Brevet FR2077703A1 — publié le 19711105

La présente invention concerne des perfectionnements aux dispositifs de pointage optique automatique sur une cible lumineuse et s'applique à la réalisation d'un traqueur optique" permettant de conserver une cible lumineuse à l'intérieur d'un champ optique fin pouvant etre de quelques milliradians par exemple. Selon une application, qui ne doit pas être considérée comme limitative pour l'invention, un tel dispositif de pointage peut être utilisé pour conserver une cible aérienne centrée dans le champ d'un télémètre laser. I1 eSt entendu par cible lumineuse soit, une cible éclairée réfléchissante soit, une cible possédant un émetteur de lumière. Des solutions diverses sont appliquées dans les dispositifs connus appartenant à cette catégorie et elles mettent généralement en oeuvre un matériel opto-électronique complexe et utilisent,souvent, des détecteurs particuliers. Un dispositif de pointage conforme à ltinvention, peut être réalise sous une forme simple, comportant, un ensemble d'écartométrie et un ensemble d t élaboration des ordres de poursuite et des commandes de positionnenent. Selon une caractéristique de Irinvention, ltensemb-le opto- électrique d'écartométrie comporte, un disque en rotation associé à des photodétecteurs, et portant des zones transparentes délimitées de manière à produire d'une part, une modulation du signal lumineux reçu de la cible par hachage périodique lorsque la cible est située dans un champ spatial compris entre deux cônes coaxiaux déterminés, le cône interne définissant la zone de centrage de la cible, d'autre part, des signaux de référence qui déterminent une distribution sectorale de localisation dans ledit champ de mesure du dépointage. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent - la figure 1, un schéma du champ de réception, - la figure 2, un exemple de réalisation du disque de modulation, - la figure 3, des formes d'ondes relatives notamment au signal de cible détecté (3 a et b) et aux signaux de référence (3 c à f) obtenus avec un disque selon la figure 2, - la figure 4, une représentation de la distribution sectorale du plan d'un disque selon la figure 2, - la figure 5, un exemple de réalisation de l'ensemble traqueur utilisant un disque selon la figure 2. Un dispositif de pointage optique automatique sur une cible lumineuse, conforme à l'invention, permet de maintenir la cible mobile à l'intérieur d'un champ optique fin de réception consti- tué par un cône de faible ouverture. De manière plus précise, comme représenté sur la figure I, le dispositif de pointage sup posé en M est agencé pour produire des données d'écartométrie lorsque la cible C est localisée extérieurement au champ central Et et intérieurement au champ H2 englobant le précédent.Ces deux champs sont constitués par, des cornes de révolution coaxiaux et de sommet commun Ivl, les données dlécartométrie sont ensuite traitées pour permettre le pointage optique et la poursuite auto matique. lorsque la cible est interne au champ H1, elle se trouve centrée et il n'g a pas production de signaux de dépointage. le dispositif est généralement prélm pour traiter une cible lumineuse de caractéristiques prédéterminées, évoluant au delà dtune distance minimale D d'éloignement fiée à l'avance. A titre d > exem- ple ce dispositif peut être utilisé sur une cible évoluant au delà de- plusieurs centaines de mètres avec des valeurs de champ de + 2 mrd pour Et et + 10 mrd pour H2. le champ H2 peut notamment correspondre à ceux d'émission et de reception dans un cas d'application où le dispositif est associé à un télémètre laser éclairant la cible. Un dispositif de pointage conforme à l'invention utilise un disque particulier interposé sur le trajet optique et animé d'un mouvement de rotation uniforme. la description d'un tel disque à l'aide des figures 2 et suivantes permet de comprendre le fonctionnement de l'ensemble. la figure 2 a trait a un mode de réalisation qui ne doit pas eAtre considéré comme limitatif ainsi qu'il apparaîtra par la suite. le disque i tourne à vitesse angulaire constante autour de son axe passant par O suivant le sens indiqué par la flèche F .Il comporte une transparence centrale groupant une surface circulaire centrale A limitée par un cercle de rayon R1 et une surface B formée par la couronne limitée entre les cercles de rayons R2 et Ri moins l'aire occupée par un secteur opaque 11 dont la largeur, définie par la valeur de son angle au centre, est déterminée au préalable, le dispositif du pointage comporte un objectif optique placé en avant du disque sur le trajet optique de réception de manière à former l'image du champ observé sur le plan (ou à son voisinage) du disque, les cercles Ri, R2 correspondant respectivement aux cônes H1 et H2 de réception. Ainsi, l'image optique d'une cible C est traduite par un point(ou une zone ponctuelle) lumineuse.Un détecteur photosensible couvrant les surfaces A et B est placé en regard de cette zone à l'arrière du disque. lorsque la cible est positionnée dans la zone A, il n'y a pas-interruption de la réception, dans la zone B la réception est interrompue à chaque tour lors du passage du cache 11 à l'endroit de la cible. les figures 3a et 3b représentent des formes d'ondes correspondant à ces deux cas.On a supposé qutà ltorigine le signal lumineux est produit par un laser à impulsions et Que le signal reçu détecté est formé par un train d'impulsions. la modulation introduite par hachage périodique du signal se produit pendant une durée TM fonction de l'ouverture du secteur il et, à un instant qui dépend du positionnement angulaire de la cible. le repérage de la position du disque permet de définir une référence de mesure, il est effectué au moyen d'une piste de référence associé à des photodétecteurs. La piste de référence R est constituée par un secteur circulaire transparent d'angle d'ouverture déterminé, situé extérieurement aux zones A et B définies précédemment et présentant, de préférence, le meme axe de symétrie que la partie opaque 11. La piste est associée à une pluralité n d'ensemble répartis périphériquement et comprenant chacun, un photodétecteur ainsi qu'éventuellement, un projecteur de fente lumineuse. Ces ensembles sont décalés angulairement d'un angle 360 de l'un au suivant. n Dans le cas de réalisation envisagée il y a quatre lecteurs décalés de 900. La longueur de la piste circulaire est prévue d'une part pour obtenir à n'importe quel instant au moins um signal détecté et au plus deux signaux. L'ouverture angulaire de la liste R a donc une valeur comprise entre 360 et n 2. = . On montre aisément qu'il en résulte une définition spatiale de l'aire du disque en acteurs dont le nombre total est égal à 2 n ; ces secteurs sont égaux lorsque l'ouverture angulaire précitée est choisie égale à 1, 5 fois celle séparant les détecteurs. A chaque secteur correspond un signal (ou deux signaux) détecté par un (ou deux) détecteur déterminé 10.La figure 4 montre la répartition de ces secteurs, la piste R ayant une ouverture angulaire de 135 et la référence de positionnement considérée étant l'axe de symétrie # de la piste. le tableau ci-dessous indique la répartition des signaux détectés selon le secteur considéré, un signal étant indiqué par 1 ou O selon sa présence ou son absence en sortie du détecteur Signal détecté par :: Secter D1 D2 D3 D4 S1 1 0 0 0 S2 1 1 0 0 S3 0 1 0 0 53 , O 1 O O S4 O 1 1 0 s5 c o 1 O S6 O O 1 1 57 O O O o S8 1 0 0 1 S8 1 0 0 1 Les courbes 3c à 3f montrent par ailleurs, les formes d'ondes correspondant à ces signaux qui sont délivrés successivement par les éléments D1 à D4 au cours de chaque rotation. Dans un exemple particulier de réalisation envisagé et représenté sur la figure 5, les circuits d'écartométrie et de poursuite sont très simples et permettent d'obtenir par commande digitale de moteurs pas à pas la correction du dépointage éventuel de la cible. Un moteur 12 est utilisé pour commander une correction de positionnement en site et un autre moteur il pour le gisement. Chaque moteur possède deux connexions correspondant chacun à un sens de rotation.Les connexions correspondent pour le moteur site l'une, à un déplacement de haut en bas, l'åutre de bas en haut et dans le cas du moteur gisement, de gauche à droite pour l'une et inversement de droite à gauche pour l'autre. Lors d'un dépointage, le signal modulé fourni par le détecteur de champ D5 est appliqué à un circuit de validation groupant un circuit horloge 9 et un circuit de comptage 4 de manière à produire un signal de validation impulsionnel correspondant à la référence de positionnement n envisagée.Ce signal est représenté sur la figure 3 g. les signaux provenant des détecteurs t à D4 sont respectivement appliqués à quatre circuits portes "ET" 5 à 8 recevant par leur seconde entrée le signal de validation. les serties de ces circuits ET sont connectées aux circuits 9 et 10 élaborant les signaux d'alimentation des moteurs 1 et 12. Dans cet exemple, les moteurs contrôlent le positionnement d'un dispositif déflecteur optique groupant deux miroirs plans réfléchissants agissant lfun en site, l'autre en gisement. L'objectif optique 2 met au point l'image du champ observé sur le plan du disque.Le moteur 15 et le pignon 16 symbolisent l'entrainement en rotation du disque. Il est entendu que le montage décrit à l'aide de la filtre 5 n'est pas limitatif. Le déflecteur optique peut être construit à l'aide d'un seul miroir mobile autour de deux axes. Dans une autre version, les moteurs peuvent commander directement le positionnement en site et en gisement du traqueur monté sur IMie tourelle. Ltélément 17 symbolise U11 circuit d'exploitation annexe recevant le signal utile du détecteur D5 tel le circuit récepteur d'un télémètre. Des éléments annexes non figurés tel un filtre optique placé dans le champ de réception, des projecteurs de fente lumineuses en regard des détecteurs de positionnement, peuvent être incorporés au montage. L'ouverture angulaire du secteur de modulation 11 est déterminée au -Uoréalable selon le cas d'application envisagé. Dans l'exemple figuré l'angle au centre de ce secteur est du meme ordre de grandeur que le décalage entre lecteurs de manière à introduire une durée T11 voisine d'un quart de période correspondant à un certain nombre d'impulsions émises.Il peut sistre envisagé, dans le cadre d'autres applications, un secteur Il de très faible an le au centre, le signal de modulation pouvant être alors directement utilisé comme signal de validation après inversion. D'une manière généralisée, le dispositif comporte n détecteurs de positionnement décalés angulairement de E et un secteur de cercle transparent d'angle au centre égal à 1,5 fois cette valeur pour obtenir une répartftion spatiale en 2n secteurs eaux. Dans une application où le dispositif de poursuite est asso cié à un télémètre optique à impulsions, le détecteur de champ peut être commun et constitué par exemple d'un photomultiplicatour, la cible étant éclairée par un laser à impulsions ou une source de lumière équivalente la description qui précède a été donnée à titre d'exemple non limitatif, il est entendu que toute variante de réalisation conforme aux caractéristiques décrites est incluse dans l'inven tion, REVENDICATIONS 1. Dispositif de pointage optique automatique sur une cible lumineuse dit "traqueurt', comportant un ensemble opto-électrique d'écartométrie et un ensemble d'élaboration d'ordres de poursuite et de commandes de positionnement, caractérisé en ce que l'ensemble d'écartométrie comprend, un objectif optique (2) formant l'image du champ d'observation sur le (ou au voisinage du) plan d'un disque (1) entraîné en rotation uniforme, le disque étant transparent dans une zone circulaire correspondant au champ a l'exception d'un secteur opaque (11) tronqué vers le centre et, opaque extérieurement à cette zone à l'exception d'un secteur de cercle transparent dit piste de référence; un détecteur photosensible associé au disque dans la zone de champ; une pluralité n de détecteurs photosensibles ou "lecteurs" en regard e la piste de référence et décalés angulaîrement de 3600 LO l'un au 360' suivant, la piste ayant un angle au centre de 1,5 x 360 ; des circuits d'écartométrie élaborant la donnée d'écartométrie a partir du signal détecté dans la zone de champ t des signaux de lecture qui permettent de localiser angulairement la cible 360 à près. 2n pros. 2. Traqueur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les lecteurs sont au nombre de quatre, pertant de définir une position angulaire ' 450 pros. 3. Traqueur optique selon la revendication 1 ou 2 , caractérisé en ce que la piste de référence et le secteur opaque on le memo axe dç symétrie. 4. Traqueur ontique selon la revendication 1 ou 3 caractérisé en ce qe un circuit de validation produit à partir du signal de champ détecté, lorsque celui-ci est modulé, une impulsion dite signal de validation. 5. Traqueur optique selon les revendications 2, 3 et 4 caractérisé en ce ce le signal de validation est délivré à un instant ccrrospondant au passage do l'axe de symétrie du secteur opaque sur l'image de la cible dans la zone de champ, ledit signal étant appliqué à 4 circuits portes "ET" recevant-respectivement chacune un signal de lecture. 6. Traqueur optique selon la revendication 5, caractérisé en ce que les signaux de lecture validés en sortie des circuits portes sont utilisés pour commander deux moteurs pas à pas utilisé l'un en site, l'autre en gisement 7. Traqueur optique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moteurs agissent sur des organes mécaniques de posi tionnement en site et gisement de ensemble traqueur. 8. Traqueur optique selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moteurs agissent sur un déflecteur optique placé en amont de l'objectif de mise au point.