WO2002003578A1 - Dispositif pour la transmission d'informations entre un mobile autonome et un poste d'emission/reception - Google Patents
Dispositif pour la transmission d'informations entre un mobile autonome et un poste d'emission/reception Download PDFInfo
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- WO2002003578A1 WO2002003578A1 PCT/FR2000/001941 FR0001941W WO0203578A1 WO 2002003578 A1 WO2002003578 A1 WO 2002003578A1 FR 0001941 W FR0001941 W FR 0001941W WO 0203578 A1 WO0203578 A1 WO 0203578A1
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- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
Definitions
- the present invention relates to a device for the transmission of information between an autonomous mobile and a mobile or fixed transceiver station.
- this solution makes it possible both to solve the interference and discretion problems mentioned above and to ensure transmissions at very high bit rates authorizing in particular the transfer, in real time, to the command and control station, of digital images taken using a camera or photo camera on board the mobile.
- the invention therefore proposes first of all to install the means of storage and control of the unwinding of the fiber, on board the mobile (and not at the command and control station as it would seem most logical) to so that the optical fiber unwinds itself on the back of the mobile, along the axis of movement thereof.
- the invention proposes to use a rotary drum axially perpendicular to the axis of movement of the mobile, so as to limit to the strict minimum the shear stresses and / or in flexion applied to the fiber.
- the invention therefore proposes to solve this problem by securing to the rotating drum a rotating optoelectronic circuit comprising:
- an optoelectronic coupler mounted on the end of the fiber integral with the drum; a circuit for processing the electrical signals delivered by the coupler or applied to it, this processing circuit being connected to an electrical rotating joint making it possible to provide an electrical connection between the rotating optoelectronic circuit and the fixed electronic circuit of the mobile.
- the rotating optoelectronic circuit may also include: on the one hand, transmission means capable of transmitting to the electronic coupler a signal coming from the fixed electronic circuit of the mobile, by means of the rotary joint, this signal being representative of information to be transmitted, via optical fiber, to destination of the command and control post, and
- reception means capable of receiving a signal delivered by the optoelectronic coupler, and representative of information coming from the command and control station and intended for the fixed electronic circuit of the mobile.
- the above rotary joint used must be of the multipole type.
- Figure 1 is a schematic representation illustrating the principle of the optoelectronic circuit of the coil
- Figure 2 is a schematic axial section of a coil with integrated electronic circuit.
- the mobile 1 shown schematically in the form of a rectangular block consists of a "drone” equipped with a video camera 2 capable of taking pictures, as well as a certain number of sensors 3 intended for detect parameters useful for flight control.
- This mobile is remote controlled from a command and control station
- optical fiber 5 coupled to each of its ends, by means of a optoelectronic coupler COi, C0 2 , to an electronic circuit comprising, to ensure a bidirectional link, a transmitter E 15 E 2 receiver i, R 2 assembly.
- This optical fiber 5 which is wound on a reel B secured to a rotary drum T carried by the mobile 1 can for example consist of a sheathed index jump fiber, with multimode optical propagation, of optical wavelength 1320 nanometers, and 250 micrometers in diameter. This diameter allows it to present a relatively high tensile strength (40 Newton) without altering the optical signal. However, it remains relatively fragile when flexed.
- optical transmitters E x , E 2 which can have relatively low powers (-20 dBm) and a receiver Ri, R 2 of high sensitivity, it is possible to transmit an analog signal broadband (several tens of Mhz) or a high-speed digital signal (several hundred kbytes).
- the optical fiber 5 unwinds itself at the rear of the "drone". It is therefore not hampered in its movements and this, especially since the linear weight of the optical fiber is negligible: 72 grams per kilometer.
- the drum T carrying the spool B of fiber 5 is rotatably mounted about an axis oriented perpendicular to the longitudinal axis XX '(axis of movement) of the "drone".
- This drum T is driven by an electric motor M by means of an electromagnetic torque limiter LC so as to ensure winding and to allow unwinding free from the risk of scrambling. During the unwinding, the drum is slightly braked to subject the fiber to a slight tension and to avoid the harmful inertial effects of the whole drum.
- the electric motor M and the LC torque limiter are controlled by an on-board electronic command and control circuit CE which processes the information emanating from the sensors and the camera and which, by means of a servo control system SC, all of the drone's control and command operations.
- the invention proposes incorporating into the drum T a rotating optoelectronic circuit comprising the optoelectronic coupler COi connected to the end of the fiber 5 and connected to the transmission circuit E x and to the reception circuit Ri.
- connection of these transmission circuits Ei and reception Ri to the electronic circuit CE as well as the supply of these circuits E 15 R with electrical energy from the power source S of the "drone" is effected by means of d 'A multipole electrical rotary joint 10 which is known to allow reliable and economical electrical connections and whose commonly accepted longevity is of the order of 150 million rotations at 1000 revolutions per minute.
- the quality of the rotary contacts used makes it possible to transmit either high currents or signals of low amplitude and wide band, such as video signals.
- the drum T is rotatably mounted by means of a bearing P in a cylindrical frame 11 having an opening 12 for the passage of the optical fiber 5.
- the rotary joint 10 is arranged coaxially with the bearing P, opposite the latter. This rotary joint 10 makes it possible to carry out at least four electrical uses, namely:
- COi being converted into an electrical signal, demultiplexed by the receiver Ri before being transmitted to the servo control system SC).
- the fiber reel B can be extractable from the platform.
- the optical connection between the fiber 5 and the optoelectronic circuit COi, Ri, Ei carried by the drum T will be carried out simply by means of a connector located at the level of the optical coupler COi.
- This loading mode makes it possible to quickly replace the coil B of optical fiber 5 for example with a view to a new mission of the "drone".
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Abstract
Le dispositif selon l'invention fait intervenir une fibre optique (5) servant à la transmission d'informations entre un mobile autonome (1) et un poste d'émission et/ou de réception (4). Cette fibre (5) vient s'enrouler autour d'un tambour rotatif embarqué par le mobile (1), axé perpendiculairement à l'axe de déplacement dudit mobile (1). Ce tambour comprend un circuit optoélectronique tournant (E1, R1) assurant la liaison entre un coupleur optoélectronique tournant (CO1) et un connecteur électrique tournant (10) raccordé à la fibre (5). L'invention s'applique notamment à l'équipement d'engins tels que des "drones".
Description
DISPOSITIF POUR LA TRANSMISSION D'INFORMATIONS ENTRE UN MOBD E AUTONOME ET UN POSTE DΕMISSION/RECEPTION.
La présente invention concerne un dispositif pour la transmission d'informations entre un mobile autonome et un poste d'émission/réception mobile ou fixe.
Elle s'applique en particulier à des mobiles possédant à bord l'énergie nécessaire à leur locomotion, quel que soit le milieu, qu'il s'agisse du milieu terrestre, aérien ou sous-marin.
Elle convient notamment, mais non exclusivement, à l'équipement d'engins tels que des "drones" utilisés soit dans le domaine militaire, soit pour certaines applications civiles telles que la surveillance de sites d'accès difficiles ou présentant un danger pour l'homme.
Ces mobiles, qui présentent une grande mobilité, sont télécommandés à distance par un pilote disposant d'une station de commande et de contrôle.
Habituellement, ils disposent d'une fonction d'observation dans le domaine visible, infrarouge ou autre, et peuvent comprendre des capteurs pouvant effectuer simultanément des mesures physiques ou physico-chimiques.
Il s'avère que dans la plupart des applications, le milieu dans lequel évoluent ces mobiles est hostile (brouillage radioélectrique, champ ionisant, atmosphère polluée, ...). En outre, notamment en ce qui concerne les applications militaires, la discrétion est un atout important, voire une nécessité absolue.
En conséquence, les solutions actuelles faisant mtervenrr des liaisons radioélectriques bidirectionnelles pour assurer les dialogues entre le mobile et le poste de commande et de contrôle ne conviennent pas bien.
C'est l'une des raisons pour lesquelles l'invention propose une solution dans laquelle ces liaisons ne sont plus assurées par voie hertzienne mais par voie optique, par rintermédiaire d'une fibre optique de très faible diamètre.
En effet, cette solution permet à la fois de résoudre les problèmes de brouillage et de discrétion précédemment évoqués et d'assurer des transmissions à très grands débits autorisant notamment le transfert, en temps réel, à la station de commande et de contrôle, d'images numériques prises au moyen d'une caméra ou d'un appareil de photo situé à bord du mobile.
Néanmoins, elle implique la résolution d'un problème relativement délicat à résoudre, à savoir : le problème du stockage et du dévidement de la fibre optique, ces deux opérations devant être effectuées sans que le mobile ne soit gêné dans ses mouvements par la fibre optique.
L'invention propose donc tout d'abord d'installer les moyens de stockage et de contrôle de dévidement de la fibre, à bord du mobile (et non au niveau de la station de commande et de contrôle comme cela semblerait le plus logique) de manière à ce que la fibre optique se dévide d'elle-même à l'arrière du mobile, selon l'axe de déplacement de celui-ci.
Par ailleurs, plutôt que d'utiliser en tant que moyen de stockage un tambour fixe associé à un mécanisme de bobinage ("pick up") tournant autour du tambour (solution selon laquelle rextrémité de la fibre solidaire du tambour est fixe et peut être directement couplée à un circuit électronique par rintermédiaire d'un convertisseur optoélectronique fixe), l'invention propose d'utiliser un tambour rotatif axé perpendiculairement à l'axe de déplacement du mobile, de manière à limiter au strict minimum les contraintes en cisaillement et/ou en flexion appliquées à la fibre.
L'inconvénient apparent de cette solution consiste en ce que rextrémité de la fibre solidaire du tambour tourne avec celui-ci et exige donc l'emploi d'un joint tournant pour le couplage entre la fibre optique et le convertisseur optoélectronique relié aux circuits électroniques montés fixement sur le mobile.
En effet, il est bien connu que ces joints tournants optiques ne possèdent pas de performances stables au cours de leurs utilisations à grande vitesse et sont relativement coûteux.
L'invention propose donc de résoudre ce problème en solidarisant au tambour tournant un circuit optoélectronique tournant comprenant :
- un coupleur optoélectronique monté sur rextrémité de la fibre solidaire du tambour ; - un circuit de traitement des signaux électriques délivrés par le coupleur ou appliqués à celui-ci, ce circuit de traitement étant connecté à un joint tournant électrique permettant d'assurer une liaison électrique entre le circuit optoélectronique tournant et le circuit électronique fixe du mobile.
Le circuit optoélectronique tournant pourra en outre comprendre :
- d'une part, des moyens d'émission aptes à transmettre au coupleur électronique un signal provenant du circuit électronique fixe du mobile, par rintermédiaire du joint tournant, ce signal étant représentatif d'une information à transmettre, via la fibre optique, à destination du poste de commande et de contrôle, et
- d'autre part, des moyens de réception aptes à recevoir un signal délivré par le coupleur optoélectronique, et représentatif d'une information en provenance du poste de commande et de contrôle et à destination du circuit électronique fixe du mobile.
Bien entendu, dans ce cas, le susdit joint tournant utilisé devra être de type multipôle.
Un mode d'exécution de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une représentation schématique illustrant le principe du circuit optoélectronique de la bobine ;
La figure 2 est une coupe axiale schématique d'une bobine à circuit électronique intégrée.
Sur ces figures, le mobile 1 représenté schématiquement sous la forme d'un bloc rectangulaire consiste en un "drone" équipé d'une caméra vidéo 2 apte à effectuer des prises de vue, ainsi que d'un certain nombre de capteurs 3 destinés à détecter des paramètres utiles pour la conduite du vol.
Ce mobile est télécommandé à partir d'une station de commande et de contrôle
4 également représentée par un bloc visible sur la figure 1. La transmission des informations entre le mobile 1 et la station 4 est assurée au moyen d'une fibre optique 5 couplée à chacune de ses extrémités, par rintermédiaire d'un
coupleur optoélectronique COi, C02, à un circuit électronique comprenant, pour assurer une liaison bidirectionnelle, un ensemble émetteur El5 E2 récepteur i, R2. Cette fibre optique 5 qui vient s'enrouler sur une bobine B solidaire d'un tambour rotatif T porté par le mobile 1 peut par exemple consister en une fibre à saut d'indice gainée, à propagation optique multimode, de longueur d'onde optique de 1320 nanomètres, et de diamètre de 250 micromètres. Ce diamètre lui permet de présenter une résistance à la traction relativement importante (40 Newton) sans altération du signal optique. Néanmoins, elle demeure relativement fragile à la flexion.
Compte tenu de son aptitude à transmettre des signaux optiques, elle permet d'assurer une liaison d'excellente qualité sur des distances de l'ordre de plusieurs dizaines de kilomètres.
Moyennant l'utilisation au niveau des convertisseurs, d'émetteurs optiques Ex, E2 pouvant présenter de relativement faibles puissances (-20 dBm) et d'un récepteur Ri, R2 de grande sensibilité, il est possible de transmettre un signal analogique large bande (plusieurs dizaines de Mhz) ou un signal numérique de grand débit (plusieurs centaines de koctets).
La fibre optique 5 se déroule d'elle-même à l'arrière du "drone". Celui-ci n'est donc pas gêné dans ses mouvements et ce, d'autant plus que le poids linéique de la fibre optique est négligeable : 72 grammes au kilomètre.
Comme illustré sur la figure 2, le tambour T portant la bobine B de fibre 5 est monté rotatif autour d'un axe orienté perpendiculairement à l'axe longitudinal XX' (axe de déplacement) du "drone".
Grâce à cette disposition, aucune contrainte de cisaillement ou de flexion n'est appliquée à la fibre.
Ce tambour T est entraîné par un moteur électrique M par rintermédiaire d'un limiteur de couple électromagnétique LC de manière à assurer un bobinage et à permettre un dévidage exempt de risques d'embrouillages. Lors du dévidage, le tambour est légèrement freiné pour soumettre la fibre à une légère tension et pour éviter les effets inertiels néfastes de l'ensemble du tambour.
La commande du moteur électrique M et du limiteur de couple LC est assurée par un circuit électronique de commande et de contrôle embarqué CE qui traite les informations émanant des capteurs et de la caméra et qui assure, par rintermédiaire d'un système de servocommande SC, l'ensemble des opérations de contrôle et de commande du "drone".
Il est clair que l'usage d'un tambour tournant T implique la résolution du couplage de rextrémité tournante de la fibre 5 solidaire du tambour T et d'un circuit optique et/ou électronique fixe destiné à émettre et/ou à recevoir des informations vers et/ou en provenance de la fibre 5. Par ailleurs, il est relativement coûteux.
Pour les raisons précédemment évoquées, l'invention propose d'incorporer au tambour T un circuit optoélectronique tournant comprenant le coupleur optoélectronique COi relié à rextrémité de la fibre 5 et connecté au circuit d'émission Ex et au circuit de réception Ri.
La connexion de ces circuits d'émission Ei et de réception Ri au circuit électronique CE ainsi que l'alimentation de ces circuits El5 R en énergie électrique à partir de la source d'alimentation S du "drone" s'effectuent par rintermédiaire d'un joint tournant électrique multipôle 10 dont on sait qu'il permet des liaisons électriques fiables et économiques et dont la longévité communément admise est de l'ordre de 150 millions de rotations à 1000 tours par minute.
En outre, la qualité des contacts tournants utilisés permet de transmettre soit des courants élevés, soit des signaux de faible amplitude et de large bande, tels que des signaux vidéo.
Dans cet exemple, le tambour T est monté rotatif grâce à un palier P dans une ossature cylindrique 11 présentant une ouverture 12 pour le passage de la fibre optique 5.
Le joint tournant 10 est disposé coaxialement au palier P, à l'opposé de celui- ci. Ce joint tournant 10 permet d'effectuer au moins quatre Uaisons électriques, à savoir :
- une double liaison permettant ralimentation en énergie électrique des circuits électroniques tournants Ei, Ri, COi logés dans le tambour T, - une liaison permettant de transmettre, à destination de l'émetteur optique Ei, les signaux vidéo issus de la caméra 2, multiplexes avec les signaux issus des capteurs 3 grâce à un multiplexeur MUX,
- une liaison permettant de transmettre, à destination du système de servocommande SC les signaux de télécommande en provenance du poste 4 transmis par la fibre, (ces signaux de commande, détectés par le coupleur
COi, étant convertis en un signal électrique, démultiplexé par le récepteur Ri avant d'être transmis au système de servocommande SC).
Avantageusement, la bobine de fibre B pourra être extractible de la plate- forme. Dans ce cas, la liaison optique entre la fibre 5 et le circuit optoélectronique COi, Ri, Ei porté par le tambour T s'effectuera simplement par rintermédiaire d'un connecteur situé au niveau du coupleur optique COi.
Ce mode de chargement permet de remplacer rapidement la bobine B de fibre optique 5 par exemple en vue d'une nouvelle mission du "drone".
Claims
1. Dispositif pour la transmission d'informations entre, d'une part, un mobile autonome (1) comprenant un circuit électronique de traitement d'informations (CE) et, d'autre part, un poste d'émission et/ou de réception (4), caractérisé en ce que ladite transmission s'effectue grâce à une fibre optique (5) reliant ledit poste (4) audit mobile (1), cette fibre (5) venant s'enrouler autour d'un tambour (T) embarqué sur le mobile (1), et en ce que ledit mobile (1) est équipé de moyens d'émission permettant d'appliquer des signaux optiques sur la fibre (5) à destination dudit poste (4) et/ou de moyens de réception aptes à convertir les signaux optiques véhiculés par la fibre (5), en provenance dudit poste (4), en des signaux électriques appliqués au susdit circuit électronique de traitement (CE).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le susdit tambour (T) est un tambour rotatif, axé perpendiculairement à l'axe de déplacement du mobile (1).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit optoélectronique tournant (Ei, Ri, COi) solidarisé au tambour (T), ce circuit optoélectronique comportant les susdits moyens d'émission (Ei) et les susdits moyens de réception (Ri).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la Uaison entre les moyens d'émission (Ei) et de réception (Ri) à la fibre (5) s'effectue par rintermédiaire d'un coupleur optoélectronique (COi) monté sur rextrémité de la fibre (5) soUdaire en rotation du tambour (T).
5. Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la Uaison électrique entre le circuit optoélectronique tournant (Ei, Ri, COi) et le circuit électronique de traitement (CE) porté par le mobile est assurée par un joint électrique tournant (10).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le joint électronique tournant (10) est de type multipôle et sert en outre à assurer l'alimentation en énergie électrique du circuit optoélectronique tournant (Eb Rh COi).
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la susdite fibre (5) vient s'enrouler sur une bobine (B) montée de façon amovible sur le tambour (T).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la Uaison optique entre la fibre (5) et le circuit optoélectronique tournant (Ei, Ri, COi) est assurée au moyen d'un connecteur prévu au niveau du coupleur optoélectronique (COi).
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| AU2000262942A AU2000262942A1 (en) | 2000-07-06 | 2000-07-06 | Device for transmitting data between a self-contained mobile and a transmission/reception station |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=8847079
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| WO (1) | WO2002003578A1 (fr) |
Citations (4)
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2000
- 2000-07-06 AU AU2000262942A patent/AU2000262942A1/en not_active Abandoned
- 2000-07-06 WO PCT/FR2000/001941 patent/WO2002003578A1/fr active Application Filing
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| AU2000262942A1 (en) | 2002-01-14 |
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