Brevet FR2444946A1 — publié le 19800718

La présente invention se rapporte à un procédé pour la localisation automatique au moyen d'un système de détection et d'évaluation de distance par rayons lumineux à effet Doppler, dit système Lidar Doppler (Light-Deteetion and ranging), d'objectifs se déplaçant à proximité du sol. A partir d'avions de combat et de reconnaissance volant à basse altitude et àgrande vitesse, il est en général très difficile de découvrir des objectifs à combattre se déplaçant sur le sol. Dans la plupart des cas, il ne reste plus suffisamment de temps pour les identifler avant de passer au-dessus d'eux et pour régler et déclencher les armes prévues pour leur destruction, par exemple des missiles téléguidés. Une localisation automatique à l'aide de systèmes Radars connus conduit fréquemment à des résultats insatisfaisants, attendu que des objectifs à déplacement lent ne se distinguent pas assez nettement du sol. Les positions de ces objectifs ne peuvent pas être déterminées avec précision ou avec une précision insuffisante de sorte que leur destruction par les armes reste aléatoire. Pour la mesure des trajectoires de projectiles, de fusées et de satellites, ainsi que pour les mesures atmosphériques, il est connu d'utiliser un Radar "Doppler1, à laser ou un système Lidar à effet Doppler. Dans les systèmes Lidar à effet Doppler,un laser sert de générateur de signaux. A moyen d'un dispositif optique, on amène le rayon laser à la géométrie voulue et on l'envoie sur l'objectif. Le signal réfléchi de fréquence ft+fda ft étant la fréquence du signal émis et le déplacement Doppler, est à nouveau reproduit par un dispositif optique sur un photodétecteur sur lequel il est optiquement mélangé au signal original ft.La fréquence mixte c'est-à-dire le déplacement Doppler, qui se situe dans la gamme radiofréquence est traitée électroniquement et visualisée sur un appareil d'affichage. Le déplacement Doppler fd varie avec la longueur d'onde des rayons laser émis et la vitesse de l'objectif. L'intensité rétrodiffusée par un objectif dépend du volume à diffusion et de la surface. Le signal réfléchi est maximal et le fond minimal lorsque ltou- verture du récepteur est très grande et que le champ visuel ainsi que la largeur de bande optique sont très petits. Pour une configuration optimale d'un système Lidar, il faut que le rapport signal-bruit soit optimal au niveau du photodétecteur (voir Technische Rundschau nO 41 du 27 Septembre 1968 > . I1 est par ailleurs connu d'utiliser des systèmes Lidar à rayon de balayage laser étroit pour les manoeuvres de rendez-vous et d'accouplement des satellites (Applied Optics, Février l9P, Vol. 11 nO 2, pages 2gl à 299). Pour la localisation automatique d'objectifs se dépla çant à proximité du sol, la présente invention a par conséquent pour objet d'indiquer un procédé qui permette avec de faibles moyens et en/temps très court de localiserssavec une grande précision et à partir d'un missile volant à grande vitesse et à basse altitude, des objectifs se dépla çant lentement à proximité du sol. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait qu'à partir d'un avion avec ou sans pilote on balaye par bandes le sol survolé au moyen d'un système Lidar à laser à sélection de fréquence et qu'on détecte le signal réfléchi dans un récepteur hétérodyne, ce signal apparaissant lors de la réflexion d'un objectif en mouvement dans une bande de fréquence intermédiaire dont la gamme de fréquence diffère des fréquences intermédiaires obtenues lors du balayage du sol immobile survolé, et ce signal détecté par un filtre de fréquence intermédiaire accordé en conséquence sert au repérage sur un écran de l'objectif se déplaçant et/ou au réglage et au déclenchement d'un système d'armes. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la fréquence de l'oscillateur local dans le récepteur hétérodyne est asservie au balayage de façon à former avec le signal réfléchi par le sol immobile un signal de fréquence intermédiaire de fréquence constante. Selon une conception avantageuse du procédé selon l'in- vention on utilise un système Lidar "Doppler" à CO2 Pour la longueur d'onde de 10,6 Am du laser à CO2, 1'atmosPhère comporte une fenêtre de sorte que lfaiblissement de l'éner- gie est relativement minime. Par ailleurs, les lasers à C02 présentent une construction compacte et sont de fréquences stables. Selon une autre particularité du procédé, on mesure en plus le rayonnement thermique pour l'identification d'un objectif localisé. En pareil cas, on obtient en général une corrélation entre les signaux Doppler et les signaux thermiques, étant donné que la température des objectifs en mouvement est la plupart du temps supérieure à la température du sol. Pour la mesure, on peut utiliser l'élément détecteur qui est prévu pour la réception hétérodyne des signaux laser réfléchis. Cette information supplémentaire est particulièrement avantageuse pour la mesure à partir d'avions sans pilote pour éviter des déclenchements erronés des systèmes d'armes. Par une modulation supplémentaire de la fréquence ou de l'amplitude des rayons laser et des mesures du temps de parcours de l'écho on peut déterminer la distance de l'obJec- tif localisé. Une modulation d'amplitude s'obtient de façon simple par superposition d'impulsions de grande puissance. Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé, on détermine l'étendue en surface d'un objectif localisé par balayages successifs par bandes. Comme la section transversale du rayon laser est bien plus petite que les dimensions d'un objectif, le temps nécessaire au balayage peut servir à évaluer la grandeur dudit objectif. I1 est toutefois également possible de marquer sur un écran les points d'inversion du rayon de balayage et de déterminer ainsi la forme concrète de l'objec- tif. Les avantages particuliers du procédé selon l'invention résident avant tout dans le fait que par suite de la formation de la différence dans la gamme de fréquence intermédiaire entre le déplacement Doppler qui est provoqué par un objectif mobile et le déplacement Doppler qui est provoqué par le terrain survolé (immobile), il est possible de localiser et de combattre efficacement des objectifs se déplaçant lentement à proximité du sol. Par ailleurs, la faible section transversale du rayon laser de balayage permet de mesurer l'étendue de la surface d'un objectif, ce qui est impossible avec un système radar fonc tionnant dans la gamme radiofréquence. Le procédé selon l'invention convient en partic ier égalent pour le combat simultane de plusieurs objectifs. REVEN3ICATION 1. Procédé pour la localisation automatique au moyen d'un système de détection et d'évaluation de distance par rayons lumineux à effet Doppler dit système"Lidar Doppler" d'objectifs se déplaçant à proximité du sol, caractérisé par le fait qu'à partir d'un avion avec ou sans pilote on balaye par bandes le sol survolé au moyen d'un système Lidar à laser à sélection de fréquence et qu'on détecte le signal réfléchi dans un récepteur hétérodyne et que ce signal apparat lors de la réflexion d'un objectif en mouvement dans une bande de fréquence intermédiaire dont la gamme de fréquence diffère des fréquences intermédiaires qui se produisent lors du balayage du sol survolé immobile et que ce signal qui est détecté par un filtre de fréquence intermédiaire accordé en conséquence sert au repérage sur un écran d'un objectif se déplaçant et/ou au réglage et au déclenchement d'un système d'armes. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fréquence de l'oscillateur local dans le récepteur hétérodyne est asservie au balayage de façon à former avec le signal réfléchi par le sol immobile un signal de fréquence intermédiaire de fréquence constante. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'on utilise un système Lidar "Doppler" à Cl2 . 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'à l'aide d'un détecteur à infrarouge on mesure en plus le rayonnement thermique d'un objectif localisé. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que les rayons du système Lidar "Doppler" sont en plus modules en fréquence ou en amplitude et qu'en mesurant les temps de parcourt de l'écho on détermine la distance de l'objectif localisé. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on utilise un rayon étroitement serré dont le diamètre au niveau de l'objectif est plus petit que les dimensions de ce dernier et que par des balayages successifs par bandes on détermine l'étendue de surface et la forme de l'objectif. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'au niveau des contours de l'objectif on fait revenir en arrière le rayon laser balayant par bandes l'objectif localisé et que l'on marque les points d'inversion sur un écran.