Equipo y procedimiento óptico de telemetría y de comunicación de alta velocidad.

Equipo óptico de telemetría y de comunicación en el espacio libre que comprende un telémetro que consta de un dispositivo de emisión de una señal óptica hacia un blanco y de un dispositivo de recepción de las señales retrodifundidas por el blanco, y un sistema de comunicación óptica en el espacio libre que consta de un dispositivo de emisión de una señal óptica hacia un dispositivo de recepción óptica remoto, caracterizado porque el dispositivo de emisión del telémetro y el dispositivo de emisión del sistema de comunicación es un dispositivo

(10) de emisión común al telémetro y al sistema de comunicación y es apto para emitir pulsos de los que la potencia pico es superior a 50 W y el factor de forma es inferior a 0,01 o una señal continua modulada de la que la potencia pico es inferior a 10 W y el factor de forma igual a aproximadamente 0,5 y porque el equipo comprende un supervisor (1) apto para controlar el dispositivo (10) de emisión común según dos modos, el modo de pulsos para así garantizar la función de telemetría, o el modo continuo modulado para así garantizar la función de comunicación óptica

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/070428.

Solicitante: THALES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 45 rue de Villiers 92200 Neuilly-sur-Seine FRANCIA.

Inventor/es: ROUSSEAU,PASCAL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Sistemas que utilizan la reflexión o rerradiación... > G01S17/74 (Sistemas que utilizan la rerradiación de ondas electromagnéticas que no sean ondas de radio, p. ej. identificación amigo-enemigo (IFF))
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > LOCALIZACION DE LA DIRECCION POR RADIO; RADIONAVEGACION;... > Detalles de sistemas según los grupos G01S 13/00,... > G01S7/483 (Detalles de sistemas de pulsos)

PDF original: ES-2540863_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Equipo y procedimiento óptico de telemetría y de comunicación de alta velocidad El campo de la invención es el de los equipos que garantizan funciones de telemetría óptica y de comunicación óptica en el espacio libre. Se trata de manera más específica de un equipo del que el alcance del telémetro aerotransportado de aire-aire puede alcanzar hasta varias decenas de kilómetros y que garantiza unas comunicaciones en el espacio libre de muy alta velocidad, del orden de varios gigahercios.

Un telémetro permite la medición de la distancia que lo separa de un blanco. Un telémetro óptico utiliza la propagación de la luz como un medio de medición. Comprende un emisor y un receptor. Emite luz en dirección al blanco y detecta una fracción de esta luz devuelta por el blanco. La distancia se obtiene a partir del tiempo de propagación de ida y retorno de la luz desde el emisor hasta el receptor. La emisión se modula temporalmente. La luz emitida transporta esta modulación hasta el blanco. La luz es absorbida por la atmósfera, a lo largo del trayecto de ida. Esta es entonces absorbida y reflejada o retrodifundida por el blanco y luego absorbida por la atmósfera en el trayecto de retorno; esta se diluye a lo largo del camino de vuelta con un factor proporcional al cuadrado de la distancia. Una fracción de esta luz devuelta transporta la modulación hasta el receptor del telémetro. Esta modulación temporal permite identificar el inicio del pulso y la identificación de su retorno por el receptor. El tiempo discurrido entre estos dos sucesos permite calcular la distancia entre el telémetro y el blanco a partir de la velocidad de propagación de la luz en los medios atravesados.

Cuando aumenta la distancia, la cantidad de luz detectada decrece rápidamente. Para aumentar la distancia de telemetría a pesar de estas pérdidas atmosféricas, son posibles las siguientes opciones:

aumentar la energía por pulso, pero este aumento está limitado por las restricciones de seguridad ocular y por el volumen del emisor que aumenta con la energía por pulso;

aumentar el tamaño de la pupila de recepción, pero esto aumenta el tamaño del sistema;

aumentar la sensibilidad del receptor con sistemas de múltiples pulsos que utilizan microláseres o láseres de fibras ópticas. Esto permite utilizar la post-integración. Hay un aumento de la potencia media (energía por pulso x cadencia) sin que aumente la energía por pulso.

Actualmente, se distinguen tres categorías principales de telémetros láser.

Los telémetros con una emisión continua modulada.

Los telémetros de múltiples pulsos.

Los telémetros monopulso.

Los telémetros con una emisión continua modulada se utilizan con blancos cooperativos de los que el tiempo de medición no es crítico. Un blanco cooperativo está, por ejemplo, equipado con un retro-reflector, y de este modo refleja la luz dentro de un cono estrecho en la dirección del emisor. El sistema está diseñado para que la recepción sea posible y lo sea durante la emisión.

Para los blancos no cooperativos situados a largas distancias del orden de varias decenas de km, los telémetros utilizan habitualmente un único pulso de gran energía limitada por la seguridad ocular en las condiciones de empleo: la exposición integrada en 10 segundos, para una longitud de onda comprendida entre 1, 5 y 1, 8 m, debe mantenerse inferior a 10.000 J/m2. Este límite, según las aplicaciones, permite unas energías por pulso desde algunos milijulios hasta varias decenas de milijulios. Para alcanzar una buena precisión en la distancia, los pulsos tienen una duración muy corta: del orden de 10 ns. La detección de los ecos no es posible durante la emisión de los pulsos.

Para las distancias cortas (< 10 km) se puede utilizar como emisor unos diodos láser. La energía por pulso es muy débil. El rendimiento se obtiene mediante múltiples pulsos con una detección con post-integración. La duración de pulso del orden de entre 10 y 50 ns es muy corta en comparación con el periodo entre los pulsos que es del orden de entre 1 y 50 s. Durante la emisión, la recepción es ciega. La difusión de la luz emitida por la atmósfera a corta distancia (desde algunos metros a algunas decenas de metros) ciega la recepción. Más allá, la detección se produce durante el periodo entre los pulsos. La detección del eco es una detección de energía.

La post-integración presenta algunos inconvenientes.

Se recuerda, en efecto, que:

si para un pulso emitido, tenemos para el eco una relación señal-ruido S/R, entonces, para n pulsos emitidos tenemos (nS) / (nR) , esto es (nS) /R, de ahí la mejora de un factor n.

Pero, en el caso de la post-integración, la frecuencia de repetición de los pulsos (o cadencia) limita la distancia alcanzable a causa de la ambigüedad en la distancia. Esta ambigüedad se produce cuando un pulso detectado procede bien del último pulso emitido, devuelto por un blanco cercano, o bien de un pulso emitido anteriormente y devuelto por un blanco lejano, sin que se pueda determinar en estas 2 alternativas cuál es el blanco medido. Al

aceptar un intervalo temporal más grande de recepción ciega, cada pulso se puede sustituir por un tren de pulsos.

Un sistema óptico de comunicación de alta velocidad en el espacio libre comprende también un dispositivo láser de emisión de una señal óptica y, si la comunicación es bidireccional, comprende además un dispositivo de recepción de las señales ópticas emitidas por otro sistema de comunicación. La señal óptica emitida es una sucesión rápida de pulsos en un periodo de repetición tradicionalmente comprendido entre 1 ns y 20 ms. Los intervalos entre los pulsos tienen unas duraciones similares a las anchuras de pulso. Los datos digitales se componen de 0 y de 1. Cada bit de datos tiene asociada una duración unitaria: un pulso durante esta duración unitaria representa un 1, si no hay pulso durante esta duración representa un 0. Las sucesiones de datos están, además, por lo general codificadas por sucesiones de pulsos y por periodos entre los pulsos. La potencia pico de los pulsos de comunicación es, de media, el doble de la potencia media de la emisión de comunicación. La emisión es del tipo continuo modulado en dos niveles 0 y 1. A continuación, dicha sucesión de pulsos así modulada se designa señal óptica de comunicación. Varios ejemplos (16 ejemplos) de señales de comunicación de muy alta velocidad se muestran en la figura 3b. En los 10 primeros ns, el ejemplo del 4º canal corresponde a la siguiente sucesión digital: 00100110010.

El dispositivo de emisión del telémetro y el del sistema de comunicación obedecen, por lo tanto, a restricciones en conflicto, así como sus dispositivos de recepción. De ahí la utilización de dos dispositivos independientes para garantizar las funciones de telemetría de largo alcance y de comunicación óptica de alta velocidad en el espacio libre. Dichos equipos son por tanto voluminosos y pesados. El objetivo de la invención es resolver estos inconvenientes.

También se conoce el documento WO 2005/001511 que presenta un sistema integrado de telemetría y de comunicaciones ópticas; este consta de un láser común al telémetro y al sistema de comunicación óptica.

La solución según la invención se basa en la utilización de un único dispositivo láser de emisión que puede funcionar en dos modos diferentes, en un modo por pulso, que favorece la energía por pulso, para la telemetría y en un modo continuo modulado lineal para las comunicaciones ópticas de alta velocidad.

De manera más precisa, la invención tiene por objeto un equipo óptico de telemetría y de comunicación en el espacio libre, que comprende un telémetro que consta de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Equipo óptico de telemetría y de comunicación en el espacio libre que comprende un telémetro que consta de un dispositivo de emisión de una señal óptica hacia un blanco y de un dispositivo de recepción de las señales retrodifundidas por el blanco, y un sistema de comunicación óptica en el espacio libre que consta de un dispositivo de emisión de una señal óptica hacia un dispositivo de recepción óptica remoto, caracterizado porque el dispositivo de emisión del telémetro y el dispositivo de emisión del sistema de comunicación es un dispositivo (10) de emisión común al telémetro y al sistema de comunicación y es apto para emitir pulsos de los que la potencia pico es superior a 50 W y el factor de forma es inferior a 0, 01 o una señal continua modulada de la que la potencia pico es inferior a 10 W y el factor de forma igual a aproximadamente 0, 5 y porque el equipo comprende un supervisor (1) apto para controlar el dispositivo (10) de emisión común según dos modos, el modo de pulsos para así garantizar la función de telemetría, o el modo continuo modulado para así garantizar la función de comunicación óptica.

2. Equipo óptico de telemetría y de comunicación según la reivindicación anterior, caracterizado porque el dispositivo (10) de emisión común comprende un emisor de diodo (11) láser que consta de una alimentación eléctrica, y porque el supervisor (1) comprende unos medios de control de la alimentación eléctrica del emisor de diodo láser.

3. Equipo óptico de telemetría y de comunicación según la reivindicación anterior, caracterizado porque el emisor de diodo (11) láser es un diodo láser mono-cinta o un apilamiento de diodos mono-cinta apto para emitir colectivamente.

4. Equipo óptico de telemetría y de comunicación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (10) de emisión comprende un emisor y un amplificador (12) conectado a la salida del emisor.

5. Equipo óptico de telemetría y de comunicación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un dispositivo de recepción de señales emitidas por otro dispositivo de comunicación óptica en el espacio libre, siendo el dispositivo de recepción del telémetro y este dispositivo de recepción del sistema de comunicación un dispositivo (20) de recepción común, y porque el equipo comprende un control del dispositivo de recepción en el modo telemetría o en el modo comunicación.

6. Equipo óptico de telemetría y de comunicación según la reivindicación anterior, caracterizado porque el supervisor (1) comprende el control del dispositivo (20) de recepción común.

7. Equipo óptico de telemetría y de comunicación según la reivindicación anterior, caracterizado porque los dispositivos comunes de emisión (10) y de recepción (20) son de múltiples longitudes de onda.

8. Equipo óptico de telemetría y de comunicación según la reivindicación anterior, caracterizado porque el emisor con múltiples longitudes de onda comprende varios emisores (111, 112, 113, 114) , cada uno apto para emitir según una longitud de onda diferente de los demás y porque comprende un único amplificador (12) de banda ancha conectado a todos estos emisores.

9. Equipo óptico de telemetría y de comunicación según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (20) de recepción común es de múltiples longitudes de onda, siendo al menos algunas longitudes de onda de recepción idénticas a algunas longitudes de onda de emisión.

10. Procedimiento de telemetría de un blanco por medio de un equipo óptico de telemetría y de comunicación según una de las reivindicaciones anteriores que comprende una etapa de emisión hacia el blanco de pulsos láser en los que la potencia pico es superior a 50 W y el factor de forma es inferior a 0, 01 por medio del dispositivo (10) de emisión común y una etapa de recepción de los pulsos retrodifundidos por el blanco por medio del dispositivo de recepción de la señal retrodifundida por el blanco, caracterizado porque comprende, además, una etapa de emisión de una señal óptica continua modulada de comunicación en la que la potencia pico es inferior a 10 W y el factor de forma igual a aproximadamente 0, 5 hacia un dispositivo de recepción de esta señal de comunicación por medio de dicho dispositivo (10) de emisión común, realizándose la etapa de emisión de una señal de comunicación fuera de las etapas de emisión y de recepción de telemetría.

11. Procedimiento de telemetría de un blanco según la reivindicación anterior, caracterizado porque comprende varias etapas de emisión de una señal de comunicación, y porque la etapa de emisión de pulsos láser hacia el blanco, la etapa de recepción de los pulsos retrodifundidos por el blanco y estas etapas de emisión de una señal de comunicación están anidadas de tal modo que una señal óptica de comunicación es emitida entre dos pulsos y fuera de la etapa de recepción de los pulsos retrodifundidos por el blanco.

12. Procedimiento de telemetría de un blanco según una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque el dispositivo de emisión consta de un único amplificador (12) , el intervalo de tiempo entre dos pulsos de telemetría consecutivos o entre el final de una señal de comunicación y el pulso de telemetría consecutivo es superior o igual al tiempo de bombeo del amplificador hasta saturación.

13. Procedimiento de telemetría de un blanco por medio de un equipo según la reivindicación 10 u 11,

caracterizado porque siendo el dispositivo de emisión de múltiples longitudes de onda y constando solo de un único amplificador (12) de banda ancha, el intervalo de tiempo entre dos pulsos de telemetría con una longitud de onda diferente y consecutivos es superior o igual al tiempo de bombeo del amplificador hasta saturación, el intervalo de tiempo entre el final de una señal de comunicación y el pulso de telemetría consecutivo con la misma longitud de onda es superior o igual al tiempo de bombeo del amplificador hasta saturación, y porque las señales de comunicación con una longitud de onda diferente son emitidas al mismo tiempo.