Brevet FR2368006A1 — publié le 19780512

La présente invention concerne un procédé de visée et de repérage, par rayonnement thermique, permettant principalement le guidage nocturne de missiles vers des cibles émettant un tel rayonnement. Elle concerne également ltobservation et la détection de cibles dans un champ d'nage ainsi que l'identification de ces cibles, la visée et le guidage de missiles dans un champ d'image circulaire essentiellement plus réduit. Les projectiles aériens actuels, tels que ceux du "type Milan-Hot", sont pratiquement inaptes au combat nocturne du fait que l'emploi d'un viseur actif infrarouge est exclut et que les intensificateurs d'images passifs de la seconde génération sont décontrastés par l'ensemble luminescent ou par le système propul-seur d'une fusée au point de rendre impossible une observation vidéo. L'installation de récepteurs "d'images thermiques", possible en principe, est très difficile du fait que ces appareils deviennent relativement lourds et volumineux pour les portées envisagées et provoqueraient un alourdissement inacceptable d'un projectile intercepteur. De plus, l'ajustement précis d'un viseur d'images thermiques à un appareil de repérage infrarouge incorporé au système de tir d'interception pour le guidage d'une fusée, n'est possible qu'avec difficulté. Conformément à l'invention, la représentation vidéo de 1' "émission thermique" d'une cible et de son environnement s'effectue au moyen d'un appareil d'exploration et de restitution "d'image thermique" dans la fenêtre II de l'atmosphère (3 à 5,5 p) ou dans la fenêtre III (8 à 14 p), cette représentation vidéo servant d'image de visée, et, simultanément, par exemple dans la fenêtre I (1,5 à 2,5 p), on détermine avec le même dispositif optique infrarouge les coordonnées de champ d'image du missile, utilisées ensuite pour amener ce dernier sur la ligne de mire. Cette façon de procéder est rendue possible par le fait que les missiles actuels portent un ensemble luminescent pyrotechnique dont la radiation maximale a une longueur d'onde d'environ 2 p. En outre, dans cette gamme spectrale, la radiation du système propulseur est très facile à repérer de nuit, et l'ensemble luminescent pyrotechnique peut être éliminé Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ensemble luminescent pyrotechnique pourrait être remplacé par un ensemble luminescent modulable dont la modulation serait formée, par exemple, de trains d'impulsions variant journellement. Si cette modulation est démodulée dans un appareil de repérage, on possède une caractéristique significative pour l'identification des missiles et la sécurité contre la destruction par les armes d'un adversaire en est augmentée. Il est possible de réaliser un dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention si, après analyse par lignes et balayage du plan de formation d'image proprement dit, l'énergie radiante totale est divisée, au moyen d'un diviseur de radiations, en deux plans d'image différents dans lesquels se trouvent les dispositifs détecteurs des diverses fenêtres. Ceci permet à l'un des dispositifs détecteurs, tels que celui travaillant dans la fenêtre II, de donner les signaux de représentation de l'image thermique et à l'autre dispositif détecteur de la fenêtre I, de donner les signaux des coordonnées de dérive du missile. D'après une autre caractéristique de l'invention, il est possible de se passer de diviseurs de radiations si les deux groupes de détecteurs, de longueur d'onde limite différente, sont disposés sur une base commune (un substrat) ; l'un des groupes de détecteurs servant à fournir l'image thermique et l'autre les coordonnées de dérive. La congruence des coordonnées de dérive et de l'image thermique qui n'est pas assurément, parfaitement géométrique dans les diverses positions des groupes de détecteurs, peut s'obtenir au moyen de circuits électriques de déphasage. I1 conviendra qu'un dispositif réfrigérant soit installé de façon à refroidir à leur température optimale les détecteurs nécessaires à la représentation de l'image thermique. Les détecteurs qui repèrent le missile nettement plus chaud, ne doivent pas normalement être refroidis aussi bas mais il se produit une diminution de leur rendement. La fabrication de ces séries de détecteurs mixtes est très simple si l'on utilise comme matériau constitutif du détecteur un cristal mixte dont la longueur d'onde limite est déplaçable par modification de sa composition. Un tel matériau est représenté par exemple par Egfl )Cdx dont la longueur d'onde limite peut passer de 0,5 à 14 p environ par modification de "x". Si l'on utilise pour l'exploration, le processus connu d'analyse polaire d'un champ d'image circulaire, ce processus est avantageux pour le repérage d'un missile du fait que la cadence d'information croit en direction du centre du champ d'image. I1 convient ici de constituer l'élément médian d'une série de cellules d'un matériau effectuant le repérage du missile, c'est-à-dire dont l'onde limite est c ~ 2,5 p tandis que les c éléments externes, d'une longueur d'onde limite de & c = 4,2 IL serviront à la représentation de l'image. L'avantage de l'analyse polaire pour la visée est que des cibles discernées sur les bords d'un champ d'image pourront être identifiées en son centre du fait de la "croissance de la résolution". En outre, dans une analyse polaire par la cellule médiane, l'emplacement du missile dans le champ dtimage pourra Qtre parfaitement déterminé d'après le rayon et l'angle et, s'il est nécessai- re, il sera possible d'effectuer, au moyen de circuits simples connus, une mutation électronique en coordonnées cartésiennes. Pour faciliter le repérage d'un missile sur les bords du champ d ' image sans utiliser pour cela un nombre de lignes inutilement élevé, l'invention propose de donner au détecteur médian de repérage de plus grandes dimensions qu'aux détecteurs d'images, les dimensions de ce premier détecteur déterminant le nombre de lignes en cas de grande densité d'occupation marginale. Par ailleurs les détecteurs d'images alignés cbte à côte devront avoir au moins la largeur du détecteur de repérage. Du fait de l'élimination de 1' élément médian de cellule pour la représentation image, il apparattra au centre de l'image une tache sombre proportionnelle à la largeur de cet élément. Cette tache pourra être utilisée comme moyen directeur électronique du fait qu'elle définit exactement la direction de la ligne de mire sur laquelle le missile est dirigé. D'autre part, le pu les détecteurs de repérage peuvent également être disposés en dehors de la série de détecteurs nécessaires à la "représentation thermique" de l'image. C'est ainsi qu'il peut être commode de disposer ces détecteurs perpendiculairement à celle-ci de façon que, lors d'une exploration radiale, le missile-soit capté plusieurs fois sur une ligne par ces éléments détecteurs pour augmenter la fiabilité du repérage. Si le missile est dirigé dans le centre de l'image, sa modulation éventuelle au cours du repérage sera également reçue de façon optimale du fait du train d ' impulsions élevé et un signal perturbateur non modulé pénétrant dans le champ d1 image n'aura aucune influence sur le guidage du missile. Pour un ensemble luminescent modulé, par exemple à base de diodes luminescentes, il peut y avoir avantage à utiliser des diodes laser irradiant (comme l'arséniure d'indium par exemple) sur une longueur d'onde de 3,8 IL. Dans ce cas la représentation d'image thermique s'effectuera au moyen de détecteurs dont l'onde limite dans la fenêtre III est comprise entre 10 et 12 p environ ; le repérage s'effectuant dans la fenêtre Il. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, relative à l'observation et la détection de cibles dans un champ d'image, la représentation vidéo pour cette observation et cette détection de cibles s'effectue en coordonnées cartésiennes tandis que la représentation vidéo pour l'identification d'une cible et la visée ainsi que le guidage d'un missile s'effectuent en coordonnées polaires. Une forme de réalisation relative à cette dernière carac téristique est décrite ci-aprèss en détail en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre, d'une façon schématique, un champ d'image polaire i et un champ d'image cartésien 2 ainsi que les mouvements d'analyse prévus dans cette variante - la figure 2 représente, en perspective, les éléments essentiels d'un dispositif conforme à cette variante. Un rayonnement infrarouge pénétrant par un objectif d'entrée 1 est réfléchi, par un miroir oscillant 2, sur un système de réversion 3 et concentré, par une lentille de transformation 4 connue en soi, sur un prisme de déviation 5 à section polygonale. Be faisceau infrarouge parvient ensuite à un système détecteur 8 grtce à un miroir déviateur 6 et "une optique" de transformation 7. Une fois réalisée l'amplification des signaux électriques émis par le détecteur 8, ces signaux sont transformés en rayonnement optique visible par un système de diodes luminescentes 9 puis reprojetés sur le miroir déviateur oscillant 2 par "une optique de projection 10 et concentrés, par "une optique"de réversion 11, sur un prisme polygonal 12 qui produit la déviation des lignes. L'image est formée, par un prisme déviateur et "une optique" de projection 13, sur l'entrée d'un système de fibres optiques 14 qui permet à un pointeur d'observer par un oculaire 15. Conformément à l'invention, les optiques de réversion 3 et 11 sont mises en rotation sans jeu, par un système d'entratnement commun ; de même, les polygones 5 et 12 sont mis en rotation sur un axe commun par un système d'entratnement commun. Bes dispositions précitées assurent une synchronisation absolue entre la restitution et l'analyse de la réception ; le miroir de réflexion oscillant 2 servant à la fois au canal optique infrarouge et au canal de restitution optique visible. Conformément à l'invention, le miroir 2 effectue un mouvement oscillant "en dents de scie" pour la représentation en coordonnées cartésiennes et produit ainsi la déviation horizontale du faisceau. Dans ce cas, les deux optiques de réversion sont fixes et tournent de 450, produisant une rotation de l'image de 900, de sorte que les polygones 5 et 12 produisent, en tournant, une analyse horizontale. Dans l'analyse polaire, le miroir 2 est fixe et les optiques de réversion 3 ou Il tournent à une vitesse de rotation correspondant à la moitié de la fréquence-image, de sorte que le diamètre de l'image polaire correspondra à la hauteur de l'image cartésienne. Mais il est également possible d'inclure dans le parcours des rayons des polygones d'autres dimensions par déplacement de l'axe portant les polygones 5 et 12, ce qui permet de modifier la déviation radiale dans l'image polaire. Selon un autre aspect de l'invention, la déviation horizontale doit, dans l'analyse cartésienne, Qtre nettement plus grande, soit trois à cinq fois plus grande, que la déviation verticale. L'avantage est de permettre à un pointeur observant un paysage de déceler des cibles pénétrant dans une bande horizontale large. Comme la résolution au centre de l'image polaire se forme, par ce fait, notoirement mieux que dans un champ d'image cartésien, une cible détectée est amenée au centre de l'image aux fins d'identification puis le dispositif est commuté sur le mode de fonctionnement "visée" c'est-à-dire sur l'analyse polaire. L'appareil devant être monté sur des viseurs diurnes existants, l'invention propose de présenter l'image formée à l'oeil du pointeur par l'intermédiaire d'un système de fibres optiques, des agrandissements différents étant établis pour le fonctionnement en "observation" et pour le fonctionnement en "viséè". Pour un système de fibres optiques de section rectangulaire, avantageux pour l'analyse cartésienne, l'invention propose de ne transmettre, pour "l'imagerie polaire", que la bande médiane de façon à séparer les parties supérieure et inférieure du champ d'image circulaire dans le mode de fonctionnement "visée et identification". Selon un autre aspect de l'invention, le système de fibres optiques est remplacé par un ou plusieurs tubes de prise de vue de télévision parcourus par le faisceau de restitution et donnant un signal normal de télévision observable sur un nombre quelconque de "moniteurs". Âvec ce procédé, il est évidemment possible également de représenter de façon connue la cible et l'arrière-plan par des couleurs différentes, la définition tant géométrique que thermique des divers canaux de couleurs pouvant être différente selon le but. REVENDI CÂI0N 1. Procédé de visée nocturne pour le guidage automatique d'un missile, caractérisé en ce que la représentation vidéo de l'émission thermique d'une cible et de son environnement s'effec ue dans la Fenêtre II de l'atmosphère (3 à 5,5 p) ou dans la fenêtre III (8 à 14 p) au moyen d'un appareil d'exploration et de restitu- tion d t image thermique connu en soi et que simultanément, par exemple dans la fenêtre I (1,5à 2,5 p) les coordonnées de champ d'image du missile sont déterminées au moyen du meme dispositif optique infrarouge, ces coordonnées de dérive servant à amener le missile sur la ligne de mire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le missile comporte un ensemble luminescent constitué de préférence par des diodes luminescentes, de modulation variable de façon que la modulation détectée par l'appareil de repérage constitue une caractéristique significative pour l'identification du missile à guider. 3. Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce qu'il comporte un diviseur de radiations assurant, après analyse de lignes et d'image, une répartition de l'énergie radiante, totale, instantanée, entre deux dispositifs détecteurs dont l'un engendre les signaux de représentation d' image thermique et l'autre les signaux de repérage du missile. 4. Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux groupes d'éléments détecteurs de longueur tonde limite différentes sont disposés sur un substrat commun ; l'un des groupes servant à engendrer l'image thermique et l'autre groupe à engendrer les coordonnées de dérive. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le substrat portant les deux groupes détecteurs est refroidi, par' un dispositif réfrigérant, à la température optimale pour le groupe détecteur de représentation d'image thermique. 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que les éléments détecteurs sont constitués par un cristal mixte dont on peut faire varier la longueur d'onde limite par modification de sa composition. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il applique une analyse polaire connue en soi et que, dans une série de cellules comportant de préférence un nombre impair d'éléments, l'élément médian est disposé et utilisé pour le repérage du missile et les éléments externes sont disposés et utilisés pour la représentation d'image thermique. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément médian de la série de cellules servant au repérage du missile a des dimensions supérieures à celles des éléments externes. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il utilise une analyse polaire connue en soi, et qu'il comporte, disposées sur un substrat commun, une série de cellules pour l'analyse de 1' image thermique, et une série de cellules perpendiculaire à la première, pour le repérage du missile ; la longueur d'onde limite de chaque série de cellules étant appropriée au but propre de ladite série. 10. Procédé de visée nocturne pour le guidage automatique de missiles selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la représentation vidéo pour l'observation et la détection de la cible-s'effectue en coordonnées cartésiennes et que la représentation video pour l'identification de la cible et la visée ainsi que le guidage du missile s' effectue en coordonnées polaires. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, pour la représentation en coordonnées cartésiennes la déviation horizontale est produite par un miroir oscillant et que la déviation verticale est produite par un prisme polygonal, les optiques de réversion nécessaires à l'analyse polaire étant fixes et l'image étant déviée par elles de 900 par rapport au sens d'exploration du miroir déviateur. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que pour l'analyse polaire le miroir déviateur est maintenu en position médiane et que les éléments optiques produisant la rotation d'image tournent à la moitié de la fréquence d'image. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10, 11 ou 12, caractérisé en ce que, dans la formation de l'image cartésienne, la déviation horizontale est nettement plus grande, soit trois à cinq fois plus grande, que la déviation verticale. 14. Dispositif de mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 10, 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comporte un seul miroir déviateur, utilisé pour la prise de vue infrarouge et la restitution optique de façon à produire une synchronisation automatique dans le sens image lors de la restitution cartésienne. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le diamètre du champ d'image polaire est égal à la hauteur du champ d'image cartésien. 16. Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, applicable à la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la transmission d'image à l'oeil d'un observateur s'effectue par un système de fibres optiques à l'entrée duquel l'image cartésienne et l'image polaire sont formées suivant des agrandissements différents. 17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que le système de fibres optiques a une section rectangulaire complètement occupée par le champ d'image dans l'imagerie cartésienne mais sur le grand côté de laquelle se formera le diamètre du champ d'image dans l'imagerie polaire de façon à séparer les parties supérieure et inférieure du champ d'image circulaire pour la visée et l'identification. 18. Dispositif selon l'une des revendications 14 ou 15, applicable à la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la restitution optique visuelle s'effectue par des tubes de prise de vue de télévision donnant un signal vidéo normal et permettant la restitution vidéo en une ou plusieurs couleurs par des moniteurs de télévision connus. 19. Dispositif selon ltune quelconque des revendications 14, 15, 16, 17 ou 18, caractérisé en ce que l'image de l'arrièreplan est formée, de façon connue, en une autre couleur et avec une autre définition géométrique et; thermique que celle de la cible.