EP1016944A1 - Method for measuring a time interval and means for applying this method - Google Patents

Abstract

A moving object (E) uses a micro laser to emit pulses of period (Tm) which are received by photodiodes (Dn). The photodiode signals are digitized (CANn), integrated (ITn) and used by a sequencer (SQ) and generator of impulses (G1) to start a counter (Cn) at the end of the integration period. The counter is stopped at the reception of the next microlaser pulse and the time used to determine the distance of the moving object after receiver synchronisation correction

Description

Translated fromFrench

Domaine technique et art antérieurTechnical field and prior art

L'invention concerne un procédé de mesure dedurée ainsi qu'un dispositif mettant en oeuvre leprocédé.The invention relates to a method for measuringduration as well as a device implementing theprocess.

L'invention s'applique à la synchronisation derécepteurs de signaux impulsionnels et, plusparticulièrement, à la synchronisation de récepteurs designaux impulsionnels provenant d'au moins une sourcemicrolaser.The invention applies to the synchronization ofpulse signal receptors and moreparticularly, at the synchronization ofimpulse signals from at least one sourcemicrolaser.

Selon l'art connu, un récepteur de signauximpulsionnels provenant d'une source microlaser estassocié, au sein d'un même dispositif communémentappelé télémètre microlaser, à la source microlaserdont il reçoit les signaux.According to known art, a signal receiverpulses from a microlaser source isassociated, within the same device commonlycalled microlaser rangefinder, source microlaserfrom which it receives signals.

Un télémètre microlaser est utilisé pourdéterminer la distance qui le sépare d'un objet.A microlaser rangefinder is used todetermine the distance between it and an object.

La source microlaser émet des impulsions endirection de l'objet. Le récepteur comprend unphotodétecteur qui permet de détecter les signauxréfléchis par l'objet.The microlaser source emits pulses indirection of the object. The receiver includes aphotodetector which detects signalsreflected by the object.

Le faisceau laser effectue ainsi un trajetaller-retour du télémètre à l'objet. La distance dutélémètre à l'objet est alors directement déductible dutemps mis par la lumière pour effectuer le trajetaller-retour.The laser beam thus travelsback and forth from the rangefinder to the object. The distance fromrangefinder to the object is then directly deductible fromtime taken for the light to travelround trip.

Un tel télémètre présente l'inconvénient desolidariser la source émettrice et le photo-détecteur.Ainsi, le dispositif de réception utilisé pour évaluerla distance de l'objet est-il nécessairement celui quiest associé à l'émetteur au sein d'un même télémètre.Such a rangefinder has the disadvantage ofsecure the emitting source and the photo-detector.So the receiving device used to assessis the object distance necessarily the one thatis associated with the transmitter within the same rangefinder.

Il n'est alors pas possible de déplacerl'émetteur et le récepteur indépendamment l'un del'autre.It is then not possible to movethe transmitter and receiver independently one ofthe other.

L'invention ne présente pas cet inconvénient.The invention does not have this drawback.

En effet, l'invention concerne un procédé demesure d'une durée entre un instant succédant àl'instant d'émission d'une première impulsion par unémetteur de signaux impulsionnels ayant une période T_Met un instant correspondant à la réception, par aumoins un récepteur de signaux, de l'impulsion émise quisuccède à la première impulsion, le procédécomprenant :

• l'intégration, à partir d'un instant postérieur àl'instant d'émission de la première impulsion etpendant une durée T_int inférieure à T_M, des signauxque reçoit le récepteur de façon à générer un signald'intégration,
• le déclenchement du comptage de la durée à partir del'instant qui détermine la fin de la durée T_int, si lesignal d'intégration a une amplitude inférieure ouégale à un seuil donné,
• l'interruption du comptage de la durée à l'instant oùle récepteur reçoit l'impulsion émise qui succède àla première impulsion.

In fact, the invention relates to a method for measuring a duration between an instant following the instant of emission of a first pulse by a transmitter of pulse signals having a period T_M and an instant corresponding to reception, by at least one signal receiver, of the transmitted pulse which follows the first pulse, the method comprising:

• integration, from an instant after the instant of emission of the first pulse and for a duration T_int less than T_M , of the signals received by the receiver so as to generate an integration signal,
• the triggering of the counting of the duration from the instant which determines the end of the duration T_int , if the integration signal has an amplitude less than or equal to a given threshold,
• the interruption of the counting of the duration at the moment when the receiver receives the transmitted pulse which follows the first pulse.

L'invention concerne également un dispositif demesure de durée (Δtj) entre un instant succédant àl'instant d'émission d'une première impulsion par unémetteur de signaux impulsionnels ayant une période T_Met un instant correspondant à la réception, par aumoins un récepteur de signaux, de l'impulsion quisuccède à la première impulsion, le dispositifcomprenant :

• au moins un récepteur permettant de convertir ensignal électrique les signaux qu'il reçoit,
• au moins un circuit d'intégration permettant, àpartir d'un instant postérieur à l'instant d'émissionde la première impulsion et pendant une durée T_intinférieure à T_M, d'intégrer les signaux électriquesissus du récepteur de façon à générer un signald'intégration,
• au moins un compteur permettant de déclencher lecomptage de la durée (Δtj) à partir de l'instant quidétermine la fin de la durée T_int, si le signald'intégration a une amplitude inférieure ou égale àun seuil donné, et d'interrompre le comptage de ladurée (Δtj) à l'instant où le récepteur reçoitl'impulsion émise qui succède à la premièreimpulsion.

The invention also relates to a device for measuring the duration (Δtj) between an instant following the instant of emission of a first pulse by a pulse signal transmitter having a period T_M and an instant corresponding to reception, by at least one signal receiver, of the pulse which follows the first pulse, the device comprising:

• at least one receiver for converting the signals it receives into an electrical signal,
• at least one integration circuit making it possible, from an instant after the instant of emission of the first pulse and for a duration T_int less than T_M , to integrate the electrical signals from the receiver so as to generate an integration signal,
• at least one counter making it possible to trigger the counting of the duration (Δtj) from the instant which determines the end of the duration T_int , if the integration signal has an amplitude less than or equal to a given threshold, and d '' interrupt the counting of the duration (Δtj) at the moment when the receiver receives the transmitted pulse which follows the first pulse.

L'invention concerne encore un systèmed'évaluation de la distance séparant un objet d'undispositif de réception. L'objet est muni d'un émetteurde signaux impulsionnels et le dispositif de réceptioncomprend au moins un dispositif de mesure de durée telque le dispositif selon l'invention.The invention also relates to a systemevaluating the distance between an object andreceiving device. Object has a transmitterof impulse signals and the receiving deviceincludes at least one duration measurement device suchas the device according to the invention.

Avantageusement, le procédé de mesure de duréeselon l'invention permet de créer une référence communeà plusieurs récepteurs afin de pouvoir exploiter lesinformations qu'ils délivrent.Advantageously, the duration measurement methodaccording to the invention creates a common referenceto several receivers in order to be able to use theinformation they deliver.

Pour chaque récepteur, le temps mesuré entre ledéclenchement du comptage et l'interruption du comptagepeut être converti en une distance qui correspond à ladistance séparant le récepteur de l'émetteur qui a émisl'impulsion, additionnée algébriquement d'une grandeurd_o. La grandeur d_o est une distance fictive introduite par le déclenchement du comptage des récepteurs au mêmeinstant.For each receiver, the time measured between the start of the counting and the interruption of the counting can be converted into a distance which corresponds to the distance separating the receiver from the transmitter which emitted the pulse, added algebraically to a quantity d_o . The quantity d_o is a fictitious distance introduced by the triggering of the counting of the receivers at the same time.

Ainsi, l'invention permet-elle de concevoir unprocédé de mesure de distance entre un émetteur designaux impulsionnels et un récepteur qui s'avère trèssouple d'utilisation. Un couple émetteur/récepteurformant télémètre n'est pas nécessairement le même d'uninstant à l'autre. Emetteur et récepteur étantdissociés, il est alors possible de concevoir desdispositifs où le nombre d'émetteurs est différent dunombre de récepteurs. Les récepteurs peuvent alorscollecter des signaux en provenance de n'importe lequeldes émetteurs, voire même de plusieurs émetteurssimultanément, formant ainsi autant de télémètresfonctionnant en boucle ouverte qu'il y a de couplesémetteur/récepteur possibles.Thus, the invention makes it possible to design amethod of measuring the distance between a transmitterpulse signals and a receiver which turns out to be veryflexible to use. A transmitter / receiver pairforming rangefinder is not necessarily the same of ainstant at another. Transmitter and receiver beingdissociated, it is then possible to designdevices where the number of transmitters is different from thenumber of receivers. The receivers can thencollect signals from anytransmitters, or even several transmitterssimultaneously, thus forming as many rangefindersoperating in open loop that there are couplespossible transmitter / receiver.

Selon le mode de réalisation préférentiel del'invention, l'émetteur de signaux impulsionnels estune source d'impulsions à déclenchement passif tellequ'une source microlaser.According to the preferred embodiment ofthe invention, the pulse signal transmitter isa passive trigger pulse source such asthan a microlaser source.

Il n'est alors pas possible de connaítre avecprécision l'instant de déclenchement d'une impulsionlaser. La période T_M qui sépare deux impulsions laserdoit alors s'entendre comme la durée moyenne séparantdeux impulsions.It is therefore not possible to know precisely the instant of triggering of a laser pulse. The period T_M which separates two laser pulses must then be understood as the average duration separating two pulses.

Avantageusement, le dispositif de mesure dedurée selon l'invention permet alors de prendre encompte l'incertitude sur l'instant de déclenchement desimpulsions laser. Des mesures de grande précisionpeuvent alors être effectuées. A titre d'exemple nonlimitatif, une précision de mesure de l'ordre de lananoseconde, telle que recherchée dans les applicationsà la télémétrie automobile, peut être obtenue.Advantageously, the device for measuringduration according to the invention then makes it possible to take intocounts the uncertainty on the moment of triggering oflaser pulses. High precision measurementscan then be performed. For example nolimiting, a measurement accuracy of the order ofnanosecond, as sought in applicationsautomotive telemetry can be obtained.

Au cas où le procédé concerne l'utilisation deplusieurs émetteurs, il est nécessaire qu'un récepteurpuisse identifier de quel émetteur proviennent lesimpulsions qu'il reçoit. A cette fin, les impulsionsémises par chaque émetteur peuvent être codées et lerécepteur comprend alors des moyens de décodage. Il estégalement possible de prévoir des impulsions laser dontla longueur d'onde est différente d'un émetteur àl'autre.If the process concerns the use ofmultiple transmitters, it is necessary that a receivercan identify which transmitter theimpulses it receives. To this end, the impulsestransmitted by each transmitter can be coded and thereceiver then includes decoding means. It isalso possible to predict laser pulses includingthe wavelength is different from one transmitter tothe other.

Brève description des figuresBrief description of the figures

D'autres caractéristiques et avantages del'invention apparaítront à la lecture d'un mode deréalisation préférentiel de l'invention fait enréférence à la figure ci-annexée.Other features and benefits ofthe invention will appear on reading a mode ofpreferential embodiment of the invention made inreference to the attached figure.

Description détaillée de modes de mise en oeuvre del'inventionDetailed description of modes of implementation ofthe invention

La figure annexée représente un dispositif deréception de signaux selon l'invention.The appended figure represents a device forreception of signals according to the invention.

Le dispositif comprend un émetteur E de signauximpulsionnels, n blocs de réception B₁, ... B_n, n étantun entier supérieur ou égal à 1, un séquenceur SQ et ungénérateur d'impulsions G₁.The device comprises a transmitter E of pulse signals, n reception blocks B₁ , ... B_n , n being an integer greater than or equal to 1, a sequencer SQ and a pulse generator G₁ .

Selon le mode de réalisation préférentiel del'invention, l'émetteur E est une source microlaserémettant des impulsions lumineuses. Chaque bloc deréception B_j (j=1, ..., n) comprend un photodétecteurD_j, un circuit de comptage C_j, un convertisseuranalogique/digital CAN_j, et un circuit d'intégration designal IT_j.According to the preferred embodiment of the invention, the emitter E is a microlaser source emitting light pulses. Each reception block B_j (j = 1, ..., n) comprises a photodetector D_j , a counting circuit C_j , an analog / digital converter CAN_j , and a signal integration circuit IT_j .

Les photodétecteurs sont réalisés, par exemple,à l'aide de diodes PIN ou de diodes à avalanche. Le photodétecteur D_j (j=1, ..., n) collecte la lumière L_jqu'il reçoit et convertit cette lumière L_j en un signalélectrique S_j.The photodetectors are produced, for example, using PIN diodes or avalanche diodes. The photodetector D_j (j = 1, ..., n) collects the light L_j it receives and converts this light L_j into an electrical signal S_j .

Le circuit de comptage C_j (j=1, ..., n) est,par exemple, un circuit de comptage tel que celuidécrit dans la demande de brevet français FR-2 745 668intitulée "Dispositif de mesure précise de la duréed'un intervalle de temps".The counting circuit C_j (j = 1, ..., n) is, for example, a counting circuit such as that described in French patent application FR-2 745 668 entitled "Device for precise measurement of duration of a time interval ".

Le compteur C_j possède une première entrée pourrecevoir un signal qui déclenche le comptage et unedeuxième entrée pour recevoir un signal qui interromptle comptage. La deuxième entrée du compteur C_j estreliée à la sortie du photodétecteur D_j. Il s'ensuitque le comptage est interrompu dès que lephotodétecteur D_j détecte une impulsion.The counter C_j has a first input for receiving a signal which triggers the counting and a second input for receiving a signal which interrupts the counting. The second input of the counter C_j is connected to the output of the photodetector D_j . It follows that the counting is interrupted as soon as the photodetector D_j detects a pulse.

La source microlaser E émet un signal lumineuxconstitué d'impulsions se répétant avec une période T_M.Suite à l'émission d'une impulsion par la sourcemicrolaser, une première impulsion est détectée parchacun des photodétecteurs D_j (j=1, ..., n) dont lesecteur de visibilité V_j est dans le champ devisibilité V_E de la source microlaser. Cette premièreimpulsion correspond à un trajet direct de la lumièreentre la source E et chaque photodétecteur D_j. Enl'absence de nouvelle impulsion émise par la sourcemicrolaser, chaque photodétecteur détecteéventuellement des impulsions dues à des trajetsmultiples de la lumière. Les signaux S_j issus duphotodétecteur D_j sont transmis au circuitd'intégration de signal IT_j par l'intermédiaire ducircuit de conversion analogique/digital CAN_j qui apour fonction de numériser le signal qu'il reçoit. Lecircuit d'intégration IT_j a pour fonction de générer un signal d'intégration SI_j résultant de l'intégration, àpartir d'un instant postérieur à l'instant d'émissionde la première impulsion reçue et pendant une duréed'intégration T_int inférieure à T_M, de l'ensemble dessignaux S_j issus du photodétecteur D_j.The microlaser source E emits a light signal consisting of pulses repeating with a period T_M. Following the emission of a pulse by the microlaser source, a first pulse is detected by each of the photodetectors D_j (j = 1, ..., n) whose visibility sector V_j is in the visibility field V_E from microlaser source. This first pulse corresponds to a direct path of light between the source E and each photodetector D_j . In the absence of a new pulse emitted by the microlaser source, each photodetector possibly detects pulses due to multiple paths of the light. The signals S_j from the photodetector D_j are transmitted to the signal integration circuit IT_j via the analog / digital conversion circuit CAN_j which has the function of digitizing the signal that it receives. The integration circuit IT_j has the function of generating an integration signal SI_j resulting from the integration, from an instant after the instant of emission of the first pulse received and for a duration of integration T_int less than T_M , of the set of signals S_j coming from the photodetector D_j .

L'amplitude du signal d'intégration SI_j estcomparée à un seuil. La valeur du seuil est choisie defaçon à garantir qu'aucune impulsion de trajet directni aucune impulsion de trajets multiples n'est détectéepar le photodétecteur D_j pendant la durée T_int si lesignal d'intégration SI_j a une valeur inférieure auseuil.The amplitude of the integration signal SI_j is compared to a threshold. The threshold value is chosen so as to guarantee that no direct path pulse or no multiple path pulse is detected by the photodetector D_j during the duration T_int if the integration signal SI_j has a value less than the threshold.

Les signaux SI_j (j=1, ..., n) sont transmis auséquenceur SQ. A l'instant qui détermine la fin de ladurée d'intégration T_int, une impulsion de début decomptage ST est envoyée simultanément sur la premièreentrée de chacun des compteurs C_j si chacun des signauxSI_j a une valeur inférieure au seuil. Dans le cascontraire, les circuits d'intégration sont remis à zéroet l'intégration des signaux recommence pendant unenouvelle durée T_int. L'impulsion de début de comptage STest issue d'un générateur d'impulsions G₁ qui reçoitsur son entrée une commande Q issue du séquenceur SQ.The signals SI_j (j = 1, ..., n) are transmitted to the sequencer SQ. At the instant which determines the end of the integration duration T_int , a counting start pulse ST is sent simultaneously to the first input of each of the counters C_j if each of the signals SI_j has a value below the threshold. Otherwise, the integration circuits are reset to zero and the integration of the signals begins again for a new duration T_int . The start counting pulse ST comes from a pulse generator G₁ which receives on its input a command Q coming from the sequencer SQ.

Au cas où le séquenceur SQ est éloigné decertains blocs de réception, des liaisons par fils oupar fibres optiques sont nécessaires entre certainsblocs de réception et le séquenceur. Les retards liés àla longueur des liaisons sont alors pris en compte pourle calcul de l'instant qui détermine la fin de la duréeT_int.If the SQ sequencer is far from certain reception blocks, wire or optical fiber links are necessary between certain reception blocks and the sequencer. The delays linked to the length of the links are then taken into account for the calculation of the instant which determines the end of the duration T_int .

Comme cela a été mentionné précédemment, lecomptage de chaque compteur C_j est interrompu dès quele photodétecteur D_j auquel il est associé détecte une impulsion. Ainsi, chaque compteur C_j peut-il délivrerune durée Δt_j calculée comme la différence entrel'instant où une impulsion de trajet direct estdétectée et l'instant de début de comptage commun àplusieurs compteurs.As mentioned previously, the counting of each counter C_j is interrupted as soon as the photodetector D_{j with} which it is associated detects a pulse. Thus, each counter C_j can deliver a duration Δt_j calculated as the difference between the instant when a direct path pulse is detected and the instant of counting start common to several counters.

De façon connue en soi, chaque durée Δtj (j=1,..., n) peut être convertie en distance δjcorrespondant à la distance source microlaser /photodétecteur Dj additionnée algébriquement d'unedistance fictive de décalage d_o introduite par lasynchronisation des compteurs.In a manner known per se, each duration Δtj (j = 1, ..., n) can be converted into distance δj corresponding to the source distance microlaser / photodetector Dj added algebraically to a fictitious offset distance d_o introduced by synchronization counters.

Claims (11)

Translated fromFrench

Procédé de mesure d'une durée (Δtj) entre uninstant succédant à l'instant d'émission d'une premièreimpulsion par un émetteur de signaux impulsionnelsayant une période T_M et un instant correspondant à laréception, par au moins un récepteur de signaux, del'impulsion émise qui succède à la première impulsion,le procédé comprenant :l'intégration, à partir d'un instant postérieur àl'instant d'émission de la première impulsion etpendant une durée T_int inférieure à T_M, des signauxque reçoit le récepteur de façon à générer un signald'intégration,le déclenchement du comptage de la durée (Δtj) àpartir de l'instant qui détermine la fin de la duréeT_int, si le signal d'intégration a une amplitudeinférieure ou égale à un seuil donné,l'interruption du comptage de la durée à l'instant oùle récepteur reçoit l'impulsion émise qui succède àla première impulsion.Method for measuring a duration (Δtj) between an instant following the instant of emission of a first pulse by a transmitter of pulse signals having a period T_M and an instant corresponding to reception, by at least one receiver of signals, of the transmitted pulse which follows the first pulse, the method comprising: integration, from an instant after the instant of emission of the first pulse and for a duration T_int less than T_M , of the signals received by the receiver so as to generate an integration signal, the triggering of the counting of the duration (Δtj) from the instant which determines the end of the duration T_int , if the integration signal has an amplitude less than or equal to a given threshold, the interruption of the counting of the duration at the moment when the receiver receives the transmitted pulse which follows the first pulse.Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que l'intégration des signaux estprécédée d'une étape de numérisation des signaux.Method according to claim 1,characterized in that the integration of the signals ispreceded by a signal digitization step.Procédé selon l'une quelconque desrevendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprendune étape permettant d'identifier l'émetteur de signauximpulsionnels.Method according to any one ofclaims 1 or 2, characterized in that it comprisesa step to identify the signal transmitterimpulse.Procédé selon la revendication 3,caractérisé en ce que l'étape permettant d'identifierl'émetteur de signaux impulsionnels est une étape dedécodage des impulsions.Method according to claim 3,characterized in that the step of identifyingthe impulse signal transmitter is a step inpulse decoding.Dispositif de mesure de durée (Δtj) entre uninstant succédant à l'instant d'émission d'une première impulsion par un émetteur de signaux impulsionnelsayant une période T_M et un instant correspondant à laréception, par au moins un récepteur de signaux, del'impulsion qui succède à la première impulsion, ledispositif comprenant :au moins un récepteur (Dj) permettant de convertir ensignal électrique (Sj) les signaux (Lj) qu'il reçoit,au moins un circuit d'intégration (I) permettant, àpartir d'un instant postérieur à l'instant d'émissionde la première impulsion et pendant une durée T_intinférieure à T_M, d'intégrer les signaux électriques(Sj) issus du récepteur (Dj) de façon à générer unsignal d'intégration (SIj),au moins un compteur (Cj) permettant de déclencher lecomptage de la durée (Δtj) à partir de l'instant quidétermine la fin de la durée T_int, si le signald'intégration a une amplitude inférieure ou égale àun seuil donné, et d'interrompre le comptage de ladurée (Δtj) à l'instant où le récepteur (Dj) reçoitl'impulsion émise qui succède à la premièreimpulsion.Device for measuring the duration (Δtj) between an instant following the instant of emission of a first pulse by a pulse signal transmitter having a period T_M and an instant corresponding to reception, by at least one signal receiver , of the pulse which follows the first pulse, the device comprising: at least one receiver (Dj) making it possible to convert the signals (Lj) it receives into an electrical signal (Sj), at least one integration circuit (I) making it possible, from an instant after the instant of transmission of the first pulse and for a duration T_int less than T_M , to integrate the electrical signals (Sj) from the receiver (Dj) so as to generate an integration signal (SIj), at least one counter (Cj) making it possible to trigger the counting of the duration (Δtj) from the instant which determines the end of the duration T_int , if the integration signal has an amplitude less than or equal to a given threshold , and to interrupt the counting of the duration (Δtj) at the moment when the receiver (Dj) receives the transmitted pulse which follows the first pulse.Dispositif selon la revendication 5,caractérisé en ce qu'il comprend un circuit denumérisation des signaux électriques (Sj) issus durécepteur (Dj).Device according to claim 5,characterized in that it includes a circuitdigitization of electrical signals (Sj) from thereceiver (Dj).Dispositif selon la revendication 5 ou 6,caractérisé en ce que le récepteur (Dj) est unphotodétecteur.Device according to claim 5 or 6,characterized in that the receiver (Dj) is aphotodetector.Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprenddes moyens permettant d'identifier l'émetteur designaux impulsionnels.Device according to any one ofclaims 6 or 7, characterized in that it comprisesmeans to identify the issuer ofimpulse signals.Dispositif selon la revendication 8,caractérisé en ce que les moyens permettantd'identifier l'émetteur de signaux impulsionnelscomprennent un circuit de décodage.Device according to claim 8,characterized in that the means allowingidentify the transmitter of impulse signalsinclude a decoding circuit.Dispositif selon l'une quelconque desrevendications 5 à 9, caractérisé en ce qu'il estdissocié de l'émetteur de signaux impulsionnels.Device according to any one ofclaims 5 to 9, characterized in that it isdissociated from the impulse signal transmitter.Système d'évaluation de la distanceséparant un objet d'un dispositif de réception,caractérisé en ce que l'objet est muni d'un émetteur designaux impulsionnels et en ce que le dispositif deréception comprend au moins un dispositif selon l'unedes revendications 5 à 10.Distance evaluation systemseparating an object from a receiving device,characterized in that the object is provided with a transmitterimpulse signals and in that the devicereception comprises at least one device according to oneof claims 5 to 10.

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