-dire un ensemble approprié d'éléments fixés rigidement dans toutes leurs parties composantes, en étant protégés contre tous types possibles de vibrations mécaniques, comme cela ressort, d'autre part, de la vue schématique indiquée sur la figure 9. Conformément aux lois du domaine optique, les réflexions se produisant entre des miroirs plans parallèles qui se déplacent dans une direction tangente à leurs plans, ne subissent aucune variation entre la valeur de l'angle 10 d'incidence et la valeur de l'angle de réflexion, etcela correspond au cas représenté sur la figure 6. Au contraire il se produit un phénomène différent lorsque les directions V et v sont orientées d'angles différents l'une par rapport à l'autre, en particulier de 90 ( angle<), figure 5, et 15 alors les réflexions se produisent entre les miroirs plans parallèles perpendiculairement à V. L'angle d'incidence sur le miroir supérieur de la figure 8 est réfléchi avec une augmentation de sa valeur par rapport à la ligne droite perpendiculaire passant par son point d'incidence, proportion20 nellement à-V, alors qu'au contraire la valeur de l'angle d'incidence sur le miroir inférieur diminue. Dans de telles conditions, comme on peut le voir avec précision sur la figure 8, il se produit une variation inverse en fonction de V et, dans le cas considéré, on obtient: 25 sin ( sin û( v v cos r -c cos 1 c c c et, également du fait de la contraction L + L1 de M, on obtient l'expression: c. tg p = v, c'est-à- dire que sa valeur est toujours égale le long des deux branches, exactement comme cela se produit quand M est stationnaire, précisément du fait du rapport relatif V/c, comme le montre la figure 8, o la somme des trajets de la 35 lumière suivant L, en dépit des réflexions différentes entre Spl et SP2 est toujours égale à ct, la même considération s'appliquant également à L1, à la condition que l'angle a entre v et V soit égal à 90 . Pour de petites valeurs de vitesses, ces phénomènes de réflexion n'ont pas une grande signification et ils deviennent de plus en plus importants à mesure que la vitesse V augmente. La position de l'instrument comme indiqué sur la figure 5, qui peut modifier les angles de réflexion, n'est pas utilisée pour effectuer des mesures de vitesse mais elle est utilisée pour la coordination des plans de réflexion de l'instrument et pour la détermination d'un étalonnage préliminaire de cet instrument; également ici, lorsqu'il existe une vitesse de translation de M conformément 10 à la loi: S = V.t, on obtient une contraction de L, c'est-à-dire que: r =L 1 (V) 2 r o c de- sorte qu'on obtient: L Lr = ql

qui est identique pour les deux branches W et W1 de l'instrument.

D'autre part, si L et L1 avaient des valeurs mutuellement égales, il serait possible de déterminer dans quelle position de l'espace l'instrument est réellement situé, pour * = 90 , par rapport à la direction de V. C'est seulement dans ce cas en fait, lorsque a = 90 et à cause de la symétrie des angles d'émission de la lumière laser 25 p et p1' que les valeurs de temps t et t1 sont exactement correspondantes et égales entre elles, c'est-à-dire qu'on a: t = t1 pour toutes variations symétriques qui peuvent se produire dans la réflexion de la lumière entre les miroirs Sp et Spl. 30 Cependant une fois qu'un angle d'émission de faisceau laser p a été établi avec des valeurs égales dans les deux moitiés L et L1 de l'instrument, c'est-à-dire lorsque: = p1' les plans Sp et Spl étant supposés parallèles entre eux, la vitesse v reste identique dans les deux moitiés de l'instrument. Cependant lorsque: t = t1 et tt + t = T, on ne peut pas obtenir V de sorte qu'il est nécessaire de modifier la position de M et également celles des miroirs parallèles. Pour pouvoir effectuer cette mesure, on doit déterminer la différence entre les valeurs de temps t et tl, ce qui donne lieu à des variations considérables en ce qui concerne la fonction de V et on obtient une variation entre 10 le minimum: t1 -t = 0 et un maximum: t < t1 en fonction de V. La différence entre t et t1 augmente également lors de la croissance de l'angle " formé entre les directions des deux vitesses v égales et opposées selon les trajets a et b, et la direction de V, figures 5 et 6, ce qui se traduit toujours par une augmentation de la valeur

0, pour a = 900, jusqu'à une valeur maximale quand v et V 20 deviennent parallèles entre elles.

Pour la détermination de la vitesse de déplacement de M, il est toujours nécessaire d'établir la direction dans laquelle ledit déplacement se produit, en apportant beaucoup de soin à l'orientation de l'instrument en correspon25 dance à cette vitesse V, qui est la résultante vectorielle de plusieurs mouvements, comme indiqué sur la figure 10, ce qui permet de calculer ensuite la partie utile V = VM, en utilisant toutes les valeurs de référence obtenues pendant l'opération d'étalonnage du système de référence d'inertie 30 pré-établie, qui représente clairement la valeur de base

connue, introduite par l'étalonnage.

Cette fois, les régions L et L1 o finalement les impulsions lumineuses arrivent après les réflexions, sont totalement sensibilisées dans le but de signaler électrique35 ment l'arrivée de la lumière en un point quelconque de leurlongueur. Cela équivaut à une augmentation de l'exactitude du comptage des valeurs de temps t et t1. Elles doivent être également capables d'absorber, d'une manière éventuellement sélective, la totalité de l'énergie résiduelle des mêmes impulsions, sans génération d'émissions secondaires de photons, qui pourraient autrement se produire ici et qui pourraient perturber les signaux corrects atteignant les surfaces sensibles à la lumière. Pour cette raison, l'intensité des impulsions engendrées par les sources laser z et z1 doit être dosée de façon à arriver sur les surfaces L et L1 sans beaucoup d'énergie, c'est-àdire avec juste suffisamment d'énergie 10 pour être correctement détectée. Egalement la courte durée de ces impulsions dans le temps et dans l'espace contribue à augmenter la précision des lecture du temps. A cet égard, on peut préciser que, dans le but d'augmenter encore plus cette précision de lecture, on peut utiliser une plaque 15 transparente légèrement cintrée H, comme indiqué sur la figure lla, dans le système laser optique. Après que la concentration a été réglée de manière à obtenir la dimension sélectionnée S de l'épaisseur du faisceau R, cette plaque H présente une petite différence d'épaisseur A /2, dans le 20 but de faire tourner de 180e la phase dans les deux moiliés du faisceau, cf. figure llb, conformément à ce qu'on appelle le " procédé du minimum pour la définition d'une position

précise d'un faisceau lumineux ".

Comme le montre la même figure, le faisceau R est nettement divisé intérieurement par un secteur mince E qui est complètement sombre du fait de l'interférence des deux moitiés, déphasées de 1800, du faisceau lumineux. CEtte zone sombre E visible sur la figure llb peut créer, du fait qu'elle est très nette, un point de référence précis pour la mesure 30 des valeurs de temps t et t1 dans les zones de détection de

lumière L et L1.

Il est à noter également ici que l'angle p produit des variations logiques dans les conditions de réception du signal en correspondance aux photodétecteurs. En fait il est 35 possible d'observer en référence aux figures 5 et 6 comment l'angle d'incidence du faisceau sur la surface sensible à la lumière L est différent pour des angles p différents et on voit que plus cet angle B est petit, plus la surface d'incidence est grande, se référer également à cet égard à la figure lia. Cependant, du fait que dans une zone de référence sombre, il existe un point très net au milieu de l'épaisseur du faisceau lumineux, il devient possible d'exploiter avantageusement ce repérage dans le but d'améliorer la lecture des valeurs de temps t et t1. Pour une vérification, effectuée au moyen d'une analyse des circonstances les plus fréquentes se produisant dans l'instrument lors de l'application de ce principe, dans le cas le plus défavorable 10 il est-encore posible de bien effectuer des mesures de t et t1 jusqu'à une définition d'un ordre de grandeur de fractions d'une picoseconde, à condition que le nombre de réflexions

ne soit pas trop grand.

La sélection de l'angle D pour la détermination de 15 la vitesse v à comparer à V est déterminée en premier lieu par la valeur de cette vitesse V à mesurer et ensuite par l'ordre de grandeur de V dans la mesure. En résumé, le choix doit être fait en correspondance aux impératifs du calcul

de telle sorte que les ordres de grandeur des valeurs soient 20 compatibles entre eux, avec précision.

La présente invention permet d'effectuer en même temps cette double mesure des valeurs de temps t et t1 dans les branches L et L-, o les trajets de la lumière suivent des directions opposées, ce qui présente de nombreux avantages 25 par comparaison à la mesure unique proposée dans l'art antérieur, lorsque la lumière se déplace dans la même direction que V ou bien lorsqu'elle se déplace dans la direction opposée. On se rend compte à partir de ce qui a été précisé cidessus que, dans un cas o les deux branches L et Ll de l'instrument sont orientées à 90 par rapport à la direction de V, les deux valeurs de temps détectées t et tl sont toujours mutuellement égales, c'est-à-dire qu'on a: t = t1 pour toutes les valeurs de V. Lorsqu'au contraire les deux branches de l'instrument sont parallèles à V, les temps sont différents, c'est-àdire qu'en pratique, t1 est supérieur à t, lorsque t1 - t est maximum. Ces deux conditions concernant la position de l'instrument représentent deux aspects importants de son utilisation et sont certainement les meilleures du fait que, en réalité,et comme cela est souhaité, il faut déterminer V également pour d'autres positions de l'instrument, avec des 5 angles L différents de zéro et de 90 , c'est-à-dire qui ont des valeurs intermédiaires, à condition que de telles

valeurs de o soient connues apriori.

En conséquence la direction de V peut être mesurée en toute certitude également au moyen d'une recherche systématique concernant la valeur maximale de la différence entre t et tl, en faisant varier de façon continue cette position angulaire car, comme cela a déjà été précisé, dans ce cas les directions de V et v ( ou c) coincident. Cependant on voit que le système de vérification de l'égalité 15 entre les valeurs de temps t et t1 constitue le système le plus approprié pour étalonner l'instrument puisque cela constitue l'opération initiale, c'est-à-dire avant sa mise

en service.

Sur la figure 9, l'instrument de mesure a été représenté succinctement, en étant équipé de ses accessoires, et dans cet instrument la nouvelle position des sources laser z et z1 est spécifiquement représentée au milieu de la longueur totale F qui est définie par:

L + L1 = 2.L

dans les deux branches W et W1 de l'instrument conforme à l'invention. En outre on doit répéter ici que le système de mesure de la vitesse et de la direction de déplacement, conformément à l'art antérieur et qui est amélioré par addition de ce qui est proposé par la présente invention, permet de mettre en évidence et de mesurer la vitesse, ainsi que la direction, de déplacement de véhicules quelconques, également pour des déplacements constants, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des radars extérieurs, sans faire intervenir des sondes de détection de faisceaux laser, projetés en direction d'éléments de référence connue, sans faire intervenir des mesures de différents effets doppler, obtenus à partir d'autres sources lumineuses placées à l'extérieur des mêmes véhicules, même si l'instrument conforme à l'invention est disposé à l'intérieur desdits véhicules, d'une manière totalement indépendante, et en outre d'une façon totalement imperméable à des rayonnements, avec une isolation et une étanchéité hermétique. Le phénomène concernant la lumière s'est manifesté dans nos procédés d'investigation physique de deux manières différentes, c'est-à-dire à la fois sous la forme d'une énergie électromagnétique ondulatoire, qui est conforme aux représen10 tations mathématiques de Maxwell, et sous une forme corpusculaire et photonique, qui satisfait partiellement aux impératifs de la mécanique des quanta. Cependant la présence de valeurs définies d'une constante diélectrique Eú et d'une o perméabilité po de ce qu'on appelle l"espace vide " au travers duquel de la lumière se propage, peut être considérée comme correspondant à des propriétés spécifiques d'un milieu difficilement détectable, qui limite la vitesse de propagation de la lumière au travers de lui àune valeur constante, comme on peut l'observer à partir de l'expression que les 20 inventeurs ont utilisée pour calculer c, c'est-à-dire la vitesse de la lumière, à savoir: c = vE o.PO Cet élément ou milieu "supportant les oscillations 25 électromagnétiques " semblerait être réparti uniformément par diffusion dans ce qu'on appelle l'espace vide, avec, de façon précise, des propriétés constantes dans un ensemble totalement inerte de nature potentielle. On peut se référer à ce principe dans le but de mesurer la vitesse des corps en utilisant 30 un faisceau lumineux, ce qui est effectué avec précision

au moyen de l'instrument de la présente invention.

On va indiquer dans la suite certains avantages pratiques de cet instrument, qui le rendent pratiquement irremplaçable dans différentes applications spécifiques 35 présentes et futures: 1) Il peut être installé à bord de tous avions civils ou militaires, toutes fusées ou véhicules spatiaux, de tous engins spatiaux ou sondes automatiques, de façon à établir un modèle complet, avec détection d'un grand nombre de données précises - en effectuant des mesures avec une fréquence de millions de fois par seconde - avec indication de la direction et de la vitesse de tous les véhicules le long des trois plans de l'espace. 2) Il est approprié pour mesurer tous mouvements dans l'espace extra-terrestre de tous les engins qui sont lancés à partir de la surface de la terre, en étant idéal,

également dans un futur proche, pour parcourir d'énormes 10 distances également à l'extérieur du système solaire.

3) Il est capable de mesurer des vitesses extrêmements grandes ( ainsi que des vitesses extrêmement petites),

c'est-à-dire des vitesses qui n'ont pas été atteintes jusqu'à maintenant mais qui seront sûrement atteintes 15 dans un futur proche.

4) Il est possible de l'utiliser aussi bien à bord de tous types de véhicules, à la fois sur des surfaces terrestres et sur des surfaces marines ainsi que dans les profondeurs des océans, à condition que des simplifications soient adoptées et également que des modifications soient faites

en corrélation avec les types de mesures nécessaires.

) Du fait que les mesures peuvent être répétées des millions de fois par seconde et sont disponibles, à chaque fois, au bout de quelques microsecondes, successivement et à 25 de courts intervalles de temps ainsi qu'avec une grande précision, l'installation de l'instrument conforme à l'invention à bord-d'avions et d'autres véhicules permettra de compléter, avec un grand nombre de données précises, les enregistrements effectués dans ce qu'on appelle la " boite 30 noire ", en fournissant de façon continue des informations concernant les conditions de vols des véhicules et avec indication continue des directions et des vitesses ( à partir desquelles il est évidemment possible d'obtenir des informations intéressantes permettant d'éviter des désastres possibles), indépendamment des transmissions effectuées par les radios installées à bord ou bien indépendamment des signaux provenant de radars extérieurs

de guidage.

6) Il permet d'effectuer des mesures également dans des cas o les autres instruments deviennent inutilisables, par exemple dans des cas d'occultations et d'interruptions des signaux radio, même si ces interruptions et occutations sont causées par des perturbations produites dans le but de neutraliser les autres types d'instruments déjà

installés à bord des véhicules.

7) Il est souple, du fait qu'il peut être adapté à la mesure de toutesgammes des valeurs de vitesses, depuis les 10 valeurs les plus petites de quelques mètres par heure, jusqu'aux valeurs les plus grandes, de millions de kilomètres par heure ( d'un point de vue théorique, ces limites supérieures pourraient être assez proches, par

exemple de la valeur de la vitesse de la lumière).

8) L'instrument est bien approprié pour déterminer des valeurs de V bien définies, par rapport à une condition d'immobilisation relative générale, à laquelle tout mouvement peut être rapporté ( évidemment les phénomènes interdépendants, concernant des systèmes en déplacement qui 20 sont en relation directe l'un avec l'autre, doivent

toujours satisfaire aux règles de relativité).

9) Une fois que l'instrument est correctement défini à l'intérieur de ses limites structurales pratiques, il peut être normalisé conformément à une conception étudiée 25 correctement et de façon à satisfaire les conditions

imposées par un marché possible d'applications.

) L'instrument peut avantageusement remplacer tout système de commande de guidage du type à inertie qui est installé sur des véhicules guidés d'une manière prédéterminée en vue d'atteindre des cibles présélectionnées car il permet d'obtenir une bien plus grande précision d'incidence et

d'atteindre des vitesses extrêmement élevées.

Le Tableau indiqué dans la suite donne quelques exemples de résultats pratiques se rapportant à différentes mesures possibles et en relation avec différents réglages des dimensions fondamentales de l'instrument, pour une longueur d'onde de laser (à) de 400 nm, un polissage des surfaces réfléchissantes de un centième de t, avec des impulsions d'une durée de 10 picosecondes se produisant toutes les 9 990 picosecondes, avec une définition moyenne des temps de 0,2 picoseconde, et avec une possibilité de détection de t - t pouvant descendre jusqu'à au moins une picoseconde. 5 En considérant ce qui se passe quand t1 - t est égal à zéro, V devient aussi égal à zéro si et quand l'instrument a son axe interne qui correspond à des directions de v et L qui sont orientées parallèlement à la direction de V. La puissance du laser peut être de 5 à 10 watts à la source, la vitesse de la lumière c, comme cela est connu, est de 299 742 400 m/seconde, les dimensions de L = L1 sont de 0,4 m et celles de L sont de 0,4 m pour 4 côtés réfléchissants. La fréquence des mesures peut être stabilisée 15 à environ 10 millions de fois par seconde, la précision de mesure de V qui peut être atteinte peut avoir une valeur

aussi élevée que 10 9 mètres, et elle peut même être supérieure pour chaque impulsion.

Toutes les données indiquées dans le Tableau sont 20 seulement des exemples approximatifs de sorte qu'elles servent exclusivement à fournir une indication rapide de ce que peuvent être les ordres de grandeur minimaux et maximaux des valeurs de vitesses pour différentes échelles plus ou moins utilisables. Comme on peut le voir, la durée 25 des impulsions émises par z et z1 a été réduite et leur fréquence d'émission a été augmentée en correspondance, avec une puissance suffisamment grande pour couvrir les distances L et L1 au moyen d'un signal lumineux et après de nombreuses réflexions, la puissance étant encore suffisante 30 pour que le signal arrive avec l'énergie correcte sur les photodétecteurs L et L1 malgré les différentes pertes et confusions de phase et de cohérence, ledit signal étant suffisamment net pour permettre de déterminer avec la précision préétablie les valeurs de temps t et t1 qui sont 35 nécessaires pour les calculs, et en outre le signal pouvant

être répété avec précision de nombreuses fois par seconde.

Les mesures pouvant être obtenues sont lues dans un temps court, d'une manière telle que l'instrument soit capable "VI" mesurable Temps moyen P/s. Angle P, "v" t Distance M couverte par Mnmum, km/s la lumière,km cm/s km/s c/ Nombre total Maximum de réflexions km/s degrés

1,5 0,15

0,005 0,05 0, 5

26 4,6

260 2 600

0,46 0,046

0,1

230 2 300

2 780 28,7 -J f) Lu Un 'o o -a de suivre rapidement n'importe quel changement de vitesse et de direction du mouvement en train d'être contrôlé, et

d'actionner en correspondance des dispositifs de correction.

Pour compléter ces remarques additionnelles concernant la présente demande de brevet, la Demanderesse souhaite observer que plus les plans des miroirs et leurs positionnements parallèles sont précis, plus les mesures de t et t1 pouvant être obtenues sont précises. Cependant, de petites différences structurales peuvent aussi être détectées pendant l'étape d'étalonnage et il est possible de

les prendre en considération pendant l'étape de calcul.

En outre, même si la description a fait intervenir des

impulsions de laser, la Demanderesse estime que dautres sources d'énergie électromagnétique, comme des ondes de très 15 haute fréquence, ne sont pas exclues. De l'avis de la Demanderesse, le choix d'une fréquence de laser d'environ 400 à 500 nm est le plus commode sur la base de raisons techniques du fait qu'à l'intérieur de cette gamme, il est possible d'obtenir de moins grandes dispersions du faisceau 20 lumineux qui, même sur de très longues distances, s'étale à un moins fort degré, en rappelant que, à l'intérieur d'une telle gamme de longueurs d'ondes, le nombre de réflexions par unité de longueur peut être supérieur, en permettant

ainsi de raccourcir L et L1.

En ce qui concerne les miroirs plans nécessaires, il est possible d'obtenir à l'heure actuelle, au moyen des procédés d'usinage les plus modernes, de très hautes précisions de polissage, de l'ordre de quelques fractions

de la longueur d'onde de lumière utilisée.

Le dépôt d'aluminium sous vide, ou d'une façon générale le dépôt d'un métal sous vide, de façon à former des couches minces d'épaisseur constante constitue un processus opératoire bien connu et qui a déjà été utilisé pour la préparation de différents éléments optiques par les industries spécialisées dans ce domaine. D'autre part, les dimensions des miroirs adoptées pour l'instrument conforme à l'invention, qui sont maintenues dans de petites valeurs de surfaces, rendent leur fabrication plus facile et la Demanderesse estime à cet égard que les coûts de fabrication possibles peuvent rester dans des limites de dépenses

acceptables.

En ce qui concerne les structures mécaniques, il ne se pose aucun problème qui ne soit déjà connu par les fabricants spécialisés d'instruments optiques. En ce qui concerne les instruments électroniques, un diagramme donné à titre d'exemple est déjà connu et il se compose de blocs déjà connus dans l'art antérieur. En conséquence des perfectionne10 ments apportés ici, une partie de ce schéma synoptique doit être modifiée de façon à l'adapter aux nouvelles petites différences. Sur la figure 3, il est représenté un exemple d'un nouveau schéma électrique simplifié qui peut partielle15 ment remplacer, et qui peut partiellement être ajouté aux

schémas synoptiques déjà connus dans l'art antérieur.

En conséquence, la répétitivité des mesures dans le temps dépend du nombre des impulsons laser qui sont engendrées pendant chaque seconde et cela dépend essentiellement des possibilités techniques du générateur laser utilisé. Il existe déjà des générateurs laser excités par semiconducteurs, qui sont capables de produire des impulsions très courtes et

très intenses, ces générateurs étant parfois également artificiellement refroidis et n'étant pas très coûteux.

On va maintenant donner quelques brefs exemples dans le but de démonter comment et o l'instrument peut être

encore utilisé de façon satisfaisante dans la pratique.

Sur la figure 13, trois rarallélogrammes A, B et C accouplés rigidement l'un avec l'autre ( avec leurs axes internes orientés parallèlement aux miroirs plans disposés à ' dans les trois plans spatiaux x, y et z) sont représentés schématiquement. Lorsqu'un quelconque de ces parallélogrammes, qui représente un instrument du type revendiqué dans la présente demande de brevet, enregistre des valeurs égales 35 pour t et tl, il est possible de détecter la direction et également la vitesse V à laquelle se déplace le système, cette direction étant, dans ce cas, perpendiculaire à l'axe

de cet instrument o la condition t = t1 est établie.

La même considération s'applique à n'importe quel autre des parallélogrammes ou instruments représentés sur la figure, et cet instrument est capable de détecter simultanément à la fois la direction et la valeur de la vitesse V à laquelle l'ensemble se déplace dans l'espace. De petits réglages apportés à la position du dispositif permettent d'optimiser les résultats. Cependant, en général, sur un véhicule de petite importance, il peut être suffisant d'utiliser un instrument seulement, et d'en obtenir par conséquent 10 les indications ( se référer à la vue schématique d'un parallélogramme qui est donné sur la figure 12), en l'ajustant au cours de la recherche dans la direction de V et par conséquent également en effectuant les mesures des valeurs de

temps t et t1 pendant sa rotation continue.

Un véhicule équipé des trois instruments orthogonaux A, B et C, se déplaçant dans l'espace à une vitesse V, peut être maintenu dans une condition stable au moyen de systèmes de propulsion et de freinage, de telle sorte que tous les instruments A, B et C mesurent les valeurs de temps 20 t = t1 dans toutes les positions. Si le véhicule est placé à l'intérieur de champs de gravitation qui ne sont pas trop intenses de manière qu'il puisse rester stationnaire, il doit cependant subir une correction continue par freinage 25 de la vitesse acquise par l'attraction au moyen de systèmes de propulsion appropriés. Comme on peut s'en rendre compte facilement, il est possible d'établir une immobilisation de base correcte, à la différence de tous les autres mouvements des corps entourant ledit véhicule. En conséquence trois 30 instruments installés orthogonalement conformément à la figure 13 sur une sonde spatiale qui a été lancée à l'extérieur du système solaire pourraient la maintenir automatiquement stationnaire, au moyen de leurs indications, par enclenchement et commande de systèmes de propulsion avec très peu 35 d'énergie, du fait qu'à de très grandes distances de corps célestes beaucoup plus importants ( le soleil et les planètes) les forces d'attraction par gravitation deviennent très petites. Cela pourrait être utilisable dans le cas o la sonde spatiale est équipée, par exemple, d'un système lumineux alimenté par une énergie atomique, en émettant des impulsions lumineuses puissantes ( par exemple de la lumière cohérente), en vue d'indiquer en conséquence un point de référence stationnaire pour une partie assez grande de l'espace sidéral adjacent à la terre et au

système solaire.

Un tel dispositif à trois plans orthogonaux permet de mesurer de façon continue toute vitesse de translation 10 propre, sans aucune vitesse de révolution, mais simplement en établissant une relation mutuelle, par le calcul, entre les différences t - t1 des trois instruments de mesure, qui produisent simultanément leurs impulsions laser d'une manière synchronisée. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Système opto-électronique pour la détermination de la direction et de la vitesse (V) d'un véhicule mobile au moyen de l'émission interne de faisceaux laser 5 (z, Zl), caractérisé en ce que, pour tenir compte de la contraction relative en correspondance au rapport V/c, les valeurs de temps sont mesurées simultanément par les deux procédés décrits, c'est-àdire au moyen de deux instruments (M) ayant des dimensions parfaitement égales, avec deux faisceaux lumineux se déplaçant dans des positions mutuellement opposées et avec des angles de réflexion (P) identiques

entre les miroirs parallèles (Sp, Spl).

2. Système opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système électronique de mesure des 15 temps ( t, t1) est incorporé au processeur (EL) au moyen de circuits électriques symétriques (A, A1) et il doit évidemment être reprogrammé en vue d'une compatibilité avec le type

de calcul qui tient compte également de la contraction relative.

3. Système opto-électronique selon la revcndication 1, caractérisé en ce que, dans le but d'améliorer la définition des mesures de temps ( t, tl), les photodétecteurs individuels (ftr, ftrl), sont remplacés par des éléments photosensibles positionnés le long de toute la partie extrême de l'instrument (m), comme indiqué sur les dessins respectivement par L et L1, dans les deux parties composantes

symétriques de l'instrument revendiqué.

4. Système opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le but d'améliorer la définition 30 des valeurs de temps ( t, t1), en correspondance à la sortie de la source génératrice de laser (z), il est prévu, après la concentration, une feuille transparente légèrement incurvée (H) comportant deux épaisseurs différentes, avec un échelonnement très régulier de valeurs égales à à /2, qui est disposée en concordance avec une ligne transversale

parallèle à l'axe longitudinal des lentilles bicylindriques.

5. Système opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour être étalonné, l'instrument (M) peut être orienté à la fois parallèlement et perpendiculairement à la direction de la vitesse (V) à mesurer, ainsi que dans toute autre position angulaire, si cette position intermédiaire peut être établie en référence à l'une ou l'autre des deux premières positions, en étant supposée comme

la position de base.