Brevet FR2419497A1 — publié le 19791005

La présente invention concerne un dispositif de pointage par système optique, plus spécialement destiné à équ-- per une tourelle portant des armssol-air de petit ou moyen calibre pour la défense antiaérienne et associée à un véhicule automoteur. Le pointage optique de cibles, notamment aériennes, mobiles à vitesses élevées à partir d'engins automoteurs, pose toujours un certain nombre de problèmes notamment au niveau de la recherche et de l'acquisition d'un objectif , qui, habituellement, se fait en désignantune direction d'arrivée obtenue par un mayen extérieur. Une telle opération de recherche est largement facilitée par l'accroissement du champ de l'instrument de recherche même sur une désignation relativement imprécise.Dans le cas d'une télémétrie de la cible par faisceau laser on est conduit à accroitre l'angle de divergence de ce faisceau à l'émission, ce qui facilité, en effet, l'acquisition d'un écho même dans le cas dtun pointage moins précis, mais se traduit par un bilan de puissance moins favorable. I1 en résulte que pour ne pas perdre sur la portée utile surtout dans le cas de transparence atmosphérique médiocre, on est conduit à augmenter le diamètre de l'optique de réception de l'écho laser, et l'on se trouve alors immédiatement confronté avec un problème d'encombrement.Une solution à ce problème consiste à séparer complètement le viseur optique, qui peut être de faible dimension, du télémètre laser, qui peut alors être placé en un point quelconque de la tourelle, mais une telle disposition nécessite l'emploi entre l'optique du viseur et celle du télémètre laser, d'un dispositif de télécommande de bonne qualité, lequel, malgré sa bonne qualité, reste la partie la moins fiable de l'ensemble du dispositif. La présente invention permet d'éviter l'emploi d'une telle solution en fournissant un dispositif optique de pointage d'une cible mobile compact associé à la tourelle d'un véhicule automoteur, ne comportant pas entre le viseur et le télémètre laser de dispositif de télécommande et dans lequel l'optique du viseur et celle du télémètre laser ont une partie commune au niveau du déviateur des faisceaux. Le dispositif optique de pointage d'armes légères sol-air sur une cible mobile,selon l'invention, est du type coopérant avec une tourelle montée sur engin automoteur. Ce disposi tif est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte un organe d'émission d'un faisceau laser disposé entre les deux véhicules de redressement et de transport d'image dans le plan du diaphragme de l'oculaire d'un viseur optique de pointage visuel et dont il emprunte le chemin optique jusqu'à la cible, un miroir plan de réception de l'écho laser et des rayons optiques réfléchis par la cible, mobile en rotation autour d'une position moyenne dans laquelle il est incliné à 450 sur l'axe optique orthogonal à l'axe de la tourelle, d'un objectif de réception de l'écho laser aboutissant à une diode à avalanche et cons- titué par un miroir sphérique principal à face avant réfléchissante et un.miroir du type Mangin disposé en avant dudit miroir principal de meme axe optique lui faisant face, et formant une zone d'occultation des rayons de la zone centrale du faisceau réfléchi par la cible, un miroir plan fixe de faibles dimensions, disposé dans la zone d'occultation incliné à 450 sur l'axe optique de l'objectif de réception de l'écho laser commun au chemin optique dudit objectif et au chemin optique du viseur faisant face au miroir mobile et déviant dans le viseur optique la partie centrale du faisceau réfléchi par ledit miroir mobile, ce dernier étant, d'une part, mobile en rotation autour de l'axe optiquë de ltobjec- tif de réception de l'écho laser avec un débattement de valeur prédéterminée autour de sa position moyenne et d'autre part, autour d'un axe perpendiculaire à lfaxe optique et à l'axe de l'objectif du viseur avec un débattement de valeur prédéterminée, les angles caractérisant la direction de la cible actuelle étant obtenus par visée directe et introduits dans un calculateur fournissant par extrapolation la direction de la cible future, les données correspondantes étant transmises aux organes de téléco- mande de la tourelle pour l'obtention du gisement et de l'incli- naison du berceau de l'arme. De manière avantageuse et pour permettre au miroir plan oscillant de couvrir la totalité du champ parcouru par la cible aérienne quelle que soit sa trajectoire, ledit miroir plan oscillant commun aux chemins optiques de l'objectif de réception de l'écho laser et du viseur de pointage a un débattement de 900 autour de sa position moyenne dans sa rotation autour de l'axe optique de l'objectif de réception de l'écho laser et de + 150 milliradians autour de sa position moyenne dans sa rotation autour de l'axe perpendiculaire au précédent, l'entrainement en rotation autour de chacun des deux axes de rotation étant obtenu au moyen de deux moteurs d'asservissement et synchroniseurs indépendants l'un de l'autre et formant l'un le moteur synchroniseur de toit, 1' autre le moteur synchroniseur de balayage. De manière préférée l'optique comprise entre la pupille d'entrée du viseur optique et le premier véhicule inclus forme un système afocal de grossissement x 4 dans le sens inverse de celui de la lumière et ainsi le faisceau laser introduit entre les deux vésicules sort de la pupille d'entrée du viseur avec une divergence quatre fois plus grande que sa divergence à l'entrée. tes caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description faite ci-après, à titre d'exemplenonlimitatif, en regard du dessin annexé. Sur ce dessin, la figure unique représente une vue en coupe axiale du système optique de pointage selon l'invention. En se référant à cette figure unique : le dispositif selon l'invention est constitué par un moyen de réception de rayon laser constitué par un objectif comportant un miroir principal 1 qui est un miroir sphérique concave muni d'un orifice axial de passage du faisceau laser réfléchi et un miroir secondaire 2 de Mangin, également sphérique concave coaxial au premier et dont la concavite fait face à la concavité de celui-ci, ainsi qu'un miroir plan 3 incliné sur l'axe X-X commun aux miroirs concaves 1 et 2 qui forme leur axe optique et autour duquel il est rendu mobile par tout moyen connu approprié ci-après indiqué. La rotation que peut subir le miroir plan 3 autour de l'axe X-X est comprise entre 0 et 90 Q. Ce même miroir est également rendu mobile en rotation autour d'un axe Y-Y perpendiculaire à l'axe optique X-X et perpendiculaire également au plan de symétrie de l'ensemble du système optique et qui est le plan de figure. te débattement du miroir 3 autour de cet axe dans un sens comme dans l'autre a lieuà partird'une positionmoyenne, qui est celle dans laquelle il est incliné à 450 sur l'axe X-X et perpendiculaire au plan de symétrie du dispositif. Ce débattement est de préférence égal à 100 ou environ 150 milliradians de chaque côté de la position moyenne - mais il est clair qu'il peut se situer dans un éventail de valeurs, soit plus ouvert, soit plus fermé que dans le cas précité à titre d'exemple non limitatif. Ce meme miroir plan 3 constitue également, en raison de son inclinaison, sur l'axe optique X-X de l'objectif du récepteur ci-dessus décrit, le premier élément du système optique de pointage visuel de la cible. tes rayons lumineux issus de celle-ci sont réfléchis, d'une part sur le miroir 1 de l'objectif du récepteur, d'autre part, du moins en ce qui concerne la partie centrale du faisceau incident arrivant depuis la cible sur le miroir 3, sur un petit miroir plan 6 fixe incliné à 450 sur l'axe optique X-X placé contre le miroir secondaire 2 du récepteur. te miroir 6, qui peut d'ailleurs être remplacé par un prisme droit à rélexion totale, réfléchit à son tour la partie du faisceau incident précité qu'il reçoit, dans une direction orthogonale à celle de ltaxe X-X optique du récepteur et dans le sens opposé à celui de la cible, vers un objectif 7 formé de plusieurs lentilles et dit " à pupille avant", ladite pupille étant placée sur le miroir ou le prisme à réflexion totale- 6. L'objectif 7 est du type à pupille avant afin que la dimension du miroir ou du prisme à réflexion totale 6 n'excède pas la dimension du miroir 2 et de ce fait n'accroisse pas l'occulta- tion du miroir 1. On trouve ensuite un micromètre 7a puis un prisme 8-à cinq réflexions, du type connu sous.le nom de prisme de Pechan lié dans rapport 1 avec l'axe de rotation X-X-du miroir 2 plan pour compenser le déversement des images. te faisceau émergeant du prisme 8 est dévié à sa sortie par un prisme à réflexion totale 9, de 900 sur un premier véhicule 10, suivi d'un second vehicule 11 et enfin de l'occulaire 12. te faisceau d'émission du faisceau laser qui est un faisceau légèrement divergent,est introduit entre les deux véhicules en 13 par une lame à 450 convenablement traitée pour etre transparente pour le visible et réfléchissante pour la longueur d'onde du laser. Ainsi, l'ensemble optique ci-dessus décrit, constitue un télémètre de visée d'un objectif mobile comportant un dispositif d'émission d'un faisceau laser qui emprunte une partie du trajet optique du viseur optique formé par l'ensemble du miroir mobile 3, du prisme 6, de l'objectif à pupille avant 7 et du micromètre 7a de formation de l'image de la cible, du prisme de dérotation de Pechan, du prisme à réflexion totale 9, des véhicules 10 et 11 et de l'occulaire 12. Dans ce viseur, les caractéristiques de l'optique comprise entre la pupille d'entrée et le premier véhicule 10 inclus sont telles qu'elles forment un système afocal de grossissement égal à x 4 dans le sens inverse de celui de la lumière.Cette propriété peut ainsi être utilisée pour l'émission du faisceau laser ; en effet, en disposant le dispositif d'émission laser entre les deux véhicules 10 et 11, ledit faisceau laser sort par la pupille d'entrée du viseur avec une divergence égale à quatre fois celle qu'il avait à l'entrée. A L'exception du miroir plan oscillant 5 et du prisme de dérotation 8, ce viseur ne comprend que des éléments fixes. te télémètre comporte également un ensemble-récepteur de l'écho laser constitué par le miroir principal 1, ouvert à f/l, à face avant réfléchissante qui reçoit le faisceau réfléchi par le miroir oscillant 3 et par le miroir secondaire 2 du type Mangin au foyer duquel se trouve un trou de focalisation 14, d'où il est repris par un transport à deux lentilles 15 dont l'une est sphéroparabolique, pour aboutir à travers l'orifice la à la diode à avalanche 16 du télémètre.Comme dit plus haut, le miroir secondaire 2, dont la face réfléchissante est tournée en regard de celle du miroir 1, forme, par sa face arrière non réfléchissante et opaque, une occultation pour la partie centrale du faisceau de l'écho laser, ce qui permet de disposer sur cette face dudit miroir 2, le miroir ou le prisme à réflexion totale 6 et de dévier ainsi dans le viseur optique, à travers la pupille d'entrée qui se trouve au voisinage du miroir 6 le rayonnement visible pour la visée optique. De cette manière, l'objectif de réception de l'écho laser se trouve séparé de l'objectif du viseur, ces deux éléments étant précédés par un déviateur commun formé par le miroir plan mobile 3. L'ensemble optique ci-dessus décrit est monté sur une tourelle liée à une pièce d'artillerie légère sur véhicule et de telle manière que l'axe vertical de rotation de la tourelle soit orthogonal à l'axe optique X-X de objectif de réception de l'écho laser qui est également l'un des axes de rotation du miroir plan déviateur 3. La rotation de 900 de ce miroir autour de l'axe X-X fixe par rapport à la tourelle est commandée en toit-balayage d'une part, par un moteur d'asservissement et un synchroniseur de toit (non représenté) donnant angle de toit tandis que sa rotation de + 100 ou de 150 millièmes autour de l'axe Y-Y perpendiculaire au précédent et le recoupant au centre du miroir est commandée par un moteur d'asservissement et un synchroniseur de balayage (non représenté) et donnant l'angle de balayage. Ces deux moteurs d'asservissement sont liés à un calculateur électronique élaborant les corrections de telle manière que si l'optique de visée et le faisceau laser associé pointés sur la cible actuelle, la tourelle et ses armes sont pointes sur la cible future. A cet effet, les angles caractérisant l'axe de visée de la cible actuelle GA et SA, c'est à dire respectivement le gisement et le site actuels obtenus par visée optique directe, ainsi que la distance à la cible actuelle indiquée par le télémètre laser, sont introduits dans le calculateur par le poin- teur, et éventuellement aidés par le calculateur lui-même dès que celui-ci après réception des premiers échos laser est capable de déterminer la route de I'objectif, Un premier organe de ce calculateur exécute les calculs d'extrapolation qui permettent de déterminer le gisement et l'inclinaison futurs Gp et IF de la cible. Ces résultats sont transmis aux organes de télécommande de la tourelle pour l'obtention du gisement et de l'inclinaison du berceau de l'arme ou des armes. La valeur du site actuel SA, ainsi que la valeur ssG de la différence entre le gisement actuel et le gisement futur de la cible, ctest-à-dire bG=GA-GF sont entrées automatiquement à partir du premier organe de calcul dans un second organe de calcul dont la sortie fournit les valeurs de T et B qui représentent respectivement angle de toit et angle de balayage.Ces résultats sont transmis aux organes de télécommande du miroir mobile 3 pour l'obtention de la direction correspondante de ce dernier, les formules de transformation permettant l'obtention des résultants étant tgT = tgSA avec aG'GA - GF cos #G te dispositif optique ci-dessus décrit permet de poursuivre une cible aérienne quelle que soit sa trajectoire et quel que soit le site ou ltazimuth d'acquisition, avec un passage au zenith sans indétermination. En outre, ce dispositif est indéréglable entre l'op- tiques de pointage visuel et le système émission-récepteur laser puisque la seule partie mobile est, selon l'invention, commune aux trois systèmes optiques, viseur optique, émetteur laser et récepteur laser. Enfin, ce dispositif permet, selon l'invention, d'avoir à la réception laser un miroir mobile avec une surface de collection de flux importante, du fait qu ce meme miroir est utilisé pour passer toute la divergence optique d'un viseur à grand champ de faible grossissement nécessaire à ltacquisi- tion et à la poursuite optique du but, et que la pupille du viseur à grand champ est proche du miroir secondaire du récepteur. I1 est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre dXexemple préférentiel et qu'on pourra apporter des équivalences techniques à ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, tel que ci-après revendiqué. REVENDICATIONS 1 - Dispositif optique de pointage sur une cible mobile pour armes légères sol-air du type coopérant avec une tourelle montée sur engins automoteurs, caractérisé par le fait qu'il comporte : un organe d'émission dtun faisceau loser disposé entre les deux véhicules de redressement et de transport d'image dans le plan du diaphragme de l'occulaire d'un viseur optique de pointage visuel et dont il emprunte le chemin optique jusqu'à la cible; un miroir plan de réception de l'écho laser et des rayons optiques réfléchis par la cible, mobile en rotation autour d'une position moyenne dans laquelle il est incliné à 45" sur l'axe optique orthogonal à l'axe de la tourelle; un objectif de réception de l'écho laser aboutissant à une diode à avalanche et constitué par un miroir sphérique principal à face avant réfléchissante et un miroir de type Mangin disposé en avant dudit miroir principal, de même axe optique, lui faisant face et formant zone d'occultation des rayons de la zone centrale du faisceau réfléchi par la cible; un miroir plan fixe disposé dans ladite zone d'occultation incliné à 450 sur 1 t axe optique de l'objectif de réception de l'écho laser commun au chemin optique dudit objectif et au chemin optique du viseur faisant face au miroir mobile et déviant dans le viseur optique la partie centrale du faisceau réfléchi par ledit miroir mobile, ce dernier étant, d'une part, mobile en rotation autour de l'axe optique de l'objectif de réception de l'écho laser avec un débattement de valeur prédéterminée autour de sa position moyenne et d'autre part autour d'un axe perpendiculaire à l'axe optique et à l'axe de l'objectif du viseur avec un débattement de valeur prédéterminée, les angles caractérisant la direction de la cible actuelle étant obtenus par visée directe et introduits dans un calculateur fournissant par extrapolation la direction de la cible future, les données correspondantes étant transmises aux organes de télécommande de la tourelle pour ltobtention du gisement et de lin- clinaison du berceau de l'arme. 2 - Dispositif optique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir plan oscillant, commun aux chemins optiques de l'objectif de réception de l'écho laser et du viseur de pointage a un débattement de 900 autour de sa posl- tion moyenne dans sa rotation autour de l'axe optique de l'objectif de réception de l'écho laser et de 150 milliradians autour de sa position moyenne dans sa rotation autour de l'axe perpendiculaire au précédent et qu'ainsi, il couvre la totalité du champ parcouru par une cible aérienne quelle que soit sa trajeetoire, l'entralnement en rotation autour de chacun des deux axes de rotation étant obtenu au moyen de deux moteurs d'asservissement et synchroniseurs indépendants, l'un de l'autre et formant l'un le moteur synchroniseur de toit, l'autre le moteur synchroniseur de balayage. 3 - Dispositif optique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'optique comprise entre la pupille d'entrée du viseur optique èt le premier véhicule inclus forme un système focal de grossissement x 4 ou voisin de x 4 dans. le sens inverse de celui de la lumière et qu'ainsi le faisceau laser introduit entre les deux véhicules sort de la pupille d'entrée du viseur avec une divergence quatre fois ou voisine de quatre fois plus grande que sa divergence à l'entrée.