FR2869114A1 - Altimetre laser et appareil de mesure de vitesse au sol combines. - Google Patents

Abstract

Un appareil combiné à laser pour déterminer à la fois l'altitude et la vitesse au sol d'un aéronef, ledit appareil comprenant une source de laser (30) pulsé ; une pluralité de premiers éléments optiques (46, 48) pour diriger des faisceaux laser ; une pluralité de deuxièmes éléments optiques configurés pour former un télescope (52); un scanneur optique (84) pour diriger les faisceaux laser et le champ optique du télescope (52) vers des positions au sol souhaitées ; le télescope (52) étant adapté pour recevoir des réflexions par le sol décalées de longueur d'onde par effet Doppler des faisceaux laser pulsés ; un élément de filtre optique pour séparer les réflexions en première et deuxième parties qui dépendent du décalage en longueur d'onde par effet Doppler ; et des moyens de traitement pour déterminer l'altitude et la vitesse au sol de l'aéronef en se basant sur les première et deuxième parties.

Description

La présente invention concerne des systèmes avioniques pour mesurer, au-

dessus du niveau de sol (AGL = "above ground level" en anglais), l'altitude et la vitesse au sol d'un aéronef en général et plus

particulièrement, un appareil de mesure laser combiné pour mesurer à la fois l'altitude et la vitesse au sol au-dessus du niveau du sol (AGL) de l'aéronef.

Les aéronefs militaires et commerciaux d'aujourd'hui requièrent des mesures plus précises de la position et des informations de position de l'aéronef. Les systèmes RADAR basés au sol et les systèmes de positionnement globaux (GPS = "Global Positioning System" en anglais) permettent le positionnement précis d'un aéronef en latitude et en longitude souhaitable pour la gestion du trafic aérien, la séparation des aéronefs, et la navigation. Cependant, des mesures AGL précises sont souvent difficiles à obtenir avec ces systèmes, en particulier pour des applications dans lesquelles un placement précis au-dessus du sol est nécessaire. De nouveaux niveaux de précision pour les mesures d'altitude ou AGL, de l'ordre de +/- 15 cm (6 pouces), par exemple, sont souvent requis pour des profils de vol allant d'un vol stationnaire à un vol au voisinage du sol (NOE = "nop of earth") et des atterrissages autonomes. Les systèmes d'altimètres pour aéronefs actuels ne peuvent généralement pas obtenir ces mesures précises.

Récemment, des altimètres à laser ont été proposés pour usage à bord d'aéronefs. Cette technologie d'altimètre à laser présente une avancée importante par rapport aux altimètres à radar, car les données enregistrées au sol contiennent un niveau plus élevé de résolution en raison de l'étroit faisceau du laser. Cependant, les altimètres à laser posent certains problèmes lorsqu'ils sont appliqués à des aéronefs, en particulier en ce qui concerne le volume de l'instrument dû au grand nombre d'éléments optiques qui y sont contenus. Un autre problème concerne la robustesse de l'instrument dans un environnement de vol d'un aéronef. Les éléments optiques de l'altimètre à laser sont généralement montés sur un banc optique, ajustés pour être alignés avec précision l'un avec l'autre et fixés en place. Toutefois, en raison des vibrations, des chocs et de la grande variation de température rencontrés dans un vol d'aéronef, les éléments optiques ont tendance à se désaligner au fil du temps et exigent par conséquente un entretien constant. Dans des configurations d'altimètres à laser bistatiques, une rétrodiffusion d'émissions de faisceau laser dans une partie de télescope est un problème additionnel.

Un altimètre à laser qui surmonte les problèmes précités des altimètres à laser en mettant en oeuvre un altimètre à laser compact qui est amélioré en matière de taille, de robustesse et de maintien de l'instrument, est décrit dans la demande de brevet U.S. n 10/386 334 correspondante, en instance, déposée le 11 mars 2003, intitulée "Compact Laser Altimeter System", et attribuée à la même Demanderesse que la présente demande.

On a également proposé d'utiliser des systèmes à laser à utiliser à bord de l'aéronef pour en mesurer la vitesse au sol. Ces systèmes à laser pour mesurer la vitesse au sol proposent d'utiliser la rétrodiffusion d'émissions de laser par le sol, comme les altimètres à laser, pour mesurer la vitesse au sol. Cependant, ces systèmes de mesure de vitesse au sol ont généralement des problèmes d'alignement optique plus sévères que ceux décrits pour les altimètres à laser décrits ci-dessus.

L'invention pallie les problèmes précités en intégrant la capacité de mesure de la vitesse au sol dans un système d'altimètre à laser de sorte que le système décrit dans la demande de brevet n US 10/386 334 correspondante en instance, par exemple, pour effectuer un système à laser pour mesurer à la fois l'altitude AGL et la vitesse au sol d'un instrument commun. Par utilisation d'éléments optiques et d'éléments de traitement de signaux communs, l'instrument combiné obtenu maintient sensiblement les caractéristiques de petite taille, de robustesse et de maintien de l'altimètre à laser de la demande de brevet n US 10/386 334 correspondante en instance.

Selon un aspect de l'invention, un appareil à laser combiné pour déterminer à la fois l'altitude et la vitesse au sol d'un aéronef, comprend une source de laser pour émettre des faisceaux laser pulsés sensiblement à une longueur d'onde prédéterminée sur un premier trajet optique; une pluralité de premiers éléments optiques pour diriger les faisceaux laser du premier trajet optique vers un deuxième trajet optique qui sort des premiers éléments optiques; une pluralité de deuxièmes éléments optiques configurés pour former un télescope ayant un champ optique prédéterminé, le deuxième trajet optique et le champ optique du télescope étant co-alignés de manière fixe; un scanneur optique disposé dans le deuxième trajet optique pour diriger le deuxième trajet optique et le champ optique du télescope sur des positions de sol souhaitées tout en maintenant leur co-alignement; ledit télescope étant adapté pour recevoir à partir des positions du sol souhaitées des réflexions décalées en longueur d'onde par effet Doppler des faisceaux laser pulsés, dans son champ optique, et diriger les réflexions par le sol reçues sensiblement sur un troisième trajet optique; un élément de filtre optique disposé dans le troisième trajet optique pour séparer les réflexions par le du sol du troisième trajet optique en une première et une deuxième parties qui dépendent du décalage en longueur d'onde par effet Doppler des réflexions par le sol; et un moyen de traitement pour déterminer l'altitude et la vitesse au sol de l'aéronef sur la base de la première et de la deuxième partie.

Selon d'autres modes de réalisation, l'appareil comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.

- le moyen de traitement comprend: a) un premier détecteur de lumière pour recevoir et convertir ladite première partie de réflexions par le sol en premiers signaux électriques représentatifs de celle-ci; b) un deuxième détecteur de lumière pour recevoir et convertir ladite deuxième partie de réflexions par le sol en deuxièmes signaux électriques représentatifs de celle-ci; et c) un processeur pour déterminer la vitesse au sol de l'aéronef à chaque position du sol en se basant sur une fonction des premier et des deuxième signaux électriques; ou É 10 d) le moyen de traitement inclut un moyen pour déterminer un vecteur de balayage de sol par faisceau laser du scanneur pour chaque position du sol; et le processeur est adapté pour associer la vitesse au sol au vecteur de balayage de sol correspondant pour chaque position du sol; - le processeur est adapté pour déterminer la vitesse au sol en utilisant les vitesses au sol et les vecteurs de balayage du sol correspondants d'au moins trois positions du sol; - le processeur est adapté pour déterminer la vitesse au sol par une triangulation des vitesses au sol et des vecteurs de balayage de sol correspondants d'au moins trois positions au sol; - le processeur est adapté pour déterminer la vitesse au sol de l'aéronef à une position du sol en se basant sur un rapport d'une différence sur une somme des premier et deuxième signaux électriques correspondants à la position au sol; - l'élément de filtre optique est adapté pour 30 transmettre la première partie des réflexions par le sol dudit troisième trajet optique à travers celui-ci et réfléchir la deuxième partie des réflexions par le sol dudit troisième trajet optique dans un quatrième trajet optique, ladite transmission et ladite réflexion des première et deuxième parties par l'élément de filtre optique dépendant du décalage de longueur d'onde par effet Doppler desdites réflexions par le sol; - l'élément de filtre optique a une réponse de transmission à coupure nette par rapport à la longueur d'onde de sorte qu'un petit décalage Doppler de longueur d'onde s'écartant de la longueur d'onde d'émission de laser produira un changement détectable des caractéristiques de transmission de l'élément de filtre optique; - l'élément de filtre optique est réglé pour recevoir la longueur d'onde d'émission de laser le long d'un bord de coupure de la réponse de transmission; - l'élément de filtre optique est réglé pour recevoir la longueur d'onde d'émission de laser à mi-chemin environ du bord de coupure de la réponse de transmission; et - l'appareil comprend un séparateur de faisceau dichroïque.

Selon un autre aspect de l'invention, un appareil à laser pour générer des signaux à utiliser pour déterminer à la fois l'altitude et la vitesse au sol d'un aéronef, comprend: une source de laser pour émettre des faisceaux laser pulsés sensiblement à une longueur d'onde prédéterminée sur un premier trajet optique; une pluralité de premiers éléments optiques pour diriger les faisceaux laser du premier trajet optique sur un deuxième trajet optique qui sort des premiers éléments optiques; une pluralité de deuxièmes éléments optiques configurés pour former un télescope ayant un champ optique prédéterminé, le deuxième trajet optique et le champ optique du télescope étant co- alignés de manière fixe; le télescope étant adapté pour recevoir des réflexions décalées en longueur d'onde par effet Doppler des faisceaux laser pulsés dans son champ optique et diriger les réflexions reçues sensiblement sur un troisième trajet optique; un élément de filtre optique disposé dans le troisième trajet optique pour séparer les réflexions du troisième trajet optique en première et en deuxième partie qui dépendent du décalage en longueur d'onde par effet Doppler des réflexions; et des moyens de détection de lumière pour recevoir les première et deuxième parties et générer des premiers et deuxièmes signaux représentatifs des première et deuxième parties, respectivement.

Selon d'autres modes de réalisation, l'appareil 20 comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - la source de laser est adaptée pour générer périodiquement, de manière autonome, des impulsions laser; et les moyens de détection de lumière sont adaptés pour générer les premier et deuxième signaux correspondant à chaque réflexion de faisceau laser; l'appareil comprend un moyen pour générer un signal d'impulsion représentatif d'un démarrage de chaque période d'impulsion laser; l'élément de filtre optique est adapté pour transmettre la première partie des réflexions dudit troisième trajet optique à travers celui-ci et réfléchir la deuxième partie des réflexions dudit troisième trajet optique vers un quatrième trajet optique, ladite transmission et ladite réflexion des première et deuxième parties par l'élément de filtre optique dépendant du décalage en longueur d'onde par effet Doppler desdites réflexions; l'élément de filtre optique a une réponse de transmission à coupure nette par rapport à la longueur d'onde de sorte qu'un petit décalage Doppler en longueur d'onde s'écartant de la longueur d'onde d'émission de laser produira un changement détectable des caractéristiques de transmission de l'élément de filtre optique; et - l'élément de filtre optique est réglé pour recevoir la longueur d'onde d'émission de laser le long d'un bord de coupure de la réponse de transmission.

Selon un autre aspect de l'invention, un système à laser distribué à utiliser à bord d'un aéronef pour déterminer à la fois l'altitude et la vitesse au sol de l'aéronef, comprend au moins trois appareils de mesure à laser à disposer en différents emplacements sur l'aéronef, chacun desdits appareils comprenant une source de laser pour émettre des faisceaux laser pulsés sensiblement à une longueur d'onde prédéterminée sur un premier trajet optique; une pluralité de premiers éléments optiques pour diriger les faisceaux laser du premier trajet optique sur un deuxième trajet optique qui sort des premiers éléments optiques; une pluralité de deuxièmes éléments optiques configurés pour former un télescope avec un champ optique prédéterminé, ledit deuxième trajet optique et le champ optique du télescope étant co-alignés de manière fixe; ledit télescope étant adapté pour recevoir des réflexions décalées en longueur d'onde par effet Doppler desdits faisceaux laser pulsés dans son champ optique, et diriger lesdites réflexions reçues sensiblement sur un troisième trajet optique; un élément de filtre optique disposé dans ledit troisième trajet optique pour séparer les réflexions dudit troisième trajet optique en première et deuxième parties qui dépendent du décalage en longueur d'onde par effet Doppler desdites réflexions; et des moyens de détection de lumière pour recevoir les première et deuxième parties et générer des premiers et deuxièmes signaux représentatifs des première et deuxième parties, respectivement; chaque dit appareil à laser pouvant être configuré pour diriger son deuxième trajet optique et le champ optique du télescope co-aligné dudit aéronef vers une position au sol différente de celle de l'autre appareil laser; et une unité de traitement pour recevoir et traiter les premiers et deuxièmes signaux des au moins trois appareils à laser pour déterminer à la fois l'altitude et la vitesse au sol dudit aéronef.

Selon d'autres modes de réalisation, le système 25 comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.

- l'unité de traitement est adaptée pour déterminer une vitesse au sol de l'aéronef pour chaque appareil à laser en se basant sur une fonction des premiers signaux et des deuxièmes signaux correspondants ainsi générés; l'unité de traitement est adaptée pour associer la vitesse au sol à la configuration directionnelle correspondante des faisceaux laser des au moins trois appareils à laser, et est adaptée pour déterminer la vitesse au sol en utilisant les vitesses au sol et les directions correspondantes des faisceaux lasers des au moins trois appareils à base laser; - l'unité de traitement est adaptée pour déterminer la vitesse au sol de l'aéronef par une triangulation des vitesses au sol et des directions correspondantes des faisceaux laser des au moins trois appareils à laser; - l'unité de traitement est adaptée pour déterminer une vitesse au sol de l'aéronef pour chacun des au moins trois appareils à laser en se basant sur un rapport d'une différence sur une somme des premiers et des deuxièmes signaux lui correspondant; - la source de laser de chacun des au moins trois appareils à laser est adaptée pour générer périodiquement, de façon autonome, des impulsions laser; et le moyen de détection de lumière de chacun des au moins trois appareils à laser est adapté pour générer les premiers et les deuxièmes signaux correspondants à chaque réflexion de faisceau laser reçue; - chaque appareil à laser comprend un moyen pour générer un signal d'impulsion représentatif d'un démarrage de chaque période d'impulsion laser de celui-ci; et - l'unité de traitement est adaptée pour déterminer l'altitude de l'aéronef en se basant sur le signal d'impulsion et au moins l'un des premiers et des deuxièmes signaux d'au moins l'un des au moins trois appareils à laser.

L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description suivante, donnée uniquement à titre illustratif, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est une illustration de l'appareil pour détecter le bord d'un filtre de signaux de retour du sol à longueur d'onde décalée par effet Doppler convenant à une utilisation dans un mode de réalisation de l'invention; la Fig. 2 est un graphique d'une courbe caractéristique de réponse d'un élément de filtre optique convenant à une utilisation dans l'appareil de la Fig. 1; la Fig. 3 est une illustration d'un altimètre à laser et d'un appareil de mesure de vitesse au sol combinés appropriés pour mettre en oeuvre les principes généraux de l'invention; la Fig. 4 est une illustration d'un appareil pour balayer à la fois un faisceau laser émis et un champ optique d'un télescope en alignement fixe convenant à une utilisation avec le mode de réalisation de la Fig. 4; la Fig. 5 est un schéma-bloc fonctionnel schématique d'un circuit électronique de traitement pour calculer une mesure de la vitesse au sol convenant à une utilisation dans le présent mode de réalisation; la Fig. 6 est un schéma-bloc d'un processeur pour calculer l'altitude convenant à une utilisation dans la présente mode de réalisation; les Fig. 7 et 8 sont des illustrations de vues latérale et de dessus d'un autre exemple de réalisation sans balayage de l'invention; et la Fig. 9 est un schéma-bloc d'un exemple de circuit électronique de traitement approprié pour une utilisation dans un autre mode de réalisation sans balayage.

Le principe utilisé dans la présente mode de réalisation d'appareil à laser de mesure de vitesse au sol est d'émettre des impulsions à une longueur d'onde prédéterminée et à une vitesse prédéterminée de répétition d'impulsions d'une source de laser vers une position au sol et à recevoir la rétrodiffusion de lumière laser à partir de la position au sol. La rétrodiffusion de lumière laser aura une longueur d'onde décalée par effet Doppler en proportion de la partie de la vitesse au sol de l'aéronef le long du vecteur directionnel de la position de balayage des impulsions laser émises. Par suite, en déterminant le décalage Doppler de la longueur d'onde émise et la position de balayage du faisceau laser, la vitesse au sol associée projetée le long du vecteur directionnel peut être calculée. En triangulant ces mesures de vitesse au sol projetées en trois positions ou angles de balayage ou plus, la vitesse au sol absolue de l'aéronef peut être déterminée sans nécessiter d'informations sur l'altitude de l'aéronef. Le terme "sol", tel qu'il est utilisé dans la présente demande, désignera toute surface sur laquelle l'aéronef volera, notamment la terre, l'eau, des bâtiments, etc. et l'une quelconque de leurs combinaisons.

Dans le présent mode de réalisation, le décalage Doppler de la longueur d'onde est déterminé par un procédé de détection de bord de filtre. La Fig. 1 est une illustration d'un appareil pour la détection d'un bord de filtre de signaux de retour du sol à longueur d'onde décalée par effet Doppler convenant à une utilisation dans le présent mode de réalisation, qui sera décrit ci-dessous en se référant à l'illustration de la Fig. 3. En se référant à la Fig. 1, un élément de filtre optique 10, qui peut être un séparateur de faisceau dichroïque, par exemple, est disposé dans un trajet optique 12 des impulsions de retour du sol décalées par effet Doppler.

L'élément de filtre optique 10 a une courbe de réponse caractéristique montrée à titre d'exemple dans le graphique de la Fig. 2. On notera que la courbe de réponse présente une réponse de transmission à coupure très nette en fonction de la longueur d'onde. Dans le présent mode de réalisation, l'angle de filtre de l'élément optique 10 est réglé de sorte que la ligne laser Xo non décalée soit à peu près à mi-chemin du bord de coupure. De cette manière, un décalage de longueur d'onde par effet Doppler de n tombera le long du bord de filtre de la courbe de réponse et entraînera une différence OT de la transmission des impulsions de retour du sol par le filtre. Par suite, comme montré dans l'illustration de la Fig. 1, une première partie des impulsions de retour du sol sera transmise ou envoyée à travers l'élément de filtre optique 10 le long d'un trajet optique 14 en fonction de son décalage de longueur d'onde par effet Doppler de,%\À. Une deuxième partie ou partie restante des impulsions de retour du sol sera réfléchie par l'élément optique 10 le long d'un trajet optique 16. Il peut y avoir une certaine perte de signal optique dans l'élément de filtre 10, mais cela affectera à la fois les parties émise et réfléchie de manière mesurable et répétitive et peut donc ne pas être pris en compte dans le traitement des données.

Si un séparateur de faisceau dichroïque est utilisé comme élément de filtre optique 10 dans le présent mode de réalisation, il est entendu que d'autres éléments de filtre optique peuvent être utilisés de la même manière. Comme exemples d'autres éléments de filtre optique qui peuvent être utilisés, on peut citer des étalons optiques ou des cavités de Fabry-Perot réglés par inclinaison; des pilotes à pression, à commande thermique ou de type piézo-électrique; des filtres passe-bande avec des bords suffisamment nets; et des filtres d'absorption de gaz atomique ou moléculaire. Si ce système est réalisé en configuration de fibre optique, on peut également utiliser un étalon optique de fibre réglable, par exemple.

Des détecteurs de lumière 18 et 20 peuvent être disposés dans les trajets 14 et 16 des parties transmise et réfléchie des impulsions de retour du sol, respectivement, pour recevoir et convertir les impulsions de lumière respectives en signaux électriques qui leur sont proportionnels. Par suite, les signaux électriques S1 et S2 délivrés par les détecteurs de signaux 18 et 20 sont proportionnels aux parties transmise et réfléchie, respectivement, des impulsions de retour du sol. En prenant le rapport de la somme et de la différence des signaux électriques [(S2 - S1) / (S1 + S2) ] tout en tenant compte des pertes dans l'élément de filtre, les effets d'amplitude des impulsions de retour du sol peuvent être sensiblement éliminés lors de la détermination du décalage de longueur d'onde par effet Doppler LÀ des impulsions de retour du sol. Etant donné les différentes formes de bord de filtre, cette expression de rapport peut ne pas soutenir une relation linéaire avec le décalage de Doppler, mais on peut déterminer la relation exacte pour le filtre particulier utilisé.

Une combinaison d'un altimètre à laser et d'un instrument de mesure de vitesse au sol pour mettre en oeuvre les principes de l'invention est montrée dans l'illustration de la Fig. 3. Le mode de réalisation de la Fig. 3 utilise beaucoup des mêmes éléments optiques et est configuré en grande partie de la même manière que dans un mode de réalisation décrit dans la demande de brevet référencée plus haut n US 10/386 334 correspondante en instance et qui offre une description plus détaillée, et d'autres exemples de réalisation appropriés d'un instrument d'altimétrie à laser pour usage dans l'invention. En se référant à la Fig. 3, une source de laser 30 est disposée dans un ensemble émetteur à laser désigné par le bloc en ligne pointillée 32. La source de laser 30 peut être un microlaser du type fabriqué par Northrup Grumman Poly-Scientific, portant le numéro de modèle ML0005, par exemple. Dans le présent mode de réalisation, le microlaser 30 est un laser à micropuce autoactivé déclenché de manière Q passive pompé par une diode de 950 micromètres pour générer des faisceaux laser pulsés à une fréquence d'environ 8 à 10K impulsions par deuxième (pps) et à une longueur d'onde prédéterminée qui peut être d'environ 1064 nanomètres (nm) , par exemple.

Le microlaser 30 peut être contenu dans un conteneur ou boîtier TO-3 qui peut être fixé à une paroi d'un boîtier de l'instrument en grande partie comme décrit dans le mode de réalisation de la demande de brevet mentionnée ci-dessus. Le boîtier TO-3 peut comprendre également une surface supérieure munie d'une fenêtre 34 d'où sont émis les faisceaux lasers pulsés sur un premier trajet optique 36. Il est entendu que le taux spécifique de répétition d'impulsions et la longueur d'onde du microlaser 30 sont simplement donnés à titre d'exemple et que d'autres taux et longueurs d'onde peuvent être utilisés aussi bien sans sortir des principes généraux de l'invention. Par exemple, pour que l'opération ne présente aucun danger pour les yeux, on peut choisir un laser émettant à une longueur d'onde d'environ 1,5 micromètre.

Une pluralité de premiers éléments optiques est, pour diriger les faisceaux laser du premier trajet optique 36 vers un deuxième trajet optique 38 qui sort du boîtier de l'instrument par une ouverture de sortie en 40, maintenue de manière fixe dans une configuration compacte à l'intérieur d'une cavité d'émission de l'instrument. La pluralité de premiers éléments optiques peut comprendre un élément optique à bande passante ou à filtre bloquant 42 disposé à proximité de la surface munie d'une fenêtre 34 du microlaser 30 le long du trajet optique 36. L'élément optique 42 peut couvrir sensiblement toute l'ouverture de la cavité d'émission afin d'empêcher sensiblement la lumière de la diode de la pompe à laser et d'autres longueurs d'onde de lumière en dehors d'une largeur de bande prédéterminée autour de la longueur d'onde prédéterminée du faisceau laser d'entrer dans la cavité d'émission. Pour minimiser la rétroaction optique qui peut provoquer des instabilités du laser et pour minimiser la charge thermique sur la puce laser, l'élément optique 42 peut être disposé sous un angle, par rapport au trajet optique 36, tel que sa surface ne réfléchisse pas directement la lumière dans la source de laser 30.

Un autre premier élément optique de la pluralité d'éléments peut être une lentille collimatrice 44 disposée le long du premier trajet optique 36 en aval de l'élément de filtre 42 pour collimater et empêcher une divergence supplémentaire des faisceaux laser le long du trajet 36. La lentille collimatrice 44 peut être disposée le long du trajet 36 de façon à faire coïncider la divergence du faisceau laser avec un champ optique d'une partie de télescope de l'altimètre pour assurer une efficacité optimale, comme cela sera mieux compris à la lecture de la description qui suit. Bien que la lentille 44 et le filtre 42 soient mis en oeuvre dans le présent mode de réalisation, il est entendu qu'en raison du laser choisi et de la compacité de la configuration globale, on peut ne pas utiliser l'un et/ou l'autre de la lentille 44 et du filtre 42 dans certaines applications.

Pour rendre la configuration des premiers éléments optiques compacte, il est entendu que le trajet du faisceau d'émission ou le train optique de l'ensemble émetteur peut prendre plusieurs formes. Dans 1 présent mode de réalisation, le trajet du faisceau a la forme d'un "Z" vertical, les éléments 42 et 44 se trouvant à un niveau supérieur et l'ouverture de sortie 40 étant disposée à un niveau inférieur. Un canal vertical de la cavité de l'ensemble raccorde les niveaux supérieur et inférieur. Deux miroirs de déviation 46 et 48 sont compris dans la pluralité de premiers éléments optiques, et disposés dans le canal vertical pour diriger le premier trajet optique 36 du niveau supérieur au niveau inférieur, et pour rapprocher le faisceau de la partie de télescope réceptrice pour minimiser la distance à laquelle le champ optique du télescope et le spot laser commencent à se chevaucher. Le miroir de déviation 46 est disposé au niveau supérieur et l'autre miroir de déviation 48 est disposé au niveau inférieur. Par suite, la combinaison de miroirs de déviation 46 et 48 dirige le premier trajet optique 36 vers le deuxième trajet optique 38 qui sort du boîtier 10 au niveau de l'ouverture 40. Un des miroirs de déviation 46 ou 48 comprend un appareil à miroir qui est ajustable de manière fixe pour diriger le deuxième trajet optique 38 le long d'un trajet optique souhaité, comme cela ressortira de la description suivante. De préférence, le miroir de déviation supérieur 46 est le miroir ajustable, mais il est entendu que l'un ou l'autre des miroirs de déviation 46 ou 48 peut être utilisé à des fins d'ajustement ou que lesdeux miroirs peuvent être ajustés le long des axes indépendants.

Par suite, tous les premiers éléments optiques sont maintenus de manière fixe et ne peuvent être déplacés dans la cavité d'émission de l'instrument, sauf pour le miroir ajustable de l'un ou l'autre des miroirs de déviation 46 ou 48, et même cet appareil à miroir est verrouillable sur place une fois qu'il a été bien ajusté. Le niveau supérieur de la cavité d'émission peut s'étendre légèrement au-delà du canal vertical pour y disposer un détecteur de lumière 50, qui peut être une photodiode, par exemple. Dans ce mode de réalisation, le miroir de déviation 46 est configuré pour laisser passer une petite partie des faisceaux laser pulsés pour une détection par le détecteur de lumière 50, qui convertit les impulsions laser détectées en signaux électriques pour un usage comme impulsions de démarrage pour des calculs de temps de vol, comme cela ressortira dans la description ci-dessous.

Le boîtier d'instrument peut en outre comprendre une autre cavité pour contenir un circuit électronique de traitement pour les mesures par laser de l'altimétrie et de la vitesse au sol, comme décrit dans la demande en instance mentionnée auparavant. Ce circuit électronique de traitement peut être mis en oeuvre sur une ou plusieurs cartes de circuits imprimés (CI), par exemple. Le détecteur de lumière 50 peut être couplé au circuit électronique dans la cavité de circuit électronique pour délivrer les impulsions de démarrage pour les calculs de temps et de distance de vol par celui-ci. En variante, une diode de détection de lumière peut être mise en oeuvre dans le boîtier TO-3 du microlaser 30 pour détecter et délivrer des impulsions de démarrage laser au circuit électronique de traitement via un couplage électrique avec celui-ci. Si l'on utilise un laser pulsé déclenchable, le signal de déclenchement peut également servir d'impulsion de synchronisation de démarrage. Il est entendu que ces techniques pour générer des impulsions de déclenchement ou de démarrage sont données à titre d'exemple, et que tout procédé utilisé dépendra de l'espace disponible et du modèle particulier du système optique.

Une partie de télescope 52 comprenant une pluralité de deuxièmes éléments optiques, est comprise dans une autre cavité creuse de l'instrument avec une ouverture d'entrée en 54, en grande partie comme décrit dans la demande de brevet correspondante en instance.

La pluralité de deuxièmes éléments optiques est disposée de manière fixe et configurée dans la cavité creuse pour former un télescope avec un champ optique prédéterminé qui est de préférence fixe. La partie de télescope 52 est adaptée pour recevoir, par l'ouverture d'entrée 54, des réflexions des faisceaux laser pulsés à partir de la position au sol dans son champ optique, et pour focaliser les réflexions reçues sensiblement en un point focal 56. La partie de télescope 52 comprend un élément optique de filtre passe-bande 58 disposé à l'ouverture d'entrée 54 pour laisser passer des longueurs d'onde de lumière reçues uniquement dans une largeur de bande prédéterminée autour de la longueur d'onde prédéterminée Xo des faisceaux laser pulsés. En conséquence, l'élément optique de filtre 58 empêche au maximum l'interférence de lumière de fond de l'environnement extérieur d'entrer dans la cavité du télescope. De plus, le champ optique du télescope peut devoir être minimisé pour encore réduire l'interférence du rayonnement solaire de fond, par exemple. Dans certaines applications, une fenêtre transparente peut être disposée à l'ouverture 54 pour sceller et protéger le télescope de rayures et d'une contamination extérieure; cependant, l'élément optique de filtre 58 pourra être monté de manière à faire un usage identique.

Pour former le télescope, la partie de télescope 52 comprend une lentille convexe ou convergente 60 disposée à proximité de l'ouverture d'entrée 54. Dans le présent mode de réalisation, la lentille de télescope 60 est configurée pour avoir une distance focale prédéterminée qui peut être d'environ 150 millimètres (mm), par exemple, pour focaliser les réflexions reçues de l'ouverture d'entrée 54 au point focal 56 qui se situe à l'intérieur de la cavité de télescope. Un miroir de déviation 62 peut être disposé de manière fixe dans la cavité de télescope en aval du point focal 56 pour réfléchir les rayons de lumière reçus illustrés par les lignes fléchées le long d'un trajet optique différent 64. Si les éléments optiques de la partie de télescope 52 ne devaient être utilisés que pour des mesures d'altitude AGL, un seul détecteur de lumière serait disposé dans le trajet 64 pour recevoir les réflexions de lumière par le sol. La présente mode de réalisation combine les mesures d'altitude AGL aux mesures de vitesse au sol, et comprend donc des éléments optiques additionnels dans ce but.

Un des éléments optiques additionnels de la partie de télescope 52 est une lentille recollimatrice 66 disposée entre le point focal 56 et le miroir pliant 62 pour recollimater les réflexions de lumière se déployant du point focal 56 avant d'être réfléchies par le miroir 62. Par suite, la lumière réfléchie par le miroir 62 le long du trajet 64 est sensiblement collimatée. Un autre élément optique additionnel est un étalon réglé en inclinaison 68 dans le trajet optique 64. L'élément d'étalon 68 fonctionne comme un élément de filtre optique 10 décrit conjointement avec le mode de réalisation des Fig. 1 et 2, et peut être réglé par inclinaison de sorte que la longueur d'onde X0 se trouve à mi- chemin le long du bord de filtre à coupure nette, comme décrit plus haut. Par suite, une partie de la lumière réfléchie par le sol sera transmise par l'élément d'étalon 68 et sera refocalisée par une lentille 70 vers un détecteur de lumière 72, en grande partie comme décrit pour le mode de réalisation des Fig. 1 et 2.

De même, la partie restante de la lumière réfléchie par le sol (excepté celle qui se perd dans l'élément de filtre lui-même) sera réfléchie par l'élément d'étalon 68 pour regagner le miroir de déviation 62 le long du trajet 64. Du miroir 62, la partie restante de la lumière réfléchie par le sol est redirigée par le miroir 62 à nouveau vers la lentille 70, dans laquelle elle est refocalisée vers un autre détecteur de lumière 74, en grande partie de la manière décrite dans le mode de réalisation des Fig. 1 et 2. Les deux détecteurs de lumière 72 et 74 peuvent être des photodiodes à avalanche sont adaptés pour convertir l'impulsion de lumière reçue en signal électrique qui en est représentatif. Les sorties des détecteurs de lumière 72 et 74 peuvent être couplées au circuit électronique de traitement dans la cavité de circuit électronique pour usage dans les calculs de vitesse au sol et de distances d'altitude, comme on le comprendra mieux à la lecture de la description qui suit.

De plus, bien que les cavités d'émission, de circuit électronique et de télescope soient ménagées dans un boîtier commun dans le présent mode de réalisation, il est entendu que ces cavités peuvent être ménagées dans des boîtiers séparés dans un autre mode de réalisation. De tels boîtiers peuvent être des sections d'un boîtier commun dans encore un autre mode de réalisation. En tout cas, le dénominateur commun à toutes ces formes de réalisation de l'instrument à laser combiné est de rendre l'unité compacte et robuste pour usage dans un environnement de vol d'aéronef. Le présent mode de réalisation de l'instrument peut, par exemple, avoir des dimensions globales en longueur L, largeur W et profondeur D d'environ 19 cm (7,5 pouces), 8,75 cm (3,5 pouces) et 8,75 cm (3,5 pouces), respectivement. De plus, bien que les éléments additionnels précités soient employés avec le mode de réalisation de mesure d'altitude AGL de la Fig. 3, il est entendu qu'ils peuvent également être mis en oeuvre dans d'autres modes de réalisation de mesure d'altitude AGL à laser, comme ceux décrits dans la demande de brevet correspondante en instance citée en référence ci-dessus, par exemple, sans dévier des principes généraux de l'invention.

Les cavités d'émission et de télescope, qu'elles soient ménagées dans le même boîtier ou dans des boîtiers séparés, sont fixées solidement dans l'alignement mutuel pour pouvoir co-aligner de manière fixe le trajet optique de sortie des faisceaux laser pulsés (se référer à la ligne fléchée foncée 80 de la Fig. 4) avec le champ optique du télescope (se référer aux lignes foncées 82 de la Fig. 4). Il est à noter que seul un premier élément optique de la pluralité, comme le miroir 86, par exemple, est ajustable de manière fixe pour co-aligner le trajet optique de sortie 80 avec le champ optique 82. Dans le présent mode de réalisation, les cavités d'émission et de télescope peuvent être usinées dans le boîtier commun pour aligner les ouvertures d'entrée et de sortie, respectivement, de ces cavités, à proximité l'une de l'autre. Il est préférable que les ouvertures 40 et 54 soient aussi proches que possible. L'ouverture de sortie 40 peut être légèrement décalée derrière ou à l'arrière de l'ouverture d'entrée 54 pour empêcher toute rétrodiffusion directe des faisceaux laser émis dans l'ouverture d'entrée 54 et la cavité de télescope.

De plus, une fenêtre plate peut être disposée à l'ouverture de sortie 40 pour fermer hermétiquement la cavité d'émission par rapport à l'environnement extérieur. De même, cette fenêtre peut être inclinée par rapport au plan de l'ouverture de sortie 40 pour éviter que des réflexions des faisceaux laser ne repartent sur le trajet optique d'émission dans le laser, provoquant éventuellement des instabilités du laser. Par ailleurs, la lumière laser peut être réfléchie par la fenêtre inclinée vers une photodiode comme autre technique pour générer les impulsions de démarrage de synchronisation, comme décrit ci-dessus.

La Fig. 4 est une illustration d'un ensemble scanneur pour usage dans le présent mode de réalisation pour balayer le faisceau laser 80 et le champ optique co-aligné 82 du télescope dans différentes positions au sol tout en maintenant le co-alignement. En se référant à la Fig. 4, un miroir scanneur 84 est disposé dans le trajet du faisceau laser émis 80 et du champ optique co-aligné 82 sous un angle de repos approprié pour projeter le faisceau laser 80 et le champ optique co- aligné 82 dans une position souhaitée sur le sol. Dans le présent mode de réalisation, le miroir scanneur 84 peut tourner autour d'un axe 86 selon différents angles représentés par les lignes en pointillé 88 et 90, par un ensemble moteur (non représenté). Aux différents angles 88 et 90, le miroir scanneur déplace le faisceau laser émis 80 et le champ optique co- aligné 82 dans les directions indiquées par les lignes fléchées 92 et 94, respectivement, vers différentes positions au sol souhaitées. Le moteur du miroir peut être commandé pour diriger le faisceau laser 80 et le champ optique coaligné 82 dans une pluralité de positions au sol souhaitées par le circuit électronique de traitement, comme cela ressortira de la description suivante.

Un schéma-bloc fonctionnel schématisant le circuit électronique de traitement pour calculer une mesure de la vitesse au sol convenant à une utilisation dans le présent mode de réalisation est montré sur la Fig. 5. Le circuit électronique de traitement peut être disposé sur une ou plusieurs cartes de circuits imprimés (CI) placées dans la cavité du circuit électronique de l'instrument, par exemple. En se référant à la Fig. 5, les détecteurs de lumière 72 et 74 sont représentés par des blocs fonctionnels de même référence numérique. La sortie du détecteur de lumière 72, qui est une impulsion électrique représentative de la partie transmise de l'impulsion réfléchie par le sol, est reçue en entrée d'un bloc de détection de seuil 100. Si l'amplitude des impulsions électriques de la partie de signal émise est supérieure à un seuil prédéterminé, le bloc 100 fait passer le signal d'impulsion dans un bloc détecteur de pic 102 qui capture et délivre l'amplitude de pic, désignée par S1r du signal d'impulsion transmis.

De même, la sortie du détecteur de lumière 74 qui est une impulsion électrique représentative de la partie réfléchie de l'impulsion réfléchie par le sol est reçue en entrée dans un bloc de détection de seuil 104. Si l'amplitude des impulsions électriques de la partie de signal réfléchie est supérieure à un seuil prédéterminé, le bloc 104 transmet le signal d'impulsion à un bloc détecteur de pic 106 qui capture et délivre l'amplitude de pic, désignée par S2, du signal d'impulsion réfléchi. Les signaux S1 et S2 peuvent être reçus en entrée dans un processeur 110, qui peut être un microprocesseur programmé, par exemple. De même, le circuit électronique de traitement peut comprendre un détecteur 112 pour détecter la position du balayage de faisceau laser (vecteur) auquel chaque calcul de vitesse au sol est réalisé. La position du balayage du laser peut être délivrée sous la forme d'un signal d'entraînement de moteur ou délivrée par un capteur placé sur l'arbre du miroir scanneur, par exemple Dans le processeur 110, un rapport R est calculé en prenant la différence et la somme des signaux S1 et S2 et en divisant la différence par la somme comme suit: R = [(S2 - S1) / ( S1 + S2) (il est à noter que S1 et S2 peuvent devoir être corrigés pour les pertes de filtre).

Une table de consultation peut être prévue dans le processeur 110 pour établir une corrélation entre la vitesse au sol et le rapport R calculé ci-dessus. En conséquence, lorsqu'une nouvelle impulsion de réflexion par le sol est reçue, S1 et S2 sont déterminés et la position de balayage de laser est capturée pour cette impulsion. Le rapport R est calculé et on accède à la partie de la vitesse au sol le long du vecteur de balayage directionnel de la ligne de visée dans la table de consultation sur la base du rapport instantané R. Cette partie de la vitesse au sol et la position de balayage associée peuvent être sauvegardées dans le processeur 110. Ensuite, le miroir scanneur 84 (se référer à la Fig. 4) peut être dirigé par le processeur 110 sur la ligne de signaux 114, par exemple, pour projeter le faisceau laser 80 et le champ optique co- aligné 82 dans une position au sol différente et calculer la vitesse au sol pour cette nouvelle position au sol de la même manière. Le procédé sera répété par le processeur 110 jusqu'à ce que les vitesses au sol soient déterminées et sauvegardées pour au moins trois positions de balayage au sol. Ensuite, le processeur 110 peut réaliser un calcul de triangulation, notamment par un calcul d'inversion de matrice, par exemple, sur les trois vitesses au sol et positions de balayage associées, ou plus, pour déterminer le vecteur de vitesse instantané de l'aéronef par rapport au sol, c'est-à-dire la vitesse au sol. Ce calcul peut être exprimé dans un système de coordonnées orthogonales X, Y et Z par la relation suivante: X, Y, Z Sol LOS Rotation * Vitesse = Vitesse Matrice Vecteur Vecteur Par suite, une inversion du terme de la matrice de rotation X, Y et Z multiplié par une matrice constituée de trois termes différents de vecteur de vitesse, produit la matrice de vecteur de vitesse au sol par rapport à l'attitude de l'aéronef et de l'instrument de mesure.

L'amplitude du vecteur de vitesse au sol, qui est la vitesse au sol du véhicule, peut être délivrée via la ligne de signal 116. Il est à noter que des informations sur la vitesse en l'air et l'attitude de l'aéronef ne sont pas exigées pour ce calcul de vitesse au sol. Toutefois, si ces données sont accessibles au processeur 110, la vitesse absolue, la direction et le dérapage latéral du véhicule peuvent également être calculés par le processeur 110.

Le même processeur 110 peut également être programmé pour effectuer un calcul d'altitude AGL en utilisant le signal de démarrage ou de déclenchement du détecteur de lumière 50 et le signal S1 du détecteur 72, par exemple, comme montré dans le schéma-bloc de la Fig. 6. Une mesure de temps de vol peut être effectuée à partir du moment qui s'écoule entre les impulsions de démarrage et de réception des détecteurs 50 et 72, respectivement, pour déterminer la plage de la position au sol instantanée. Le processeur peut compenser la distance pour la position de balayage laser instantanée en utilisant le signal du détecteur 112 pour déterminer l'altitude AGL réelle qui peut être délivrée sur la ligne de signal 120. Bien que le signal S1 soit utilisé dans la présente mode de réalisation pour des déterminations du temps de vol, il est entendu que l'on peut tout aussi bien utiliser S2 ou une combinaison de S1 et S2. Par suite, on peut déterminer à la fois l'altitude AGL et la vitesse au sol à partir de signaux électriques communs et du circuit électronique de traitement mis en oeuvre dans l'appareil combiné à laser.

Dans un mode de réalisation sans balayage constituant une alternative au mode de réalisation à balayage décrit ci-dessus en rapport avec la Fig. 4, au moins trois des appareils de mesure à laser combinés, comme ceux décrits pour le mode de réalisation de la Fig. 3, par exemple, peuvent être distribués en différents emplacements autour de l'aéronef. Cette mode de réalisation qui n'est pas à balayage est montrée dans les illustrations des Fig. 7 et 8, dans lesquelles un hélicoptère 130 est utilisé à titre d'exemple d'aéronef. Bien que l'on ait utilisé un aéronef de type hélicoptère pour l'autre mode de réalisation, il est entendu que l'appareil de mesure à laser combiné peut tout aussi bien être monté sur un autre aéronef, comme un aéronef à voilure fixe, des aéronefs sans pilote (UAV en abrégé en anglais) et des munitions guidées avec précision (PGM en abrégé en anglais), par exemple.

En se référant aux Fig. 7 et 8, quatre appareils de mesure à laser combinés sont montés à différents emplacements sur l'aéronef 130. Sur la vue latérale de la Fig. 7, seuls deux de ces appareils 132 et 134 sont montrés montés sur le côté de l'aéronef à titre d'exemple. Les deux autres appareils peuvent être montés sur l'autre côté de l'aéronef 130, comme montré sur la vue en plan de la Fig. 8. L'appareil de mesure à laser combiné peut être ajusté pour projeter chacun des faisceaux laser émis et des trajets de champ optique co-alignés (se référer à la Fig. 4) 140, 142, 144 et 146 selon des vecteurs prédéterminés sur des positions au sol correspondantes. Bien que quatre appareils de mesure soient montrés par l'exemple de réalisation des Fig. 7 et 8, il est entendu que trois ou plus de quatre appareils de mesure peuvent être montés sur l'aéronef pour le mode de réalisation sans balayage, sans dévier des principes généraux de l'invention.

Chacun des au moins trois appareils de mesure peut comprendre un détecteur de seuil et un détecteur de pic (se référer à la Fig. 5) pour générer les signaux émis et réfléchis correspondants S1 et S2, et un détecteur de lumière de déclenchement (par exemple. 50, Fig. 3) pour générer le signal de démarrage ou de déclenchement T. Par suite, les signaux T, S1 et S2 peuvent être amplifiés de façon appropriée, si on le souhaite, et émis par chacun des appareils de mesure à une unité de traitement centrale placée à distance, disposée à bord de l'aéronef. Le schéma-bloc de la Fig. 9 donne un exemple de système distribué sans balayage pour l'aéronef, dans lequel trois appareils de mesure à laser 132, 134 et 136 sont montés à différents emplacements sur celui-ci, comme montré à titre d'exemple sur les Fig. 7 et 8, et délivrent leurs signaux respectifs T, S1 et S2à une unité de traitement située à distance et placée à bord, montrée à l'intérieur des lignes en pointillé 150.

En se référant à la Fig. 9, l'unité de traitement 150 de la présente mode de réalisation peut comprendre un multiplexeur de signaux 152, et un convertisseur analogique/numérique (A/D) 154 et une unité de processeur programmée 156. Les signaux T et SI de chacun des appareils 132, 134 et 136 peuvent être couplés sur des lignes de signal à une section d'entrée numérique (DI) de l'unité de processeur 156. Ces entrées numériques peuvent être testées ou configurées comme des interruptions de programme par le processeur 156 pour identifier des temps de démarrage et de réception pour chacun des appareils de mesure 132, 134 et 136. De plus, les signaux S1 et S2 de chacun des appareils 132, 134 et 136 peuvent être couplés sur des lignes de signal avec des entrées du multiplexeur 152.

Une sortie 158 du multiplexeur 152 est couplée à une entrée de l'A/D 154, et des lignes de données de sortie 160 de l'A/D 154 sont couplées à un bus de données du processeur 156. Le processeur 156 peut commander les opérations du multiplexeur 152 et de l'A/D 154 via des lignes de commande 162. Dans ce mode de réalisation, les détecteurs de pic (se référer à la Fig. 5) de chacun des appareils 132, 143 et 136 peuvent comprendre un circuit échantillonneur-bloqueur pour maintenir les signaux de pic S1 et S2 d'une période courante entre impulsions jusqu'à ce que les signaux de pics de la période entre impulsions suivante soient déterminés.

Dans une opération typique, les appareils 132, 134 et 136 peuvent fonctionner de manière autonome pour émettre des impulsions laser de façon périodique, recevoir les réflexions du sol durant les périodes entre impulsions, et générer les signaux T, S1 et S2 pour chaque période d'impulsion laser. L'unité de processeur 156 est programmée pour détecter le commencement de chaque période d'impulsion en surveillant les signaux T, et pour calculer le temps de vol en surveillant les signaux S1 et/ou S2, par exemple, pour chaque appareil. Ensuite, en connaissant le vecteur prédéterminé du trajet de faisceau laser, le processeur 156 peut calculer les altitudes AGL de l'aéronef pour les positions au sol correspondantes des appareils 132, 134 et 136.

De plus, le processeur 156 peut être programmé pour lire les signaux S1 et S2 dans les appareils 132, 134 et 136 sur une période entre impulsions par commande du multiplexeur 152 et de l'A/D 154, et calculer un rapport R (se référer à la Fig. 5) pour chaque appareil 132, 134 et 136 à partir des signaux correspondants S1 et S2. Par utilisation d'une table de consultation, le processeur 156 peut déterminer une vitesse de l'aéronef pour chaque rapport calculé R correspondant aux appareils 132, 134 et 136. Le trajet de vecteur de chaque appareil 132, 134 et 136 peut être préprogrammé dans le processeur 156 pour un usage en combinaison avec la vitesse de l'aéronef calculée afin de calculer la vitesse au sol 164 de l'aéronef (se référer à la Fig. 8), de préférence par une inversion de matrice ou un calcul de triangulation. De cette manière, le système distribué des appareils 132, 134 et 136 peut déterminer à la fois l'altitude AGL et la vitesse au sol de l'aéronef en utilisant une unité de traitement commune embarquée 150.

Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en rapport avec une ou plusieurs formes de réalisation, il est entendu que ces formes de réalisation ont été présentées à titre d'exemple. En conséquence, l'invention ne se limitera en aucun cas aux exemples réalisation.

Claims (25)

REVENDICATIONS

1. Appareil combiné à laser pour déterminer à la fois l'altitude et la vitesse au sol d'un aéronef, 5 ledit appareil comprenant: une source de laser (30) pour émettre des faisceaux laser pulsés sensiblement à une longueur d'onde prédéterminée (%o) sur un premier trajet optique (36) ; une pluralité de premiers éléments optiques (46, 48) pour diriger lesdits faisceaux lasers du premier trajet optique vers un deuxième trajet optique (38) qui sort desdits premiers éléments optiques (46, 48) ; une pluralité de deuxièmes éléments optiques configurés pour former un télescope (52) avec un champ optique prédéterminé, ledit deuxième trajet optique (38) et le champ optique du télescope étant co-alignés de manière fixe; un scanneur optique (84) disposé dans ledit deuxième trajet optique pour diriger ledit deuxième trajet optique et le champ optique du télescope sur des positions au sol souhaitées tout en maintenant leur coalignement; ledit télescope (52) étant adapté pour recevoir à partir desdites positions au sol souhaitées des réflexions décalées en longueur d'onde par effet Doppler desdits faisceaux laser pulsés dans son champ optique, et diriger lesdites réflexions par le sol reçues sensiblement sur un troisième trajet optique; un élément de filtre optique (68) disposé dans ledit troisième trajet optique pour séparer les réflexions par le sol dudit troisième trajet optique en une première et une deuxième parties qui dépendent du décalage en longueur d'onde par effet Doppler desdites réflexions du sol; et un moyen de traitement (72, 74, 76) pour déterminer l'altitude et la vitesse au sol de l'aéronef sur la base desdites première et deuxième parties.

2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel le moyen de traitement (72, 74, 76) comprend: un premier détecteur de lumière (72) pour recevoir et convertir ladite première partie de réflexions du sol en premiers signaux électriques qui en sont représentatifs; un deuxième détecteur de lumière (74) pour recevoir et convertir ladite deuxième partie de réflexions du sol en deuxièmes signaux électriques qui en sont représentatifs; et un processeur (110) pour déterminer la vitesse au sol de l'aéronef à chaque position au sol en se basant sur une fonction des premier et deuxième signaux électriques.

3. Appareil selon la revendication 2, dans lequel le moyen de traitement comprend un moyen (112) pour déterminer un vecteur de balayage au sol du faisceau laser du scanneur pour chaque position au sol; et dans lequel le processeur est adapté pour associer la vitesse au sol au vecteur de balayage au sol correspondant pour chaque position au sol.

4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel 30 le processeur (11) est adapté pour déterminer la vitesse au sol en utilisant les vitesses au sol et les vecteurs de balayage au sol correspondants d'au moins trois positions au sol.

5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel le processeur (110) est adapté pour déterminer la vitesse au sol par une triangulation des vitesses au sol et des vecteurs de balayage au sol correspondants des au moins trois positions au sol.

6. Appareil selon la revendication 2, dans lequel le processeur (110) est adapté pour déterminer la vitesse au sol de l'aéronef à une position au sol en se basant sur un rapport d'une différence à une somme des premiers et deuxièmes signaux électriques correspondant à la position au sol.

7. Appareil selon la revendication 1, dans lequel l'élément de filtre optique (68) est adapté pour transmettre la première partie des réflexions par le sol dudit troisième trajet optique à travers celui-ci et réfléchir la deuxième partie des réflexions par le sol dudit troisième trajet optique dans un quatrième trajet optique, ladite transmission et ladite réflexion des première et deuxième parties par l'élément de filtre optique (68) dépendant du décalage en longueur d'onde par effet Doppler desdites réflexions par le sol.

8. Appareil selon la revendication 7, dans lequel l'élément de filtre optique (68) a une réponse de transmission à coupure nette par rapport à la longueur d'onde si bien qu'un petit décalage de la longueur d'onde par effet Doppler s'écartant de la longueur d'onde d'émission de laser produira un changement détectable des caractéristiques de transmission de l'élément de filtre optique (68).

9. Appareil selon la revendication 8, dans lequel l'élément de filtre optique (68) est réglé pour recevoir la longueur d'onde d'émission de laser le long d'un bord de coupure de la réponse de transmission.

10. Appareil selon la revendication 9, dans lequel l'élément de filtre optique (68) est réglé pour recevoir la longueur d'onde d'émission de laser à mi-chemin environ du bord de coupure de la réponse de transmission.

11. Appareil selon la revendication 7, qui comprend un séparateur de faisceau dichroïque.

12. Appareil à laser pour générer des signaux pour usage pour déterminer à la fois l'altitude et la vitesse au sol d'un aéronef, ledit appareil comprenant.

une source de laser (30) pour émettre des faisceaux laser pulsés sensiblement à une longueur d'onde prédéterminée sur un premier trajet optique (36) ; une pluralité de premiers éléments optiques (46, 48) pour diriger les faisceaux lasers dudit premier trajet optique sur un deuxième trajet optique qui sort desdits premiers éléments optiques (46, 48) ; une pluralité de deuxièmes éléments optiques (60, 66, 62, 68, 70) configurés pour former un télescope avec un champ optique prédéterminé, ledit deuxième trajet optique (38) et le champ optique du télescope étant coalignés de manière fixe; ledit télescope étant adapté pour recevoir des réflexions décalées en longueur d'onde par effet Doppler desdits faisceaux laser pulsés dans son champ optique et diriger lesdites réflexions reçues sensiblement sur un troisième trajet optique; un élément de filtre optique (68) disposé dans ledit troisième trajet optique pour séparer les réflexions dudit troisième trajet optique en une première et une deuxième parties qui dépendent du décalage en longueur d'onde par effet Doppler desdites réflexions; et des moyens de détection de lumière (72, 74) pour recevoir lesdites première et deuxième parties et générer les premier et deuxième signaux représentatifs desdites première et deuxième parties, respectivement.

13. Appareil à laser selon la revendication 12, dans lequel la source de laser (30) est adaptée pour générer périodiquement, de manière autonome, des impulsions laser; et dans lequel les moyens de détection de lumière (72, 74) sont adaptés pour générer les premier et deuxième signaux correspondant à chaque réflexion de faisceau laser.

14. Appareil à laser selon la revendication 13, comprenant un moyen pour générer un signal d'impulsion représentatif d'un démarrage de chaque période d'impulsion laser.

15. Appareil selon la revendication 12, dans lequel l'élément de filtre optique (68) est adapté pour transmettre la première partie des réflexions dudit troisième trajet optique à travers celui-ci, et réfléchir la deuxième partie des réflexions dudit troisième trajet optique sur un quatrième trajet optique, ladite transmission et ladite réflexion des première et deuxième parties par l'élément de filtre optique (68) dépendant du décalage en longueur d'onde par effet Doppler desdites réflexions.

16. Appareil selon la revendication 15, dans lequel l'élément de filtre optique (68) a une réponse d'émission à coupure nette par rapport à la longueur d'onde si bien qu'un petit décalage en longueur d'onde par effet Doppler s'écartant de la longueur d'onde d'émission de laser (Io) produira un changement détectable des caractéristiques d'émission de l'élément de filtre optique.

17. Appareil selon la revendication 16, dans lequel l'élément de filtre optique (68) est réglé pour recevoir la longueur d'onde d'émission de laser le long d'un bord de coupure de la réponse d'émission.

18. Système à laser distribué pour usage à bord d'un aéronef afin de déterminer à la fois l'altitude et la vitesse au sol dudit aéronef, ledit système comprenant: au moins trois appareils de mesure à laser (132, 134, 136) à disposer en différents emplacements sur ledit aéronef, chacun desdits appareils (132, 134, 136) comprenant: une source de laser (30) pour émettre des faisceaux laser pulsés sensiblement à une longueur d'onde prédéterminée (Xo) vers un premier trajet optique (36) ; une pluralité de premiers éléments optiques (46, 48) pour diriger lesdits faisceaux laser dudit premier trajet optique (36) vers un deuxième trajet optique (38) qui sort desdits premiers éléments optiques (46, 48) ; une pluralité de deuxièmes éléments optiques (60, 66, 62, 68, 70) configurés pour former un télescope avec un champ optique prédéterminé, ledit deuxième trajet optique et le champ optique du télescope étant co-alignés de manière fixe; ledit télescope étant adapté pour recevoir des réflexions décalées en longueur d'onde par effet Doppler desdits faisceaux laser pulsés dans son champ optique et diriger lesdites réflexions reçues sensiblement sur un troisième trajet optique; un élément de filtre optique (68) disposé dans ledit troisième trajet optique pour séparer les réflexions dudit troisième trajet optique en une première et une deuxième parties qui dépendent du décalage en longueur d'onde par effet Doppler desdites réflexions; et des moyens de détection de lumière (72, 74) pour recevoir lesdites première et deuxième parties et générer les premier et deuxième signaux représentant les première et deuxième parties, respectivement; chacun desdits appareils à laser (132, 134, 136) pouvant être configuré pour diriger son deuxième trajet optique et le champ optique du télescope co-alignés dudit aéronef à une position au sol différente de celle de l'autre appareil à laser; et une unité de traitement (150) pour recevoir et traiter lesdits premier et deuxième signaux desdits au moins trois appareils à laser pour déterminer à la fois l'altitude et la vitesse au sol dudit aéronef.

19. Système selon la revendication 18, dans lequel l'unité de traitement (150) est adaptée pour déterminer une vitesse au sol de l'aéronef pour chaque appareil à laser (132, 134, 136) en se basant sur une fonction des premier et deuxième signaux correspondants générés par celui-ci.

20. Système selon la revendication 19, dans lequel l'unité de traitement (150) est adaptée pour associer la vitesse au sol à la configuration directionnelle correspondante des faisceaux laser des au moins trois appareils à laser (132, 134, 136) et est adapté pour déterminer la vitesse au sol en utilisant les vitesses au sol et les directions correspondantes des faisceaux lasers des au moins trois appareils à laser (132, 134, 136).

21. Système selon la revendication 20, dans lequel l'unité de traitement (150) est adaptée pour déterminer la vitesse au sol de l'aéronef par une triangulation des vitesses au sol et des directions correspondantes des faisceaux laser des au moins trois appareils à laser (132, 134, 136).

22. Système selon la revendication 18, dans lequel l'unité de traitement (150) est adaptée pour déterminer une vitesse au sol de l'aéronef pour chacun des au moins trois appareils à laser (132, 134, 136) en se basant sur un rapport d'une différence à une somme des premier et deuxième signaux qui lui correspondent.

23. Système selon la revendication 18, dans lequel la source de laser (30) de chacun des au moins trois appareils à laser (132, 134, 136) est adaptée pour générer périodiquement, de façon autonome, des impulsions laser; et dans lequel les moyens de détection de lumière (72, 74) de chacun des au moins trois appareils à laser (132, 134, 136) est adapté pour générer les premier et deuxième signaux correspondant à chaque réflexion reçue de faisceau laser.

24. Système selon la revendication 23, dans lequel chaque appareil à laser (132, 134, 136) comprend un moyen pour générer un signal d'impulsion représentatif d'un démarrage de chaque période d'impulsion laser de celui-ci.

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25. Système selon la revendication 24, dans lequel l'unité de traitement (150) est adaptée pour déterminer l'altitude de l'aéronef en se basant sur le signal d'impulsion et au moins un des premier et deuxième signaux d'au moins un des au moins trois appareils à laser (132, 134, 136).