FR2946152A1

FR2946152A1 - Telemetre absolu hyprerfrequence de haute precision a dispositif de reflexion multi-etat.

Info

Publication number: FR2946152A1
Application number: FR0953498A
Authority: FR
Inventors: Philippe Berisset
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2010-12-03
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: FR2946152B1; WO2010136461A1

Abstract

La présente invention concerne un système de mesure de distance entre une antenne (111) et un réflecteur (112), comprenant un module d'émission/ réception (140), des moyens de mesure (160) pour mesurer un paramètre égal au rapport complexe et l'onde reçue par ledit module d'émission/réception, ce pour une pluralité de fréquences, ainsi que des moyens de calcul (170) adaptés à effectuer une transformée de Fourier inverse de ce paramètre et mesurer la position temporelle d'un pic dans la réponse impulsionnelle correspondante. Une première position temporelle d'un pic est mesurée dans une réponse impulsionnelle différentielle entre un premier et un second états radioélectriques du réflecteur. Une seconde position temporelle correspondant à la réflexion sur l'antenne est également mesurée et la distance est obtenue à partir des première et seconde positions temporelles.

Description

TÉLÉMÈTRE ABSOLU HYPERFRÉQUENCE DE HAUTE PRÉCISION À DISPOSITIF DE RÉFLEXION MULTIùETAT

DESCRIPTION 5 DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine de la télémétrie hyperfréquence. Elle trouve notamment application dans la mesure de précision de la distance à un grand nombre d'objets et de leurs déplacements 10 relatifs. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

La mesure de distance entre deux objets peut être 15 obtenue de multiples façons. Une technique bien connue consiste à installer un système radar ou lidar sur l'un des objets et à mesurer la distance à un réflecteur situé sur l'autre objet. La distance est généralement obtenue par le temps de vol aller-retour d'une 20 impulsion ou la différence de fréquence entre l'onde émise et l'onde reçue dans le cas d'un système FMCW. La mesure du déplacement d'un objet par rapport à un autre peut être bien entendu obtenue par différence entre mesures de distance consécutives. Lorsqu'une 25 précision élevée est requise, on utilise de préférence un dispositif interférométrique évaluant le déplacement d'un objet à partir du défilement des franges d'interférence entre une onde de référence et une onde réfléchie par cet objet.

Pour certaines applications industrielles, notamment pour des chaînes d'assemblage, il est nécessaire d'obtenir des informations de position et/ou de déplacement d'un grand nombre d'objets ou de points situés sur ces objets. Il est connu d'utiliser pour ce faire un dispositif dénommé laser tracker capable d'émettre un faisceau laser dans un grand nombre de directions et de mesurer les distances respectives à une pluralité d'objets situés dans le champ de balayage du faisceau. On trouvera par exemple une description d'un laser tracker dans la demande internationale WO-A-0109642. Un tel dispositif est cependant très coûteux et peu adapté aux environnements industriels dans la mesure où il est particulièrement fragile et sensible à la poussière, aux variations de température, de pression, d'humidité et au niveau lumineux ambiant. Un télémètre hyperfréquence de haute précision a été proposé dans la demande FR-A-2920886 déposée au nom de la présente demanderesse. Cependant ce télémètre permet de ne mesurer qu'un déplacement relatif entre deux antennes et non la distance absolue à un objet.

Un premier but de la présente invention est par conséquent de proposer un télémètre absolu, autrement dit un système capable de mesurer la distance entre deux objets avec une très haute précision tout en étant particulièrement robuste et de faible coût. Un but subsidiaire de la présente invention est de prévoir la possibilité de mesurer quasi-simultanément les distances à un très grand nombre d'objets.

EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention est définie par un système de mesure de distance d'une antenne à un réflecteur dans lequel ladite antenne est reliée à un module d'émission/réception, les signaux émis et réfléchi par l'antenne étant transmis à des moyens de mesure adaptés à mesurer, pour une pluralité de fréquences, un paramètre égal au rapport complexe entre l'onde reçue et l'onde émise par le module d'émission/réception, le système comprenant en outre des moyens de calcul adaptés à effectuer une transformée de Fourier inverse de ce paramètre pour obtenir une réponse impulsionnelle correspondante, et à déterminer la position temporelle d'un pic de signal dans cette réponse, une première position temporelle, étant déterminée dans une première réponse impulsionnelle différentielle obtenue comme différence entre une première réponse impulsionnelle relative à une première configuration où le réflecteur est dans un premier état radioélectrique et une seconde réponse impulsionnelle relative à une seconde configuration où le réflecteur est dans un second état radioélectrique, ladite distance étant déterminée à partir de ladite première position temporelle et d'une seconde position temporelle correspondant à la réflexion sur ladite antenne de l'onde émise. La seconde position temporelle peut être obtenue par les moyens de calcul comme celle du premier pic apparaissant dans la première ou la seconde réponse impulsionnelle.

Selon une variante, une seconde réponse impulsionnelle différentielle est obtenue comme 3 différence entre une seconde réponse impulsionnelle relative à une troisième configuration où ladite antenne est occultée et une quatrième configuration où elle n'est pas occultée, la seconde position temporelle étant obtenue par les moyens de calcul comme celle du premier pic apparaissant dans la seconde réponse impulsionnelle différentielle. La quatrième configuration peut être par exemple identique à la première ou seconde configuration.

Le réflecteur peut tout d'abord être de type passif. Selon un premier exemple de réalisation de réflecteur passif, celui-ci comprend une antenne et un commutateur permettant de connecter cette antenne à une première ou une seconde impédance, le premier état radioélectrique correspondant à une connexion de cette antenne à la première impédance et le second état radioélectrique à une connexion de cette antenne à une seconde impédance.

Selon un second exemple de réalisation de réflecteur passif, celui-ci comprend une antenne à commutation de polarisation, le premier état radioélectrique du réflecteur correspondant à une première direction de polarisation de cette antenne et le second état radioélectrique correspondant à une seconde direction de polarisation de cette antenne. Alternativement, le réflecteur peut être de type actif. Selon un premier exemple de réalisation de 30 réflecteur actif, celui-ci comprend une première antenne, une seconde antenne, un commutateur permettant de connecter la première antenne à une impédance ou à l'entrée d'un amplificateur, la sortie de cet amplificateur étant connectée à ladite seconde antenne. Selon un second exemple de réalisation de réflecteur actif, celui-ci comprend une première antenne, une seconde antenne, la première antenne étant connectée à l'entrée d'un amplificateur de gain variable, la sortie de cet amplificateur étant connectée à ladite seconde antenne, le gain de l'amplificateur pouvant être commuté d'une première valeur de gain à une seconde valeur de gain. Avantageusement, ladite première position temporelle est obtenue par les moyens de calcul comme la position temporelle du pic de plus forte intensité apparaissant dans la première réponse impulsionnelle différentielle. L'invention concerne également une méthode de mesure de distance d'une antenne à un réflecteur, dans laquelle l'antenne transmet une onde et la reçoit après réflexion sur le réflecteur, et où l'on détermine : - une première réponse impulsionnelle dans une première configuration où le réflecteur est dans un premier état radioélectrique ; - une seconde réponse impulsionnelle dans une seconde configuration où le réflecteur est dans un second état radioélectrique ; et l'on déduit : une première réponse impulsionnelle différentielle comme différence entre les première et seconde réponses impulsionnelles ; - une position temporelle d'un pic de signal dans la première réponse impulsionnelle différentielle, dite première position temporelle ; - une estimation de ladite distance à partir de la première position temporelle et d'une seconde position temporelle correspondant à la réflexion de l'onde sur ladite antenne. La seconde position temporelle peut être obtenue comme celle du premier pic apparaissant dans la première ou la seconde réponse impulsionnelle. Selon un variante, une seconde réponse impulsionnelle différentielle est obtenue comme différence entre une troisième réponse impulsionnelle relative à une troisième configuration où ladite antenne est occultée et une quatrième configuration où elle n'est pas occultée, la seconde position temporelle étant alors obtenue comme celle du premier pic apparaissant dans la seconde réponse impulsionnelle différentielle.

Les première à quatrième réponses impulsionnelles sont obtenues de préférence par transformée de Fourier inverse du rapport complexe entre l'onde électromagnétique reçue et l'onde électromagnétique émise, mesuré pour une pluralité de fréquences, respectivement dans les première à quatrième configurations. Avantageusement, ladite première position temporelle est obtenue comme la position temporelle du pic de plus forte intensité apparaissant dans la première réponse impulsionnelle différentielle.

L'invention concerne enfin un système de mesure de distance entre une pluralité Al d'antennes et, respectivement, une pluralité P de réflecteurs dans lequel chaque antenne m =1,...,M est reliée à un module d'émission/réception, chaque antenne étant sélectionnée tour à tour, les signaux émis et reçus par chaque antenne étant respectivement transmis à des moyens de mesure via un premier et un second commutateurs, lesdits moyens de mesure étant adaptés à mesurer pour une pluralité de fréquences un paramètre égal au rapport complexe entre l'onde reçue et l'onde émise par le module d'émission/réception, des moyens de calcul étant adaptés à effectuer une transformée de Fourier inverse de ce paramètre pour déterminer la réponse impulsionnelle correspondante, et à mesurer la position temporelle d'un pic de signal dans cette réponse, une première position temporelle, étant mesurée pour chaque antenne et chaque réflecteur, dans une première réponse impulsionnelle différentielle obtenue comme une première réponse impulsionnelle relative à une première configuration où ledit réflecteur est dans un premier état radioélectrique et une seconde réponse impulsionnnelle relative à une seconde configuration où ledit réflecteur est dans un second état radioélectrique, une seconde position temporelle étant mesurée pour chaque antenne, ladite seconde position temporelle correspondant à la réflexion sur ladite antenne de l'onde émise, ladite distance entre ladite antenne et ledit réflecteur étant déterminée à partir desdites première et seconde positions temporelles.

Le système de mesure peut en outre avantageusement comprendre des moyens de contrôle contrôlant le module d'émission/réception, les moyens de mesure, les moyens de calcul, les moyens de contrôle sélectionnant les antennes tour à tour et pilotant les états radioélectriques respectifs des réflecteurs. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, fait en référence aux figures jointes parmi lesquelles : La Fig. 1 illustre schématiquement un système de mesure de distance selon un premier mode de réalisation de l'invention ; La Fig. 2 représente un système hyperfréquence équivalent au système de la Fig. 1 ; Les Figs. 3A à 3D représentent des exemples de réalisation du réflecteur utilisé dans le système de la Fig. 1 ; Les Fig. 4A et 4B représentent schématiquement deux variantes d'une méthode de mesure de distance utilisant le système de la Fig. 1 ; La Fig. 5 illustre schématiquement un système de 25 mesure de distance selon un second mode de réalisation de l'invention ; La Fig. 6 représente un exemple de chronogramme des signaux de contrôle des antennes et des réflecteurs de la Fig. 5.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'idée à la base de l'invention est d'utiliser un système hyperfréquence comprenant une première antenne et au moins un réflecteur à deux états radioélectriques, installé sur l'objet dont on souhaite mesurer la distance. Le coefficient de réflexion du réflecteur est différent suivant qu'il est dans le premier ou le second état radioélectrique. La distance entre l'antenne et le réflecteur peut être obtenue à l'aide des paramètres S du système hyperfréquence, mesurés une première fois lorsque le réflecteur est dans un premier état radioélectrique et une seconde fois lorsque le réflecteur est dans un second état radioélectrique.

Plus précisément, la Fig. 1 représente un système de mesure de distance selon un mode de réalisation de l'invention. Ce système 100 comprend une antenne 111 et un réflecteur 112 installé sur l'objet 102 dont on souhaite connaître la distance. Le réflecteur peut prendre au moins deux états radioélectriques possibles comme détaillé plus loin. L'antenne 111 est reliée à un duplexeur 130 par un câble coaxial 120, le duplexeur étant lui-même connecté en entrée/sortie à un module d'émission/réception 140. Le module d'émission/réception 140 est en outre relié à des moyens de mesure de paramètres S, 160, par exemple un analyseur de réseau, et les fournit aux moyens de calcul 170. Le système 100 comprend enfin des moyens de contrôle 180 pilotant les modules d'émission/réception, les moyens de mesure 160 ainsi que les moyens de calcul 170. Dans un mode de réalisation particulier, les moyens de contrôle 180 permettent également de radioélectrique du réflecteur, par le réflecteur d'un premier à radioélectrique. L'ensemble constitué par lecontrôler l'état exemple de commuter un second état

duplexeur 130, le câble coaxial 120, l'antenne 111, le réflecteur 112 ainsi que l'environnement situé entre l'antenne et le réflecteur, représenté en trait discontinu, peut être considéré comme un quadripôle Q bouclé sur une charge Z.

Le schéma du système hyperfréquence équivalent a été représenté en Fig. 2. Le quadripôle Q a une première entrée et et une première sortie s1 correspondant respectivement à la sortie et à l'entrée du module d'émission/réception 140. La seconde sortie s2 du quadripôle correspond à l'onde reçue sur le réflecteur et la seconde entrée e2 à celle renvoyée par ce dernier à l'antenne. Le réflecteur est lui-même modélisé par la charge Z. On rappelle que les paramètres S d'un quadripôle, sont définis par : S11 = b1 ; S21 = b2 ; S12 = bl ; b2 (1) a1 où al et a2 sont les amplitudes complexes des ondes entrantes en et et e2, b1 et b2 sont les amplitudes complexes des ondes sortantes en sl et s2. Les25 paramètres S sont de manière équivalente les coefficients de la matrice de dispersion du quadripôle. Les moyens de mesure 160 déterminent le paramètre S11 du système hyperfréquence en injectant un signal en et en mesurant l'amplitude et la phase de l'onde sortante en s1. Le paramètre S11 est mesuré à une pluralité de fréquences f1, f2,..., fN , équidistribuées avec un intervalle fréquentiel (5f. Plus précisément, soit on transmet successivement des ondes à ces différentes fréquences, soit l'on transmet un signal large bande dont on connaît les composantes fréquentielles à f1'f2'...'fN Dans les deux cas, on mesure le paramètre complexe S11 selon (1) aux fréquences f1,f2,...,fN . Les moyens de calcul 170 permettent d'effectuer une transformée de Fourier inverse, en particulier celle du paramètre S11, par exemple au moyen d'une IFFT, pour déterminer la réponse impulsionnelle correspondante, désignée par s11 avec s11 =TF-1(S11) . En général cette réponse impulsionnelle présente, outre un pic de signal correspondant à la propagation en ligne droite sur le trajet aller-retour entre l'antenne 111 et le réflecteur 112, une pluralité de pics parasites dus à des multi-trajets, c'est-à-dire à des réflexions du signal sur des éléments de l'environnement.

La Fig. 3A illustre schématiquement un premier exemple de réalisation du réflecteur 112. Dans cet exemple, le réflecteur est de type passif. Il est constitué d'une antenne 310, par exemple une antenne cornet ou une antenne patch, équipée d'un commutateur 320 permettant de commuter la sortie de l'antenne sur deux impédances différentes. Avantageusement, comme représenté, la sortie de l'antenne est connectée, dans une première position de commutation, à une charge, 330, de 500 et, dans une seconde position de commutation, est placée en circuit ouvert (impédance infinie). On comprendra que le réflecteur présente un coefficient de réflexion différent selon l'impédance qui est connectée à l'antenne 310.

La Fig. 3B représente un deuxième exemple de réalisation du réflecteur 112, également de type passif. Le réflecteur 310 comprend une antenne à commutation de polarisation, par exemple une première antenne élémentaire, 311, présentant une première direction de polarisation et une seconde élémentaire, 312, présentant une seconde direction de polarisation, orthogonale à la première. Un commutateur 320 comprend un premier commutateur élémentaire 321 et un second commutateur élémentaire 322 respectivement reliés aux sorties des première et seconde antennes élémentaires. Les deux commutateurs fonctionnent ici de manière symétrique : dans une première position de commutation, la sortie de l'antenne élémentaire 321 est connectée à une impédance, 330, de 500 et celle de l'antenne élémentaire 322 est en circuit ouvert, et dans une seconde position de commutation ces connexions sont inversées. Si l'onde électromagnétique émise par l'antenne 111 est polarisée selon l'une des deux directions de polarisation des antennes élémentaires ou bien si sa polarisation est elliptique, on comprendra que le coefficient de réflexion du réflecteur varie en fonction de la position de commutation.

La Fig. 3C représente un troisième mode de réalisation du réflecteur 112, de type actif. De manière générale, on appelle réflecteur un type actif, un réflecteur amplifiant l'onde reçue avant de la réfléchir.

Le réflecteur 112 comprend une première antenne 315, un commutateur 320 commutant la sortie de la première antenne, soit sur une impédance, 330, par exemple une charge de 500, soit sur l'entrée d'un amplificateur hyperfréquence 340, dont la sortie est connectée à une seconde antenne, 316. On comprendra qu'en fait ce réflecteur est passif dans un état et actif dans l'autre. Plus précisément, dans une première position de commutation du commutateur 320, le coefficient de réflexion du réflecteur a un module inférieur à 1 (connexion à l'impédance) et dans une seconde position de commutation de ce commutateur, le coefficient de réflexion du réflecteur a un module supérieur à 1.

La Fig. 3D représente un quatrième mode de réalisation du réflecteur 112, de type actif.

Le réflecteur 112 comprend à nouveau une première antenne 315, reliée à l'entrée d'un amplificateur hyperfréquence 340, la sortie de l'amplificateur étant connectée à une seconde antenne, 316. Le signal reçu par la première antenne amplification par la seconde est renvoyée après antenne. L'amplificateur 340 est de gain variable et son pour commuter d'une première seconde valeur de gain. Ainsi deux états radioélectriques gain peut être commandé valeur de gain à une le réflecteur présente correspondant à deux niveaux d'amplification différents.

Dans les exemples de réalisation commutateur 320 peut être un électromécanique voire micro-électromécanique (MEMS) ou encore un commutateur RF à diode PIN, bien connu de l'homme du métier. Le réflecteur, notamment le commutateur 320 et, le cas échéant l'amplificateur 340, peut être alimenté par une source d'énergie autonome telle qu'une pile ou une batterie équipant le réflecteur ou bien par une source d'alimentation externe. Dans ce second cas, si les moyens de contrôle 180 sont reliés au réflecteur 112 par un bus de contrôle, ce bus pourra également assurer l'alimentation du réflecteur. Selon une variante avantageuse de réalisation, l'alimentation du réflecteur sera directement assurée par l'onde électromagnétique incidente. Dans ce cas, le signal reçu par l'antenne 310 (ou 311, 312, 315) est redressé et permet de charger une capacité, selon le même illustrés, le commutateur principe que l'alimentation d'une radio-étiquette (RFID tag) classique. La commutation peut être réalisée en mode synchrone ou asynchrone. En mode synchrone, la commutation est commandée par les moyens de contrôle 180 à l'aide d'un signal de commutation qui peut être transmis au réflecteur par voie filaire ou par voie RF. Le signal de commutateur peut notamment se présenter sous la forme d'un signal d'horloge.

La Fig. 4A illustre schématiquement une méthode de mesure de distance à l'aide du système de la Fig. 1. On suppose que l'antenne 111 émet une onde électromagnétique, le cas échéant polarisée comme expliqué plus haut. A l'étape 410, on mesure la réponse impulsionnelle du système lorsque le réflecteur est dans un premier état radioélectrique, puis, en 420, lorsqu'il est dans un second état radioélectrique. On obtient ainsi une première et une seconde réponses impulsionnelles dont on calcule la différence pour obtenir une réponse impulsionnelle différentielle en 425. On détermine alors le pic correspondant au réflecteur comme le pic de plus forte intensité présent dans cette réponse impulsionnelle différentielle. En effet, on comprendra que, toutes choses étant égales par ailleurs, le changement d'état radioélectrique du réflecteur, et donc de son coefficient de réflexion, permet d'identifier de manière univoque le pic correspondant dans la réponse impulsionnelle du système. On notera dans la suite r la position temporelle du pic de signal correspondant au réflecteur dans la réponse impulsionnelle différentielle. La première ou la seconde réponse impulsionnelle fait également apparaître un pic proche de l'instant de l'émission, qui correspond à la réflexion de l'onde sur l'antenne 111. En règle générale, ce pic émerge des réflexions parasites et du bruit, de sorte que l'on peut déterminer sa position temporelle TANT sans ambigüité, à l'étape 430. Bien que située ici après l'étape 420, on comprendra que cette mesure peut intervenir dès lors que l'on dispose d'une réponse impulsionnelle, indépendamment de l'état du réflecteur. A l'étape 440, on calcule la distance D entre l'antenne 111 et le réflecteur 112 au moyen de l'expression : D=cZû rANT 2 où c est la célérité de la lumière dans l'air. On comprendra que, dans l'expression (2), le retard r traduit non seulement le temps de propagation aller-retour de l'antenne au réflecteur mais également les retards dus à la propagation dans les composants hyperfréquence, à savoir pour l'essentiel le câble coaxial, le duplexeur et le module d'émission/réception. En revanche, le retard TANT représente seulement le retard de propagation dans les composants hyperfréquences. On obtient ainsi une 30 estimation très précise de la distance entre l'antenne (2) et le réflecteur, indépendamment des caractéristiques des composants hyperfréquence utilisés. En outre, cette mesure de distance est insensible aux dérives éventuelles pouvant affecter les caractéristiques des composants hyperfréquence, soit en raison de fluctuations thermiques, soit en raison de leur vieillissement. En toute rigueur, l'expression (2) donne la distance entre le centre de phase de l'antenne 111 et le réflecteur 112. La distance physique entre l'antenne 111 et l'objet supportant cette antenne est déduite de D et de la position du réflecteur sur l'objet. On pourra, si nécessaire, déterminer une fois pour toutes l'offset de distance entre le réflecteur et l'objet.

Lorsque le pic correspondant à la réflexion sur l'antenne 111 se distingue mal du bruit ou de pics de réflexion parasites dans la réponse impulsionnelle, on procède selon la variante de la Fig. 4B.

Cette variante se distingue de celle de la Fig. 4A en ce que, dans une première préliminaire 405, par exemple une étape de calibration, on occulte l'antenne 111 soit en la déconnectant, soit en l'obturant au moyen d'une plaque réfléchissante. On mesure alors la réponse impulsionnelle du système dans cette configuration occultée. Les étapes 410 à 425 sont identiques à celles de la Fig. 4A et leur description sera donc omise ici. A l'étape 430, on calcule une seconde réponse impulsionnelle différentielle comme différence entre la première (ou la seconde) réponse impulsionnelle avec la réponse impulsionnelle en configuration occultée. On détermine ensuite, à l'étape 430, la position du pic correspondant à l'antenne 111 dans la seconde réponse impulsionnelle différentielle.

De manière plus générale, la seconde réponse impulsionnelle différentielle sera obtenue comme différence entre une troisième réponse impulsionnelle relative à une configuration où l'antenne est occultée et une quatrième réponse impulsionnelle relative à une configuration où l'antenne est non occultée. Le cas décrit supra correspond au cas particulier où la quatrième configuration est identique à la première ou à la deuxième configuration. Du fait de l'opération de soustraction, les pics de réflexion parasites du système hyperfréquence apparaissant avant celui de la réflexion sur l'antenne (par exemple à la connexion entre le câble et l'antenne) sont éliminés dans la seconde réponse impulsionnelle différentielle. On peut par conséquent déterminer le pic correspondant à l'antenne 111, sans propagation dans l'espace libre, comme celui présentant le plus faible retard temporel dans la seconde réponse impulsionnelle différentielle. Sa position temporelle donne la valeur r ,vu précitée. La distance D est calculée en 440, comme précédemment, à partir de l'expression (2).

La méthode de mesure de distance représentée en Fig. 4A est mise en oeuvre par le système de la Fig. 1 de la manière suivante : Aux étapes 410 et 420, les moyens de mesure 160 déterminent le paramètre S11 pour une pluralité de fréquences ff2,..., fN . On notera respectivement SlyI), Sil(II), les valeurs de ce paramètre mesurées lors des étapes précitées. Les moyens de calcul 170 obtiennent la première réponse impulsionnelle différentielle en effectuant la transformée de Fourier inverse de la différence complexe Sil(II)ùSil(I) . Selon une variante, la transformée de Fourier inverse est calculée pour chacun des paramètres Sil(I) , Sil(II) , et la différence des transformées si1(II)ùsil(I) est ensuite calculée dans le domaine temporel pour obtenir la première réponse impulsionnelle différentielle.

Les moyens de calcul 170 déterminent ensuite la position temporelle, r, du pic (ou du pic de plus forte intensité) dans la première réponse différentielle. Ils déterminent également la position temporelle, TANT, du pic de réflexion sur l'antenne 111 dans la première ou la seconde réponse impulsionnelle. Ils en déduisent enfin la distance D au moyen de l'expression (2).

De manière similaire, si la variante de la Fig. 4B est retenue, les moyens de mesure 160 déterminent le paramètre S11 pour la pluralité de fréquences f1,f2,...,fN, lors de l'étape 405. On notera Sil(III) les valeurs de Sll mesurées lors de cette étape. Les moyens de calcul 170 obtiennent la seconde réponse impulsionnelle différentielle en effectuant la transformée de Fourier inverse de la différence complexe SSi(III)ùSTI(I) ou Sii(III)ùSTI(I) . Alternativement, ils calculent d'abord la transformée de Fourier inverse de S11(III) , notée sll(III), la seconde réponse impulsionnelle différentielle, sil(III)ùsil(II), étant ensuite obtenue par différence dans le domaine temporel. De manière générale, comme indiqué plus haut, la seconde réponse impulsionnelle différentielle sera obtenue comme différence entre une troisième réponse impulsionnelle relative à une configuration où l'antenne est occultée et une quatrième réponse impulsionnelle relative à une configuration où l'antenne est non occultée.

La Fig. 5 représente schématiquement un système de mesure de distance selon un second mode de réalisation de l'invention. Ce système permet de mesurer une pluralité de distances entre un ensemble de M antennes 511 et de P réflecteurs 512. Chaque réflecteur 512 peut prendre deux états radioélectriques. Avantageusement les M antennes sont identiques ainsi que les P réflecteurs. Chaque antenne est reliée à un duplexeur 530 par un câble coaxial 520. Les duplexeurs 530 sont respectivement connectés aux modules d'émission/ réception 540. Les signaux émis et reçus par les différentes antennes sont transmis à des moyens de mesure de paramètres S, par exemple un analyseur de réseau 560, à travers un commutateur de signaux reçus 545 et un commutateur de signaux émis 546. Les paramètres S mesurés sont traités par les moyens de calcul 560. Des moyens de contrôle 580 commandent les modules d'émission réception 540, les commutateurs 545 et 546, les moyens de mesure 560, ainsi que les moyens de calcul 570. Ils pilotent également les états radioélectriques respectifs des réflecteurs 512. Chacune des M antennes 511 est sélectionnée tour à tour. Lorsqu'une antenne 511 est sélectionnée, Le signal émis par l'antenne sélectionnée est transmis, au moyens de mesure 560 via le commutateur 545. Les moyens de contrôle 580 placent successivement chacun des réflecteurs 512 dans le premier puis le second état radioélectrique. Pour chaque réflecteur, les signaux respectivement réfléchis dans ces deux états sont reçus par l'antenne 510 sélectionnée, et transmis a l'analyseur de réseau 560 via le commutateur 546. Les commutateurs 545 et 546 fonctionnent en parallèle et sélectionnent la même antenne. On mesure pour chaque antenne m sélectionnée, les premières réponses différentielles sli"(II)ûsli"(I) correspondant respectivement aux réflecteurs p =1,...,P , chaque mesure étant effectuée comme dans le premier mode de réalisation. On a noté sl'I'p(I)=TF-l(S 'p(I)) et si'p(II) =TF i(Si'p(II)) où Sii'p(I) et Sii'p(II) sont les paramètres du quadripôle Qm' relatif au couple formé par l'antenne m et le réflecteur p, lorsque ce réflecteur est respectivement dans un premier et un second états radioélectriques. La première réponse différentielle sl'p(II)ûsl'p(I) fait apparaître le pic relatif à la réflexion sur le réflecteur p. On détermine la position temporelle rm') de ce pic dans cette première réponse différentielle.

On mesure, pour chaque antenne m, la position temporelle zANT du pic de réflexion sur l'antenne 511 dans l'une des réponses impulsionnelles s11 (I) ou s11 (II) . On peut aussi, afin d'obtenir un meilleur signal sur bruit, sommer les premières réponses impulsionnelles, c'est-à-dire calculer ou Esii'p(II), et p p rechercher le pic de réflexion de l'antenne m dans l'une ou l'autre de ces réponses sommées. Alternativement, on peut calculer, comme en Fig. 4B, une seconde réponse impulsionnelle différentielle pour déterminer la position temporelle zANT du pic de réflexion sur l'antenne m. A cette fin, dans une phase préliminaire, on occulte cette antenne et l'on obtient la réponse impulsionnelle en configuration occultée, notée sll(III) dans le domaine temporel. On soustrait ensuite à cette réponse l'une des premières ou secondes impulsionnelles, autrement dit l'on calcule si(III)ûs''(1) ou sii(III)ûsIl"(II) obtenue pour un réflecteur p quelconque, dans un ou l'autre état. Bien entendu, la même opération peut être réalisée dans le domaine fréquentiel, et être suivie d'une transformée de Fourier inverse.

Dans tous les cas, la distance entre l'antenne m et le réflecteur p est déduite au moyen de l'expression suivante : m,p m =cr -TANT ( 3) 2 où c est la célérité de la lumière dans l'air. 5 La Fig. 6 représente un exemple de chronogramme des signaux de contrôle des antennes 511 et des réflecteurs 512 de la Fig. 5.

10 On a supposé ici que N I=2 et P=3. Seule la seconde phase de mesure a été illustrée.

Le signal de sélection de la première antenne

m =1 est indiquée par sell et celui de la seconde antenne n l=2 est indiquée par sel2. Pendant la période

15 610, la première antenne est sélectionnée et pendant la période 620, la seconde antenne est sélectionnée.

On a représenté par stctrlp , le signal de contrôle de l'état radioélectrique du réflecteur p=1,2,3.

On notera que lorsqu'une antenne est

20 sélectionnée, chacun des signaux stctrlp passe successivement d'un état logique à l'autre. Plus précisément la période de sélection 610 est divisée en trois intervalles 611, 612, 613 et la période de sélection 620 est divisée en trois intervalles 621, 25 622, 623. Au sein d'un même intervalle, seul un signal stctrlp parmi les P=3 peut changer d'état logique, autrement dit un réflecteur et un seul peut changer d'état radioélectrique. On mesure les valeurs Sli'p(I) et Sll"(II) avant et après le changement d'état. On notera que l'obtention des secondes réponses impulsionnelles différentielles ne nécessite que 2MP mesures de paramètre S11 (étant entendu que chaque mesure de paramètre S11 est effectuée à une pluralité de fréquences).

On comprendra que le système de mesure de distance selon le premier ou le second mode de réalisation de l'invention permet également de déterminer le déplacement d'un objet entre deux instants consécutifs relativement à une antenne (premier mode de réalisation) ou une pluralité d'antennes (second mode de réalisation). Il suffit pour ce faire de calculer la différence entre les distances D ou Er' mesurées respectivement en ces deux instants.

Claims

REVENDICATIONS1. Système de mesure de distance d'une antenne (111) à un réflecteur (112), caractérisé en ce que ladite antenne est reliée à un module d'émission/réception (140), les signaux émis et réfléchi par l'antenne étant transmis à des moyens de mesure (160) adaptés à mesurer, pour une pluralité de fréquences, un paramètre égal au rapport complexe entre l'onde reçue et l'onde émise par le module d'émission/réception, le système comprenant en outre des moyens de calcul (170) adaptés à effectuer une transformée de Fourier inverse de ce paramètre pour obtenir une réponse impulsionnelle correspondante, et à déterminer la position temporelle d'un pic de signal dans cette réponse, une première position temporelle, r) étant déterminée dans une première réponse impulsionnelle différentielle obtenue comme différence entre une première réponse impulsionnelle relative à une première configuration où le réflecteur est dans un premier état radioélectrique et une seconde réponse impulsionnelle relative à une seconde configuration où le réflecteur est dans un second état radioélectrique, ladite distance étant déterminée à partir de ladite première position temporelle et d'une seconde position temporelle (TANT) correspondant à la réflexion sur ladite antenne de l'onde émise.
2. Système de mesure de distance selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde position temporelle est obtenue par les moyens decalcul comme celle du premier pic apparaissant dans la première ou la seconde réponse impulsionnelle.
3. Système de mesure de distance selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une seconde réponse impulsionnelle différentielle est obtenue comme différence entre une seconde réponse impulsionnelle relative à une troisième configuration où ladite antenne est occultée et une quatrième configuration où elle n'est pas occultée, la seconde position temporelle étant obtenue par les moyens de calcul comme celle du premier pic apparaissant dans la seconde réponse impulsionnelle différentielle.
4. Système de mesure de distance selon la revendication 3, caractérisé en ce que la quatrième configuration est identique à la première ou seconde configuration.
5. Système de mesure de distance selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réflecteur est de type passif.
6. Système de mesure de distance selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réflecteur (112) comprend une antenne (310) et un commutateur (320) permettant de connecter cette antenne à une première ou une seconde impédance, le premier état radioélectrique correspondant à une connexion de cette antenne à la première impédance et le second étatradioélectrique à une connexion de cette antenne à une seconde impédance.
7. Système de mesure de distance selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réflecteur (112) comprend une antenne à commutation de polarisation (311, 312), le premier état radioélectrique du réflecteur correspondant à une première direction de polarisation de cette antenne et le second état radioélectrique correspondant à une seconde direction de polarisation de cette antenne.
8. Système de mesure de distance selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réflecteur est de type actif.
9. Système de mesure de distance selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réflecteur comprend une première antenne (315), une seconde antenne (316), un commutateur (320) permettant de connecter la première antenne à une impédance (330) ou à l'entrée d'un amplificateur (340), la sortie de cet amplificateur étant connectée à ladite seconde antenne.
10. Système de mesure de distance selon la revendication 8, caractérisé en ce que le réflecteur comprend une première antenne (315), une seconde antenne (316), la première antenne étant connectée à l'entrée d'un amplificateur (340) de gain variable, la sortie de cet amplificateur étant connectée à ladite seconde antenne, le gain de l'amplificateur pouvantêtre commuté d'une première valeur de gain à une seconde valeur de gain.
11. Système de mesure de distance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première position temporelle est obtenue par les moyens de calcul comme la position temporelle du pic de plus forte intensité apparaissant dans la première réponse impulsionnelle différentielle.
12. Méthode de mesure de distance d'une antenne à un réflecteur, caractérisée en ce que l'antenne transmet une onde et la reçoit après réflexion sur le réflecteur, et que l'on détermine : - une première réponse impulsionnelle (410) dans une première configuration où le réflecteur est dans un premier état radioélectrique ; - une seconde réponse impulsionnelle (420) dans une seconde configuration où le réflecteur est dans un second état radioélectrique ; et que l'on déduit : - une première réponse impulsionnelle différentielle comme différence entre les première et seconde réponses impulsionnelles (425) ; - une position temporelle (r) d'un pic de signal dans la première réponse impulsionnelle différentielle, dite première position temporelle (425); - une estimation de ladite distance (440) à 30 partir de la première position temporelle et d'uneseconde position temporelle (r T) correspondant à la réflexion de l'onde sur ladite antenne.
13. Méthode de mesure de distance selon la revendication 12, caractérisée en ce que la seconde position temporelle est obtenue comme celle du premier pic apparaissant dans la première ou la seconde réponse impulsionnelle.
14. Méthode de mesure de distance selon la revendication 12, caractérisée en que l'on obtient une seconde réponse impulsionnelle différentielle comme différence entre une troisième réponse impulsionnelle relative à une troisième configuration où ladite antenne est occultée et une quatrième configuration où elle n'est pas occultée, la seconde position temporelle étant obtenue comme celle du premier pic apparaissant dans la seconde réponse impulsionnelle différentielle.
15. Méthode de mesure de distance selon la revendication 14, caractérisée en ce que les première à quatrième réponses impulsionnelles sont obtenues par transformée de Fourier inverse du rapport complexe entre l'onde électromagnétique reçue et l'onde électromagnétique émise, mesuré pour une pluralité de fréquences, respectivement dans les première à quatrième configurations.
16. Méthode de mesure de distance selon une des revendications 12 à 15, caractérisée en ce que ladite première position temporelle est obtenue comme laposition temporelle du pic de plus forte intensité apparaissant dans la première réponse impulsionnelle différentielle.
17. Système de mesure de distance entre une pluralité Al d'antennes (511) et, respectivement, une pluralité P de réflecteurs (512), caractérisé en ce que chaque antenne m =1,...,M est reliée à un module d'émission/réception (540), chaque antenne étant sélectionnée tour à tour, les signaux émis et reçus par chaque antenne étant respectivement transmis à des moyens de mesure (560) via un premier et un second commutateurs (545, 546), lesdits moyens de mesure étant adaptés à mesurer pour une pluralité de fréquences un paramètre égal au rapport complexe entre l'onde reçue et l'onde émise par le module d'émission/réception, des moyens de calcul (570) étant adaptés à effectuer une transformée de Fourier inverse de ce paramètre pour déterminer la réponse impulsionnelle correspondante, et à mesurer la position temporelle d'un pic de signal dans cette réponse, une première position temporelle ), étant mesurée pour chaque antenne et chaque réflecteur, dans une première réponse impulsionnelle différentielle obtenue comme une première réponse impulsionnelle relative à une première configuration où ledit réflecteur est dans un premier état radioélectrique et une seconde réponse impulsionnnelle relative à une seconde configuration où ledit réflecteur est dans un second état radioélectrique, une seconde position temporelle (rm,T) étant mesurée pour chaque antenne, ladite seconde position temporellecorrespondant à la réflexion sur ladite antenne de l'onde émise, ladite distance entre ladite antenne et ledit réflecteur étant déterminée à partir desdites première et seconde positions temporelles.
18. Système de mesure de distance selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de contrôle (580) contrôlant le module d'émission/réception (540), les moyens de mesure (560), les moyens de calcul (570), les moyens de contrôle sélectionnant les antennes (511) tour à tour et pilotant les états radioélectriques respectifs des réflecteurs (512).