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Title:
COMMUNICATION SYSTEM COMPRISING A MATRIX IMAGE COMMUNICATION RECEIVER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/128386
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates, inter alia, to a communication system (6) comprising a communication receiver (60) which is provided to receive a useful communication signal from a remote light emission source (61), characterised in that the communication receiver (60) is formed by a matrix image camera (60a1) having a field of view (C1), in which the light emission source (61) is contained, the camera (60a1) comprising a matrix detector (60a2).

Inventors:
LAFUMA PIERRE (FR)
MATERNE ALEX (FR)
Application Number:
PCT/FR2019/053236
Publication Date:
June 25, 2020
Filing Date:
December 20, 2019
Export Citation:
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Assignee:
CENTRE NAT ETD SPATIALES (FR)
International Classes:
H04B10/118
Domestic Patent References:
WO2014136110A12014-09-12
WO2005060467A22005-07-07
Foreign References:
US20170141849A12017-05-18
US5517016A1996-05-14
Attorney, Agent or Firm:
CABINET GERMAIN & MAUREAU (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Système de communication (6) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le détecteur matriciel (60a2) permet le basculement d'un mode de lecture exploitant chacun des pixels du détecteur (60a2), à un mode de lecture restreint à une zone limitée de pixels (Zl) du détecteur (60a2) et comprenant une image du signal utile de communication transmis par la source d'émission lumineuse (61) distante.

2. Engin spatial (1, 2) destiné à être placé en orbite autour de la Terre, et qui embarque un système de communication (6), selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour communiquer avec un engin distant (1, 2).

3. Engin spatial (1, 2) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système de communication (6) est dépourvu de système de pointage optique.

4. Engin spatial (1, 2) selon la revendications 3, caractérisé en ce que le système de communication (6) est muni d'un système de pointage optique grossier.

5. Engin spatial (1, 2) selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le pointage de la source d'émission lumineuse (61) distante vers le récepteur de communication (60) est obtenu en orientant une plate-forme principale (5) de l'engin portant le récepteur de communication (60) par la rotation de celle-ci.

6. Procédé de communication par signaux lumineux mis en œuvre par un système de communication (6) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce procédé comprenant l'étape suivante consistant à :

- estimer la trajectoire de l'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse (61) distante sur un détecteur matriciel (60a2) du récepteur de communication (60), l'estimation de la trajectoire étant fonction du temps ;

- identifier une zone limitée de pixels (Zl) sur laquelle est reçue l'image du signal utile de communication émis par la source d'émission lumineuse (61) distante ;

- acquérir une série d'images matricielles limitées à cette zone limitée de pixels (Zl) comprenant l'image du signal utile de communication de ladite source d'émission lumineuse (61) ;

- identifier par traitement de ladite série d'images matricielles une séquence du signal utile de communication émis par la source d'émission lumineuse (61) distante correspondant à une séquence de données transmise par un engin distant portant la source d'émission lumineuse (61) distante.

7. Procédé de communication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le procédé comprend antérieurement à l'étape d'estimation de la trajectoire de l'image d'un signal optique, les étapes suivantes consistant à : - acquérir une image matricielle ;

- analyser ladite image matricielle en vue d'identifier une forme ou un motif prédéterminé correspondant à l'engin distant comprenant la source d'émission lumineuse (61) distante, l'identification de cette forme ou motif permettant en partie ou pleinement une estimation de la trajectoire de l'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse (61) distante sur un détecteur matriciel (60a2) du récepteur de communication (60), l'estimation de la trajectoire étant fonction du temps.

Description:
DESCRIPTION

Titre : SYSTEME DE COMMUNICATION COMPRENANT UN RECEPTEUR DE

COMMUNICATION D'IMAGE MATRICIELLE

La présente invention concerne un système de communication comprenant un récepteur de communication par signaux lumineux, un engin spatial porteur d'un tel système, ainsi qu'un procédé de communication par signaux lumineux.

DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR

De façon générale, on connaît le principe de la communication par signaux lumineux appliqué à un système de communication comprenant un émetteur formé par une source d'émission lumineuse et un récepteur de communication de cette source d'émission lumineuse.

Dans le domaine spatial, les communications inter-satellites sont amenées à jouer un rôle clé dans de nombreuses applications, en particulier en ce qui concerne des constellations de satellites formant un réseau de communication devant interagir ou bien coopérer ensemble. De façon non limitative, il peut s'agir de constellations de satellites de télécommunication en orbites non géostationnaires comme des orbites basses ou moyennes devant fournir des connexions à très haut débit et à faible latence entre les utilisateurs au sol. Ces constellations sont construites à partir de plusieurs plans orbitaux, et dans chaque plan orbital, plusieurs satellites évoluent sur une orbite quasi circulaire.

Pour établir des communications inter-satellites, on utilise aujourd'hui couramment des liaisons de communication radiofréquence (RF pour Radio frequency) ou encore des liaisons communication laser (LISL pour Laser Inter Satellite Links).

De façon connue, de telles liaisons de communication laser permettent de concentrer une émission lumineuse dans un faisceau très étroit avec pour conséquence une puissance émise très basse en comparaison aux systèmes radiofréquences, ce qui est particulièrement avantageux lorsque un tel système d'émission lumineux est embarqué à bord d'un satellite.

De telles liaisons de communication lumineuses sont établies par un système de communication comprenant principalement à l'émission, une source d'émission lumineuse, un mécanisme de pointage de la source d'émission lumineuse, et à la réception un mécanisme de pointage d'un récepteur de communication par signaux lumineux. Un tel récepteur de signaux lumineux est formé par un unique ou un quadrant de photo-détecteurs formé d'un nombre limité, généralement une dizaine de photo-détecteurs, par exemple de type photodiodes.

A l'émission, le mécanisme de pointage de la source d'émission lumineuse permet d'orienter et de maintenir en temps réel la direction d'émission de la source d'émission lumineuse conformément à une direction cible qui est déterminée pour pointer vers un satellite distant. A la réception, le mécanisme de pointage du photo détecteur ou du quadrant de photo-détecteurs de ce satellite distant doit pointer très précisément en direction du faisceau lumineux généré à partir de la source d'émission lumineuse du satellite depuis lequel elle est émise.

Tant à l'émission qu'à la réception, pour parvenir à ces exigences de pointage, il est d'abord nécessaire de connaître la direction à viser. Cette direction est calculée sur la base des données d'orbitographie, tout en tenant compte du temps de propagation des signaux. Ces données sont réactualisées et chargées périodiquement du sol vers le satellite, par exemple une fois à chaque révolution du satellite sur son orbite ou une fois par jour. Plusieurs méthodes peuvent ensuite être mises en œuvre afin que l'émetteur générant le faisceau lumineux émis vise dans la direction souhaitée, et que le récepteur optique vise en direction de la source d'émission lumineuse émise afin que le photo-détecteur ou le quadrant de photo-détecteurs soient éclairés par le faisceau lumineux porteur d'un signal utile de communication. Ces exigences de pointage très précis, tant à l'émission qu'à la réception, ont pour conséquence, entre autres, d'augmenter la complexité, la masse embarquée et la consommation électrique tant de l'émetteur que du récepteur du système de communication, ainsi que d'accroître les coûts de tels systèmes de pointage.

Par ailleurs, un mécanisme de pointage optique peut avoir plusieurs formes. Il peut être composé d'un pointage grossier et d'un pointage fin. Un mécanisme de pointage optique possède des parties mobiles telles que, par exemple, un miroir de sortie avec sa monture, dont la taille correspond à l'ouverture de sortie du système de communication. Dans certains mécanismes de pointage optique, l'optique du système de communication elle-même est mobile, notamment lorsqu'elle est disposée sur une plate-forme secondaire d'un satellite, orientable par rapport à une plate-forme principale. Dans tous les cas, les parties mobiles des mécanismes de pointage sont volumineuses et lourdes, et par conséquent, particulièrement pénalisantes pour une utilisation à bord d'un satellite. En outre, les dimensions et le poids des parties mobiles de ces mécanismes de pointage optique nécessitent de prévoir, pour les orienter ou les déplacer, des actionneurs dont le cahier des charges est fortement contraint par la force ou le couple attendu, la course de fonctionnement, la précision, la vitesse maximale et la résistance à l'environnement spatial, le tout impactant sur la masse, l'encombrement, la consommation électrique et le coût.

A l'émission, afin de libérer les contraintes liées à la précision du pointage, des solutions existantes consistent à étendre le cône d'émission de la source d'émission lumineuse dans un angle solide large de sorte que le récepteur optique se situe aisément dans le faisceau lumineux généré à partir de la source d'émission lumineuse. Lorsque la source d'émission lumineuse est de type diode électroluminescente, son utilisation dans le domaine visible ou proche du visible associée à une optique simple apporte une solution technologique simple à l'émission d'un faisceau lumineux dans un angle solide large. Lorsque la source d'émission lumineuse est de type diode laser, celle- ci présente l'avantage de permettre l'émission d'un faisceau lumineux dans un angle solide plus étroit avec une finesse spectrale plus réduite. Toutefois dans les deux cas, la densité surfacique d'énergie reçue par le photo-détecteur ou le quadrant de photo détecteurs étant proportionnelle à un rapport signal à bruit par bit de la liaison optique établie entre la source d'émission lumineuse et le photo-détecteur ou le quadrant de photo-détecteurs, l'étalement dans un angle solide de la source d'émission lumineuse diminue dans les mêmes proportions que le rapport signal à bruit par bit de cette liaison.

A la réception, une alternative connue aux mécanismes de pointage précis du récepteur en direction du faisceau lumineux généré par la source d'émission lumineuse consiste à utiliser un système optique présentant un grand champ de vue, dont la fonction principale est de focaliser l'énergie du faisceau lumineux vers le photo détecteur ou le quadrant de photo-détecteurs. En comparaison à un photo-détecteur ou à un quadrant de photo-détecteurs pointé précisément, c'est-à-dire avec un champ de vue plus petit, et en supposant que la même puissance de signal utile du faisceau lumineux arrive sur le photo-détecteur ou le quadrant de photo-détecteurs, le bruit de fond venant de l'environnement est plus grand puisque le système optique cumule le bruit recueilli dans ce champ de vue, et diminue en conséquence le rapport signal à bruit par bit de la liaison optique établie entre la source d'émission lumineuse et le photo-détecteur ou le quadrant de photo-détecteurs.

BUT A ATTEINDRE PAR L'INVENTION

Un but de la présente invention consiste donc à proposer un système de communication adapté pour établir une communication avec un engin distant, et qui, en particulier, diminue très sensiblement ou annule les inconvénients cités ci-dessus, et dont le nombre des composants d'un tel système de communication contribuent à réduire sa dimension, son poids, sa puissance consommée, son prix de revient.

PREMIER ASPECT DE L'INVENTION

A ce titre, un premier aspect de l'invention consiste à proposer un système de communication comprenant un récepteur de communication prévu pour recevoir un signal utile de communication provenant d'une source d'émission lumineuse distante. Selon l'invention, le récepteur de communication est formé par une caméra d'image matricielle possédant un champ de vue dans lequel est contenu la source d'émission lumineuse, ladite caméra comprenant un détecteur matriciel.

Un tel système de communication repose sur le codage et l'envoi de données via une modulation d'amplitude du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse en direction du récepteur de communication, les données transmises forment une liaison optique entre la source d'émission lumineuse et le récepteur de communication.

On entend par « caméra d'image matricielle », un dispositif composé d'un système optique et d'un détecteur matriciel préférentiellement placé dans le plan focal du système optique.

Le détecteur matriciel correspond avantageusement à une matrice de pixels.

Un tel détecteur matriciel peut avantageusement permettre le basculement d'un mode de lecture exploitant chacun des pixels du détecteur, à un mode de lecture restreint à une zone limitée de pixels du détecteur comprenant une image du signal utile de communication transmis par la source d'émission lumineuse distante.

Le détecteur matriciel peut avantageusement être de type CMOS.

On entend par « source d'émission lumineuse », une source pouvant produire un faisceau lumineux ou signal lumineux émis à destination d'un récepteur de communication et contenant le signal utile de communication.

La source d'émission lumineuse forme un émetteur du système de communication.

Dans le cadre de l'invention, on appelle « champ de vue » du récepteur de communication, la partie de l'espace située à l'extérieur de ce récepteur de communication pour laquelle un signal lumineux qui est émis dans cette partie d'espace peut être reçu par ledit récepteur. L'utilisation d'une telle caméra permet d'observer un espace contenant la source d'émission lumineuse distante en vue d'identifier dans cet espace le signal utile de communication de ladite source d'émission lumineuse distante.

Plus particulièrement, il est possible d'identifier à l'aide de la caméra d'image matricielle une zone limitée de pixels, voire même un unique pixel, recevant tout ou partie du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse distante.

Un traitement informationnel d'une zone limitée de pixels ou d'un pixel comprenant le signal utile de communication généré par la source d'émission lumineuse permet d'améliorer sensiblement un rapport signal à bruit et corrélativement un taux de bit de la liaison optique entre la source d'émission lumineuse et le récepteur de communication. On comprendra alors que, à l'émission, la puissance d'émission et/ou de focalisation de la source d'émission lumineuse peuvent être sensiblement réduites, à la réception, le signal de fond peut être sensiblement réduit.

Il convient de noter par ailleurs qu'il est possible d'éviter l'utilisation d'au moins un mécanisme de pointage fin, voire même de se dispenser de tout mécanisme de pointage. On évite ainsi toutes les contraintes de dimensions, de poids et de coûts résultants de l'utilisation de pièces mobiles par exemple.

Par ailleurs, l'utilisation d'une telle caméra permet l'acquisition de données à haut débit transmises par un engin distant comprenant la source d'émission lumineuse.

En effet, tel qu'il sera décrit ultérieurement de façon plus détaillée, la caméra d'image matricielle permet la prise d'images pixélisées en haute définition, par exemple 1000 pixels par 1000 pixels. Par traitement d'images, il est possible d'identifier à chaque instant la position du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse dans une zone limitée de pixels des images pixélisées en haute définition, par exemple 10 pixels par 10 pixels, voire même un seul pixel.

Pour cela, le traitement d'images consiste à reconnaître une forme attendue de la source d'émission lumineuse et/ou la nature de la variation du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse comprise dans la zone limitée de pixels, voire même à un pixel identifié. A l'aide du récepteur de communication, il est alors possible de restreindre le champ de vue du récepteur de communication, plus précisément la caméra, à la zone limitée de pixels ou à un seul pixel identifié de sorte à assurer le traitement informationnel dans cette zone limitée de pixels ou à un seul pixel identifié. La réduction à une zone limitée de pixels permet d'augmenter sensiblement la cadence de lecture et le traitement informationnel du faisceau lumineux généré par la source d'émission lumineuse et, par conséquent, la fréquence d'échantillonnage de l'information contenue dans ledit faisceau lumineux.

Avantageusement, la source d'émission lumineuse peut être une diode de type électroluminescente ou encore de type laser.

Un tel récepteur de communication formé par une caméra d'image matricielle comprend un angle de champ de vue supérieur à l'incertitude angulaire d'alignement du système de communication dépourvu de mécanisme de pointage et de performances comparables en termes de rapport signal à bruit.

Préférentiellement, l'angle de champ de la caméra est compris entre 1° et 180°, et encore plus préférentiellement entre 10° et 90°.

Ainsi, selon l'invention, la caméra d'image matricielle est configurée pour détecter le signal utile de communication de la source d'émission lumineuse distante, tout en préservant les performances d'un émetteur et d'un récepteur du système de communication pointé finement.

Plus particulièrement, un système de communication comprenant la source d'émission lumineuse distante peut être :

- dépourvu de système de pointage optique utilisé pour orienter le champ de transmission de ce système de communication vers le récepteur de communication,

- optionnellement, muni d'un système de pointage optique grossier.

La simplification du système de communication permet la réduction de son encombrement, de sa masse et de son coût.

On entend par « système de pointage optique », un système de pointage optique comprenant un mécanisme de pontage fin et/ou un mécanisme de pontage grossier.

A titre non limitatif, lorsque le système de communication est dépourvu de système de pointage optique, le pointage de la source d'émission lumineuse distante vers le récepteur de communication est obtenu en orientant une plate-forme principale de l'engin portant le récepteur de communication par la rotation de celle-ci.

Selon une série de caractéristiques pouvant être prises seules ou en combinaison l'une de l'autre, la caméra d'image matricielle peut être :

de résolution permettant d'imager le champ de vue dans lequel se situe le signal utile de communication de la source d'émission lumineuse, préférentiellement d'au moins 100 pixels par 100 pixels, programmée de sorte qu'il soit possible de sélectionner pour lecture la zone limitée de pixels comprenant l'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse

De façon avantageuse, le système de communication selon l'invention comprend une unité d'acquisition et de traitement d'image reçue par la caméra d'image matricielle, l'unité d'acquisition et de traitement étant configurée pour identifier parmi les pixels de l'image une forme et/ou une séquence de signaux lumineux émise par la source d'émission lumineuse distante.

DEUXIEME ASPECT DE L'INVENTION

Un deuxième aspect de l'invention porte sur un engin spatial destiné à être placé en orbite autour de la Terre, et qui embarque un système de communication tel que défini dans le présent document, pour communiquer avec un engin distant.

L'engin distant portant la source d'émission lumineuse peut être situé sur la Terre, ou alternativement, il peut être un autre engin spatial.

Selon le mode de mise en œuvre préféré de l'invention, le système de communication embarqué peut être dépourvu de dispositif de pointage optique.

L'engin spatial peut être de différents types, dont, notamment, un satellite, quel que soit la nature de son orbite, ou une sonde inter-planétaire.

Selon une caractéristique, l'engin spatial qui embarque le système de communication peut comprendre au moins deux récepteurs de communication selon l'invention, les récepteurs de communication étant orientés dans des directions différentes.

TROISIEME ASPECT DE L'INVENTION

Un troisième aspect de l'invention porte sur un procédé de communication par signaux lumineux, mis en œuvre par un système de communication décrit dans le présent document, ce procédé comprenant les étapes suivantes consistant à :

- estimer la trajectoire de l'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse distante sur un détecteur matriciel du récepteur de communication, l'estimation de la trajectoire étant fonction du temps ;

identifier une zone limitée de pixels sur laquelle est reçue l'image du signal utile de communication émis par la source d'émission lumineuse distante ; - acquérir une série d'images matricielles limitées à cette zone limitée de pixels comprenant l'image du signal utile de communication de ladite source d'émission lumineuse ;

identifier par traitement de ladite série d'images matricielles une séquence du signal utile de communication émis par la source d'émission lumineuse distante correspondant à une séquence de données transmise par un engin distant portant la source d'émission lumineuse distante.

Cette étape d'estimation de la trajectoire permet de suivre le déplacement de l'image de la source d'émission lumineuse distante sur le détecteur matriciel.

Dans une application particulière au domaine spatial, cette estimation de trajectoire est calculée de façon connue par l'estimation de la position et de l'attitude de l'engin spatial portant le récepteur de communication. Alternativement, lorsque la source d'émission est portée par un autre engin spatial distant, l'estimation de trajectoire est calculée de façon connue par l'estimation de la position et de l'attitude des deux engins spatiaux impliqués dans la communication. Par le biais de calculs connus dépendants de la géométrie du système de communication, de la vitesse de propagation du signal utile de communication et les fonctions temporelles d'attitude et de position du ou des engins spatiaux, il peut être obtenu l'estimation de la trajectoire de l'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse distante sur le détecteur matriciel du récepteur. Lorsque ces calculs sont réalisés au sol, l'estimation de trajectoire peut être transmise périodiquement à l'engin spatial porteur du récepteur de communication.

On comprendra que la dimension de ladite zone limitée de pixels permet de s'assurer que le signal utile de communication émis par la source d'émission lumineuse distante est bien reçu dans cette zone limitée de pixels.

L'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse sur le détecteur matriciel peut couvrir tout ou partie de plusieurs pixels. La dimension de la zone limitée de pixels nécessite par ailleurs de prendre en compte différentes incertitudes pouvant affecter l'estimation de trajectoire de cette image sur le détecteur matriciel du récepteur de communication. Ces incertitudes peuvent être liées, d'une part, à l'imprécision des estimations de position et d'attitude qui servent au calcul de cette estimation de trajectoire, et d'autres part, à différents phénomènes tels que, de façon non limitative, des déformations thermoélastiques et des micro vibrations. De façon préférentielle, la zone limitée de pixel peut être choisie afin de s'assurer qu'une partie substantielle, préférentiellement plus de 50%, de l'énergie du signal utile de communication arrivant sur le détecteur matriciel du récepteur de communication est concentrée sur cette zone limitée de pixels.

Par ailleurs, il convient de noter que le traitement d'une zone limitée de pixels permet de réaliser une acquisition d'images à un rythme plus élevé que le rythme maximal possible pour acquérir une image complète regroupant l'ensemble des pixels du détecteur matriciel, c'est-à-dire à pleine matrice.

L'étape d'indentification par traitement revient à démoduler le signal utile de communication reçu et restituer un train de bits informationnels.

Selon une variante de réalisation du procédé de communication selon l'invention, préalablement à l'étape d'estimation de la trajectoire de l'image du signal utile de communication, le procédé peut comprendre les étapes suivantes consistant à :

- acquérir une image matricielle ;

- analyser ladite image matricielle en vue d'identifier une forme ou un motif prédéterminé(e) correspondant à l'engin distant comprenant la source d'émission lumineuse distante, l'identification de cette forme ou motif permettant en partie ou pleinement une estimation de la trajectoire de l'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse distante sur un détecteur matriciel du récepteur de communication, l'estimation de la trajectoire étant fonction du temps.

L'étape d'analyse de ladite image matricielle est avantageusement utilisée, seule ou en combinaison avec d'autres informations décrites dans ce document, afin de déterminer, en fonction du temps, la trajectoire de l'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse distante sur un détecteur matriciel du récepteur de communication et la zone limitée de pixels susceptible de recevoir le signal utile de communication.

On comprendra que l'identification de cette forme ou motif prédéterminé(e) est supposé(e) connue par ailleurs et relève des techniques de reconnaissance de forme. Cette forme ou motif dépend notamment : de la distance entre la source d'émission lumineuse et le récepteur de communication, de l'orientation de l'engin distant dans l'espace et/ou de l'éclairement solaire.

Dans une application au domaine spatial, il convient de noter que le motif attendu correspond à un engin spatial connu émettant un faisceau lumineux d'une intensité connue à partir d'une position déterminée sur l'engin spatial.

L'étape d'acquisition de l'image matricielle consiste à réaliser une acquisition grand champ, préférentiellement en exploitant chacun des pixels du détecteur matriciel ou dit à pleine matrice, pour identifier le lieu d'émission de la source d'émission lumineuse distante. Cette acquisition de l'image matricielle est réalisée à une vitesse de lecture relativement faible, de l'ordre de quelques centaines de Hertz à quelques kHz.

Contrairement à l'étape d'acquisition de l'image matricielle qui est à grand champ, dans l'étape d'acquisition d'une série d'images matricielles qui correspondent à la zone limitée de pixels, on réalise une acquisition d'images à une vitesse de lecture relativement élevée, de l'ordre de dizaines de kHz à quelques MHz.

Par ailleurs, dans l'étape d'acquisition d'une série d'images matricielles, le signal de fond, par exemple provoqué par une réflexion solaire sur le satellite distant depuis lequel est émis le signal utile de communication de la source d'émission lumineuse, présente une incidence négligeable du fait du traitement informationnel réalisé sur la zone limitée de pixels.

On comprendra que le basculement de l'étape d'acquisition de l'image matricielle à l'étape d'acquisition d'une série d'images matricielles, et inversement, présente l'intérêt majeur de pouvoir identifier dans un grand champ de vue un engin portant la source d'émission lumineuse distante, notamment un engin spatial, et d'en extraire le signal utile de communication transmis par la source d'émission lumineuse avec un bon rapport de signal à bruit par bit et à haut débit.

Selon une caractéristique du procédé de communication, des caractéristiques des signaux de communication lumineux de la source d'émission lumineuse distante dans le champ de vue du récepteur de communication sont utilisés pour contribuer à l'estimation de la trajectoire de l'image de la source lumineuse distante sur le détecteur matriciel.

De telles caractéristiques peuvent par exemple être relatives à la longueur d'onde, le type de modulation, ou encore le déplacement du signal utile de communication sur la matrice du détecteur matriciel en cohérence avec le déplacement relatif de l'engin portant la source d'émission lumineuse distante.

Selon un avantage de cette dernière caractéristique du procédé de communication, ces déplacements sont utilisés pour contrôler le pointage de la source d'émission lumineuse du système de communication vers le récepteur du système de communication de sorte que la source d'émission lumineuse distante du système de communication soit comprise dans le champ de vue du récepteur de communication de l'engin distant.

DESCRIPTION DE L'INVENTION D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 illustre le principe d'une transmission optique entre deux satellites,

La figure 2 illustre le principe de l'invention,

La figure 3 illustre schématiquement un détecteur matriciel d'un récepteur de communication selon l'invention utilisant le champ de vue entier du détecteur matriciel,

La figure 4 illustre schématiquement le détecteur matriciel du récepteur de communication utilisant une zone limitée de pixels identifiée comme comprenant une source d'émission lumineuse distante.

Par souci de clarté, tous les organes d'un satellite ne sont pas représentés. La figure 1 illustre plusieurs exemples d'applications du principe de communication entre engins spatiaux.

Dans un premier exemple, un engin spatial qui est un satellite 1, pouvant être sur une orbite quelconque transmet des données-vers un satellite 2 placé sur une orbite proche, notamment dans le cas où les satellites 1 et 2 volent en formation. La distance entre les deux satellites 1, 2 peut être comprise entre 20 mètres et 30 kilomètres. La communication entre les deux satellites 1, 2 peut être réalisée par une transmission de type optique, à laquelle s'applique la présente invention.

Dans un second exemple d'application, un engin spatial qui est le satellite 1 pouvant être sur une orbite quelconque transmet des données vers un satellite éloigné 2' placé sur une orbite distincte. La distance entre les deux satellites 1, 2' peut être comprise entre 20 km et 60 000 km et évolue rapidement en fonction du temps selon que les orbites se rapprochent ou s'éloignent. La communication entre les deux satellites 1, 2' peut être réalisée par une transmission de type optique, à laquelle s'applique la présente invention sous réserve qu'un émetteur formé par une source d'émission lumineuse distante 61 et porté par le satellite 1 focalise fortement le signal optique en direction du satellite 2'.

Dans un troisième exemple, le satellite 1 transmet des données vers un système de réception terrestre 3.

Dans un quatrième exemple, un émetteur terrestre (non représenté) transmet des données vers un satellite 2, 2'. Dans les deuxième, troisième et quatrième exemples, la réception des données est interrompue lorsque la Terre fait géométriquement obstacle entre les engins spatiaux.

On a représenté un engin spatial ou satellite 1, 2. Le satellite 1, 2 est principalement représenté par une plate-forme principale 5. Le satellite 1, 2 comprend par ailleurs un système de communication 6. Selon l'exemple illustré, le système de communication 6 est monté sur la plate-forme principale 5 du satellite 1, 2. Toutefois, un tel système de communication 6 peut avantageusement être monté sur une plate forme secondaire mobile par rapport à la plate-forme principale 5.

Le système de communication 6 selon l'invention comprend principalement un récepteur de communication 60 monté ici sur la plate-forme principale 5 du satellite 1, 2. Plus particulièrement, le récepteur de communication 60 est monté sur une face 50 orientée en direction du satellite 1, 2 distant. Avantageusement, un récepteur de communication 60 selon l'invention est monté sur au moins deux faces 50 orientées selon des directions différentes de la plate-forme principale 5. Un satellite 1, 2 comprenant plusieurs récepteurs de communication 60 orientés dans des directions différentes permet une communication entre satellites 1, 2 d'un même plan orbital et/ou d'une même constellation de satellites 1, 2.

Le récepteur de communication 60 est, selon l'invention, une caméra d'image matricielle. Une telle caméra a pour fonction la réception de données de communication, contrairement à une caméra d'observation terrestre par exemple pouvant équiper de telle satellite 1, 2. Une telle caméra selon l'invention comprend avantageusement un champ de vue Cl observant une région de l'espace extérieur à une telle caméra. Plus particulièrement, cette région de l'espace observée par la caméra comprend au moins une source d'émission lumineuse 61 d'un satellite 1, 2 distant. Plus généralement, la région de l'espace couverte par le champ de vue Cl comprend au moins le satellite distant 1, 2.

On a représenté le satellite 1, 2 équipé de la source d'émission lumineuse 61 permettant la transmission de données à un autre satellite 1, 2 par la commande de son émission lumineuse.

Bien entendu, chaque faces 50 de la plate-forme principale 5 peut comprendre une telle source d'émission lumineuse 61.

A la figure 2, on a représenté le principe de fonctionnement de l'invention pouvant être employé indépendamment d'une application spatiale.

Tel qu'illustré à la figure 2, pour établir une communication optique entre une source d'émission lumineuse 61 et un récepteur de communication 60 formé par une caméra 60a conforme à l'invention, un signal informationnel 100 est transformé par un contrôleur de communication 64 de type modulateur contrôlant l'émission du faisceau émis par la source d'émission lumineuse 61. Le faisceau émis correspond au signal utile de communication représentatif du signal informationnel. Le signal utile de communication est alors émis dans le champ de transmission C2 de la source d'émission lumineuse 61.

La caméra 60a observe un espace comprenant la source d'émission lumineuse distante. Plus particulièrement, la caméra 60a observe par son champ de vue un espace contenant le champ de transmission C2 de la source lumineuse distante 61.

On comprendra que le champ de vue de la caméra 60a est observé par une optique 60al de la caméra 60a.

Une telle source d'émission lumineuse 61 est avantageusement contrôlée par un contrôleur de communication lumineux 64.

Le champ de vue Cl observé par la caméra est alors mis en image pixélisée par l'intermédiaire d'un détecteur matriciel 60a2 de la caméra 60a.

La caméra 60al peut alors identifier, par l'intermédiaire du détecteur matriciel 60a2, en tout point de l'espace qu'elle observe le signal utile de communication.

Lorsque ce signal utile de communication est identifié, les images de ce signal utile de communication sont alors successivement acquises et transmises à l'unité d'acquisition et de traitement 62. L'unité d'acquisition et de traitement 62 traite alors les images acquises pour restituer le signal informationnel 100.

Dans la suite de la description, il sera détaillé, en se référant entre autres aux figures 3 et 4, un procédé de communication mis en œuvre par un récepteur de communication 60 selon l'invention.

On va maintenant décrire un premier mode de réalisation du procédé de l'invention en se référant aux figures 3 et 4.

Dans une première étape de ce procédé, on estime la trajectoire de l'image du signal utile de communication émis par la source d'émission lumineuse 61 distante 61 sur un détecteur matriciel 60a2 du récepteur de communication 60, l'estimation de la trajectoire étant fonction du temps.

Cette estimation de la trajectoire est déterminée en exploitant préférentiellement le champ de vue Cl entier du détecteur matriciel 60a2. Le champ de vue Cl entier du détecteur matriciel 60a2 permet d'exploiter chacun des pixels d'une matrice M du détecteur matriciel 60a2 représentée en figure 3. De façon non limitative, la matrice M forme par une matrice de 1000 pixels par 1000 pixels délimitée par les pixels de coordonnées (0,0), 1000,0) selon un axe horizontal X et par les coordonnées (1000, 0), (1000,1000) selon un axe vertical Y.

Les données utilisées pour estimer la trajectoire de l'image du signal utile de communication en fonction du temps peuvent être calculées sur la base, par exemple, des données d'orbitographie.

Dans une deuxième étape de ce procédé, on identifie une zone limitée de pixels ZI sur laquelle est reçue l'image du signal utile de communication émis par la source d'émission lumineuse distante.

Tel que représenté, la zone limitée de pixels ZI est formée de 6 pixels compris dans les pixels de coordonnées 725 à 726 selon l'axe horizontal X et de coordonnées 264 à 266 selon l'axe vertical Y. L'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse 61 est comprise dans un pixel de coordonnées (725, 266).

La zone limitée de pixels ZI est préférentiellement élargie aux pixels qui entoure l'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse 61 distante, ceci afin de s'assurer que celle-ci soit contenue dans la zone limitée de pixels Zl.

L'identification de la zone limitée de pixels Zl permet de restreindre le champ de vue du détecteur matriciel 60a2 en vue d'augmenter la cadence d'acquisition des images de cette zone limitée de pixels comprenant l'image du signal utile de communication de ladite source d'émission lumineuse 61 distante.

A cet effet, une troisième étape de ce procédé consiste à acquérir une série d'images matricielles limitées à cette zone limitée de pixels Zl comprenant l'image du signal utile de communication de ladite source d'émission lumineuse 61.

Le détecteur matriciel ou la caméra 60al d'image matricielle peut avantageusement transmettre à l'unité d'acquisition et de traitement d'image 62 ladite série d'images matricielles correspondant à la zone limitée de pixels Zl, ici une partie d'une plate-forme principale 5 comprenant ladite source d'émission lumineuse 61 émise.

Dans une quatrième étape, on identifie par traitement de ladite série d'images matricielles une séquence du signal utile de communication émis par la source d'émission lumineuse 61 distante correspondant à une séquence de données transmise par un engin distant portant la source d'émission lumineuse 61 distante.

L'étape d'indentification par traitement revient à démoduler l'image du signal utile de communication reçu et restituer un train de bits informationnels. On va maintenant décrire un deuxième mode de réalisation du procédé de l'invention en se référant également aux figures 3 et 4.

Selon une variante de réalisation du procédé de communication décrit précédemment, préalablement à l'étape d'estimation de la trajectoire de l'image du signal utile de communication, le procédé peut comprendre les étapes supplémentaires décrit ci-après.

Dans une étape antérieure, on acquiert une image matricielle.

Dans cette étape antérieure, l'image matricielle est acquise en utilisant préférentiellement le champ de vue entier du détecteur matriciel 60a2 ou pleine matrice. Le champ de vue entier du détecteur matriciel 60a2 permet d'exploiter chacun des pixels de la matrice représentée. Dans l'exemple illustré, ladite image acquise est par conséquent de dimension de 1000 pixels par 1000 pixels et correspond aux dimensions de la matrice M représentée à la figure 3.

Puis, dans une étape successive, on analyse ladite image matricielle en vue d'identifier une forme ou un motif prédéterminé correspondant à l'engin distant 1, 2 comprenant la source d'émission lumineuse 61 distante, l'identification de cette forme ou motif permet en partie ou pleinement une estimation de la trajectoire de l'image du signal utile de communication de la source d'émission lumineuse 61 distante sur un détecteur matriciel 60a2 du récepteur de communication 60, l'estimation de la trajectoire étant fonction du temps.

Tel que représenté, la forme de l'engin distant 1, 2 identifiée est délimitée horizontalement entre les pixels de coordonnées (259, 719) et (259, 730) et verticalement par les pixels de coordonnées (259, 730) et (279, 730).

La forme identifiée correspond à une plate-forme principale 5 de l'engin distant 1, 2 portant la source d'émission lumineuse 61.

Successivement à cette étape d'analyse de ladite image matricielle permettant d'identifier la forme ou le motif prédéterminé correspondant à l'engin distant 1, 2, il est possible de réaliser les étapes du premier mode de réalisation du procédé décrit ci-dessus.

Selon une série de caractéristiques pouvant être prises seules ou en combinaison les unes avec les autres, la caméra 60al d'image matricielle peut, par exemple, comprendre:

une matrice CMOS de 1000 pixels par 1000 pixels, chaque pixel étant constitué d'une photodiode,

- chaque photodiode de chaque pixel fonctionne en mode d'intégration puis transfert des charges et conversion charge-tension pour stockage de la tension dans un nœud mémoire situé dans le pixel disponible pour lecture séquentielle pendant l'intégration de l'image suivante,

une programmation de lecture de zones d'intérêt définies par le nombre de pixels en lignes et de pixels colonnes lues et les adresses de début de lecture de lignes et de colonnes,

une durée de lecture reliée au nombre de lignes N üg et au nombre de colonnes iV coi par la relation :

Duréei ecture — A + N Uq x (B + C x N coi )

, conduisant à une cadence de lecture pleine matrice M de 1000 pixels par 1000 pixels d'au moins 100 images/secondes et une cadence de lecture accélérée d'une zone limitée de pixels de la matrice M de 10 x 10 pixels à au moins 100 000 images/secondes, A, B, C étant des valeurs prédéterminées connues relatives à la caméra.

- - temps d'intégration programmable,

- - temps d'intégration minimum inférieur à 10 ps,

- - bruit de lecture inférieur à 50 e- RMS,

- - rendement quantique supérieur à 0,35 à la longueur d'onde d'émission de la source d'émission lumineuse.

Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. En particulier, toutes les variantes et modes de réalisation décrits précédemment sont combinables entre eux.