Brevet FR2334079A1 — publié le 19770701

La présente invention concerne le guidage nocturne d'engins autopropulsés, en particulier d'engins dirigés, depuis un poste directeur de commande sur un but mobile ou non. Be guidage diurne de tels engins est bien connu. C'est un guidage indirect par alignement sur un axe défini optiquement par le réticule d1une lunette de visée dont la croisée est maintenue, par 11 observateur situé au poste de commande, en coincidenee avec le but. les écarts angulaires de l'engin par rapport à l'axe optique ainsi défini sont délivrés à l'observateur au moyen d'un dispositif optique de goniométrie infrarouge détectant la source infrarouge, appelée traceur, portée par l'engin, 11 ensemble constitué par la lunette de visée diurne et le goniomètre infrarouge étant appelé localisateur infrarouge. le système de guidage diurne est conçu de telle manière que l'écart entre les axes optiques de la lunette de visée et du goniomètre soit faible en regard de la précision de guidage recherché, c'est-à-dire inférieur à 0,1 mrd. L'axe optique du goniomètre fait avec la ligne de visée un angle inférieur à 0,1 mrd grace à un accouplement mécanique satis faisant et à un réglage optique effectué en usine. Pour l'utilisation nocturne de tels dispositifs il est nécessaire d'adjoindre au système de guidage diurne un système d'observation nocturne du type système à imagerie thermique dont l'axe optique est défini également psr une croisée de réticule. te guidage de l'engin est assuré dès que I'axe optique de la lunette thermique se confond avec l'ase optique du goniomètre. Une telle lunette thermique comporte, par exemple, une mosaSque linéaire de détecteurs élémentaires infrarouge, appelée barrette de détecteurs élémentares infrarouges, aoeociée à un dispositif de balayage mécanique selon un ou deux axes rectangulaires, ou bien une mosaïque matricielle de détecteurs élémentaires. Cependant les techniques d'assemblage mécanique ne permettent pas de garantir sans réglage la coincidence de l'axe optique d'une telle lunette nocturne avec l'axe optique du goniomètre; ce réglage initial serait d'ailleurs instable en raison de l'élasticité des liaisons mécaniques. l'angle compris entre ces deux axes représente la précision de réglage mécanique d'une telle lunette nocturne. l'objet de l'invention est de réduire la valeur constatée de cet angle jusqu'à l'annuler, c'est-à-aire d'harmoniser l'axe optique de la limite thermique avec les axes optiques de la lunette de visée diurne et du goniomètre auxquels elle est liée rigidement, l'har monisation étant réalisée automatiquement après le départ de 1'en- gain. Â cet effet l'invention a pour objet un dispositif comprenant une lunette de visée diurne et un goniomètre infrarouge, l'ensemble étant appelé localisateur, repérant une source infrarouge portée par l'engin et une lunette thermique de vision nocturne, dispositif caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un calculateur agencé pour recevoir par l'intermédiaire des moyens de mise en mémoire,d'amplificateur et de traitement, d'une part les signaux fournis par le localisateur et indicatifs de la position de l'engin par rapport à l'axe optique du dit localisateur, et d'autre part, les signaux fournis par la lunette thermique et indicatifs de la position de l'engin par rapport à l'axe optiqUe de la dite lunette thermique, le dit calculateur étant agencé pour fournir au disposi- ti9 de visualisation associé à la dite lunette thermique des signaux représentatifs de la différence entre les signaux reçus respectivement du localisateur et de la lunette thermique. Pour les lunettes de vision nocturne connues, capables de fournir une image très contrastée du but et de son environnement, le traceur pyrotechnique porté par 11 engin ne constitue pas un émetteur de rayonnement infrarouge suffisamment contrasté, pour pouvoir titre repéré avec la précision nécessaire. Aussi pour pallier cet inconvénient, selon l'invention, le dispositif détecteur de la lunette thermique se compose avantageusement d'un premier détecteur infrarouge particulièrement sensible au do maine spectral d'émission infrarouge du but et de son environnement, d'un deuxième détecteur infrarouge associé au premier dans le plan focal de la dite lunette thermique, ledit deuxième détecteur étant particulièrement sensible au domaine spectral d'émission infrarouge de l'engin, et du dispositif de visualisation infrarouge. Les deux détecteurs ou mosalques de détecteurs peuvent être associés de diverses manières : par superposition, par juxtaposition ou encore ils peuvent être insérés dans deux cryostats différents. le balayage peut dtre réalisé au moyen d'un miroir animé d'un mouvement oscillant ou au moyen d'un prisme en rotation autour d'un axe permettant le balayage horizontal des détecteurs. lorsque les deux détecteurs sont isolés dans deux cryostats différents, il est possible de prévoir dellx dispositifs de balayage distincts. le réglage automatique du dispositif selon l'invention peut être assuré par un procédé > également objet de l'invention,et qui consiste à détecter simultanément la position de l'engin repéré au moins une fois, peu après son lancement, d'une part, par le goniomètre et, d'autre part, par une lunette, infrarouge sensible simul- tanément à l'engin et & but > et à aligner ou harmoniser les axes optiques du localisateur et ae la lunette infrarouge en appliquant les tensions électriques, représentant les différences des coordonnées de l'engin dans les deux systèmes de détection, à un dispositif de visualisation représentant L'image thermique et la croisée de réticule, les dites tensions modifiant la position relative de la croisée et de la dite image thermique. le dispositif de visualisation peut btre un tube cathodique, auquel cas les dites tensions sont applqouées aux plaques ou aux bobines de déviation horizontales et verticales. On voit que l'invention permet d'adjoindre une lunette de vision nocturne à un ensemble localisteur et lunette de visée diurne déjà existant de façon très simple, au moyen de trois points de fi xation mécanique. Elle permet une analyse ponctuelle du champ de vision tout en réalisant une mesure précise des écarts angulaires d'un engin repéré par un traceur pyrotechnique. le procédé d'harmonisation des lunettes permet une correction électrique quasi instantanée sans intervention humaine. Il ne nécessite pas de gros moyens de mise en oeuvre. le temps de réponse et la précision le ren-ent particulièrement efficace.D'autres avanta- ges et simplifications apparaitront à la lecture de 1s description suivante faite en se référent au dessin annexé sur lequel : - la fig. 1 représente les positions relatives des axes optiques des 3 viseurs (mis à la disposition de ltobservateur) - la fig. 2 est un schéma-bloc de la lunette thermique selon l'invention ; - la fig. 3 est une vue de face des détecteurs de la lunette de la fig. 2 dans une première forme de réalisation ; - la fig. 4 représente les positions relatives des trois réticules des viseurs avant l'harmonisation de leurs axes optiques; - les figs. 5 et 6 représentent des variantes de réalisation des détecteurs de la fig. 2. Comme on le voit sur la fig. 1, l'observateur Â vise le but B au moyen de la lunette de visée diurne. L'axe optique At du goniomètre fait > avec la ligne de visée,un angle a inférieur à 0,1 mrd, grâce à un accouplement mécanique satisfaisant et à un régl-tge optique effectué en usine. AT est I'axe optique de la lunette thermique qui est adjointe, selon l'invention, au système de guidage diurne. L'angle P représente la précision de réglage mécanique du montage de cette lunette thermique. Comme on le voit sur la fig. 2, on dispose dans le plan focal de la lentille 1 de la lunette thermique, constituant le système de vision nocturne, une barrette de détecteurs élémentaires dont la sensibilité est centrée sur le domaine spectral 3 à 5 ou 8 à 12c, La barrette peut être remplacée par une mosaïque de détecteurs élémentaires de mdme sensibilité oorrespondant au domaine d'émission infrarouge du but B et de son environnement.On dispose selon l'invention dans le ndme plan focal de la lentille I une monarque 4 de détecteurs ou encore une seconde barrette 4 de détecteurs infrarouges dont la sensibilité est centrée sur les longueurs d'onde 1,5Sç à 2,5pu,domaine dans lequel le rayonnement du traceur P de l'engin présente un contraste maximum. Ces deux détecteurs 3 et 4 ou mosaïques de détecteurs peuvent Btre associés de diverses manières ainsi qu'il sera précisé ultérieurement. Ils peuvent être juxta- posés (fig. 3) ou superposés (fig. 5) ou décalés dans le plan focal (fig. 6).Un dispositif 2 de balayage horizontal suivant O'X est prévu en avant des détecteurs 3 et 4 afin de balayer le champ de vision nocturne dans le cas où les détecteurs 3 et 4 sont de simples barrettes. Ce dispositif 2 de balayage peut être un miroir plan animé d'un mouvement oscillant au moyen d'un moteur. Il se déplace alors autour d'un axe parallèle à la direction O'Y formée par les barrettes détectrices. Le dispositif 2 de balayage peut encore etre formé par un prisme droit en rotation autour d'un axe parallèle à O'Y. Tout autre procédé de balayage peut permettre une vision du champ suivant la direction O'I au moyen de la même barrette de détecteurs. Le dispositif 2 pourrait aussi titre plaoé en avant de la lentille 1. La face sensible de chaque détecteur élémentaire de la barrette 3 est formée d'un petit carré de 0,25 mrd de côté. Si la barrette est constituée de 50 détecteurs espacés de 0,25 mrd, le champ de vision du système de vision nocturne est alors de 25 mrd suivant l'axe O'Y. Le dispositif de balayage 2 peut être adapté pour réaliser un balayage d'une image constituée de deux trames entrelacées de 50 lignes. Il suffit de lire la deuxième traie au moyen de la mdme colonne de 50 détecteurs élémentaires après avoir décalé le faisceau incident d'un angle convenable par tout moyen approprié. Le champ de vision correspondant à un détecteur 3 est alors de 25 mrd x 25 mrd. Au vois nage du centre de la barrette 3 de détecteurs de vision nocturne, sur le même substrat, on a juxtaposé une barrette 4 de détecteurs élémentaires sensibles au rayonnement de longueurs d'ondes 1,5* à 2,5. L'angle ss, de la fig. 1, d'écartement angulaire initial au montage des axes optiques est assez faible pour se contenter d'une barrette formée de 16 détecteurs élémentaires se présentant sous la forme de netits carrés de 0,12 mrd de c3té- et situés deux par deux, à c8té de chaque détecteur élémentaire de la première barrette 3. La fig. 3 précise l'organisation des deux barrettes.Au moyen du balayage horizontal on assure ainsi la détection de l'engin au centre du champ de vision nocturne en réalisant une image constituée de deux trames entrelacées de 16 lignes dans un domaine de 4 mrd en olY et 25 mrd en 0'X. La barrette 4 de détec teurs élémentaires composés de 16 éléments sensibles-de 1,5 a 2,5 procurera les écarts angulaires du traceur pyrométrique de l'engin au voisinage du centre du champ de vision nocturne, avec~une précision en X et Y, de l'ordre de C,06 mrd, puisqu'on peut discerner deux éléments distants de 0,12 mrd. La barrette 4 peut titre réalisée an moyen de détecteurs en HgCdTe ou InAs ou en PbS par exemple. La fig. 4 illustre le repérage de l'engin (P) au moyen des différents réticules avant d'avoir réalisé l'opération d'harmonisation selon l'invention. Ainsi l'engin P (fig. 4) présente des coordonnées y2 et x2 dans le système (T) de repérage donné par le réticule de la lunette therraique, d'axes O'Y et O'I. Les grandeurs (x2, y2) sont détectées à un instant donné t0 postérieur au départ de l'engin mais ce temps est choisi bref. Ce temps t0 correspond, par exemple, à une distance parcourue par l'engin de l'ordre de 200 m. Conformément à la fig. 2, ces grandeurs sont transmises à un dispositif?5 électronique de mise en mémoire dtanplification et de traitement de signaux, adapté aux détecteurs de l'invention.Enfin les grandeurs (x2 y2) ainsi traitées sont mises en mémoire afin de réaliser dans le dispositif 6 les calculs d' écartométrie X = x2 - x1 Y = y2 - y1 où (x1, y1) sont les coordonnées de l'engin délivrées par le goniomètre donc mesurées par rapport au réticule (L) du goniomètre (voir fig. 4). Les grandeurs (x1, y1) ont été détectées au :aArie instant t0 que les grandeurs (x2, y2) et fournies au calculateur par l'intermédiaire d'un dispositif électronique 7 de mise en mémoire,amplification et traitement.Le dispositif 6 délivre alors les correc- tions (X, Y) aux bobInes ou aux plaques de déviation d'un tube cathodique 8 sous forme de tensions électriques. L'axe de visée nocturne est matérialisé par une croisée liée, par exemple, au centre de l'écran du tube cathodique 8 de visualisation, observé à travers un oculaire. Par rapport à cette croisée, l'image nocturne peut entre positionnée au moyen des tensions électriques de cadrage appliqués suivant l'axe horizontal 0'X et vertical 0'Y. Une correction quasi instantanée et automatique permet d'harmoniser les axes optiques du localisateur et de la lunette thermique en appliquant les tensions X et Y de correction au tube cathodique 8.Cette harmonisation peut être effectuée à chaque tir d'engin, soit une seule fois au temps to, soit de façon continue en temps réel pendant l'opération de guidage de l'engin. Le dispositif de vision nocturne selon l'invention sera ainsi capable de fournir des écarts angulaires de l'engin par rapport à la croisée du réticule de vision nocturne avec une précision meilleure que 0,1 mrd. Le mode de réalisation représenté par les figs. 2 et 3, est relatif au cas où les deux détecteurs 7 et 4 sont juxtaposés. Les instants d'analyse du champ et de l'engin sont alors décalés d'une valeur connue dde à la faible distance des deux barrettes 3 et 4. Il est également possible de superposer les deux détecteurs 3 et 4, ainsi qu' il est représenté sur la fig. 5, en réalisant une première fenêtre optique transparente au rayonnernent de lon-ueur d'onde 3 à 5 ou 8 à 12 et elle-même de sensibilité centrée sur la fenêtre 1,5 à 2,5 . Les deux détecteurs S et 4 analysent le méme champ chaque instant, au moyen d'un système unique de concentration 1 et de balayage 2, comme il est représenté sur la fig. 2, les deux détecteurs sont fixés sur le même substrat et éventuellement insérés dans un même cryostat. Les deux détecteurs 3 et 4 peuvent encore, conformément à la fig. 6, être, si besoin, insérés dans deux cryostats distincts, ce qui implique que les trajets optiques soient partiellement séparés, par exemple au moyen de deux miroirs 9 ou d'une lame a faces parallèles. Ceci implique éventuellement qu'il existe deux dispositifs 2 et 2a de balayage. Le traitement des signaux issus des détecteurs s'effectue également en 5 afin de fournir, comme -il a été décrit précédemment, une mesure des écarts angulaires de l'engin par rapport à la croisée du réticule de vision nocturne. - R E V E N D I C A T I O N S 1.- Dispositif permettant le guidage nocturne d'engins autopropulsés comprenant une lunette de visée diurne et un goniomètre infrarouge, l'ensemble étant appelé localisateur, repérant une source infrarouge portée par 11 engin et une lunette thermique de vision nocturne, dispositif caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un calculateur agencé pour recevoir, par l'intermédiaire des moyens de mise en mémoire, d'amplification et de traitement, d'une part, les signaux fournis par le localisateur et indicatifs de la position de l'engin par rapport à l'axe optique du dit localisateur, et d'autre part, les signaux fournis par la position de l'engin par rapport à l'axe optique de la dite lunette thermique, le dit calculateur étant agencé pour fournir au dispositif de visualisatnon, associé å la dite lunette thermique, des signaux représentatifs de la différence entre les signaux reçus respectivement du localisateur et de la lunette thermique. 2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la lunette thermique comporte un premier détecteur infrarouge sensible au domaine spectral du rayonnement émis par le but et son environnement, un deuxième détecteur infrarouge associé au premier dans le plan focal de la lunette thermique, le dit deuxième détecteur étant sensible au domaine spectral de rayonnement émis par 3engin. 3. Dispositif selon l'une des revendic tions 1 ou 2, dans lequel le dispositif de visualisation est un tube cathodique, aux plaques ou aux bobines de déviation horizontales et verticales duquel sont appliquées les tensions X et Y. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le domaine'spectral du deuxième détecteur est 1,5à 2 5.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le deuxième détecteur est en IIgCdTe. 6.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le deuxième détecteur est en PbS. 7.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le deuxième détecteur est en InAs. 8.- Dispositif selon la revendicetion 2, caractc'-r'se' par le fait que le deuxième détecteur se présente sous la forme d'une mosaSque de détecteurs élémentaires. 9.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le deuxième détecteur se présente sous la forme d'une barrette de détecteurs élémentaires permettant une vision du champ dans une direction à laquelle on associe un balayage, suivant une direction directement perpendiculairesspar par un procédé connu en soi. 10.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le deuxième détecteur est associé au premier détecteur par une juxtaposition de leurs détecteurs élémentaires dans le plan focal de la lunette thermique. 11.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le deuxième détecteur est superposé au premier détecteur dans le plan focal de la lunette thermique. 12.- Dispositif selon la revend3cation 9, caracte'risé par le fait que la barrette est constituée de 50 détecteurs élémentaires carrés de 0,25 mrd de c8té, espacés de 0,25 mrd, réalisant une vision nocturne de 25 mrd suivant chacune des deux directions. 1 ispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier détecteur a un domaine spectral situé entre 3 et et 14.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier détecteur a un domaine spectral situé entre 8 et 12 15.- Procédé de réglage automatique du dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé par le fait que lton détecte simultanément la position de l'engin, au moins une fois peu après son lancement, d'une part, par le localisateur et, d'autre part, par la lunette thermique infrarouge et que l'on aligne les axes optiques du localisateur et de la lunette thermiquelpar par déplacement relatif de la croisée du réticule et du champ visualisé par le dispositif de visualisation associé à la lunette thermique1 en ap piquant au dit dispositif de visualisation les signaux fournis par le calculateur et représentatifs des différences des coordonnées de l'engin déterminées respectivement par le localisateur et la lunette infrarouge.