FR2729034A1 - Procede et dispositif d'acquisition et de poursuite, notamment pour installation de liaison optique - Google Patents
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Abstract
Le procédé d'acquisition et de poursuite d'une cible, telle qu'un satellite, pour une liaison à faisceau optique, comprend deux phases. Au cours d'une acquisition, on analyse l'ensemble du champ d'un détecteur matriciel à transfert de charges (16) pour repérer approximativement l'image de la cible à acquérir et on définit une fenêtre de poursuite entourant l'emplacement de l'image, comportant quelques pixels. Au cours d'une poursuite, on évacue les charges contenues dans le drain du registre jusqu'à l'accès aux lignes contenant la fenêtre de poursuite, pendant l'accès à ces lignes, on évacue, par drainage, les charges des pixels au-delà de ceux de la fenêtre de lecture et, une fois lues les lignes contenant la fenêtre de poursuite, on évacue les charges dans le drain du registre de lecture.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF D'ACQUISITION ET DE POURSUITE,
NOTAMMENT POUR INSTALLATION DE LIAISON OPTIQUE
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant d'acquérir optiquement une cible à l'intérieur d'un champ important à deux dimensions, de localiser la direction de la cible avec précision et de la poursuivre.
NOTAMMENT POUR INSTALLATION DE LIAISON OPTIQUE
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif permettant d'acquérir optiquement une cible à l'intérieur d'un champ important à deux dimensions, de localiser la direction de la cible avec précision et de la poursuivre.
L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le domaine des liaisons par voie optique entre satellites. L'émetteur porté par un satellite doit être pointé avec précision vers l'autre, du fait que le lobe d'émission doit être très étroit pour y concentrer la puissance réduite de la source de lumière disponible (diode laser en général). La poursuite doit s'effectuer à cadence élevée du fait du mouvement relatif des satellites en maintenant la précision. L'acquisition implique une recherche dans un champ important, afin de détecter à coup sûr le satellite sur lequel le pointage doit ultérieurement être effectué, mais la détection initiale de 1emplacement du satellite peut n'être que grossière.
Jusqu'à présent, le respect de ces deux conditions (acquisition d'un champ large et poursuite de grande précision et à cadence élevée) a exigé l'utilisation de deux voies de mesure différentes ayant chacune un capteur constitué généralement par un détecteur à couplage de charges (couramment appelé détecteur CCD), à transfert de trame. Un tel détecteur comporte une zone image constituée de sites photosensibles sur lesquels s'effectue une intégration de charges sous éclairement, une zone de stockage et un registre de lecture. L'un a une zone d'image ayant un grand nombre de sites photosensibles pour l'acquisition. L'autre a un nombre de sites beaucoup plus réduit, afin de réduire la durée de traitement et d'autoriser une cadence de répétition de mesure élevée.Le poids et l'encombrement de ces deux équipements, auxquels s'ajoute un mécanisme de pointage entraînant le télescope destiné à former le lobe de sortie de la source et à former une image sur les détecteurs, sont forcément importants.
La présente invention vise notamment à fournir un détecteur capable à la fois d'effectuer une mesure d'acquisition à l'intérieur d'un grand champ et une mesure de poursuite à l'intérieur d'un champ plus petit, à une fréquence de mesure plus élevée, avec une précision également plus élevée. Dans la pratique, dans l'application aux liaisons entre satellites, le rapport entre le champ de mesure total et la tolérance sur la mesure d'orientation en poursuite doit dépasser 50 000/1.
Pour arriver à ce résultat, l'invention utilise notamment le fait qu'il existe maintenant des détecteurs CCD de grand format comportant un drain de purge du registre de lecture, placé en parallèle avec le registre et dans lequel on peut évacuer quasi instantanément et simultanément les charges contenues dans tout le registre de lecture.
L'invention propose notamment un procédé d'acquisition et de poursuite pour liaison à faisceau optique suivant lequel (a) au cours d'une phase d'acquisition
(al) on analyse l'ensemble du champ d'un détecteur
matriciel à transfert de charge pour repérer ap
proximativement limage d'une cible à acquérir dans
le champ,
(a2) on définit une fenêtre de poursuite entourant
l'emplacement de limage, comportant quelques pixels
de quelques lignes du champ, et (b) au cours d'une phase de poursuite, une séquence au cours de laquelle
(bl) on évacue les charges contenues dans le drain
du registre jusqu'à l'accès aux lignes contenant la
fenêtre de poursuite,
(b2) pendant l'accès aux lignes contenant la
fenêtre de poursuite, on évacue par drainage, dans
le registre à décalage, les charges des pixels dès
que ceux de la fenêtre de lecture sont sortis et
(b3) une fois lues les lignes contenant la fenêtre
de poursuite, on évacue les charges dans le drain du
registre de lecture au fur et à mesure du transfert
des lignes.
(al) on analyse l'ensemble du champ d'un détecteur
matriciel à transfert de charge pour repérer ap
proximativement limage d'une cible à acquérir dans
le champ,
(a2) on définit une fenêtre de poursuite entourant
l'emplacement de limage, comportant quelques pixels
de quelques lignes du champ, et (b) au cours d'une phase de poursuite, une séquence au cours de laquelle
(bl) on évacue les charges contenues dans le drain
du registre jusqu'à l'accès aux lignes contenant la
fenêtre de poursuite,
(b2) pendant l'accès aux lignes contenant la
fenêtre de poursuite, on évacue par drainage, dans
le registre à décalage, les charges des pixels dès
que ceux de la fenêtre de lecture sont sortis et
(b3) une fois lues les lignes contenant la fenêtre
de poursuite, on évacue les charges dans le drain du
registre de lecture au fur et à mesure du transfert
des lignes.
La mise en oeuvre de ce procédé permet de supprimer le goulot d'étranglement constitué, lors de la mise en oeuvre classique des détecteurs CCD à transfert de trame, par le fait que toutes les charges doivent être évacuées par la sortie série du registre de lecture.
Certains détecteurs CCD comportent également des drains implantés entre les colonnes de sites photosensibles, permettant d'évacuer quasi-instantanément toutes les charges présentes dans les pixels de la zone image, vers le substrat du détecteur. Cette fonction permet d'initialiser la durée d'intégration par une commande du niveau des drains de la zone image, vidant le contenu de tous les sites photosensibles, qui correspondent chacun à un pixel.
L'invention propose également un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus, ayant un détecteur
CCD matriciel à N lignes et M colonnes (N et M étant des nombres entiers) de sites photosensibles correspondant chacun à un pixel, à transfert de trame et registre de sortie ligne par ligne, ayant des moyens pour transférer l'ensemble des charges d'une zone d'image à intégration de charges vers une zone mémoire également à N x M pixels, des moyens pour analyser limage et détecter la présence de la cible dans l'image à une première fréquence moyenne, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens pour, après détection de la cible, effectuer un repérage et une poursuite au cours desquels lesdits moyens
- évacuent les charges dans le drain du registre jusqu'à l'accès aux lignes constituant une fenêtre de poursuite constituée de pixels appartenant seulement à quelques lignes et quelques colonnes du détecteur
- pendant l'accès aux lignes contenant la fenêtre de poursuite, évacuent les charges des pixels dans le registre à décalage au-delà de ceux appartenant à la fenêtre de poursuite ; et
- évacuent dans le drain du registre de lecture les charges, une fois lues les lignes contenant la fenêtre de poursuite.
CCD matriciel à N lignes et M colonnes (N et M étant des nombres entiers) de sites photosensibles correspondant chacun à un pixel, à transfert de trame et registre de sortie ligne par ligne, ayant des moyens pour transférer l'ensemble des charges d'une zone d'image à intégration de charges vers une zone mémoire également à N x M pixels, des moyens pour analyser limage et détecter la présence de la cible dans l'image à une première fréquence moyenne, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens pour, après détection de la cible, effectuer un repérage et une poursuite au cours desquels lesdits moyens
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- pendant l'accès aux lignes contenant la fenêtre de poursuite, évacuent les charges des pixels dans le registre à décalage au-delà de ceux appartenant à la fenêtre de poursuite ; et
- évacuent dans le drain du registre de lecture les charges, une fois lues les lignes contenant la fenêtre de poursuite.
Dans le cas où la cible présente une vitesse tangentielle élevée dans le champ, il est nécessaire de pointer le télescope qui forme l'image de la cible dans la zone image du détecteur et qui forme le lobe d'émission de la source en avant de la cible dans le sens de déplacement de cette dernière. Dans un dispositif classique, ayant une voie de poursuite n'ayant qu'un petit nombre de pixels, la fenêtre de poursuite a un emplacement bien déterminé dans le champ d'acquisition, correspondant à la vitesse tangentielle prévue pour la cible, en grandeur et en direction. En revanche, l'invention, du fait qu'elle peut affecter à la fenêtre de poursuite n'importe quel groupe de pixels à l'intérieur de la zone image par programmation, donne une beaucoup grande souplesse de fonctionnement.
Les caractéristiques ci-dessus ainsi que d'autres apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma destiné à illustrer une application particulière de l'invention, constituée par une liaison optique entre deux satellites
- la figure 2 est un synoptique montrant la constitution de principe d'un dispositif suivant l'invention
- la figure 3 est un schéma montrant un fractionnement possible des pixels d'acquisition en vue de la poursuite;;
- la figure 4 montre les fonctions de transfert réponseposition de la tache image pour un pixel d'acquisition avec le fractionnement de la figure 3, et
- les figures SA à 5D montrent un mode d'ajustage de la fenêtre de poursuite, montrée en grisé.
- la figure 1 est un schéma destiné à illustrer une application particulière de l'invention, constituée par une liaison optique entre deux satellites
- la figure 2 est un synoptique montrant la constitution de principe d'un dispositif suivant l'invention
- la figure 3 est un schéma montrant un fractionnement possible des pixels d'acquisition en vue de la poursuite;;
- la figure 4 montre les fonctions de transfert réponseposition de la tache image pour un pixel d'acquisition avec le fractionnement de la figure 3, et
- les figures SA à 5D montrent un mode d'ajustage de la fenêtre de poursuite, montrée en grisé.
L'invention sera décrite dans ce qui suit dans le cas de l'application particulièrement importante, bien que non exclusive, constituée par l'établissement d'une liaison par voie optique entre un satellite 10 placé en orbite basse, à quelques centaines de km d'altitude (satellite dit fréquemment LEO) et un satellite 12 placé sur une orbite géostationnaire, dit GEO. Le satellite LEO transmet les informations qu'il acquiert au satellite GEO qui est constamment pointé en direction d'un récepteur à terre. De telles liaisons sont largement utilisées car elles écartent le problème de stockage des données à bord du satellite LEO qui, en l'absence de cette liaison, devrait mémoriser une masse considérable d'informations jusqu'à ce qu'il soit en visibilité directe d'une station terrestre pouvant recevoir le stock de données acquises.La faible puissance, 10 à 100 mW en général, de l'émetteur optique doit être concentrée dans un lobe très étroit, ce qui exige un pointage initial très précis et une poursuite à cadence élevée et de grande précision.
Classiquement, un satellite GEO est équipé d'une balise qui émet un faisceau optique dans un angle solide important, recouvrant à coup sûr la zone dans laquelle va arriver le satellite LEO, en dépit des imprécisions de pointage. Le terminal du satellite LEO observe de façon continue la direction dans laquelle est attendu le satellite GEO, prédite par connaissance des éphémérides, jusqu'à détection de la balise. Cette acquisition doit s'effectuer dans le laps de temps de quelques secondes au cours duquel le satellite LEO est dans le faisceau de la balise du terminal
GEO. Une fois le signal détecté, le dispositif passe du mode acquisition, à champ large et précision moyenne, au mode de poursuite.Il doit alors être capable de pointer son émetteur sur le satellite GEO, constituant une cible, avec une précision élevée, de l'ordre de 0,1 rads). Le pointage précis une fois réalisé, le dispositif doit poursuivre la cible à fréquence élevée, pratiquement 5 à 10 kHz, du fait du mouvement relatif des satellites.
GEO. Une fois le signal détecté, le dispositif passe du mode acquisition, à champ large et précision moyenne, au mode de poursuite.Il doit alors être capable de pointer son émetteur sur le satellite GEO, constituant une cible, avec une précision élevée, de l'ordre de 0,1 rads). Le pointage précis une fois réalisé, le dispositif doit poursuivre la cible à fréquence élevée, pratiquement 5 à 10 kHz, du fait du mouvement relatif des satellites.
Le satellite GEO observe de son côté, de façon continue, dans la direction du satellite LEO jusqu'à ce qu'il détecte le signal optique émis par le satellite LEO, après pointage précis de la source de ce dernier.
L'acquisition doit s'effectuer dans un champ étendu. I1 ne serait pas possible d'analyser un tel champ étendu avec une précision et à une cadence élevées. Pour cette raison, comme il a été dit, une solution habituelle consiste à prévoir un dispositif ayant une voie d'acquisition, à champ large, précision moyenne et cadence d'analyse relativement faible, et une voie de pointage et de poursuite, ayant une précision beaucoup plus élevée, un champ beaucoup plus faible et une durée d'analyse d'image beaucoup plus faible, permettant une fréquence de mesure au moins dix fois plus élevée et souvent cent fois plus élevée.
Le détecteur selon l'invention réalise les deux fonctions en ne mettant en oeuvre qu'une seule voie, exploitée de façon différente pendant la phase d'acquisition et la phase de poursuite.
Le dispositif peut avoir la constitution générale montrée en figure 2. Il comprend un détecteur CCD 16 à transfert de trame unique. Ce détecteur peut être regardé comme ayant une zone image 18 constituée de sites photosensibles répartis en N lignes et M colonnes (N et M étant généralement compris entre 100 et 500) et une zone image 20 ayant la même constitution, mais qui ne reçoit pas d'éclairement. Le détecteur comporte enfin un registre de sortie 22 destiné à recevoir les charges accumulées dans la zone mémoire, ligne par ligne, et à les émettre, par sa sortie série 23, vers un étage de sortie 24 comprenant un amplificateur et un convertisseur analogique-numérique.A l'issue d'une durée d'intégration, les charges accumulées par chaque site sont tranférées dans la zone mémoire 20, puis les charges stockées dans la zone mémoire 20 sont transférées ligne par ligne dans le registre de lecture série 22. Les signaux représentatifs des pixels successifs, numérisés, sont envoyés à un circuit de traitement 26 qui détecte l'emplacement de la cible, constitué par le satellite avec lequel la communication doit être établie, et commande un mécanisme de pointage optique 30. Le fonctionnement est commandé par un circuit de séquencement 28.
En phase d'acquisition, le circuit de traitement compare le signal correspondant à chaque pixel à un seuil prédéfini pour détecter la présence de la cible.
La constitution et le mode de fonctionnement décrits jusqu'ici sont classiques. Ils permettent d'effectuer des mesures à une cadence qui est limitée par le temps d'intégration minimale du flux lumineux sur la zone d'image et surtout par le temps de traitement nécessaire pour analyser tous les pixels de limage.
Pour une matrice de N x M pixels et une fréquence Ft de traitement par le circuit 26, la fréquence de mesure maximale est égale à Fa = F,/(NM). Dans le cas représentatif d'une fréquence Ft de 3 MHz, la fréquence de mesure maximale Fo varie de 12 Hz à 300 Hz lorsque NM varie de 25.104 à 104.
La précision sur la position de la cible est de l'ordre de + 0,5 pixel, la dimension d'un pixel étant celle d'un site photosensible.
La mise en oeuvre de l'invention nécessite l'emploi d'un détecteur CCD ayant des fonctionnalités particulières. L e détecteur comporte des moyens placés en parallèle avec le registre de lecture 22, permettant d'évacuer quasi instantanément les charges contenues dans tout le registre de lecture, constitué par un drain commandable.
Le détecteur comporte avantageusement des moyens permettant d'évacuer quasi instantanément les charges présentes dans les pixels de la zone image ; ces moyens peuvent être constitués par des drains implantés entre les colonnes de la zone image, ayant un niveau commandable et permettant d'évacuer les charges vers le substrat du détecteur.
Le circuit de séquencement est commandable en fonction des informations fournies par le circuit de traitement.
D'une part il provoque les transferts successifs entre la zone d'image, la zone de mémoire et le registre de lecture.
D'autre part il effectue les remises à zéro nécessaires, en particulier lors de la phase de poursuite. Enfin il fournit une base de temps à l'étage de sortie et au circuit de traitement qui commande le mécanisme de pointage 30 destiné à amener le télescope associé au dispositif de mesure et à la source d'émission dans une orientation située en avant de la cible dans le sens de déplacement relatif de cette dernière.
En mode de poursuite, les durées qui interviennent pour limiter la fréquence de répétition sont
- le temps t1 de transfert de la totalité de la zone image 18 dans la zone mémoire 20, égal à N/Ft1, où Fti est la fréquence de transfert de ligne
- le temps t2 d'accès à la première ligne de la fenêtre de poursuite, c'est-à-dire le temps requis pour que cette première ligne arrive dans le registre 22, égal à X/F" où
X est le numéro de la première ligne
- les temps t3 d'accès aux pixels de la fenêtre de poursuite, dans chaque ligne la contenant
- le temps t4 de traitement des pixels de la fenêtre de poursuite
- le temps ts. nécessaire pour vider la zone mémoire 20 et le registre de lecture 22 avant d'effectuer un traitement du contenu de la zone de poursuite k x M/FIrp, où k est le nombre de lignes consacrées à vider le contenu des charges et Flw est la fréquence de lecture rapide des pixels.
- le temps t1 de transfert de la totalité de la zone image 18 dans la zone mémoire 20, égal à N/Ft1, où Fti est la fréquence de transfert de ligne
- le temps t2 d'accès à la première ligne de la fenêtre de poursuite, c'est-à-dire le temps requis pour que cette première ligne arrive dans le registre 22, égal à X/F" où
X est le numéro de la première ligne
- les temps t3 d'accès aux pixels de la fenêtre de poursuite, dans chaque ligne la contenant
- le temps t4 de traitement des pixels de la fenêtre de poursuite
- le temps ts. nécessaire pour vider la zone mémoire 20 et le registre de lecture 22 avant d'effectuer un traitement du contenu de la zone de poursuite k x M/FIrp, où k est le nombre de lignes consacrées à vider le contenu des charges et Flw est la fréquence de lecture rapide des pixels.
Parmi les temps t1 à tS ci-dessus, seuls sont utiles pour la poursuite, le temps de transfert t1 et le temps t4 de traitement des pixels de la fenêtre de poursuite.
L'invention permet de réduire à une valeur pratiquement négligeable les autres temps t2, t3 et t5, du fait qu'elle supprime le goulot d'étranglement constitué par le passage par la sortie série du registre de lecture. Dans un mode avantageux de réalisation, le procédé mis en oeuvre est le suivant
- avant début d'intégration sur les sites photosensibles de la zone d'image 18, les drains de cette zone sont commandés par le circuit de séquencement 28 de façon à écouler les charges de tous les pixels (RAZ zone image) ;;
- au fur et à mesure du transfert dans le registre 22 des lignes depuis la zone de stockage 20, les charges des lignes transférées dans le registre de lecture 22 sont évacuées en parallèle par le drain de purge de ce registre, sous la commande du circuit de séquencement 28 (RAZ des lignes 'avant' du registre de lecture)
- lors de la lecture des lignes contenant la fenêtre de poursuite (lignes dont le nombre est petit comparé aux N lignes de la zone de stockage), le reste du contenu du registre 22 est évacué dans le drain de purge du registre 22 dès la fin de la lecture des pixels de la ligne appartenant à la fenêtre de poursuite (RAZ en ligne du registre de lecture)
- enfin, pendant la durée nécessaire pour aller du début de chaque ligne contenant la fenêtre active pour arriver aux pixels utiles, c'est-à-dire pendant le temps d'accès en ligne, maintien de la commande de remise à zéro de l'étage de sortie 24 est maintenue active, de façon à évacuer les pixels inutiles.
- avant début d'intégration sur les sites photosensibles de la zone d'image 18, les drains de cette zone sont commandés par le circuit de séquencement 28 de façon à écouler les charges de tous les pixels (RAZ zone image) ;;
- au fur et à mesure du transfert dans le registre 22 des lignes depuis la zone de stockage 20, les charges des lignes transférées dans le registre de lecture 22 sont évacuées en parallèle par le drain de purge de ce registre, sous la commande du circuit de séquencement 28 (RAZ des lignes 'avant' du registre de lecture)
- lors de la lecture des lignes contenant la fenêtre de poursuite (lignes dont le nombre est petit comparé aux N lignes de la zone de stockage), le reste du contenu du registre 22 est évacué dans le drain de purge du registre 22 dès la fin de la lecture des pixels de la ligne appartenant à la fenêtre de poursuite (RAZ en ligne du registre de lecture)
- enfin, pendant la durée nécessaire pour aller du début de chaque ligne contenant la fenêtre active pour arriver aux pixels utiles, c'est-à-dire pendant le temps d'accès en ligne, maintien de la commande de remise à zéro de l'étage de sortie 24 est maintenue active, de façon à évacuer les pixels inutiles.
Dans ces conditions, le temps nécessaire pour purger le contenu de la zone mémoire 20 et celui du registre de lecture 22 avant d'effectuer un traitement du contenu de la fenêtre de poursuite, est réduit à Nfl/FtI, où Nf, est le nombre de lignes avant d'accéder à la fenêtre de poursuite et Fpl est la fréquence de purge de ligne. Comme on le verra plus loin sur un exemple particulier, cette constitution et le procédé de mise en oeuvre du dispositif permettent pratiquement de doubler la fréquence de poursuite, pour une fréquence d'horloge identique.
La nécessité d'un pointage du télescope en avant de la cible dans le sens de déplacement de cette dernière, d'une quantité ajustable suivant la vitesse de défilement de la cible, exige que la fenêtre de poursuite ait une position ajustable dans le champ du détecteur, puisque c'est le même télescope qui forme limage sur le détecteur et qui dirige le faisceau de la source de lumière.
La fonction de purge du registre de lecture 22 permet de réduire encore le temps d'accès à la fenêtre de poursuite lorsque cette fenêtre est décentrée, dans la zone image, en direction de la sortie. En effet, on peut ainsi avancer l'instant de remise à zéro du registre de lecture, du fait que les pixels utiles des lignes appartenant à la fenêtre sortent plus rapidement.
On donnera maintenant un exemple de mise en oeuvre de l'invention, concernant l'acquisition d'une cible constituée par un satellite sur orbite géostationnaire (satellite GEO) par un satellite LEO. Le terminal de liaison porté par le satellite GEO est équipé d'une balise. Le terminal du satellite LEO réalise une observation continue dans la direction où est attendu le satellite GEO et détecte le satellite GEO par repérage de limage de la balise.
Le dispositif passe alors du mode acquisition en un mode de poursuite, permettant de pointer le télescope sur le satellite GEO et d'orienter le faisceau optique de liaison émis par le satellite vers le satellite GEO avec une précision élevée.
I1 ne sera pas question ici du mode d'acquisition du terminal du satellite LEO par le terminal du satellite GEO, qui s'effectue de façon classique et conduit ensuite à l'arrêt du mouvement de balayage de la balise. I1 suffit de noter que le processus complet d'acquisition réciproque des deux terminaux doit être effectué pendant l'intervalle de temps court, de quelques secondes, au cours duquel le satellite LEO est immergé dans le faisceau de la balise du terminal GEO.
Dans le cas d'un dispositif ayant un détecteur à N x M = 300 x 300 pixels, une fréquence de lecture de pixels de 3 MHz, une fréquence de lecture rapide des pixels inutiles de 9 MHz et une fréquence de purge des lignes inutiles de 1 MHz, avec une fréquence de traitement des pixels (limitée par la conversion numérique-analogique de 3 MHz, le gain en fréquence obtenu dépend de la dimension de la fenêtre de poursuite et de son emplacement dans la zone d'image. Dans le cas d'une fenêtre de poursuite centrée, située dans quatre lignes et huit colonnes, la fréquence de poursuite maximale est deux fois supérieure à celle qui aurait été obtenue en mode de lecture traditionnel.
La fenêtre de poursuite a une dimension de plusieurs pixels en lignes et en colonnes et on veut pouvoir, la déplacer dans le champ du détecteur pour supprimer le mécanisme de pointage en avant. La possibilité de définir une fenêtre de poursuite et un point de consigne n'importe où dans le champ du détecteur permet de réaliser la poursuite en arrière, qui permet à son tour de compenser le déplacement du satellite visé pendant le temps de vol de l'impulsion laser.
Un détecteur de poursuite classique n'assure une mesure précise, par interpolation, que sur un champ très limité, centré au point commun de quatre pixels déterminés. L'interpolation consiste en effet à faire le rapport entre la différence des contributions de de couples de pixels adjacents et le total des contributions des quatre pixels.
Mais la relation entre le décent rage de la tache qui constitue l'image de la cible et ce rapport n'est linéaire que sur une fraction de la dimension d'un pixel. Sur un détecteur que l'on peut considérer comme représentatif, la relation n'est linéaire que dans une zone de + 0,1 pixel autour du point commun.
Une précision élevée, du même ordre que celle qui n'est obtenue que dans une zone bien localisée et très limitée sur un détecteur classique, peut être atteinte à un emplacement ajustable en colonne et/ou en ligne en utilisant une constitution particulière du détecteur et/ou une commande particulière des phases d'intégration de lumière sur les sites photosensibles et de transfert.
En colonne, on peut utiliser des sites photosensibles de largeur égale à une fraction entière de pixel courant. La technologie actuelle permet de fractionner les pixels courants en deux demi-pixels, qu'on désignera par la suite sous le nom de pixels-détecteurs1. Ultérieurement, un fractionnement en trois ou quatre pixels-détecteurs deviendra vraisemblablement possible. En cas de fractionnement en deux pixels-détecteurs, les charges provenant des pixelsdétecteurs sont sommées deux à deux lors de l'acquisition pour intégrer un contenu de charges équivalent à celui d'un détecteur courant.
On définit ainsi la position de la fenêtre d'écartométrie dans laquelle s'effectue l'interpolation avec un pas égal à un demi pixel courant. La figure 3 montre par exemple le fractionnement de pixels courants ayant une taille de 23 p en demi-pixels désignés par A, B,...F. On peut ainsi fixer le centre de la fenêtre d'écartométrie non plus seulement au point O de jonction entre quatre pixels courants, ce qui limiterait la zone de linéarité à a (figure 4), mais aussi à Oî ou 02. Dans le cas par exemple où on fixe le centre en 01, le calcul écartométrique permettant de déterminer la position de la tache image en ordonnées consistera à faire le rapport
A+B-E-F
A+B+E+F où A, B,... F désignent les contributions des différents pixels-détecteurs.
A+B-E-F
A+B+E+F où A, B,... F désignent les contributions des différents pixels-détecteurs.
En ligne, la disposition des pixels d'acquisition peut être ajustée par programmation des phases d'intégration de lumière.
Par exemple, pour un détecteur CCD fonctionnant en mode de lecture à quatre phases, il est possible d'adopter l'une quelconque de quatre séquences d'intégration, correspondant à des décalages, en conservant un mode de commande avec deux phases à l'état haut et deux phases à l'état bas. Les figures 5A à 5D montrent les quatre répartitions possibles dans ce cas. Sur ces figures, les notations + avec un indice désignent les entrées appliquées sur les lignes de commande, qui peuvent prendre des valeurs + et - (haute et basse). Les bandes 34 correspondent chacune à une colonne de pixelsdétecteurs.
Avec quatre phases d'intégration, et en respectant la condition de deux phases à l'état haut et deux phases à l'état bas simultanément, on peut définir la position de la fenêtre d'écartométrie avec un pas de un quart de pixel d'acquisition. I1 est même possible de définir la position de la fenêtre avec un pas de un huitième de pixel d'acquisition, à condition d'admettre une intégration avec alternativement une phase à l'état haut et deux phases à l'état haut.
On peut assimiler cette technique à un suréchantillonnage permettant d'obtenir une réponse linéaire en tout point de la matrice de site photosensible.
Dans ces conditions, la sélection de la fenêtre de poursuite peut être réalisée par un asservissement comportant, à partir de l'instant où a été évalué ou prédit le point central de la fenêtre d'acquisition, et donc le point de départ de l'asservissement en poursuite
- une définition matérielle de la fenêtre de poursuite, par phasage optimum des commandes de lignes (phases + sur les figures 5A à 5D) et des pixels-détecteurs (figures 3 et 4) puis acquisition et mesure par conversion analogiquenumérique du niveau de chacun des pixels-détecteurs,
- le calcul écartométrique, par un processus d'interpolation en lui-même bien connu,
- si l'interpolation donne un résultat proche de +1 ou de -1, indiquant que le centre de la tache est au bord de la fenêtre, un nouveau calcul écartométrique en colonnes avec décalage d'une période spatiale égale à la dimension d'un pixel-détecteur.
- une définition matérielle de la fenêtre de poursuite, par phasage optimum des commandes de lignes (phases + sur les figures 5A à 5D) et des pixels-détecteurs (figures 3 et 4) puis acquisition et mesure par conversion analogiquenumérique du niveau de chacun des pixels-détecteurs,
- le calcul écartométrique, par un processus d'interpolation en lui-même bien connu,
- si l'interpolation donne un résultat proche de +1 ou de -1, indiquant que le centre de la tache est au bord de la fenêtre, un nouveau calcul écartométrique en colonnes avec décalage d'une période spatiale égale à la dimension d'un pixel-détecteur.
La plage de linéarité par rapport au centre d'un pixel détecteur est d'environ a=0,2 pixel (figure 4). Des moyens sont avantageusement prévus pour effectuer un choix dans le cas où la mesure s'effectue à la frontière entre deux plages linéaires. Lorsque la répartition est du genre montré en figure 4, cela signifie par exemple que la mesure doit s'effectuer de façon à rester dans une plage de + 0,25 pixel correspondant à l'une des fonctions de transfert.
Ces moyens peuvent être les suivants. En colonnes, on effectue simultanément le calcul écartométrique pour une fenêtre de calcul donnée et pour deux fenêtres décalées de un pixel-détecteur de part et d'autre de la première et on ne prend en compte que la position calculée donnant un résultat différent de +1 ou -1, c'est-à-dire faisant apparaître qu'il n'y a contribution que d'un seul couple.
En lignes, la sélection est effectuée sans difficulté, étant donné que la résolution disponible sur l'emplacement de la fenêtre d'acquisition permet de l'ajuster à un pas de 0,25 pixel d'acquisition en tout point.
Claims (7)
1. Procédé d'acquisition et de poursuite pour liaison à faisceau optique, suivant lequel (a) au cours d'une phase d'acquisition
(al) on analyse l'ensemble du champ d'un détecteur
matriciel à transfert de charges pour repérer ap
proximativement l'image d'une cible à acquérir dans
le champ,
(a2) on définit une fenêtre de poursuite entourant
l'emplacement de l'image, comportant quelques pixels
de quelques lignes du champ, et (b) au cours d'une phase de poursuite
(bl) on évacue les charges contenues dans le drain
du registre jusqu'à l'accès aux lignes contenant la
fenêtre de poursuite,
(b2) pendant accès aux lignes contenant la
fenêtre de poursuite, on évacue par drainage, dans
le registre à décalage, les charges des pixels au
delà de ceux de la fenêtre de lecture, et
(b3) une fois lues les lignes contenant la fenêtre
de poursuite, on évacue les charges dans le drain du
registre de lecture, de sorte que la poursuite peut
être réalisée à fréquence élevée par rapport à la
fréquence au cours de l'acquisition quel que soit
l'emplacement de la fenêtre de poursuite.
2. Procédé selon la revendication 1, destiné à l'acqui- sition et à la poursuite d'un satellite cible, à partir d'un autre satellite, caractérisé en ce qu'on oriente le satellite portant le détecteur de façon qu'un télescope de formation dun lobe d'émission dudit faisceau optique, d'orientation fixe par rapport au détecteur, vise en avant du satellite cible d'un angle tenant compte de la grandeur et de l'orientation de la vitesse tangentielle du satellite cible et du temps de vol du faisceau optique et en ce qu'on ajuste l'emplacement de la fenêtre de poursuite de façon quelle entoure encore l'emplacement de l'image du satellite cible formée par le télescope.
3. Dispositif d'acquisition et de poursuite d'une cible pour communication par faisceau optique, ayant un détecteur
CCD à matrice de N lignes et M colonnes (N et M étant des nombres entiers) de sites photosensibles correspondant chacun à un pixel, à transfert de trame et registre de sortie ligne par ligne), ayant des moyens pour transférer l'ensemble des charges d'une zone d'image à intégration de charges vers une zone mémoire également à N x M pixels, des moyens pour analyser l'image et détecter la présence de la cible dans l'image à une première fréquence moyenne, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des moyens pour, après détection de la cible, effectuer un repérage et une poursuite au cours desquels lesdits moyens
- évacuent les charges dans le drain du registre jusqu'à l'accès aux lignes constituant une fenêtre de poursuite constituée de pixels appartenant seulement à quelques lignes et quelques colonnes du détecteur
- pendant l'accès aux lignes contenant la fenêtre de poursuite, évacuent les charges des pixels dans le registre à décalage au-delà de ceux appartenant à la fenêtre de poursuite ; et
- évacuent dans le drain du registre de lecture les charges, une fois lues les lignes contenant la fenêtre de poursuite.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dits moyens sont prévus pour décentrer la fenêtre de poursuite dans la zone image, en direction de la sortie et avancer l'instant de remise à zéro du registre de lecture.
5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé par des moyens (34) pour fractionner, en vue de la poursuite, les pixels utilisés pour l'acquisition et les réduire à une largeur telle que la relation entre la position d'une tache image et le rapport entre les contributions de pixels recevant la zone image soit sensiblement linéaire.
6. Dispositif selon les revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour ajuster la position de la fenêtre de poursuite par pas égaux à une fraction de pixel d'acquisition, par programmation des phases d' intégration.
7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour ajuster la position de la fenêtre de poursuite dans le champ du détecteur matriciel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9415876A FR2729034A1 (fr) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | Procede et dispositif d'acquisition et de poursuite, notamment pour installation de liaison optique |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9415876A FR2729034A1 (fr) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | Procede et dispositif d'acquisition et de poursuite, notamment pour installation de liaison optique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2729034A1 true FR2729034A1 (fr) | 1996-07-05 |
| FR2729034B1 FR2729034B1 (fr) | 1997-02-28 |
Family
ID=9470419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9415876A Granted FR2729034A1 (fr) | 1994-12-29 | 1994-12-29 | Procede et dispositif d'acquisition et de poursuite, notamment pour installation de liaison optique |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2729034A1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999030444A1 (fr) * | 1997-12-10 | 1999-06-17 | Ems Technologies Canada, Ltd. | Acquisition optique et systeme de suivi |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4430673A (en) * | 1981-06-24 | 1984-02-07 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Programmable scan/read circuitry for charge coupled device imaging detectors |
| EP0178954A2 (fr) * | 1984-06-15 | 1986-04-23 | Societe De Fabrication D'instruments De Mesure (S.F.I.M.) | Procédé et dispositif pour l'exploration d'une fenêtre de la zone image d'un dispositif à transfert de charges du type à transfert de trames |
| EP0235002A1 (fr) * | 1986-02-07 | 1987-09-02 | AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle | Senseur opto-électronique à transfert de charges |
-
1994
- 1994-12-29 FR FR9415876A patent/FR2729034A1/fr active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4430673A (en) * | 1981-06-24 | 1984-02-07 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Programmable scan/read circuitry for charge coupled device imaging detectors |
| EP0178954A2 (fr) * | 1984-06-15 | 1986-04-23 | Societe De Fabrication D'instruments De Mesure (S.F.I.M.) | Procédé et dispositif pour l'exploration d'une fenêtre de la zone image d'un dispositif à transfert de charges du type à transfert de trames |
| EP0235002A1 (fr) * | 1986-02-07 | 1987-09-02 | AEROSPATIALE Société Nationale Industrielle | Senseur opto-électronique à transfert de charges |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999030444A1 (fr) * | 1997-12-10 | 1999-06-17 | Ems Technologies Canada, Ltd. | Acquisition optique et systeme de suivi |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2729034B1 (fr) | 1997-02-28 |
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20060831 |