FR2965635A1

FR2965635A1 - System for measuring distance between antenna and electromagnetic reflector, has calculating unit determining temporal positions of peak of signal, where calculating unit determines distance from temporal positions

Info

Publication number: FR2965635A1
Application number: FR1057993A
Authority: FR
Inventors: Philippe Berisset; Pierre Massaloux-Lamonnerie
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2010-10-01
Publication date: 2012-04-06
Anticipated expiration: 2030-10-01
Also published as: FR2965635B1

Abstract

The system (100) has an antenna (111) that is polarized in a polarization direction, and controlling unit for controlling polarization direction of the antenna. The antenna is connected to an emitting/receiving module (140). A calculating unit adopts to carry out inverse Fourier transform for obtaining impulse response, where the calculating unit determines the temporal positions of peak of signal. The calculating unit determines the distance from the temporal positions. Independent claims are also included for the following: (1) an electromagnetic reflector (2) a method for measuring a distance between an antenna and an electromagnetic reflector.

Description

TÉLÉMÈTRE HYPERFRÉQUENCE ET RÉFLECTEUR ASSOCIÉ ÉQUIPÉ D'UN INCLINOMÈTRE MICROWAVE TELEMETER AND ASSOCIATED REFLECTOR EQUIPPED WITH AN INCLINOMETER

DESCRIPTION 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 relatifs. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La mesure de distance entre deux objets peut être 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 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 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. TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of microwave telemetry. It finds particular application in measuring the precision of the distance to a large number of objects and their relative movements. STATE OF THE PRIOR ART Distance measurement between two objects can be obtained in multiple ways. One well known technique is to install a radar or lidar system on one of the objects and to measure the distance to a reflector located on the other object. The distance is generally obtained by the round trip time of a pulse or the difference in frequency between the transmitted wave and the wave received in the case of a FMCW system. Measuring the displacement of one object relative to another can of course be obtained by difference between consecutive distance measurements. When a high precision is required, an interferometric device is preferably used which evaluates the displacement of an object from the scrolling of the interference fringes between a reference wave and a wave reflected by this object.

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 Cracker » 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 Cracker 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. La demande non publiée FR 09 53498, également déposée au nom de la présente demanderesse, décrit un télémètre hyperfréquence large bande utilisant un réflecteur à deux états radioélectriques. Dans un mode de réalisation particulier, l'antenne de mesure transmet une onde ayant une polarisation linéaire et le réflecteur possède un coefficient de réflexion dépendant de l'angle de polarisation de l'onde reçue. For certain industrial applications, especially for assembly lines, it is necessary to obtain position and / or displacement information for a large number of objects or points located on these objects. It is known to use for this purpose a device called "Laser Cracker" capable of emitting a laser beam in a large number of directions and measuring the respective distances to a plurality of objects located in the scanning field of the beam. For example, a description of a Cracker laser can be found in international application WO-A-0109642. Such a device is however very expensive and poorly suited to industrial environments in that it is particularly fragile and sensitive to dust, temperature, pressure, humidity and ambient light levels. A high precision microwave range finder has been proposed in application FR-A-2920886 filed in the name of the present applicant. However, this rangefinder makes it possible to measure only a relative displacement between two antennas and not the absolute distance to an object. The unpublished application FR 09 53498, also filed in the name of the present applicant, discloses a broadband microwave range finder using a two-state radio reflector. In a particular embodiment, the measurement antenna transmits a wave having a linear polarization and the reflector has a reflection coefficient depending on the polarization angle of the received wave.

Pour un angle de polarisation donné, le coefficient de réflexion prend une première valeur lorsque le réflecteur est dans un premier état et une seconde valeur lorsque le réflecteur est dans un second état. Toutes choses étant égales par ailleurs, la commutation du réflecteur du premier état au second état permet de discriminer le signal renvoyé par le réflecteur et d'éliminer les réflexions parasites sur l'environnement. Toutefois selon l'angle de polarisation de l'onde incidente, la différence entre les deux valeurs du coefficient de réflexion peut être relativement faible de sorte qu'il est difficile de discriminer le signal utile par rapport au bruit. L'objet de la présente invention est de proposer un télémètre large bande utilisant un réflecteur à au moins deux états radioélectriques qui présente un rapport signal sur bruit élevé quel que soit l'angle de polarisation de l'onde incidente. 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 polarisée dans une direction de polarisation, le système comprenant des moyens de contrôle adaptés à contrôler la direction de polarisation de ladite antenne en fonction d'une information angulaire reçue du récepteur, ladite antenne étant en outre 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, 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. Typiquement, la seconde position temporelle est obtenue par les moyens de calcul comme celle du premier pic apparaissant dans la première ou la seconde réponse impulsionnelle. L'invention concerne également un réflecteur électromagnétique comprenant au moins une première antenne polarisée selon une direction de polarisation et un inclinomètre, solidaire mécaniquement de cette antenne, adapté à fournir une information angulaire indiquant l'orientation de cette direction par rapport à une direction de référence, le réflecteur pouvant en outre être placé dans un premier ou un second état radioélectrique en fonction d'une commande de commutation extérieure. For a given polarization angle, the reflection coefficient takes a first value when the reflector is in a first state and a second value when the reflector is in a second state. Other things being equal, switching the reflector from the first state to the second state makes it possible to discriminate the signal reflected by the reflector and to eliminate parasitic reflections on the environment. However, depending on the angle of polarization of the incident wave, the difference between the two values of the reflection coefficient may be relatively small so that it is difficult to discriminate between the useful signal and the noise. The object of the present invention is to provide a broadband range finder using a reflector with at least two radio states that has a high signal-to-noise ratio regardless of the angle of polarization of the incident wave. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is defined by a system for measuring the distance from an antenna to a reflector, wherein said antenna is polarized in a polarization direction, the system comprising control means adapted to control the direction of rotation. polarization of said antenna according to an angular information received from the receiver, said antenna being furthermore connected to a transmission / reception module, the signals transmitted and reflected by the antenna being transmitted to measuring means adapted to measure, for a plurality of frequencies, a parameter equal to the complex ratio between the received wave and the wave emitted by the transmission / reception module, calculation means adapted to perform a Fourier transform inverse of this parameter to obtain an answer pulse, and to determine the time position of a signal peak in this response, a first time position being terminated in a first differential impulse response obtained as the difference between a first impulse response relative to a first configuration where the reflector is in a first radio state and a second impulse response relative to a second configuration where the reflector is in a second radio state, said distance being determined from said first time position and a second time position corresponding to the reflection on said antenna of the transmitted wave. Typically, the second temporal position is obtained by the calculation means such as that of the first peak appearing in the first or the second impulse response. The invention also relates to an electromagnetic reflector comprising at least a first antenna polarized in a polarization direction and an inclinometer, mechanically secured to this antenna, adapted to provide an angular information indicating the orientation of this direction relative to a reference direction. the reflector may further be placed in a first or a second radio state in accordance with an external switching command.

Selon une première variante, le réflecteur électromagnétique comprend une seconde antenne de même direction de polarisation que la première antenne et un commutateur connectant 1a première antenne à une impédance ou à l'entrée d'un amplificateur, en fonction de ladite commande de commutation, la sortie de l'amplificateur étant reliée à la seconde antenne. Selon une seconde variante, le réflecteur électromagnétique comprend une seconde antenne de même direction de polarisation que la première antenne et un amplificateur de gain variable dont l'entrée est reliée à la première antenne et la sortie à la seconde antenne, le gain de l'amplificateur pouvant être commuté d'une première valeur de gain à une seconde valeur de gain en fonction de ladite commande de commutation. Selon une troisième variante, le réflecteur électromagnétique comprend un duplexeur connecté à la première antenne, un commutateur connectant la sortie du duplexeur à une impédance ou à l'entrée d'un amplificateur, en fonction de ladite commande de commutation, la sortie de l'amplificateur étant reliée à l'entrée du duplexeur. Selon une quatrième variante, le réflecteur électromagnétique comprend un duplexeur connecté à la première antenne et un amplificateur de gain variable dont l'entrée est reliée à la sortie du duplexeur et la sortie à l'entrée du duplexeur, le gain de l'amplificateur pouvant être commuté d'une première valeur de gain à une seconde valeur de gain en fonction de ladite commande de commutation. According to a first variant, the electromagnetic reflector comprises a second antenna having the same polarization direction as the first antenna and a switch connecting the first antenna to an impedance or to the input of an amplifier, as a function of said switching command, the output of the amplifier being connected to the second antenna. According to a second variant, the electromagnetic reflector comprises a second antenna of the same polarization direction as the first antenna and a variable gain amplifier whose input is connected to the first antenna and the output to the second antenna, the gain of the amplifier which can be switched from a first gain value to a second gain value according to said switching command. According to a third variant, the electromagnetic reflector comprises a duplexer connected to the first antenna, a switch connecting the output of the duplexer to an impedance or to the input of an amplifier, according to said switching command, the output of the amplifier being connected to the input of the duplexer. According to a fourth variant, the electromagnetic reflector comprises a duplexer connected to the first antenna and a variable gain amplifier whose input is connected to the output of the duplexer and the output to the input of the duplexer, the gain of the amplifier being able to be switched from a first gain value to a second gain value according to said switching command.

Selon une cinquième variante, la première antenne est à direction de polarisation commutable, la direction de polarisation pouvant être commutée d'une première direction de polarisation à une seconde direction de polarisation en fonction de ladite commande de commutation. De préférence, le réflecteur électromagnétique comprend en outre un filtre passe-bande pour filtrer le signal en sortie du dit amplificateur. According to a fifth variant, the first antenna is switchable polarization direction, the polarization direction can be switched from a first polarization direction to a second polarization direction according to said switching command. Preferably, the electromagnetic reflector further comprises a bandpass filter for filtering the output signal of said amplifier.

Le réflecteur électromagnétique peut comprendre en outre un modulateur destiné à moduler le signal en sortie du dit amplificateur à l'aide de ladite information angulaire. L'invention concerne aussi une méthode de mesure 15 de distance d'une antenne à un réflecteur, dans laquelle : on émet au moyen de ladite antenne une onde polarisée dans une direction de polarisation et on ajuste cette direction de polarisation pour coïncider 20 avec une direction de polarisation du réflecteur; on détermine à partir de l'onde émise et de l'onde reçue par ladite antenne dont la direction de polarisation a été ainsi ajustée : - une première réponse impulsionnelle dans une 25 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; 30 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 5 la première réponse impulsionnelle différentielle, dite première position temporelle ; - une estimation de ladite distance â partir de la première position temporelle et d'une seconde position temporelle correspondant à la réflexion de 10 l'onde sur ladite antenne. Typiquement, la seconde position temporelle est obtenue comme celle du premier pic apparaissant dans la première ou la seconde réponse impulsionnelle. 15 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS The electromagnetic reflector may further comprise a modulator for modulating the output signal of said amplifier with said angular information. The invention also relates to a method of distance measurement from an antenna to a reflector, in which: a polarized wave is transmitted by means of said antenna in a polarization direction and this polarization direction is adjusted to coincide with a direction of polarization of the reflector; from the transmitted wave and the wave received by said antenna, whose polarization direction has been thus adjusted: from a first impulse response in a first configuration where the reflector is in a first radio state; a second impulse response in a second configuration in which the reflector is in a second radio state; 30 and we deduce: a first differential impulse response as the difference between the first and second impulse responses; a time position of a signal peak in the first differential pulse response, called the first time position; an estimate of said distance from the first time position and a second time position corresponding to the reflection of the wave on said antenna. Typically, the second temporal position is obtained as that of the first peak appearing in the first or the second impulse response. 15 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, fait en 20 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 25 équivalent au système de la Fig. 1 ; Les Figs. 3A à 3D représentent des modes de réalisation du réflecteur utilisé dans le système de la Fig 1 ; La Fig. 4 représente schématiquement une méthode 30 de mesure de distance utilisant le système de la Fig 1. Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading a preferred embodiment of the invention, with reference to the appended figures among which: FIG. 1 schematically illustrates a distance measuring system according to a first embodiment of the invention; Fig. 2 represents a microwave system equivalent to the system of FIG. 1; Figs. 3A to 3D represent embodiments of the reflector used in the system of FIG. 1; Fig. 4 schematically represents a method 30 of distance measurement using the system of FIG.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Nous considérerons dans la suite un système hyperfréquence comprenant un émetteur et au moins un réflecteur à deux états radioélectriques, installé sur l'objet dont on souhaite mesurer la distance, comme dans la demande FR 09 53498. Pour une onde incidente de polarisation rectiligne donnée, le coefficient de réflexion du réflecteur est différent suivant qu'il est dans un premier ou un second état. La distance entre l'antenne de l'émetteur 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 de polarisation et une seconde fois lorsque le réflecteur est dans un second état de polarisation. Toutefois, à la différence du système d'écrit dans la demande précitée, le réflecteur comprend un inclinomètre permettant de mesurer son orientation par rapport à la verticale, comme décrit plus en détail en Fig. 1. DETAILED DESCRIPTION OF PARTICULAR EMBODIMENTS We will consider in the following a microwave system comprising a transmitter and at least one reflector with two radio states, installed on the object whose distance is to be measured, as in application FR 09 53498. For a incident wave of rectilinear polarization given, the reflection coefficient of the reflector is different depending on whether it is in a first or a second state. The distance between the antenna of the transmitter and the reflector can be obtained using the parameters S of the microwave system, measured a first time when the reflector is in a first state of polarization and a second time when the reflector is in a second state of polarization. However, unlike the above-mentioned writing system, the reflector includes an inclinometer for measuring its orientation relative to the vertical, as described in more detail in FIG. 1.

La Fig. 1 représente un système de mesure de distance selon un mode de réalisation de l'invention. Fig. 1 represents a distance measuring system according to one embodiment of the invention.

Ce système 100 comprend d'une part un émetteur et d'autre part un réflecteur 112 installé sur l'objet dont on souhaite connaître la distance. Le réflecteur peut prendre deux états radioélectriques comme détaillé plus loin. L'émetteur comprend une antenne 111 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 140, les moyens de mesure 160, les moyens de calcul 170. Les moyens de contrôle 180 permettent également de modifier la polarisation de l'antenne 111 et de contrôler l'état radioélectrique du réflecteur, par exemple de commuter le réflecteur d'un premier à un second état radioélectrique. This system 100 comprises on the one hand a transmitter and on the other hand a reflector 112 installed on the object whose distance is desired. The reflector can take two radio states as detailed below. The transmitter comprises an antenna 111 connected to a duplexer 130 by a coaxial cable 120, the duplexer itself being connected at the input / output to a transmitting / receiving module 140. The transmitting / receiving module 140 is furthermore connected to means for measuring parameters S, 160, for example a network analyzer, and supplies them to the calculation means 170. The system 100 finally comprises control means 180 controlling the transmission / reception modules 140, the means 160, the calculation means 170. The control means 180 also make it possible to modify the polarization of the antenna 111 and to control the radio state of the reflector, for example to switch the reflector from a first to a second state radio.

L'ensemble constitué par le 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 30 paramètres S d'un quadripôle, sont définis par : S21 = b2 S12= bi ai ai a2 où ai et a2 sont les amplitudes complexes des ondes entrantes en el et e2, bi et b2 sont les amplitudes complexes des ondes sortantes en f et s2. Les paramètres S sont de manière équivalente les coefficients de la matrice de dispersion du quadripôle. Les moyens de mesure 160 déterminent le paramètre `~11 du système hyperfréquence en injectant un signal en ei en mesurant l'amplitude et la phase de l'onde sortante en si. Le paramètre S11 est mesuré à une pluralité de fréquences f , f2,..., fN , équidistribuées avec un intervalle fréquentiel 8f. 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 â fl, f2l«"JN Dans les deux cas, on mesure le paramètre complexe Sii selon (1) aux fréquences f,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 sil avec sil=TF1\SiiJ . 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 (1) _ b2 a2 et le réflecteur 112, une pluralité de pics parasites dus à des réflexions sur l'environnement. The assembly consisting of the duplexer 130, the coaxial cable 120, the antenna 111, the reflector 112 and the environment located between the antenna and the reflector, shown in broken lines, can be considered as a Q quadrupole looped on a charge Z. The diagram of the equivalent microwave system has been shown in FIG. 2. The quadrupole Q has a first input and and a first output s1 respectively corresponding to the output and the input of the transmission / reception module 140. The second output s2 of the quadripole corresponds to the wave received on the reflector and the second input e2 to that returned by the latter to the antenna. The reflector is itself modeled by the load Z. It is recalled that the parameters S of a quadrupole are defined by: S21 = b2 S12 = bi ai ai2 where ai and a2 are the complex amplitudes of the incoming waves in and e2, bi and b2 are the complex amplitudes of the outgoing waves at f and s2. The parameters S are equivalently the coefficients of the quadrupole dispersion matrix. The measuring means 160 determine the parameter `~ 11 of the microwave system by injecting a signal by ei by measuring the amplitude and the phase of the outgoing wave in si. The parameter S11 is measured at a plurality of frequencies f, f2,..., FN, equidistributed with a frequency interval 8f. More precisely, either waves are transmitted successively to these different frequencies, or a broadband signal is transmitted whose frequency components are known. In both cases, the complex parameter Sii is measured according to (1) ) at frequencies f, f2, fN The calculation means 170 make it possible to perform an inverse Fourier transform, in particular that of the parameter S11, for example by means of an IFFT, in order to determine the corresponding impulse response, denoted by sil with sil = TF1 \ SiiJ In general this impulse response has, in addition to a signal peak corresponding to the propagation in a straight line on the return path between the antenna 111 (1) _ b2 a2 and the reflector 112, a plurality parasitic peaks due to reflections on the environment.

La Fig. 3A illustre schématiquement un premier 5 exemple de réalisation du réflecteur 112. 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 50Q, soit sur l'entrée d'un 10 amplificateur hyperfréquence 340, dont la sortie est connectée à une seconde antenne, 316. Selon la position du commutateur 320, le réflecteur est dans un premier ou un second état radioélectrique. La commutation d'un état à l'autre est contrôlée par une commande de 15 commutation, extérieure au réflecteur. Dans le premier état radioélectrique (antenne 315 chargée par l'impédance 330) le coefficient de réflexion du réflecteur est inférieur à 1 et dans le second état radioélectrique (antenne 315 reliée à 20 l'amplificateur 340) le coefficient de réflexion du réflecteur est généralement supérieur à 1 (le coefficient est fonction de la polarisation de l'onde incidente et du gain de l'amplificateur). Les antennes 315 et 316 présentent une même direction de 25 polarisation privilégiée, par exemple une même polarisation elliptique ou rectiligne. Cette direction de polarisation peut être définie par rapport à la verticale du lieu, à savoir par l'angle entre le grand axe de l'ellipse (l'axe de polarisation dans le cas 30 d'une polarisation rectiligne) et la verticale. Fig. 3A schematically illustrates a first exemplary embodiment of the reflector 112. The reflector 112 comprises a first antenna 315, a switch 320 switching the output of the first antenna, either on an impedance, 330, for example a load of 50Ω, or on the The input of a microwave amplifier 340 whose output is connected to a second antenna 316. Depending on the position of the switch 320, the reflector is in a first or a second radio state. Switching from one state to another is controlled by a switching command, external to the reflector. In the first radio state (antenna 315 loaded by impedance 330) the reflection coefficient of the reflector is less than 1 and in the second radio state (antenna 315 connected to amplifier 340) the reflection coefficient of the reflector is generally greater than 1 (the coefficient is a function of the polarization of the incident wave and the gain of the amplifier). The antennas 315 and 316 have the same preferred polarization direction, for example the same elliptical or rectilinear polarization. This direction of polarization can be defined with respect to the vertical of the place, namely by the angle between the major axis of the ellipse (the polarization axis in the case of a rectilinear polarization) and the vertical.

Le réflecteur comprend un inclinomètre 380 solidaire mécaniquement des antennes 315 et 316. Cet inclinomètre peut être monté directement sur l'antenne 315 ou 316 ou bien encore sur le boîtier du réflecteur. The reflector comprises an inclinometer 380 mechanically fastening antennas 315 and 316. This inclinometer can be mounted directly on the antenna 315 or 316 or even on the reflector housing.

En tout état de cause, l'inclinomètre fournit une information angulaire donnant l'orientation de la polarisation de l'antenne par rapport à la verticale du lieu. L'inclinomètre pourra être réalisé à l'aide d'un capteur de gravité. Avantageusement, le capteur de gravité sera de type microélectromécanique (MEMS). Selon une variante de réalisation, les antennes 315, 316 sont de type patch et le capteur est réalisé sur le même substrat que celui des antennes. L'information angulaire peut être envoyée à l'émetteur de différentes manières. Par exemple, si les moyens de contrôle 180 sont reliés au réflecteur à l'aide d'un bus, ce bus servira d'une part à transmettre la commande de commutation au réflecteur et à recevoir de ce dernier l'information angulaire de polarisation. Alternativement, cette information pourra être transmise à l'émetteur en modulant le signal réfléchi grâce à un modulateur optionnel 370 lors d'une étape préalable à la mesure, ou bien en utilisant un canal auxiliaire. Avantageusement, le réflecteur comprend en outre un filtre passe-bande correspondant à la bande utile du signal émis par l'antenne 111. Au niveau de l'émetteur, l'information angulaire est soit directement acheminée aux moyens de contrôle 180 par un bus, soit obtenue par démodulation du signal reçu par l'antenne 111 dans les moyens d'émission/ réception 140 soit encore acheminée par un canal auxiliaire. Les moyens de contrôle ajustent la direction de la polarisation de l'antenne 111 de sorte qu'elle coïncide sensiblement avec celle des antennes 315 et 316. In any case, the inclinometer provides angular information giving the orientation of the polarization of the antenna relative to the vertical of the place. The inclinometer can be realized using a gravity sensor. Advantageously, the gravity sensor will be of the microelectromechanical type (MEMS). According to an alternative embodiment, the antennas 315, 316 are of patch type and the sensor is made on the same substrate as that of the antennas. The angular information can be sent to the transmitter in different ways. For example, if the control means 180 are connected to the reflector by means of a bus, this bus will serve firstly to transmit the switching command to the reflector and to receive therefrom the angular polarization information. Alternatively, this information can be transmitted to the transmitter by modulating the signal reflected by an optional modulator 370 during a step prior to measurement, or by using an auxiliary channel. Advantageously, the reflector further comprises a bandpass filter corresponding to the useful band of the signal transmitted by the antenna 111. At the transmitter, the angular information is either directly routed to the control means 180 by a bus, is obtained by demodulation of the signal received by the antenna 111 in the transmitting / receiving means 140 is further conveyed by an auxiliary channel. The control means adjust the direction of the polarization of the antenna 111 so that it coincides substantially with that of the antennas 315 and 316.

La Fig. 3B représente un second mode de réalisation du réflecteur 112. Les éléments portant les mêmes signes de référence sont identiques et ne seront donc pas davantage décrits. Fig. 3B represents a second embodiment of the reflector 112. The elements bearing the same reference signs are identical and will therefore not be further described.

A la différence du premier mode de réalisation, le réflecteur selon le second mode de réalisation comprend une seule antenne 315 reliée à un duplexeur 317. La sortie du duplexeur est connectée à l'entrée du commutateur 320 et la sortie de l'amplificateur 340 est reliée à l'entrée du duplexeur, le cas échéant via le filtre 360 et/ou le modulateur 370. L'inclinomètre est solidaire mécaniquement de l'antenne 315. Les variantes mentionnées pour le premier mode de réalisation trouvent également à s'appliquer au second mode de réalisation. En particulier, l'information angulaire donnant l'angle de la direction de la polarisation de l'antenne 315 avec la verticale peut être transmise à l'émetteur selon l'une des variantes précitées. Unlike the first embodiment, the reflector according to the second embodiment comprises a single antenna 315 connected to a duplexer 317. The output of the duplexer is connected to the input of the switch 320 and the output of the amplifier 340 is connected to the input of the duplexer, where appropriate via the filter 360 and / or the modulator 370. The inclinometer is mechanically secured to the antenna 315. The variants mentioned for the first embodiment are also applicable to the second embodiment. In particular, the angular information giving the angle of the direction of the polarization of the antenna 315 with the vertical can be transmitted to the transmitter according to one of the aforementioned variants.

Dans les premier et second modes de réalisation, le commutateur 320 peut être un commutateur électromécanique voire micro-électromécanique (MEMS) ou encore un commutateur RF à diode PIN, bien connu de l'homme du métier.30 La Fig. 3C représente un troisième mode de réalisation du réflecteur 112. A la différence du second mode de réalisation, le réflecteur selon le troisième mode de réalisation ne comprend pas de commutateur 320 et l'amplificateur 341 est ici à gain variable. Plus précisément, le gain de l'amplificateur peut être commuté entre une première valeur de gain et une seconde valeur de gain, les première et seconde valeurs de gain définissant alors respectivement les premier et second états radioélectriques. Les variantes de réalisation décrites pour les premier et second modes de réalisation s'appliquent également. Selon un mode de réalisation non représenté, hybride entre le premier et le troisième, le réflecteur peut comprendre deux antennes de même direction de polarisation, comme en Fig. 3A, et un amplificateur dont le gain peut être commuté entre deux valeurs, comme en Fig. 3C. In the first and second embodiments, the switch 320 may be an electromechanical or even microelectromechanical switch (MEMS) or a PIN diode RF switch, well known to those skilled in the art. FIG. 3C represents a third embodiment of the reflector 112. Unlike the second embodiment, the reflector according to the third embodiment does not include a switch 320 and the amplifier 341 is here variable gain. More precisely, the gain of the amplifier can be switched between a first gain value and a second gain value, the first and second gain values then respectively defining the first and second radio states. The embodiments described for the first and second embodiments also apply. According to a not shown embodiment, hybridized between the first and the third, the reflector may comprise two antennas of the same polarization direction, as in FIG. 3A, and an amplifier whose gain can be switched between two values, as in FIG. 3C.

La Fig. 3D représente un quatrième mode de réalisation du réflecteur 112. A la différence du troisième mode de réalisation, le réflecteur comprend ici une antenne 315 à polarisation commutable entre deux directions de polarisation, les deux directions de polarisation constituant les premier et second états radioélectriques du réflecteur. Par exemple la polarisation de l'antenne peut être commutée entre une polarisation horizontale et une polarisation verticale. Fig. 3D represents a fourth embodiment of the reflector 112. Unlike the third embodiment, the reflector here comprises a polarization antenna 315 switchable between two polarization directions, the two polarization directions constituting the first and second radio states of the reflector . For example the polarization of the antenna can be switched between a horizontal polarization and a vertical polarization.

La direction de polarisation est connue de l'émetteur grâce à l'information angulaire fournie par l'inclinomètre 380 et la commande de commutation. Pour une onde incidente ayant une direction de polarisation donnée, la commutation de la polarisation de l'antenne se traduit par un changement du coefficient de réflexion. En effet, par exemple, dans le cas d'une polarisation rectiligne de l'antenne 111 et de l'antenne 315, le rapport puissance reçue sur puissance émise est proportionnel à cos20 où 0 est l'angle entre les directions de polarisation des antennes 111 et 315. De préférence les deux directions de polarisation, correspondant aux deux états radioélectriques de l'antenne 111, sont orthogonales. On aligne alors la direction de polarisation de l'antenne 111 avec l'une de ces dernières pour obtenir un meilleur rapport signal sur bruit. On comprendra que les variantes envisagées dans les modes de réalisation précédents s'appliquent encore ici, notamment pour ce qui concerne la transmission de l'information angulaire. The polarization direction is known to the transmitter by the angular information provided by the inclinometer 380 and the switching control. For an incident wave having a given polarization direction, switching the polarization of the antenna results in a change in the reflection coefficient. Indeed, for example, in the case of a rectilinear polarization of the antenna 111 and the antenna 315, the power ratio received on transmitted power is proportional to cos20 where 0 is the angle between the directions of polarization of the antennas 111 and 315. Preferably the two directions of polarization, corresponding to the two radioelectric states of the antenna 111, are orthogonal. The polarization direction of the antenna 111 is then aligned with one of these to obtain a better signal-to-noise ratio. It will be understood that the variants envisaged in the previous embodiments still apply here, especially as regards the transmission of angular information.

Les composants actifs du réflecteur, notamment le commutateur 320, l'amplificateur 340/341, l'inclinomètre 380, peuvent être alimentés 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, lorsque 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, l'alimentation du réflecteur sera directement assurée par l'onde électromagnétique incidente. Dans ce cas, le signal reçu par l'antenne 315 est redressé et permet de charger une capacité, selon le même principe que l'alimentation d'une radio-étiquette (RFTD 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. The active components of the reflector, in particular the switch 320, the amplifier 340/341, the inclinometer 380, may be powered by an autonomous power source such as a battery or a battery fitted to the reflector or by a source of power. external power supply. In this second case, when the control means 180 are connected to the reflector 112 by a control bus, this bus can also supply the reflector. According to one variant, the supply of the reflector will be directly ensured by the incident electromagnetic wave. In this case, the signal received by the antenna 315 is rectified and can load a capacity, according to the same principle as the power of a conventional radio-tag (RFTD tag). The switching can be performed in synchronous or asynchronous mode. In synchronous mode, the switching is controlled by the control means 180 by means of a switching signal which can be transmitted to the reflector wired or RF. The switch signal may in particular be in the form of a clock signal.

La Fig. 4 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 polarisée linéairement ou elliptiquement dans une direction de polarisation privilégiée. Dans une étape préalable 405, on procède à un alignement de la direction de polarisation de l'antenne 311 avec celle de l'antenne 315. Les moyens de contrôle 180 ajustent la polarisation de l'antenne 111 au moyen de l'information angulaire reçue via le bus ou un canal auxiliaire, ou encore via les moyens 140 (avec démodulation du signal el) selon la variante envisagée. Le cas échéant cette opération d'alignement peut être 30 répétée régulièrement. Fig. 4 schematically illustrates a method of measuring distance using the system of FIG. 1. It is assumed that the antenna 111 emits a linearly or elliptically polarized electromagnetic wave in a preferred polarization direction. In a prior step 405, the polarization direction of the antenna 311 is aligned with that of the antenna 315. The control means 180 adjust the polarization of the antenna 111 by means of the angular information received. via the bus or an auxiliary channel, or else via the means 140 (with demodulation of the signal el) according to the variant envisaged. If necessary, this alignment operation can be repeated regularly.

L'ajustement de la polarisation peut être effectué grâce à des moyens mécaniques, par rotation de l'antenne ou, de préférence, grâce à des moyens électroniques, par exemple en déphasant convenablement deux ondes de polarisations rectilignes orthogonales. 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 z la position temporelle du pic de signal correspondant au réflecteur dans la réponse impulsionnelle différentielle. The adjustment of the polarization can be carried out by mechanical means, by rotation of the antenna or, preferably, by electronic means, for example by properly phasing two orthogonal rectilinear polarization waves. In step 410, the impulse response of the system is measured when the reflector is in a first radio state, then, at 420, when it is in a second radio state. A first and a second impulse response are thus obtained, the difference of which is calculated to obtain a differential impulse response at 425. The peak corresponding to the reflector is then determined as the peak of greater intensity present in this differential impulse response. Indeed, it will be understood that, all things being equal, the change of radio state of the reflector, and therefore of its reflection coefficient, uniquely identifies the corresponding peak in the impulse response of the system. In the following, the time position of the signal peak corresponding to the reflector in the differential impulse response will be noted.

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=cT-TANT (2) 2 où c est la célérité de la lumière dans l'air. On comprendra que, dans l'expression (2), le retard T 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 estimation très précise de la distance entre l'antenne 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 30 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. The first or second impulse response also reveals a peak close to the instant of emission, which corresponds to the reflection of the wave on the antenna 111. In general, this peak emerges from parasitic reflections and noise. , so that one can determine its temporal position TANT without ambiguity, in step 430. Although located here after step 420, it will be understood that this measurement can intervene as soon as one has an answer impulse, regardless of the state of the reflector. In step 440, the distance D between the antenna 111 and the reflector 112 is calculated by means of the expression D = cT-TANT (2) 2 where c is the speed of light in the air. It will be understood that, in expression (2), the delay T reflects not only the round trip delay from the antenna to the reflector but also delays due to propagation in the microwave components, namely essentially the coaxial cable, the duplexer and the transmission / reception module. On the other hand, the delay TANT only represents the delay of propagation in the microwave components. This gives a very accurate estimate of the distance between the antenna and the reflector, regardless of the characteristics of the microwave components used. In addition, this distance measurement is insensitive to any drift that may affect the characteristics of the microwave components, either because of thermal fluctuations or because of their aging. Strictly speaking, the expression (2) gives the distance between the phase center of the antenna 111 and the reflector 112. The physical distance between the antenna 111 and the object supporting this antenna is deduced from D and the position of the reflector on the object. It will be possible, if necessary, to determine once and for all the distance offset between the reflector and the object.

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 un réflecteur ou une pluralité de réflecteurs. Il suffit pour ce faire de calculer la différence entre les distances D mesurées respectivement en ces deux instants. It will be understood that the distance measuring system according to the first or second embodiment of the invention also makes it possible to determine the displacement of an object between two consecutive instants with respect to a reflector or a plurality of reflectors. To do this, it suffices to calculate the difference between the distances D measured respectively at these two instants.

Claims

REVENDICATIONS1. A distance measuring system from an antenna (111) to a reflector (112), characterized in that said antenna is polarized in a polarization direction, the system including control means adapted to control the polarization direction of said antenna according to an angular information received from the receiver, said antenna being further connected to a transmission / reception module (140), the signals transmitted and reflected by the antenna being transmitted to measuring means (160) adapted to measuring, for a plurality of frequencies, a parameter equal to the complex ratio between the received wave and the wave emitted by the transmission / reception module, computing means (170) adapted to perform an inverse Fourier transform of this parameter to obtain a corresponding impulse response, and to determine the time position of a signal peak in this response, a first time position (r) being determined in a predetermined first differential impulse response obtained as the difference between a first impulse response relative to a first configuration where the reflector is in a first radio state and a second impulse response relative to a second configuration where the reflector is in a second radio state, said distance being determined from said first time position and a second time position (TANT) corresponding to the reflection on said antenna of the transmitted wave.

2. Distance measuring system according to claim 1, characterized in that the second time position is obtained by the calculation means such as that of the first peak appearing in the first or the second impulse response.

3. Electromagnetic reflector, characterized in that it comprises at least a first antenna (315) polarized in a polarization direction and an inclinometer (380), mechanically secured to this antenna, adapted to provide angular information indicating the orientation of this antenna. direction relative to a reference direction, the reflector being furthermore capable of being placed in a first or a second radio state as a function of an external switching command.

4. An electromagnetic reflector according to claim 3, characterized in that it comprises a second antenna (316) of the same polarization direction as the first antenna (315) and a switch (320) connecting the first antenna to an impedance or to the input of an amplifier (340), according to said switching command, the output of the amplifier being connected to the second antenna.

5. An electromagnetic reflector according to claim 3, characterized in that it comprisesaπonde antenna (316) of the same polarization direction as the first antenna and a variable gain amplifier (341) whose input is connected to the first antenna and the output to the second antenna, the gain of the amplifier being switched from a first gain value to a second gain value as a function of said switching command.

6. An electromagnetic reflector according to claim 3, characterized in that it comprises a duplexer (317) connected to the first antenna, a switch (320) connecting the output of the duplexer to an impedance or to the input of an amplifier ( 340), as a function of said switching command, the output of the amplifier being connected to the input of the duplexer.

7. Electromagnetic reflector according to claim 3, characterized in that it comprises a duplexer (317) connected to the first antenna and a variable gain amplifier (341) whose input is connected to the output of the duplexer and the output to the input of the duplexer, the gain of the amplifier being switched from a first gain value to a second gain value as a function of said switching command.

8. Electromagnetic reflector according to claim 3, characterized in that the first antenna is switchable polarization direction, the polarization direction can be switched from a first direction of polarization to a second direction of polarization according to said switching command.

9. Electromagnetic reflector according to one of claims 3 to 8, characterized in that it further comprises a band-pass filter (360) for filtering the output signal of said amplifier (340, 341).

10. An electromagnetic reflector according to one of claims 3 to 9, characterized in that it further comprises a modulator (370) for modulating the output signal of said amplifier with said angular information.

11. Method for measuring the distance from an antenna to a reflector, characterized in that: a polarized wave is transmitted by means of said antenna in a polarization direction and this polarization direction is adjusted to coincide with a polarization direction of the reflector (405); from the transmitted wave and the wave received by said antenna whose polarization direction has thus been adjusted: a first impulse response (410) in a first configuration where the reflector is in a first configuration is determined radio state; a second impulse response (420) in a second configuration where the reflector is in a second radio state, and a first differential impulse response is derived as the difference between the first and second impulse responses (425); a time position (T) of a signal peak in the first differential pulse response, called the first time position (425); an estimate of said distance (440) from the first time position and a second time position (TANT) corresponding to the reflection of the wave on said antenna.

Distance measuring method according to claim 11, characterized in that the second time position is obtained as that of the first peak appearing in the first or the second impulse response.