FR2881842A1

FR2881842A1 - Carbon dioxide laser ranging method for e.g. aerial target, involves successively emitting positive and negative slop frequency ramps if absolute value of Doppler frequency of target is lesser than total amplitude of laser wave modulation

Info

Publication number: FR2881842A1
Application number: FR8617569A
Authority: FR
Inventors: Yves Cojan; Georges Couderc; Bertrand Remy
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1986-12-16
Publication date: 2006-08-11
Also published as: GB8729279D0; DE3742589A1

Abstract

The method involves emitting positive or negative frequency ramps, if an absolute value of Doppler frequency of a target is greater than the total amplitude of a laser wave modulation, to simultaneously find a signal of radial velocity and the distance of the target. Two positive and negative slope frequency ramps are emitted if the value is lesser than the amplitude, so as to find the signal and the distance at the respective instants. An independent claim is also included for a device for implementing a laser ranging method.

Description

2881842 A2881842 A

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TELEMETRIE LASER POUR METHOD AND DEVICE FOR LASER TELEMETRY

CIBLES POTENTIELLEMENT RAPIDESPOTENTIALLY FAST TARGETS

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de télémétrie laser pour cibles potentiellement rapides. The present invention relates to a laser telemetry method and device for potentially fast targets.

L'invention est particulièrement utilisable dans le cadre d'un système d'interception et de combat d'avions ennemis. Le télémètre est alors associé à un dispositif de pointage angulaire et de poursuite, lui-même utilisé pour maintenir l'axe optique du télé-mètre pointé sur la cible, avec une précision compatible avec la très faible valeur du champ angulaire de télémétrie, et ce malgré les mouvements relatifs cible/équipement. The invention is particularly useful in the context of a system for intercepting and fighting enemy aircraft. The rangefinder is then associated with an angular pointing and tracking device, itself used to maintain the optical axis of the remote meter pointed at the target, with a precision compatible with the very low value of the telemetry angular field, and this despite the relative movements target / equipment.

La présente invention se rapporte plus particulièrement à un télémètre à modulation "FM-CW" (abréviation de l'expression anglo-saxonne "Frequency Modulated Continuous Wave") et à détection hétérodyne. Cette technique consiste à émettre vers la cible des impulsions laser, de durée supérieure au temps d'aller/retour du flux sur la cible, modulées linéairement en fréquence, et à effectuer en réception un battement entre l'onde reçue et une onde locale prélevée au niveau de l'émetteur laser après le système de modu- lation, donc parfaitement semblable à l'onde émise vers la cible. Le signal de battement en réception a alors une fréquence constante pendant la durée de recouvrement du l'impulsion émise et de l'impulsion reçue. Cette fréquence est caractéristique de la distance de la cible, dans le cas où celle-ci est immobile, et sa mesure par des techniques connues d'analyse spectrale permet de calculer ladite distance. La loi reliant la fréquence de battement F et la distance s'écrit en effet simplement: F=K.At où At est le temps d'aller-retour sur la cible, égal à 2. D/c (où D est 30 la distance de la cible, c la vitesse de la lumière, et K la pente de la caractéristique fréquence/temps de l'impulsion émise). The present invention relates more particularly to a range modulator "FM-CW" (abbreviation of the English expression "Frequency Modulated Continuous Wave") and heterodyne detection. This technique consists in emitting laser pulses towards the target, of greater duration than the time of return of the flux on the target, modulated linearly in frequency, and in reception of a beat between the received wave and a local wave sampled. at the level of the laser emitter after the modulation system, thus perfectly similar to the wave emitted towards the target. The reception beat signal then has a constant frequency during the overlap time of the transmitted pulse and the received pulse. This frequency is characteristic of the distance of the target, in the case where it is immobile, and its measurement by known spectral analysis techniques makes it possible to calculate said distance. The law connecting the beat frequency F and the distance is simply written: F = K.At where At is the round-trip time on the target, equal to 2. D / c (where D is 30 distance from the target, c the speed of light, and K the slope of the frequency / time characteristic of the transmitted pulse).

Il apparaît cependant un problème dans le cas de l'utilisation d'un tel télémètre sur des cibles potentiellement rapides, notamment sur des cibles aériennes. Ce problème concerne l'effet du glissement de fréquence Doppler, lié au déplacement de la cible, qui introduit des phénomènes d'ambiguïté. However, it appears a problem in the case of the use of such a rangefinder on potentially fast targets, especially on air targets. This problem concerns the effect of Doppler shift, linked to the displacement of the target, which introduces ambiguity phenomena.

Il est connu suivant l'art antérieur de déterminer simulta- nément la distance et la vitesse radiale des cibles, par l'émission de rampes de fréquence de pentes alternativement positive et négative. Cette méthode a cependant pour inconvénient de ne s'appliquer qu'à des cibles dont l'ordre de grandeur de la vitesse radiale est faible. It is known from the prior art to simultaneously determine the distance and the radial velocity of the targets, by the emission of alternately positive and negative slope frequency ramps. However, this method has the disadvantage of only applying to targets whose order of magnitude of the radial velocity is low.

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de télémétrie laser permettant de lever toutes les ambiguïtés liées à la mobilité de la cible quelle que soit la rapidité de celle-ci. The present invention relates to a method and a laser telemetry device for removing all ambiguities related to the mobility of the target regardless of the speed of the latter.

Suivant l'invention, le procédé de télémétrie laser pour cibles potentiellement rapides, par émission d'impulsions continues modulées linéairement en fréquence, et détection hétérodyne, est essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste: - dans une première phase à supprimer la modulation de l'onde laser émise, le signal de battement, obtenu alors par détection homodyne, fournissant la valeur absolue 1FDI de la fréquence Doppler FD de la cible, de façon indépendante de sa distance, et dans une deuxième phase: - si la valeur 1FD ainsi obtenue est supérieure à l'amplitude totale de modulation t,F, à émettre au moins une rampe de fréquence, positive ou négative, afin de déterminer simultanément, à partir de la fréquence de battement (F+) mesurée, et de la valeur IFDI obtenue précédemment, le signe de la vitesse radiale de la cible et sa distance; - si la valeur 1FDj obtenue précédemment est inférieure à l'amplitude totale de modulation tF, à émettre successivement au moins deux rampes de fréquences de pentes positive et négative, afin de déterminer dans un premier temps le signe de la vitesse radiale de la cible, et dans un deuxième temps sa distance. According to the invention, the method of laser telemetry for potentially fast targets, by emission of linear pulses linearly modulated in frequency, and heterodyne detection, is essentially characterized in that it consists: in a first phase to suppress the modulation of the emitted laser wave, the beat signal, then obtained by homodyne detection, supplying the absolute value 1FDI of the target Doppler frequency FD of the target, independently of its distance, and in a second phase: if the value 1FD thus obtained is greater than the total modulation amplitude t, F, to emit at least one frequency ramp, positive or negative, in order to simultaneously determine, from the measured beat frequency (F +), and the IFDI value obtained previously, the sign of the radial velocity of the target and its distance; if the value 1FDj obtained previously is less than the total modulation amplitude tF, to successively transmit at least two ramps of positive and negative slope frequencies, in order first of all to determine the sign of the radial velocity of the target, and in a second time its distance.

D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, faite en relation avec les dessins ci- annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma rappelant le principe général du télémètre "FM-CW" ; - la figure 2 est un diagramme dans l'espace fréquence-temps 5 montrant les caractéristiques des signaux émis et reçus par un télémètre suivant la figure 1; - les figures 3a et 3b sont des diagrammes illustrant le phénomène d'ambiguîté distance-Doppler apparaissant dans le cas d'un télémètre suivant la figure 1; - la figure 4 est un diagramme résumant le phénomène d'ambiguité distance-Doppler; - la figure 5 est un schéma synoptique d'un télémètre suivant l'invention; - la figure 6 est un diagramme montrant les caractéristiques 15 dans l'espace fréquence-temps, des signaux émis et reçus selon le mode "émission de rampes de fréquence" ; - la figure 7 est un schéma des circuits de commande du modulateur. Other objects and features of the present invention will emerge more clearly on reading the following description of an exemplary embodiment, made with reference to the accompanying drawings in which: FIG. 1 is a diagram recalling the general principle the "FM-CW" range finder; FIG. 2 is a diagram in the frequency-time space showing the characteristics of the signals transmitted and received by a range finder according to FIG. 1; FIGS. 3a and 3b are diagrams illustrating the phenomenon of distance-Doppler ambiguity appearing in the case of a rangefinder according to FIG. 1; FIG. 4 is a diagram summarizing the phenomenon of distance-Doppler ambiguity; FIG. 5 is a block diagram of a range finder according to the invention; FIG. 6 is a diagram showing the characteristics in the frequency-time space of signals transmitted and received according to the "frequency ramp emission" mode; FIG. 7 is a diagram of the control circuits of the modulator.

Sur la figure 1 est représenté très schématiquement un télé- mètre laser à détection hétérodyne et modulation dite "FM-CW". On y distingue un émetteur laser 1 comportant un laser 2, par exemple à gaz carbonique, délivrant une onde optique continue de fréquence optique notée FL supposée constante, et un modulateur de fréquence 3 qui reçoit d'un circuit de commande 4 un signal caractérisé par une fréquence FM variable linéairement pendant la durée d'une impulsion et se répétant périodiquement. Selon une réalisation préférentielle le modulateur 3 est intégré au laser 2 (modulation dite intracavité). Le faisceau laser émis possède alors une fréquence FL + FM. Il est dirigé vers la cible par un système optique dit d'émission 6. L'onde émise OE est rétroréfléchie par la cible qui lui imprime un glissement de fréquence Doppler FD et l'onde reçue OR est transmise vers un détecteur 9 au moyen d'une optique de réception 7 et d'un mélangeur 8. Les optiques 7 et 6 peuvent avoir des éléments communs tels des lentilles et des miroirs. Un ensemble assure le prélèvement d'une partie du faisceau laser après modulation, par exemple au moyen d'une lame semi-réfléchissante, pour constituer l'onde oscillateur local OL. Le mélangeur 8 assure le mélange des ondes OL et OR, par exemple au moyen d'une autre lame semi-réfléchissante, et le détecteur 9 reçoit le battement de ces deux ondes. Des moyens 10 de traitement de signal assurent le calcul de la distance et de la vitesse de la cible. In FIG. 1 is shown very schematically a heterodyne detection laser meter and modulation known as "FM-CW". There is a laser transmitter 1 comprising a laser 2, for example carbon dioxide, delivering a continuous optical frequency optical wave denoted by FL assumed constant, and a frequency modulator 3 which receives from a control circuit 4 a signal characterized by an FM frequency linearly variable during the duration of a pulse and repeating itself periodically. According to a preferred embodiment the modulator 3 is integrated with the laser 2 (so-called intracavity modulation). The emitted laser beam then has a frequency FL + FM. It is directed towards the target by a so-called emission optical system 6. The emitted wave OE is retroreflected by the target which gives it a Doppler shift DF and the received wave OR is transmitted to a detector 9 by means of a reception optics 7 and a mixer 8. The optics 7 and 6 may have common elements such as lenses and mirrors. An assembly ensures the removal of a portion of the laser beam after modulation, for example by means of a semi-reflective plate, to constitute the local oscillator wave OL. The mixer 8 mixes the waves OL and OR, for example by means of another semi-reflective plate, and the detector 9 receives the beat of these two waves. Signal processing means 10 provides calculation of the distance and velocity of the target.

Sur la figure 2 on décrit l'onde émise OE et l'onde reçue OR en termes de caractéristiques fréquence/temps. L'onde OL est semblable à l'onde émise 0E. La fréquence de modulation pendant la durée T d'une impulsion varie selon la loi linéaire: FM=K.t où K supposé ici positif, est la pente de la rampe de fréquence. L'onde reçue OR est décalée d'un intervalle de temps At correspondant au temps mis par le flux pour effectuer l'aller- retour sur la cible, avec: 4t = 2D/c Le mélange des ondes OL et OR fournit un signal de battement de fréquence Fo qui s'écrit simplement (lorsque la cible est immobile) : Fo = K. At= K.2D/c La durée de ce signal utile est de To = T - 4t, en supposant T supérieur à At (sinon il n'y a pas de recouvrement entre les deux impulsions). L'analyse spectrale, de durée T, est avantageusement déclenchée à un instant décalé de T - T par rapport au départ de l'impulsion afin d'avoir recouvrement pour toutes cibles pour les-quelles le temps d'aller-retour du flux est inférieur à T - T. En présence de glissement de fréquence dû à l'effet Doppler le spectre du signal reçu est translaté vers les fréquences élevées si FD est positif et inversement si FD est négatif. In FIG. 2, the transmitted wave OE and the received wave OR are described in terms of frequency / time characteristics. The OL wave is similar to the emitted wave 0E. The modulation frequency during the duration T of a pulse varies according to the linear law: FM = K.t where K assumed here positive, is the slope of the frequency ramp. The received wave OR is shifted by a time interval At corresponding to the time taken by the stream to go back and forth on the target, with: 4t = 2D / c The mixture of the waves OL and OR provides a signal of Frequency beat Fo which is simply written (when the target is stationary): Fo = K. At = K.2D / c The duration of this useful signal is of To = T - 4t, assuming T greater than At (otherwise there is no overlap between the two pulses). The spectral analysis, of duration T, is advantageously triggered at a time offset from T-T with respect to the start of the pulse in order to have recovery for all targets for which the round trip time of the flow is less than T - T. In the presence of frequency shift due to the Doppler effect the spectrum of the received signal is translated to the high frequencies if FD is positive and conversely if FD is negative.

La fréquence de battement est alors décalée de FD et la figure 3a décrit la méthode utilisée classiquement pour lever l'ambiguité distance/vitesse Doppler qui apparaît alors, cette méthode ne s'appliquant que pour des cibles dont l'ordre de grandeur de la vitesse radiale est faible. L'émission successive de deux rampes de pente K égales en valeur absolue mais de signes opposés permet la mesure de deux fréquences de battement, une fréquence de battement notée "F+" correspondant à la rampe positive (dF/dt positif) et une fréquence de battement notée "F-" correspondant à la rampe négative (dF/dt négatif). On peut en effet écrire, en supposant 0 < FD < Fo (cas de la figure 3a) : F+=Fo - FD F- = Fo + FD Les fréquences Fo et FD correspondant respectivement à lz distance et au glissement de fréquence Doppler s'obtiennent alors sans ambiguïté par: Fo = i [(F+) + (F-) ] FD =1 [(F-)-(F+)] La valeur de la fréquence Fo permet le calcul de la distance D par la formule déjà donnée et la fréquence FD est liée à la projection VR du vecteur vitesse de la cible sur la droite télémètre-cible par la formule connue: FD = 2VR/X où X est la longueur d'onde laser. The beat frequency is then shifted by FD and FIG. 3a describes the method conventionally used to remove the ambiguity distance / Doppler velocity which then appears, this method only applying to targets whose order of magnitude of the velocity radial is weak. The successive emission of two ramps of slope K equal in absolute value but of opposite signs allows the measurement of two beat frequencies, a beat frequency denoted "F +" corresponding to the positive ramp (dF / dt positive) and a frequency of beat marked "F-" corresponding to the negative ramp (dF / dt negative). We can indeed write, assuming 0 <FD <Fo (case of FIG. 3a): F + = Fo - FD F - = Fo + FD The frequencies Fo and FD respectively corresponding to the distance and to the Doppler frequency shift. then obtain unambiguously by: Fo = i [(F +) + (F-)] FD = 1 [(F -) - (F +)] The value of the frequency Fo allows the calculation of the distance D by the formula already given and the frequency FD is related to the projection VR of the velocity vector of the target on the line-target range by the known formula: FD = 2VR / X where X is the laser wavelength.

En revanche, si la fréquence Doppler FD, toujours supposée positive à titre d'exemple, est telle que FD > Fo, ce qui est en général le cas pour les cibles aériennes, on voit sur la figure 3b que les formules à appliquer sont différentes puisqu'on a alors: F+=FD - Fo F-= Fo + FD La figure 4 résume sous la forme de courbes F + en fonction de FD et F- en fonction de FD, les différentes expressions possibles de F+ en fonction de FD et Fo suivant que FD > 0 ou FD < 0 et dans chacun des cas suivant que IFDI < Fo ou FDI > Fo. Il apparaît donc des ambiguïtés ne permettant pas de calculer directement Fil et Fo à partir des valeurs mesurées F+ et F-. On the other hand, if the Doppler frequency FD, always assumed to be positive by way of example, is such that FD> Fo, which is generally the case for the aerial targets, we see in Figure 3b that the formulas to be applied are different since we have then: F + = FD - Fo F - = Fo + FD Figure 4 summarizes in the form of curves F + as a function of FD and F- as a function of FD, the different possible expressions of F + as a function of FD and Fo according to FD> 0 or FD <0 and in each of the following cases as IFDI <Fo or FDI> Fo. Therefore, ambiguities that do not allow Fil and Fo to be calculated directly from the measured values F + and F- appear.

Ceci montre les limitations du principe de télémétrie FM-CW dans le cas de cibles potentiellement rapides ( FD grand devant Fo). This shows the limitations of the FM-CW telemetry principle in the case of potentially fast targets (large FD in front of Fo).

Suivant l'invention cette ambiguïté Distance-Doppler est levée par la mise en oeuvre de deux phases successives, une première phase caractérisée par l'émission d'une onde laser non modulée et permettant de mesurer la valeur absolue de la composante de fréquence Doppler de la cible, de façon indépendante de sa distance, et une deuxième phase caractérisée par l'émission d'une ou deux rampes de fréquence, et permettant à la fois de lever l'ambiguïté sur le signe de la vitesse relative de la cible et de mesurer sa distance. According to the invention, this Distance-Doppler ambiguity is raised by the implementation of two successive phases, a first phase characterized by the emission of a non-modulated laser wave and making it possible to measure the absolute value of the Doppler frequency component of the target, independently of its distance, and a second phase characterized by the emission of one or two frequency ramps, and making it possible at the same time to remove the ambiguity on the sign of the relative speed of the target and of measure its distance.

Au cours de la deuxième phase on procède de deux façons différentes suivant que la valeur absolue de la fréquence Doppler mesurée dans la première phase est supérieure ou inférieure à l'amplitude totale de modulation tF. During the second phase, two different ways are used depending on whether the absolute value of the Doppler frequency measured in the first phase is greater or less than the total modulation amplitude tF.

Lorsque la valeur absolue de la fréquence Doppler qui est mesurée dans la première phase est supérieure à l'amplitude totale de modulation AF, alors a fortiori cette valeur absolue est supérieure à Fo. Il est en effet visible sur la figure 2 que la fréquence Fo est toujours comprise entre 0 et tF. L'émission d'une rampe de pente K, de signe quelconque, par exemple positive, donne alors une fréquence de battement qui peut s'exprimer de deux façons possibles: F+ = IFD - Fo si FD > 0 (avec par hypothèse IFDI > Fo) IFDI + Fo si FD < 0 expressions où IFDI désigne la valeur absolue de FD. Connaissant IFDI, la mesure de F+ permet de déterminer de laquelle de ces deux formules il s'agit, et donc de trouver en une seule mesure le signe de FD et la valeur de Fo (on a en effet Fo >, o). Un raisonnement analogue pourraît être tenu avec une rampe de pente négative. When the absolute value of the Doppler frequency which is measured in the first phase is greater than the total modulation amplitude AF, then this absolute value is higher than Fo. It is indeed visible in FIG. 2 that the frequency Fo is always between 0 and tF. The emission of a ramp of slope K, of any sign, for example positive, then gives a beat frequency which can be expressed in two possible ways: F + = IFD - Fo if FD> 0 (with the hypothesis IFDI> Fo) IFDI + Fo if FD <0 expressions where IFDI denotes the absolute value of FD. Knowing IFDI, the measure of F + makes it possible to determine which of these two formulas it is, and therefore to find in a single measure the sign of FD and the value of Fo (we have indeed Fo>, o). A similar reasoning could be held with a ramp of negative slope.

Dans le cas où la valeur absolue 1 FD 1 de la fréquence Doppler mesurée dans la première phase est inférieure à AF, la méthode précédente ne peut plus être utilisée. In the case where the absolute value 1 FD 1 of the Doppler frequency measured in the first phase is less than AF, the previous method can no longer be used.

Dans ce cas on détermine tout d'abord le signe de la vitesse relative de la cible par l'émission successive de deux rampes de pentes positive et négative, par la mesure des fréquences de battement F+ et Fcorrespondantes, et par la comparaison de ces deux valeurs F+ et F-. In this case, the sign of the relative speed of the target is firstly determined by the successive emission of two ramps of positive and negative slopes, by the measurement of the corresponding beat frequencies F + and F, and by the comparison of these two. F + and F- values.

Pour savoir si FD > o ou FD < o, on voit en effet sur la figure 4 qu'il suffit de savoir si F- > F+ (auquel cas FD > o) ou F+ > F(auquel cas FD < o). To know if FD> o or FD <o, we see in fact in Figure 4 that it is sufficient to know if F-> F + (in which case FD> o) or F +> F (in which case FD <o).

Lorsque FD est positif (c'est-à-dire F- > F+) alors la valeur de F- est telle que: F- = Fo + FD La mesure de F- permet donc de calculer Fo, donc la distance de la cible. On a en effet Fo = (F-) - FD. When FD is positive (that is, F-> F +) then the value of F- is such that: F- = Fo + FD The measure of F- thus makes it possible to calculate Fo, therefore the distance of the target . We have Fo = (F-) - FD.

Lorsque FD est négatif (c'est-à-dire F - < F+) alors F+ 15 s'écrit: F+ = Fo - FD (= Fo + IFDI) et l'on calcule de mêrne Fo par: Fo = (F+) - 'FDI La méthode décrite ci-dessus permet donc de lever toutes les ambiguîtés liées à la mobilité de la cible, quelle que soit la rapidité de celle-ci, et en particulier si le glissement de fréquence Doppler peut être important. When FD is negative (ie F - <F +) then F + 15 is written: F + = Fo - FD (= Fo + IFDI) and one calculates of same Fo by: Fo = (F +) FDI The method described above thus makes it possible to remove all the ambiguities related to the mobility of the target, whatever the speed of the latter, and in particular if the Doppler frequency shift can be significant.

On se réfère maintenant à la figure 5 représentant un schéma synoptique d'un télémètre suivant l'invention. Referring now to Figure 5 showing a block diagram of a rangefinder according to the invention.

On y distingue en plus des éléments représentés sur la figure 1, 25 et communs aux télémètres de type "FM-CW", une tête optique 11 qui peut être commune avec un système de poursuite angulaire de la cible. In addition to the elements shown in FIG. 1, 25 and common to "FM-CW" type rangefinders, an optical head 11 can be distinguished, which may be common with an angular tracking system of the target.

Les circuits de traitement 10 du signal électrique ont éga- lement été représentés de façon plus détaillée que sur la figure 1, 30 les circuits de commande 4 du modulateur 3 faisant par ailleurs l'objet de la figure 7. The processing circuits 10 of the electrical signal have also been shown in more detail than in FIG. 1, the control circuits 4 of the modulator 3, which is also the subject of FIG. 7.

Les circuits de traitement du signal électrique comportent un analyseur de spectre 19, par exemple à ondes acoustiques de surface. 10 The electrical signal processing circuits comprise a spectrum analyzer 19, for example with surface acoustic waves. 10

La bande de fréquence B à analyser, c'est-à-dire dans laquelle sont susceptibles de se trouver les fréquences recherchées F+ et F-ou (FD 1, étant très supérieure à la bande d'analyse "b" des analyseurs de spectre couramment utilisés, l'analyseur de spectre 19 est associé à un mélangeur électronique 13 utilisé pour recentrer le spectre du signal à analyser dans la bande d'analyse de l'analyseur de spectre. Le signal issu du détecteur optique 9 est mélangé dans ce mélangeur 13 avec un signal de fréquence FI variable par paliers au cours du temps de manière à balayer la bande B à analyser, au moyen d'intervalles juxtaposables de largeur inférieure ou égale à "b". Ce signal de fréquence FI est obtenu en sortie d'un VCO (oscillateur commandé en tension) 14 lui-même commandé par des circuits 20 dits de calcul et de gestion, via un générateur de tension 32. Ce signal de fréquence FI peut également être obtenu en sortie d'un synthétiseur de fréquence commandé directement par les circuits de calcul et de gestion 20. La fréquence du signal élaboré par l'oscillateur commandé en tension 14 est par ailleurs mesurée dans un mesureur de fréquence 31, pour transmission à un circuit 35 de calcul de fréquence permettant, à partir du résultat fourni par l'analyseur de spectre 19, de déterminer la valeur de la fréquence F obtenue en sortie du détecteur 9 compte tenu du décalage apporté par le mélangeur 13. The frequency band B to be analyzed, that is to say in which the desired frequencies F + and F-or (FD 1) are likely to be much higher than the analysis band "b" of the spectrum analyzers the spectrum analyzer 19 is associated with an electronic mixer 13 used to recenter the spectrum of the signal to be analyzed in the analysis band of the spectrum analyzer The signal from the optical detector 9 is mixed in this mixer 13 with a frequency signal IF variable in steps over time so as to scan the band B to be analyzed, by means of juxtaposable intervals of width less than or equal to "B." This FI frequency signal is obtained at the output of FIG. a VCO (voltage controlled oscillator) 14 itself controlled by so-called calculation and management circuits 20, via a voltage generator 32. This frequency signal IF can also be obtained at the output of a frequency synthesizer comma The frequency of the signal produced by the voltage-controlled oscillator 14 is furthermore measured in a frequency meter 31, for transmission to a frequency calculation circuit 35 which makes it possible, starting from FIG. the result provided by the spectrum analyzer 19, to determine the value of the frequency F obtained at the output of the detector 9 taking into account the offset provided by the mixer 13.

La fréquence du signal élaboré par l'oscillateur commandé en tension 14 peut également être déduite de la valeur de commande fournie par les circuits 20 de calcul et de gestion. The frequency of the signal produced by the voltage-controlled oscillator 14 can also be deduced from the control value supplied by the calculation and management circuits 20.

L'analyseur de spectre 19 est éventuellement suivi par des circuits 33 de post-intégration du signal selon des méthodes connues afin d'améliorer la portée du télémètre. Un circuit de détection à seuil 34 permet ensuite de déterminer si un signal a été détecté ou non. The spectrum analyzer 19 is optionally followed by post-integration circuits 33 of the signal according to known methods in order to improve the range of the rangefinder. A threshold detection circuit 34 then makes it possible to determine whether a signal has been detected or not.

Dans une première phase de fonctionnement du télémètre, le circuit 4 de commande du modulateur 3 n'est pas activé et le faisceau laser n'est pas modulé en fréquence. La réception assure un mélange "Homodyne", c'est-àdire que l'onde oscillateur local et l'onde laser émise ont la même fréquence. In a first phase of operation of the rangefinder, the control circuit 4 of the modulator 3 is not activated and the laser beam is not frequency modulated. The reception provides a "Homodyne" mix, that is, the local oscillator wave and the emitted laser wave have the same frequency.

Si un signal est détecté la fréquence IFD ( est calculée dans un circuit 35 en utilisant l'information FI délivrée par le circuit 31 et la mesure de IFD + FI par l'analyseur 19. If a signal is detected the IFD frequency (is calculated in a circuit 35 using the IF information delivered by the circuit 31 and the measurement of IFD + FI by the analyzer 19.

Si aucun signal n'est détecté, cela signifie que la fréquence du signal issu du mélangeur 13 est située en dehors de la bande d'analyse de l'analyseur 19. Les circuits de calcul et de gestion 20 élaborent alors un signal de commande du générateur de tension 32 afin d'incrémenter la valeur de tension d'entrée du VCO 14, cet incrément correspondant en sortie du VCO 14 à un incrément de fréquence voisin de la largeur d'analyse "b" de l'analyseur de spectre (par exemple 30MHz). Le cycle est ainsi continué jusqu'à détecter un signal en sortie du circuit 34 et mesurer la fréquence IFD I qui est stockée en mémoire. If no signal is detected, this means that the frequency of the signal from the mixer 13 is located outside the analysis band of the analyzer 19. The calculation and management circuits 20 then develop a control signal from the analyzer. voltage generator 32 in order to increment the input voltage value of the VCO 14, this corresponding increment at the output of the VCO 14 to a frequency increment close to the analysis width "b" of the spectrum analyzer (by example 30MHz). The cycle is thus continued until detecting a signal at the output of the circuit 34 and measuring the IFD frequency I which is stored in memory.

Les circuits de calcul et de gestion 20 élaborent alors un ordre destiné aux circuits de commande 4 du modulateur afin de passer en mode émission de rampes de fréquence. The calculation and management circuits 20 then develop an order for the control circuits 4 of the modulator in order to switch to transmission mode of frequency ramps.

Dans ce mode le circuit 4 de commande du modulateur 3 émet des rampes modulées en fréquence, telles que représentées sur la figure 6, dont la durée T est égale à la somme du temps d'aller-retour AT sur la cible potentiellement la plus lointaine et de T, durée nécessaire pour effectuer une analyse de spectre. A titre d'exemple T = 20 us et pour une cible à distance inférieure à 9km At = 60 us d'où T >80 ms. L'analyse de spectre est déclenchée au bout du temps T - T après le départ de la rampe. In this mode the control circuit 4 of the modulator 3 emits frequency-modulated ramps, as represented in FIG. 6, whose duration T is equal to the sum of the round-trip time AT on the potentially most distant target and T, the time required to perform a spectrum analysis. For example T = 20 us and for a target at a distance of less than 9 km At = 60 us hence T> 80 ms. The spectrum analysis is triggered after the time T - T after the departure of the ramp.

Simultanément les circuits de calcul et de gestion 20 élaborent un signal de commande pour le VCO 14 afin de centrer le signal de fréquence IFD I au milieu d'une bande d'analyse de l'analyseur de spectre 19. La profondeur AF de modulation en fréquence des rampes est avantageusement fixée à une valeur inférieure à 2, b étant la largeur de la bande analysée par l'analyseur 19. Ceci permet d'être sûr que Fo reste inférieur à 2 donc que les signaux de battement de fréquence F+ et F-sont situés, après mélange en 13, dans la bande analysée par l'analyseur de spectre 19, car on a alors: FD - 2 < (F+) FD (+ -2-_ La procédure de détection et de mesure des fréquences F+ et F- est identique à celle mise en oeuvre dans la première phase. Simultaneously the calculation and management circuits 20 develop a control signal for the VCO 14 in order to center the frequency signal IFD I in the middle of an analysis band of the spectrum analyzer 19. The modulation depth AF ramp frequency is advantageously set to a value less than 2, b being the width of the band analyzed by the analyzer 19. This makes it possible to be sure that Fo remains less than 2 so that the beat signals of frequency F + and F are located, after mixing at 13, in the band analyzed by the spectrum analyzer 19, since there is then: FD - 2 <(F +) FD (+ -2-_ The procedure for detecting and measuring the frequencies F + and F- is identical to that used in the first phase.

Si un signal est détecté, la fréquence (F+) par exemple, dans le cas de rampes de pente positive, est calculée dans un circuit 35 en utilisant l'information FI délivrée par le circuit 31 et la mesure de (F+) + (FI) par l'analyseur 19. Lorsque I FD I est supérieur à la profondeur de modulation, ici 2, on a vu qu'il était inutile d'envoyer des rampes négatives. Les circuits 20 déterminent le signe de FD et la valeur de Fo selon la procédure décrite précédemment. If a signal is detected, the frequency (F +) for example, in the case of ramps of positive slope, is calculated in a circuit 35 by using the information FI delivered by the circuit 31 and the measurement of (F +) + (FI ) by the analyzer 19. When I FD I is greater than the modulation depth, here 2, we saw that it was useless to send negative ramps. The circuits 20 determine the sign of FD and the value of Fo according to the procedure described above.

Si par contre i FD est inférieure à 2 la valeur de F+ est stockée dans les circuits de calcul et gestion 20 qui modifient alors les circuits 4 de commande du modulateur 3 pour envoyer des rampes de pente négative. Après détermination de F- les circuits 20 calculent les valeurs de FD et de Fo au moyen de la procédure déjà décrite. If, on the other hand, i FD is less than 2, the value of F + is stored in the calculation and management circuits 20 which then modify the control circuits 4 of the modulator 3 to send ramps of negative slope. After determining F-, the circuits 20 calculate the values of FD and Fo by means of the procedure already described.

La figure 7 décrit le schéma d'une réalisation possible des circuits 4 de commande du modulateur 3. Les circuits de calcul et de gestion 20 commandent tout d'abord un commutateur 40 de mode d'émission:" moduléenon modulée", en mode non modulé. La valeur absolue de la fréquence Doppler est alors mesurée comme décrit précédemment. Les circuits de calcul et de gestion 20 commandent alors le commutateur 40 en mode modulé, c'est-à-dire envoi de rampes positives ou négatives de pente K, la sélection entre les deux étant effectuée au moyen d'un commutateur "rampes +/rampes -" 41, les rampes positives étant délivrées par un générateur de tension 42 et les rampes négatives étant délivrées par un générateur de tension 43. Ces générateurs délivrent respectivement des pentes tension/temps de valeurs k et -k correspondant respectivement aux caractéristiques fréquence/temps de pentes K et -K, après con-version tension-fréquence, supposée linéaire, par un VCO 44 commandant un amplificateur 45, qui commande lui-même le modulateur 3. Le VCO 44 n'est pas prévu dans le cas où le modulateur 3 est commandé en tension, mais seulement lorsqu'il est commandé en fréquence. La sélection entre les rampes positives et les rampes négatives est commandée par les circuits de calcul et de gestion 20 suivant la procédure décrite précédemment. FIG. 7 describes the diagram of a possible embodiment of the control circuits 4 of the modulator 3. The calculation and management circuits 20 first control a transmission mode switch 40: "modulatedon modulated", in non-modulated mode. module. The absolute value of the Doppler frequency is then measured as previously described. The calculation and management circuits 20 then control the switch 40 in modulated mode, that is to say sending positive or negative ramps of slope K, the selection between the two being performed by means of a switch "ramps + / ramps - "41, the positive ramps being delivered by a voltage generator 42 and the negative ramps being delivered by a voltage generator 43. These generators respectively deliver voltage / time slopes of values k and -k respectively corresponding to the frequency characteristics / Slope time K and -K, after voltage-frequency con-version, supposedly linear, by a VCO 44 controlling an amplifier 45, which itself controls the modulator 3. The VCO 44 is not provided in the case where the modulator 3 is voltage controlled, but only when it is frequency controlled. The selection between the positive ramps and the negative ramps is controlled by the calculation and management circuits 20 according to the procedure described above.

Par ailleurs, afin d'assurer un recouvrement des ondes émises OE et reçues OR pendant toute la durée T de l'analyse spectrale, on a vu (figure 2) qu'il convenait de déclencher cette analyse un temps T - T après le début de la rampe, où T est la durée de ladite rampe. Ceci est réalisé en retardant d'une valeur T - T, dans un circuit de retard 50, un top de départ de rampe, donné par les générateurs de rampe 42 ou 43, le signal obtenu en sortie de ce circuit de retard 50 étant destiné à la commande de l'analyseur de spectre 19. Moreover, in order to ensure a recovery of the waves emitted OE and received OR during the whole duration T of the spectral analysis, it has been seen (FIG. 2) that it was necessary to trigger this analysis at a time T-T after the beginning of the ramp, where T is the duration of said ramp. This is achieved by delaying from a T-T value, in a delay circuit 50, a ramp start signal, given by the ramp generators 42 or 43, the signal obtained at the output of this delay circuit 50 being intended to the control of the spectrum analyzer 19.

Claims

RE VENDICATIONS

1. Laser telemetry method for potentially fast targets, by emission of linear pulses linearly modulated in frequency, and heterodyne detection, characterized in that it consists: in a first phase, to suppress the modulation of the emitted laser wave , the beat signal, then obtained by homodyne detection, then supplying the absolute value 1FD I of the Doppler frequency FD of the target, independently of its distance, and in a second phase: if the value 1FD 1 thus obtained is greater than the total modulation amplitude AF, to emit at least one frequency ramp, positive or negative, in order to simultaneously determine, from the measured beat frequency (F +) and from the IFD value obtained previously, the sign radial velocity and distance from the target; if the value IFD I obtained above is less than the total amplitude of modulation AF to emit successively at least two ramps of positive and negative slope frequencies, in order first of all to determine the sign of the radial velocity of the target, and in a second step the distance from the target.

2. Method according to claim 1, wherein a spectral analysis of the beat signal is performed, characterized in that, prior to this spectral analysis, the beat signal is mixed with a stepwise variable frequency signal over time, so as to scan the spectral band B to be analyzed by means of juxtaposable intervals of width less than or equal to the analyzed band.

3. Method according to claim 1, wherein is carried out a spectral analysis of the beat signal, characterized in that it is triggered a time TT after the start of the ramps, where T designates the duration of the ramps and T the duration of this spectral analysis.

4. Device for implementing the method according to claim 1, comprising a modulator (3) for modulating the pulses emitted and control means (4) of this modulator, characterized in that they comprise two ramp generators frequency, a first (42) positive slope, a second (43) negative slope, which control the modulator (41) "positive ramps-negative ramps" and a switch mode (40) "modulated-no modulated ", themselves controlled by computing and management circuits (20) which receive the results of beat frequency measurements.