FR2736162A1

FR2736162A1 - Laser Transmitter/Receiver for Image Tracking

Info

Publication number: FR2736162A1
Application number: FR8419364A
Authority: FR
Inventors: Jean Louis Meyzonnette; Bertrand Remy
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1984-12-18
Filing date: 1984-12-18
Publication date: 1997-01-03
Also published as: DE3544558C1; IT8567974A0; GB8530678D0

Abstract

The Transmitter/Receiver has a transmitter generator (1) generating a laser beam. The laser beam passes to a tracking and sweep mechanism (3). The track sweep mechanism sweeps a field area to return a laser image from a target and can switch from one position to another, in N positions in conjunction with the transmitter optical deflector (41,42). The receiver (2) can follow the N-position switching in the vertical plane and slow sweep in the horizontal plane and detects and analyses the swept image points (23,24,25) to investigate N images in N positions.

Description

SYSTEME EMETTEUR-RECEPTEUR LASER POUR IMAGERIE
La présente invention concerne un système de balayage pour un émetteur-récepteur optique destiné, plus particulièrement, à faire de l'imagerie laser.LASER TRANSCEIVER SYSTEM FOR IMAGING
The present invention relates to a scanning system for an optical transceiver intended, more particularly, for laser imaging.

Dans ce type de système, un illuminateur émet un faisceau laser. Un récepteur capte le rayonnement laser réfléchi par les points du champ illuminé. In this type of system, an illuminator emits a laser beam. A receiver receives the laser radiation reflected by the points of the illuminated field.

Le champ instantané de l'illuminateur est très restreint, de 3 l'ordre de 10 3 radians généralement, ce qui correspond à définir un point de l'image. Pour produire l'image laser, le système est équipé d'un dispositif de balayage opto-mécanique qui déplace angulairement le faisceau et permet de couvrir périodiquement le champ d'exploration désiré. Le signal vidéo détecté et traité peut être appliqué ensuite à un dispositif de visualisation pour reconstituer point par point l'image de la zone d'espace balayée par le faisceau laser. The instantaneous field of the illuminator is very limited, of the order of 10 3 radians generally, which corresponds to defining a point of the image. To produce the laser image, the system is equipped with an opto-mechanical scanning device which angularly displaces the beam and makes it possible to periodically cover the desired field of exploration. The detected and processed video signal can then be applied to a display device to reconstruct point by point the image of the area of space scanned by the laser beam.

La mise en oeuvre de ces systèmes d'imagerie fait apparaître un problème de détection lié aux paramètres vitesse angulaire de balayage et distance d'éloignement de la cible illuminée, ainsi qu'un problème éventuel d'effet Doppler parasite dû au système de balayage continu rapide. The implementation of these imaging systems reveals a detection problem linked to the angular scanning speed and distance from the illuminated target parameters, as well as a possible problem of parasitic Doppler effect due to the continuous scanning system. quick.

Le flux émis par l'illuminateur se propage à la vitesse de la lumière vers la cible; il en est de même du rayonnement laser rétrodiffusé vers le récepteur. I1 est donc nécessaire, pour assurer une bonne détection, que la direction visée par le récepteur coïncide au moment où il reçoit le flux en retour, le plus possible avec la direction initiale d'émission. Ceci est vérifié intégralement en l'absence de balayage, mais on conçoit bien que plus le balayage est rapide et les points visés éloignés, et plus on risque de ne plus recevoir le rayonnement réfléchi par la cible sur la surface sensible du photodétecteur, étant donné que le champ de réception est généralement adapté à celui du détecteur et du même ordre de grandeur.Ceci impose donc des limitations à prévoir pour ces paramètres et consécutivement pour la cadence d'image, en sorte que le décalage angulaire entre la direction de l'axe optique de réception et celle initiale de l'axe optique d'émission, produit pendant la durée aller et retour du flux lumineux, reste compatible avec un fonctionnement satisfaisant du récepteur. The flux emitted by the illuminator propagates at the speed of light towards the target; the same applies to the laser radiation backscattered to the receiver. It is therefore necessary, to ensure good detection, that the direction aimed by the receiver coincides with the moment when it receives the return flow, as much as possible with the initial direction of transmission. This is fully verified in the absence of scanning, but it is understandable that the faster the scanning and the distant points concerned, the more there is the risk of no longer receiving the radiation reflected by the target on the sensitive surface of the photodetector, given that the reception field is generally adapted to that of the detector and of the same order of magnitude. This therefore imposes limitations to be provided for these parameters and consecutively for the frame rate, so that the angular offset between the direction of the optical axis of reception and that of the optical axis of emission, produced during the round trip time of the light flux, remains compatible with satisfactory operation of the receiver.

D'autre part, dans le cas d'une détection cohérente dite hétérodyne, où l'on fait interférer au niveau du détecteur le flux rétrodiffusé par la cible avec un faisceau laser de référence dit oscillateur local, un élargissement Doppler lié à la vitesse instantanée de balayage conduit à élargir la bande passante de l'électronique de réception et ne permet plus d'optimiser le rapport signal à bruit. On the other hand, in the case of a coherent so-called heterodyne detection, in which the flux backscattered by the target is made to interfere at the level of the detector with a reference laser beam called the local oscillator, a Doppler enlargement linked to the instantaneous speed scanning leads to broadening the bandwidth of the reception electronics and no longer allows the signal-to-noise ratio to be optimized.

Tous ces inconvénients conduisent à adopter un balayage lent qui ne permet plus d'avoir un nombre de points suffisant dans l'image, à cadence donnée de renouvellement d'image, si l'on dispose d'un détecteur unique. All of these drawbacks lead to the adoption of a slow scan which no longer makes it possible to have a sufficient number of points in the image, at a given rate of image renewal, if a single detector is available.

Le but de l'invention est de remédier à cet inconvénient en dotant le système, comme revendiqué, de moyens de déviation optique permettant de dévier, indépendamment du balayage principal, successivement et rapidement le faisceau dans différentes directions, et détecter les faisceaux correspondants réfléchis par les points illuminés de façon à analyser périodiquement un grand nombre de points de l'image. Ceci permet de ralentir la cadence du balayage principal sans toutefois perdre de la définition de l'image, cette définition étant tributaire du nombre de points balayés. The object of the invention is to remedy this drawback by providing the system, as claimed, with optical deflection means making it possible to deflect, independently of the main scanning, successively and quickly the beam in different directions, and to detect the corresponding beams reflected by the points illuminated so as to periodically analyze a large number of points in the image. This makes it possible to slow down the rate of the main scanning without however losing the definition of the image, this definition being dependent on the number of points scanned.

Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple à l'aide des figures annexées qui représentent
- les figures 1 et 2, des schémas relatifs au principe utilisé dans l'invention
- la figure 3, un diagramme général d'un système émetteurrécepteur à imagerie laser conforme à l'invention
- la figure 4, un exemple de réalisation des moyens de déviation optique
- les figures 5 à 7, des chronogrammes relatifs au fonctionnement des moyens de déviation optique, et aux détecteurs du récepteur
- la figure 8, un schéma du circuit de traitement du récep tueur
- la figure 9, un exemple de réalisation des moyens de commande de déviation optique
- la figure 10, un schéma relatif au balayage selon une variante de l'invention.The features and advantages of the invention will appear in the description which follows, given by way of example with the aid of the appended figures which represent
- Figures 1 and 2, diagrams relating to the principle used in the invention
- Figure 3, a general diagram of a laser imaging transceiver system according to the invention
- Figure 4, an embodiment of the optical deflection means
- Figures 5 to 7, timing diagrams relating to the operation of the optical deflection means, and to the detectors of the receiver
- Figure 8, a diagram of the killer receiver processing circuit
- Figure 9, an exemplary embodiment of the optical deflection control means
- Figure 10, a diagram relating to scanning according to a variant of the invention.

L'invention se place dans le cadre d'une vitesse de balayage suffisamment lente pour que le rayonnement réfléchi soit encore reçu par le détecteur malgré le décalage angulaire de la ligne de visée pendant l'aller et retour du flux. Pour fournir une image comportant un grand nombre de points, on se propose, indépendamment du balayage dit principal, de dévier successivement le faisceau laser dans plusieurs directions complémentaires à celles du balayage principal, pour analyser un nombre plus important de points de l'image. The invention takes place in the context of a sufficiently slow scanning speed so that the reflected radiation is still received by the detector despite the angular shift of the line of sight during the outward and return flow. To provide an image comprising a large number of points, it is proposed, independently of the so-called main scan, to successively deflect the laser beam in several directions complementary to those of the main scan, in order to analyze a larger number of points of the image.

La description qui suit correspond au cas non limitatif où le dispositif détecteur 25 est constitué par une barrette de quatre photo-détecteurs élémentaires. The description which follows corresponds to the nonlimiting case where the detector device 25 is constituted by a strip of four elementary photo-detectors.

La figure 1 représente, dans un plan perpendiculaire au faisceau d'émission, huit points successivement balayés par le faisceau. FIG. 1 represents, in a plane perpendicular to the emission beam, eight points successively scanned by the beam.

Tous les points de l'image sont illuminés grâce à'deux balayages. Un premier balayage traditionnel ligne par ligne selon des lignes horizontales S de longueur G et espacées verticalement d'un intervalle
A S assure l'exploration générale en site et en gisement du champ à observer. Ce balayage déplace angulaire ment de la même façon le faisceau issu de l'illuminateur et les directions de visée vu par le récepteur. Ce balayage s'effectue à une vitesse relativement lente, de sorte que lorsque le faisceau se déplace d'un écart aG en gisement, un second balayage peut être effectué sur plusieurs points décalés d'un écart as en site. Ce second balayage n'affecte que le faisceau illuminateur pour lequel il se superpose au balayage principal, le récepteur étant soumis au seul balayage principal.Sur la figure 1 quatre points se trouvent illuminés aux instants tl à t4 par une ligne du balayage secondaire en site. I1 en est de même pour les quatre points suivants illuminés aux instants t5 à t8. Les écarts A S et A G sont choisis pour que les points illuminés soient en nombre suffisant et disposés de manière à ce que la définition de l'image soit satisfaisante.All points of the image are illuminated by two scans. A first traditional line-by-line scan along horizontal lines S of length G and spaced apart vertically by an interval
AS provides general site and site exploration of the field to be observed. This scanning angularly displaces the beam from the illuminator and the viewing directions seen by the receiver in the same way. This scanning is carried out at a relatively slow speed, so that when the beam moves a deviation aG in bearing, a second scanning can be carried out on several points offset by a deviation as in elevation. This second scanning only affects the illuminating beam for which it is superimposed on the main scanning, the receiver being subjected to the only main scanning. In FIG. 1, four points are illuminated at times tl to t4 by a line of the secondary scanning in elevation . It is the same for the following four points illuminated at times t5 to t8. The gaps AS and AG are chosen so that the points illuminated are in sufficient number and arranged so that the definition of the image is satisfactory.

La figure 2 représente, en correspondance avec la figure 1, une barrette de quatre détecteurs aux instants tl et t5. A l'instant tl +E t, le premier détecteur capte le retour du faisceau émis à l'instant tl, et à l'instant t5 +At, le retour du faisceau émis à l'instant t5, sa direction de visée ayant été déplacée entre t1 et t5 d'un écart ACen gisement par le balayage principal 3. La barrette est ainsi déplacée angulaire ment pour que chaque détecteur i reçoive à l'instant t. + A t le retour du faisceau émis à l'instant ti, et ainsi de suite de façon cyclique. FIG. 2 represents, in correspondence with FIG. 1, a strip of four detectors at times tl and t5. At time tl + E t, the first detector senses the return of the beam emitted at time tl, and at time t5 + At, the return of the beam emitted at time t5, its direction of sight having been displaced between t1 and t5 by a deviation ACensis by the main scan 3. The strip is thus angularly displaced so that each detector i receives at the instant t. + At t the return of the beam emitted at time ti, and so on cyclically.

La figure 3 représente un diagramme général où l'on distingue l'émetteur de lumière dit illuminateur 1 qui produit le faisceau laser et un récepteur 2 dont l'axe optique de réception est orienté de même. Un dispositif 3 produit le balayage dit principal qui est linéaire ou bidimensionnel pour couvrir le champ à explorer, et la séparation des voies émission et réception. FIG. 3 represents a general diagram in which we distinguish the light emitter called the illuminator 1 which produces the laser beam and a receiver 2 whose optical axis of reception is oriented in the same way. A device 3 produces the so-called main scanning which is linear or two-dimensional to cover the field to be explored, and the separation of the transmission and reception channels.

L'illuminateur 1 comprend un laser 11 qui délivre une onde continue ou pulsée, un modulateur 12 qui effectue la modulation désirée, par exemple une modulation temporelle pour découper le faisceau continu en impulsions lumineuses et/ou une modulation de fréquence, sur réception de signaux de commande correspondants. The illuminator 1 comprises a laser 11 which delivers a continuous or pulsed wave, a modulator 12 which performs the desired modulation, for example a time modulation for cutting the continuous beam into light pulses and / or a frequency modulation, on reception of signals corresponding command.

Ce modulateur 12 est avantageusement constitué à l'aide de deux déflecteurs acousto-optiques montés tête-bêche. Des circuits électroniques 13 élaborent les signaux de commande de la modulation.This modulator 12 is advantageously constituted using two acousto-optical deflectors mounted head to tail. Electronic circuits 13 develop the modulation control signals.

Un objectif 14 de sortie procure le diamètre et la divergence désirés du faisceau d'émission.An output objective 14 provides the desired diameter and divergence of the emission beam.

Conformément à l'invention, le système est équipé de moyens de déviation optique 4 pour orienter le faisceau laser en un nombre
N de directions différentes successives, en particulier perpendiculaires à la direction du balayage principal. Ces moyens peuvent être décomposés en un dispositif déflecteur optique 41 et un circuit de commande de déflexion 42. Le déflecteur 41 peut être constitué par tout système de déviation optique angulaire rapide, de type optomécanique, opto-électronique et plus particulièrement acoustooptique, ou par un déflecteur rapide en optique intégrée. I1 oriente le faisceau laser successivement dans les N directions différentes et réalise ainsi un balayage dit secondaire. I1 est placé en amont du dispositif de balayage principal 3 sur la voie d'émission.Le cicuit 42 produit les signaux de commande SD du déflecteur 41 en fonction du balayage secondaire choisi.According to the invention, the system is equipped with optical deflection means 4 for orienting the laser beam in a number
N of successive different directions, in particular perpendicular to the direction of the main scan. These means can be broken down into an optical deflector device 41 and a deflection control circuit 42. The deflector 41 can be constituted by any fast angular optical deflection system, of optomechanical, opto-electronic and more particularly acoustooptic type, or by a fast deflector in integrated optics. I1 directs the laser beam successively in the N different directions and thus performs a so-called secondary scanning. I1 is placed upstream of the main scanning device 3 on the transmission channel. The circuit 42 produces the control signals SD of the deflector 41 as a function of the selected secondary scanning.

Le récepteur comprend principalement un système optique 21 pour focaliser les faisceaux réfléchis sur un dispositif détecteur 25. The receiver mainly comprises an optical system 21 for focusing the reflected beams on a detector device 25.

Ce dernier comporte autant de photo-détecteurs élémentaires que le nombre N de directions. Ils forment une barrette photo-détectrice et reçoivent chacun le faisceau réfléchi correspondant à une direction. Un circuit électronique de traitement 23 produit des signaux vidéo de restitution d'image destinés à un dispositif de visualisation ou de stockage d'image 24. L'ensemble 21 à 25 correspond à une réception non cohérente, dans le cas d'une détection cohérente chacun des détecteurs reçoit en outre une onde locale d'un laser 27 de même fréquence que l'émission, ou bien l'onde locale est obtenue par prélèvement d'une fraction du faisceau d'émission en amont du modulateur.Cette onde locale est divisée par un déflecteur optique 26 en un nombre N de faisceaux égal à celui des directions successives du faisceau émis qui sont envoyés sur les détecteurs, ceci peut s'effectuer au moyen d'une lame semi-réfléchissante 22.The latter comprises as many elementary photo-detectors as the number N of directions. They form a photodetector strip and each receive the reflected beam corresponding to a direction. An electronic processing circuit 23 produces image reproduction video signals intended for an image viewing or storage device 24. The assembly 21 to 25 corresponds to non-coherent reception, in the case of coherent detection each of the detectors also receives a local wave from a laser 27 of the same frequency as the emission, or else the local wave is obtained by sampling a fraction of the emission beam upstream of the modulator. divided by an optical deflector 26 into a number N of beams equal to that of the successive directions of the emitted beam which are sent to the detectors, this can be done by means of a semi-reflecting plate 22.

Les structures 1, 2 précitées sont présentes dans la plupart des télémètres laser, à l'exception de la visualisation de l'image 24. Un système de ce genre est décrit en particulier dans le brevet français 2 519 771 relatif à un lidar à compression d'impulsions et l'ensemble de modulation 12, 13 peut être agencé pour produire périodiquement deux impulsions modulées linéairement en fréquence, selon la technique dite "CHIRP" en anglo-saxon. The structures 1, 2 mentioned above are present in most laser range finders, with the exception of viewing the image 24. A system of this kind is described in particular in French patent 2,519,771 relating to a compression lidar of pulses and the modulation assembly 12, 13 can be arranged to periodically produce two pulses modulated linearly in frequency, according to the so-called "CHIRP" technique.

Une réalisation préférentielle du déflecteur 41 l'associe au modulateur 12. Ces deux fonctions sont remplies simultanément par deux déflecteurs acousto-optiques montés tête-bêche. Ce montage est celui de la figure 4. Le bloc modulateur et déflecteur 1241 comporte les deux déflecteurs 45 et 46. Le milieu de propagation de ces déflecteurs acousto-optiques est constitué par exemple avec un cristal de germanium lorsqu'on travaille avec des longueurs d'ondes laser de 10,6 microns ; des transducteurs électro-acoustiques, tels des quartz reçoivent les signaux électriques de commande et les transforment par effet piézo-électrique en vibrations acoustiques qui se propagent dans le milieu en germanium. Ces ondes modifient localement l'indice de réfraction.Chacun des déflecteurs 45, 46 se comporte comme un réseau de phase de pas variable capable de défléchir le flux lumineux incident par diffraction. Afin d'optimiser le rendement, ces dispositifs sont généralement utilisés dans le premier ordre de diffraction avec un faisceau lumineux quasicollimaté arrivant sous l'angle dit de "BRAGG". Dans ces conditions, la déflexion est donnée au premier ordre par l'expression: Af/V ( À longueur d'onde du flux lumineux, f fréquence de l'onde acoustique, V vitesse du son dans le milieu d'interaction). Le faisceau incident subit une translation de fréquence égale à f qui permet sa modulation et il subit en outre un changement de direction.En utilisant, selon la technique connue, une modulation "CHIRP" et un montage tête-bêche de deux modulateurs acoustiques 45 et 46, les translations de fréquence sont égales et s'ajoutent tandis que les déflexions de même valeur se retranchent, en sorte que la déviation résultante est nulle. Pour introduire la déviation désirée en sortie, les moyens de commande 42 sont interposés sur la liaison entre l'électronique d'émission 13 et le modulateur-déflecteur 1241. I1 en résulte des déviations O1 et Q2 cette fois différentes et une déviation résultante A O correspondant à la valeur A ot désirée, au coefficient de grossissement près G de l'optique 14 selon la relation A O = G.A a, , étant donné que l'optique 14 d'émission est disposée aval du dispositif déviateur 1241. A preferred embodiment of the deflector 41 associates it with the modulator 12. These two functions are fulfilled simultaneously by two acousto-optical deflectors mounted head to tail. This assembly is that of FIG. 4. The modulator and deflector block 1241 comprises the two deflectors 45 and 46. The medium of propagation of these acousto-optical deflectors is constituted for example with a germanium crystal when working with lengths d '' 10.6 micron laser waves; electro-acoustic transducers such as quartz receive the electrical control signals and transform them by piezoelectric effect into acoustic vibrations which propagate in the medium into germanium. These waves locally modify the refractive index. Each of the deflectors 45, 46 behaves like a phase grating of variable pitch capable of deflecting the incident light flux by diffraction. In order to optimize the yield, these devices are generally used in the first order of diffraction with a quasilimated light beam arriving under the angle called "BRAGG". Under these conditions, the deflection is given to the first order by the expression: Af / V (At wavelength of the light flux, f frequency of the acoustic wave, V speed of sound in the interaction medium). The incident beam undergoes a translation of frequency equal to f which allows its modulation and it also undergoes a change of direction. Using, according to the known technique, a "CHIRP" modulation and a head-to-tail mounting of two acoustic modulators 45 and 46, the frequency translations are equal and are added while the deflections of the same value are entrenched, so that the resulting deviation is zero. To introduce the desired deviation at the output, the control means 42 are interposed on the link between the emission electronics 13 and the modulator-deflector 1241. I1 results in deviations O1 and Q2 this time different and a corresponding resulting deviation AO at the desired value ot, at the magnification coefficient near G of the optics 14 according to the relation AO = GA a,, since the emission optics 14 is arranged downstream of the deflector device 1241.

En référence à la figure 9, le circuit 42 comporte, un premier oscillateur 61 qui délivre une fréquence locale fixe FL, par exemple de quelques dizaines de MHz, et un synthétiseur de fréquences 62 qui délivre des fréquences de la forme FL + A F ou A F est l'élément variable. En appelant F(t) la fréquence instantanée du signal reçu du circuit 13, ce signal F(t) est appliqué à deux mélangeurs 63 et 64 pour le faire battre respectivement avec les signaux locaux de fréquence FL et FL + A F. A la sortie des filtres passe-haut 65 et 66 placés en aval on recueille respectivement les fréquences
F(t) + FL + A F et F(t) + FL.Ces signaux sont mélangés à nouveau dans deux autres mélangeurs 67, 68 respectivement avec les fréquences FL et FL + A F puis filtrés ensuite par les filtres passe-bas 69 et 70 pour recueillir un signal F(t) + A F destiné au premier modulateur et un signal F(t) - A F pour le deuxième modulateur. I1 en résulte une déviation angulaire A O du faisceau laser proportionnelle à 2 A F et une modulation de fréquence égale à 2F(t), (F(t) peut être choisi égal à la moitié de la valeur de modulation f(t) désignée précédemment). La valeur f(t) ou 2F(t) peut être de l'ordre de 100 à 200 MHz, rester constante, ou varier dans le temps selon une loi linéaire ou autre. Le faisceau lumineux constitue la porteuse de fréquence 3.10 13Hz à 10 microns de longueur d'onde par exemple.With reference to FIG. 9, the circuit 42 comprises, a first oscillator 61 which delivers a fixed local frequency FL, for example of a few tens of MHz, and a frequency synthesizer 62 which delivers frequencies of the form FL + AF or AF is the variable element. By calling F (t) the instantaneous frequency of the signal received from circuit 13, this signal F (t) is applied to two mixers 63 and 64 to make it beat respectively with the local signals of frequency FL and FL + A F. At the output of the high-pass filters 65 and 66 placed downstream, the frequencies are collected respectively
F (t) + FL + AF and F (t) + FL. These signals are mixed again in two other mixers 67, 68 with the frequencies FL and FL + AF respectively and then filtered by low-pass filters 69 and 70 to collect an F (t) + AF signal for the first modulator and an F (t) - AF signal for the second modulator. I1 results in an angular deflection AO of the laser beam proportional to 2 AF and a frequency modulation equal to 2F (t), (F (t) can be chosen equal to half the modulation value f (t) designated previously) . The value f (t) or 2F (t) can be of the order of 100 to 200 MHz, remain constant, or vary over time according to a linear or other law. The light beam constitutes the frequency carrier 3.10 13Hz at 10 microns in wavelength for example.

Le montage indiqué à deux mélangeurs sur chaque voie est justifié par les faibles valeurs de modulation de fréquence AF à produire, quelques centaines KHz suffisent, comparée à la. plage de modulation f(t) qui peut être de quelques dizaines de MHz. De plus, le montage assure la maîtrise du signe de la correction selon que la fréquence du synthétiseur 62 est supérieure ou inférieure à la valeur
FL. Les dérives en température ou autres, de l'oscillateur et du synthétiseur n'ont pas d'influence sur la modulation de fréquence ce qui est important pour les traitements à la réception autres que l'imagerie vidéo, l'extraction Doppler notamment. Ces dérives jouent par contre sur la correction angulaire AO mais leur influence reste négligeable. The assembly indicated with two mixers on each channel is justified by the low AF frequency modulation values to be produced, a few hundred KHz are sufficient, compared to the. modulation range f (t) which may be a few tens of MHz. In addition, the assembly ensures control of the sign of the correction depending on whether the frequency of the synthesizer 62 is higher or lower than the value
FL. The temperature or other drifts of the oscillator and the synthesizer have no influence on the frequency modulation, which is important for reception processing other than video imaging, in particular Doppler extraction. These drifts play on the other hand on the angular correction AO but their influence remains negligible.

Le fonctionnement du système de la figure 4 est le suivant. A un instant t donné le modulateur acousto-optique 45 reçoit un signal de fréquence instantanée fl(t), par exemple de l'ordre de 50 à 100 MHz, et le modulateur 46 reçoit un signal de fréquence instantanée f2(t) peut différente de fl. La déviation ûl introduite par le premier élément 45 vaut À.f l(t)/V et celle Q2 due au deuxième élément 46 vaut Xf2(t)/V. Pour des valeurs X = 10.6 microns,
V = 5500 m/seconde dans le cas où le milieu de propagation est du germanium, les déviations optiques introduites sont de quelques dizaines de milliradians.En sortie la déviation instantanée résultante est alors égale à AO = ûl - Q2 et est donc fonction de la différence fl(t) - f2(t) ; la modulation de fréquence est donnée par f(t) = fl(t) + f2(t). A l'instant t' correspondant à une direction différente, les modulateurs 45 et 46 reçoivent respectivement deux autres fréquences f1(t') et f2(t'), avec f1(t') - f2(t') = constante pour une même direction. Cette opération est reproduite N fois pour dévier le faisceau dans N directions différentes.The operation of the system of Figure 4 is as follows. At a given instant t the acousto-optical modulator 45 receives an instantaneous frequency signal fl (t), for example of the order of 50 to 100 MHz, and the modulator 46 receives an instantaneous frequency signal f2 (t) may differ of fl. The deviation ûl introduced by the first element 45 is equal to A.fl (t) / V and that Q2 due to the second element 46 is equal to Xf2 (t) / V. For values X = 10.6 microns,
V = 5500 m / second in the case where the propagation medium is germanium, the optical deviations introduced are a few tens of milliradians. At output the resulting instantaneous deviation is then equal to AO = ûl - Q2 and is therefore a function of the difference fl (t) - f2 (t); the frequency modulation is given by f (t) = fl (t) + f2 (t). At the instant t 'corresponding to a different direction, the modulators 45 and 46 respectively receive two other frequencies f1 (t') and f2 (t '), with f1 (t') - f2 (t ') = constant for a same direction. This operation is repeated N times to deflect the beam in N different directions.

L'ensemble 13-42 est destiné à produire les commandes donnant les valeurs ta et f(t) nécessaires. Dans la pratique les valeurs f1(t) et f2(t) sont peu différentes, quelques centaines de KHz à quelques MHz par exemple. Le temps de réponse très court des modulateurs 45, 46 permet d'effectuer des déviations angulaires du faisceau en quelques microsecondes. Les différences de fréquence fl(t) - f2(t) à produire se calculent en fonction des positions angulaires des N points à illuminer. The set 13-42 is intended to produce the commands giving the values ta and f (t) necessary. In practice the values f1 (t) and f2 (t) are little different, a few hundred KHz to a few MHz for example. The very short response time of the modulators 45, 46 allows angular deviations of the beam to be carried out in a few microseconds. The frequency differences fl (t) - f2 (t) to be produced are calculated as a function of the angular positions of the N points to be illuminated.

Le circuit de traitement 23 des signaux électriques issus des N photo-détecteurs élémentaires 25 est constitué de M voies séparées de traitement. I1 y a au maximum autant de voies que de photodétecteurs (M = N) mais on diminue le nombre M de voies par multiplexage temporel, chaque voie pouvant traiter successivement les signaux en provenance de plusieurs photo-détecteurs au moyen d'un système de commutation. Le traitement effectué peut concerner la compression d'impulsion ou l'analyse spectrale. The circuit 23 for processing the electrical signals from the N elementary photo-detectors 25 is made up of M separate processing channels. There are at most as many channels as there are photodetectors (M = N), but the number M of channels is reduced by time multiplexing, each channel being able to process the signals coming from several photo-detectors successively by means of a switching system. . The processing carried out may relate to pulse compression or spectral analysis.

Pour expliquer le fonctionnement du système, on envisage quatre directions d'émission. Le chronogramme de la figure 5 est celui de la direction d'émission du faisceau. Le temps est en abscisse et le site en ordonnée. Le faisceau est orienté dans les quatre directions successives pendant une durée TE fixe déterminée. La grande rapidité du déflecteur permet des changements de direction très courts. To explain how the system works, four emission directions are considered. The timing diagram in FIG. 5 is that of the direction of emission of the beam. Time is on the x-axis and the site is on the y-axis. The beam is oriented in the four successive directions for a fixed fixed duration TE. The high speed of the deflector allows very short changes of direction.

Le chronogramme de la figure 6 est relatif aux quatre détecteurs 25. Chacun d'eux ne reçoit du signal que lorsque la direction du faisceau émis correspond à sa direction de réception. The timing diagram of FIG. 6 relates to the four detectors 25. Each of them receives a signal only when the direction of the beam emitted corresponds to its direction of reception.

Dans le temps, la réception du signal (par exemple un CHIRP) sur un détecteur donné est décalée par rapport à l'émission dans la direction correspondante d'un intervalle A t correspondant au temps d'aller-retour du faisceau. Cependant le balayage commun émissionréception étant lent, ce décalage n'entraîne pas de désadaptation angulaire du récepteur dont le champ correspond bien au champ éclairé par l'illuminateur. Le photo-détecteur doit dont être relié à une voie de traitement pendant une durée T minimale T=T TE + AtMax où :. TE = durée du signal émis dans chaque direction a AtMaX temps maximum d'aller-retour du flux soit 2. DMax/c
D Max distance maximale de visée c c vitesse de la lumière. In time, the reception of the signal (for example a CHIRP) on a given detector is offset from the emission in the corresponding direction by an interval A t corresponding to the round trip time of the beam. However, the common emission-reception scanning is slow, this offset does not cause angular mismatch of the receiver whose field corresponds well to the field illuminated by the illuminator. The photo-detector must therefore be connected to a processing channel for a minimum duration T = T TE + AtMax where:. TE = duration of the signal emitted in each direction a AtMaX maximum time of round trip of the flow is 2. DMax / c
D Max maximum aiming distance cc speed of light.

S'il n'y a qu'une voie de traitement unique sur laquelle on branche successivement les sorties des quatre détecteurs, T représente l'intervalle minimum entre l'émission dans deux directions successives car le décalage entre l'instant d'émissison et l'instant de réception peut aller de 0 à At Max suivant la distance du point visé. If there is only one single processing channel to which the outputs of the four detectors are successively connected, T represents the minimum interval between the emission in two successive directions because the offset between the instant of emission and the instant of reception can range from 0 to At Max depending on the distance from the target point.

Ce cas ne permet pas d'atteindre la cadence maximale de balayage car on perd du temps sur chaque point à attendre le retour du faisceau. Ceci est d'autant plus génant que les durées émission sont en général de l'ordre de 10 à 20 us (ce qui fixe l'intervalle temporel minimum absolu entre deux directions d'émission) alors que le temps aller-retour dépasse souvent 30jais (cible à 4,5 Km). Dans le cas cependant où la distance des différents points de l'image n'est pas trop différente et où la distance moyenne est connue, on peut envisager de n'avoir qu'une seule voie de traitement, chaque détecteur étant branché successivement pendant un temps TE décalé de A t par rapport à l'émission
At = c distance moyenne des points de l'image.This case does not make it possible to reach the maximum scanning rate since time is lost on each point to wait for the beam to return. This is all the more annoying as the transmission durations are generally of the order of 10 to 20 us (which fixes the absolute minimum time interval between two transmission directions) while the round trip time often exceeds 30 days. (target at 4.5 km). In the case, however, where the distance of the different points of the image is not too different and where the average distance is known, it is possible to envisage having only one treatment channel, each detector being connected successively for one TE time offset by A t from emission
At = c mean distance from the points of the image.

Si la distance D n'est pas connue, pour atteindre la cadence maximale (durée TE sur chaque point sans tenir compte des temps de commutation) on se dote de plusieurs voies de réception ce qui permet de laisser chacun des détecteurs connecté un temps suffisant sur une voie de réception. I1 est alors possible d'éclairer le point numéro n+l du champ pendant que le détecteur numéro n est encore connecté sur une voie de réception et est susceptible de recevoir le faisceau en provenance du point numéro n. If the distance D is not known, to reach the maximum cadence (TE duration at each point without taking into account the switching times), there are several reception channels which allows each of the detectors connected to be given sufficient time for a reception channel. It is then possible to illuminate point number n + 1 of the field while the detector number n is still connected to a reception channel and is capable of receiving the beam coming from point number n.

Le chronogramme donné en exemple non limitatif figure 7 dans le cas de quatre photo-détecteurs et de deux voies de réception permet de suivre la succession temporelle des commandes. On a indiqué les numéros des détecteurs connectés, en fonction du temps. The chronogram given as a non-limiting example in FIG. 7 in the case of four photo-detectors and two reception channels makes it possible to follow the temporal succession of the commands. The numbers of the connected detectors have been indicated, as a function of time.

Les signaux issus des détecteurs 1 et 3 sont aiguillés sur la première voie, tandis que ceux issus des détecteurs 2 et 4 sont orientés sur la deuxième voie.The signals from detectors 1 and 3 are routed on the first channel, while those from detectors 2 and 4 are oriented on the second channel.

Sur la figure 8 quatre amplificateurs 29 reçoivent les signaux issus des détecteurs 25. neux interrupteurs 30 orientent alternativement les sorties des premier et troisième amplificateurs sur une première voie de traitement 31, et les sorties des deuxième et quatrième sur une deuxième voie de traitement 31. Les signaux issus de ces deux voies de traitement sont appliqués à un circuit de formation d'image 32. Ce dernier comporte une mémoire d'image dans laquelle est stockée une trame complète du balayage du champ. In FIG. 8, four amplifiers 29 receive the signals from the detectors 25. Two switches 30 alternately orient the outputs of the first and third amplifiers on a first processing channel 31, and the outputs of the second and fourth on a second processing channel 31. The signals from these two processing channels are applied to an image forming circuit 32. The latter includes an image memory in which a complete field scan frame is stored.

Un circuit de commutation 28 reçoit le signal de déflexion SD pour commander les interrupteurs 30 en synchronisation avec l'émission.A switching circuit 28 receives the deflection signal SD to control the switches 30 in synchronization with the transmission.

Les deux interrupteurs 30 peuvent être remplacés chacun par un sommateur. Cette solution évite l'utilisation du circuit de commutation mais à l'inconvénient d'augmenter le bruit par sommation continue de deux voies. Cet inconvénient peut être minimisé dans le cas de la détection cohérente pour laquelle le bruit est principalement dû à l'oscillateur local. On utilise un système déflecteur 26 permettant de n'envoyer une onde oscillateur local sur chacun des détecteurs que lorsque celui-ci est susceptible de recevoir un signal. The two switches 30 can each be replaced by an adder. This solution avoids the use of the switching circuit but has the disadvantage of increasing the noise by continuous summation of two channels. This drawback can be minimized in the case of coherent detection for which the noise is mainly due to the local oscillator. A deflector system 26 is used which makes it possible to send a local oscillating wave to each of the detectors only when the latter is capable of receiving a signal.

La solution décrite à l'aide de figures 3 et 4 présente l'avantage d'être très simple à mettre en oeuvre parce qu'elle utilise déjà des systèmes déflecteurs prévus sur l'équipement pour la modulation ; seul reste à réaliser le circuit de commande 42 de la déflexion. The solution described using FIGS. 3 and 4 has the advantage of being very simple to implement because it already uses deflector systems provided on the equipment for modulation; only remains to realize the deflection control circuit 42.

On peut envisager d'effectuer le balayage en 3 (figure 3) dans une seule direction, le déflecteur optique pouvant assurer le balayage dans la deuxième direction en prévoyant un nombre N suffisamment important de détecteurs pour assurer une bonne définition de l'image. It is possible to envisage carrying out the scanning in 3 (FIG. 3) in one direction, the optical deflector being able to ensure scanning in the second direction by providing a sufficiently large number N of detectors to ensure good definition of the image.

Un exemple non limitatif de variante de balayage possible est représenté sur la figure 10. Le balayage représenté est découpé en douze zones 4 x 4 qui couvrent tout le champ observé. Les seize points d'une zone sont illuminés grâce au balayage secondaire qui est à deux dimensions et produit par le déflecteur optique 42. Pendant le temps de ce balayage secondaire, la déflexion due au balayage principal est nulle et est centrée sur la zone balayée. Entre chaque balayage secondaire de zone, la déflexion principale fait un bond pour atteindre rapidement le centre C d'une au-tre zone du champ. A non-limiting example of a possible scanning variant is shown in FIG. 10. The scanning shown is divided into twelve 4 × 4 zones which cover the entire field observed. The sixteen points of an area are illuminated by virtue of the secondary scanning which is two-dimensional and produced by the optical deflector 42. During the time of this secondary scanning, the deflection due to the main scanning is zero and is centered on the area scanned. Between each secondary area scan, the main deflection leaps to quickly reach the center C of another area of the field.

Le champ peut être ainsi couvert par un nombre peu important de déplacements de la matrice qui comportent un nombre important de points. Dans ce cas, la barrette de détecteurs est remplacée par une matrice identique à celles du balayage du déflecteur optique.The field can thus be covered by a small number of displacements of the matrix which comprise a large number of points. In this case, the detector strip is replaced by a matrix identical to that of the scanning of the optical deflector.

Dans le cas où le nombre de points à visualiser est égal au nombre de points de la matrice, il est envisageable de supprimer le balayage en 3. Le déflecteur 42 assure dans ce cas le balayage de la totalité du champ à observer, la matrice du balayage et de détecteurs étant prévue avec tous les points du champ. In the case where the number of points to be displayed is equal to the number of points in the matrix, it is possible to suppress the scanning at 3. The deflector 42 ensures in this case the scanning of the entire field to be observed, the matrix of the scanning and detectors being provided with all points of the field.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système émetteur-récepteur laser pour imagerie, groupant un illuminateur laser (I) pour produire un faisceau, un récepteur (2) avec un dispositif détecteur (25) pour capter le rayonnement lumineux laser réfléchi par les points du champ illuminé, un dispositif de balayage et de séparation (3) pour déplacer périodiquement ledit faisceau en sorte d'explorer un champ déterminé et diriger vers le dispositif détecteur le rayonnement réfléchi, et un dispositif de visualisation (24) de l'image vidéo détectée correspondant audit champ, le système étant caractérisé en ce que ledit illuminateur comporte, en outre, des moyens de déviation optique (41, 42) pour dévier périodiquement le faisceau d'émission selon un nombre N de directions successives et angulairement décalées l'une par rapport à l'autre selon au moins une direction sensiblement perpendiculaire à celle produite par le dispositif de balayage, et en ce que le dispositif détecteur comporte en correspondance un même nombre N d'éléments détecteurs disposés selon au moins une direction pour capter respectivement le rayonnement réfléchi selon lesdites N directions, en sorte de permettre un balayage lent du champ par le dispositif de balayage, tout en analysant un nombre suffisant de points de l'image. 1. Laser transmitter-receiver system for imaging, grouping a laser illuminator (I) to produce a beam, a receiver (2) with a detector device (25) for capturing the laser light radiation reflected by the points of the illuminated field, a device scanning and separation (3) to periodically move said beam so as to explore a determined field and direct the reflected radiation towards the detector device, and a display device (24) of the detected video image corresponding to said field, the system characterized in that said illuminator further comprises optical deflection means (41, 42) for periodically deflecting the emission beam according to a number N of successive directions and angularly offset with respect to each other in at least one direction substantially perpendicular to that produced by the scanning device, and in that the detector device has corresponding ance the same number N of detector elements arranged in at least one direction to respectively capture the radiation reflected in said N directions, so as to allow slow scanning of the field by the scanning device, while analyzing a sufficient number of points of the image.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur (2) comporte un circuit de traitement (23) qui reçoit les signaux issus des N détecteurs (25) pour élaborer un signal vidéo destiné à la visualisation. 2. System according to claim 1, characterized in that the receiver (2) comprises a processing circuit (23) which receives the signals from the N detectors (25) to develop a video signal intended for viewing.

3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de traitement (23) comporte plusieurs voies de traitement pour que chacun des détecteurs (25) soit connecté suffisamment longtemps de manière à recevoir le signal de retour du faisceau. 3. System according to claim 2, characterized in that the processing circuit (23) comprises several processing channels so that each of the detectors (25) is connected long enough so as to receive the return signal from the beam.

4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de traitement comporte un nombre N/2 de voies de traitement (31) recevant chacune alternativement les signaux issus de deux détecteurs (25) grâce à un interrupteur (30) et délivrant des signaux vidéo appliqués à un circuit de calcul de formation d'image (32) pour la visualisation. 4. System according to claim 3, characterized in that the processing circuit comprises a number N / 2 of processing channels (31) each receiving alternately the signals from two detectors (25) by means of a switch (30) and delivering video signals applied to an image forming calculating circuit (32) for viewing.

5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les détecteurs (25) constituent une barrette photo-détectrice. 5. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the detectors (25) constitute a photo-detector strip.

6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de déviation optique comportent un dispositif déflecteur optique (41) commandé par un circuit de commande (42), ledit déflecteur étant disposé en amont du dispositif de balayage (3). 6. System according to any one of the preceding claims, characterized in that the optical deflection means comprise an optical deflector device (41) controlled by a control circuit (42), said deflector being arranged upstream of the scanning device ( 3).

7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif déflecteur est constitué de deux déflecteurs acoustooptiques (45, 46) montés tête-bêche, de manière à ne pas modifier la fréquence de la voie optique. 7. System according to claim 6, characterized in that the deflector device consists of two acoustooptical deflectors (45, 46) mounted head to tail, so as not to modify the frequency of the optical path.

8. Système selon la revendication 7 et dans lequel l'illuminé nateur (1) comporte un générateur laser continu (11) et des moyens de modulation (12) consistant en un modulateur formé de deux déflecteurs acousto-optiques (45, 46) montés tête-bêche, et un circuit générateur (13) des signaux de commande des déflecteurs, caractérisé en ce que ledit modulateur constitue également (1241) ledit dispositif déflecteur optique, le circuit de commande (42) étant interposé sur la liaison avec ledit circuit générateur. 8. The system of claim 7 and wherein the illuminator (1) comprises a continuous laser generator (11) and modulation means (12) consisting of a modulator formed by two acousto-optical deflectors (45, 46) mounted head to tail, and a generator circuit (13) for deflector control signals, characterized in that said modulator also constitutes (1241) said optical deflector device, the control circuit (42) being interposed on the link with said generator circuit .

9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit circuit de commande (42) produit un signal de fréquence (F(t) + A F) appliqué au premier déflecteur acousto-optique (45) et un signal de fréquence (F(t) - A F) appliqué au deuxième déflecteur acousto-optique (46), 2F(t) étant la fréquence instantanée de modulation de la transmission et 2 AF une valeur proportionnelle à la déviation angulaire du faisceau entre deux points à illuminer pour une même position de balayage commun à l'émission et à la réception. 9. System according to claim 8, characterized in that said control circuit (42) produces a frequency signal (F (t) + AF) applied to the first acousto-optical deflector (45) and a frequency signal (F ( t) - AF) applied to the second acousto-optical deflector (46), 2F (t) being the instantaneous frequency of modulation of the transmission and 2 AF a value proportional to the angular deflection of the beam between two points to be illuminated for the same position common scan on transmission and reception.

10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les N directions de déviation du déflecteur optique (41) sont décalées l'une par rapport à l'autre selon deux directions différentes de manière à illuminer une matrice de points, et que les détecteurs (25) constituent une matrice correspondant à celle du balayage du déflecteur optique. 10. System according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the N directions of deflection of the optical deflector (41) are offset with respect to each other in two different directions so as to illuminate a matrix points, and that the detectors (25) constitute a matrix corresponding to that of the scanning of the optical deflector.

11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le balayage principal se réduit à une déflexion du faisceau laser sur les centres des zones couvrant le champ à illuminer. 11. System according to claim 10, characterized in that the main scanning is reduced to a deflection of the laser beam on the centers of the zones covering the field to be illuminated.

12. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le balayage principal est supprimé ; le nombre de points de la matrice étant suffisant pour couvrir tout le champ à illuminer. 12. System according to claim 10, characterized in that the main scanning is deleted; the number of points of the matrix being sufficient to cover the entire field to be illuminated.

13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le balayage principal ne s'effectue que dans une seule direction perpendiculaire à celle du balayage du déflecteur optique (41). 13. System according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the main scanning is carried out only in one direction perpendicular to that of the scanning of the optical deflector (41).