Brevet FR2473731A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne un dispositif de poursuite d'une cible par faisceau laser. On connait un dispositif de poursuite d'une cible par faisceau laser, comportant essentiellement un générateur d'un faisceau laser, un déviateur optique du faisceau vers la cible, des moyens pour imprimer à l'axe du faisceau une vibration angulaire alternative de fréquence fixe f, et un système de réception du rayonnement laser renvoyé vers la cible. Le système de réception comprend un détecteur électro-optique dont les signaux électriques sont reçus d'une part à l'entrée d'un filtre de bande délivrant à sa sortie la composante alternative des signaux et d'autre part à l'entrée d'un filtre passe-bas délivrant la composante continue de ces signaux. Un dispositif de controle automatique de gain, constitué par un atténuateur dont le taux de réduction est commandé par la composante continue, réduit le niveau de ladite composante alternative à un niveau constant.Le signal alternatif, à niveau constant, sortant de l'atténuateur arrive à une entrée d'un détecteur synchrone recevant sur son autre entrée l'information de la fréquence f de la vibration du faisceau. Le signal de sortie du détecteur synchrone représentatif du sens de l'écart de phase entre les signaux reçus respectivement sur ses deux entrées est dirigé vers un système d'asservissement qui commande la déviation du faisceau laser de façon à diminuer cette différence de phase. Ce dispositif de poursuite présente un inconvénient. En effet, on constate des irrégularités dans le fonctionnement du système d'asservissement. Ces irrégularités peuvent entrainer, dans certains cas, la perte de contrôle de la cible préalablement acquise. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient et de réaliser un dispositif de poursuite d'une cible par faisceau laser, ayant une plus grande régularité de fonctionnement. La présente invention a pour objet un dispositif de poursuite d'une cible par faisceau laser, comportant - un émetteur du faisceau laser, ce faisceau étant sensiblement cylindrique autour d'un axe, l'énergie laser dans une section droite du faisceau décroissant de l'axe vers la périphérie, suivant une loi de répartition sensiblement gaussienne, - des moyens de déviation du faisceau laser vers la cible, - un oscillateur capable de délivrer un signal électrique de référence, de fréquence fixe f, - des moyens reliés à l'oscillateur pour imprimer à l'axe du faisceau dévié un déplacement angulaire alternatif de fréquence f, de manière que la cible renvoie vers l'émetteur une partie du rayonnement laser, cette partie comprenant une composante continue modulée par une composante alternative à la fréquence f, - un détecteur électro-optique disposé à proximité de l'émetteur laser pour capter ladite partie du rayonnement laser, - un premier filtre passe-bande relié à la sortie électrique du détecteur pour bloquer ladite composante continue et laisser passer ladite composante alternative, - un atténuateur dont l'entrée est reliée à la sortie du premier filtre, capable de diminuer le niveau du signal délivré par le premier filtre, - des moyens pour commander le taux d'atténuation de l'atténuateur, en vue d'obtenir à la sortie de l'attenuateur un signal de réception de niveau constant, - un détecteur synchrone dont une entrée est connectée à la sortie de l'oscillateur et dont l'autre entrée est connectée à la sortie de l'atténuateur, ce détecteur synchrone délivrant à sa sortie un signal représentatif du sens de la différence de phase entre le signal de référence et le signal de réception, - et un système d'asservissement relié à la sortie du détecteur synchrone et capable de commander lesdits moyens de déviation de façon à dévier le faisceau laser dans le sens qui tend à diminuer ledit écart de phase, caractérisé en ce que lesdits moyens pour commander le taux d'atténuation de l'atténuateur comportent - un deuxième filtre dont l'entrée est reliée à la sortie électrique du détecteur électro-optique, ce deuxième filtre étant capable de laisser passer la fréquence f et de bloquer les autres fréquences, - un troisième filtre dont entrée est reliée à la sortie électrique du détecteur électro-optique, ce troisième filtre étant capable de laisser passer la fréquence 2f et de bloquer les autres fréquences - et un circuit sommateur dont une entrée est reliée à la sortie du deuxième filtre à travers un premier redresseur et dont l'autre entrée est reliée à la sortie du troisième filtre à travers un deuxième redresseur, la sortie du circuit sommateur étant reliée à l'atténuateur pour commander son taux d'atténuation. Une forme particulière d'exécution de l'objet de la présente invention est décrite ci-dessous, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention - et la figure 2 est un diagramme illustrant la répartition d'énergie dans une section droite du faisceau délivré par un générateur laser faisant partie du dispositif représenté sur la figure 1. Sur la figure 1, est représenté un générateur laser 1 émettant un faisceau 2 vers un réflecteur 3 tel qu'un miroir plan. Le faisceau 2 est réfléchi par le réflecteur 3 suivant un faisceau 4 sensiblement cylindrique vers une cible non visible sur la figure. Le miroir 3 est orientable autour d'une rotule 5 par des moteurs électriques tels que 6. Le moteur 6 est par exemple un moteur linéaire du type pot vibrant. L'entrée 7 du moteur 6 est connectée à la sortie d'un système d'asservissement 8 à travers un amplificateur 9. Une sortie d'un oscillateur 10 qui délivre une tension électrique alternative de référence de fréquence fixe f est reliée à l'amplificateur 9. Une partie de l'énergie du faisceau 4 réfléchie sur la cible est reçue suivant un faisceau 11 sur un détecteur électro-optique 12. La sortie électrique du détecteur 12 est reliée à travers un amplificateur 13 à un filtre passe-bande 14. La sortie du filtre 14 est connectée à l'entrée principale 15 d'un atténuateur 16 comportant aussi une entrée de commande 17. La sortie de l'atténuateur 16 est connectée à une entrée d'un détecteur synchrone 18. L'autre entrée du détecteur synchrone 18 est reliée à une autre sortie de loscil- lateur 10. Selon une disposition de l'invention, la commande du détecteur synchrone comporte un circuit sommateur 19 dont la sortie est connectée à l'entrée de commande 17 et dont les deux entrées sont reliées respectivement par deux branches à la sortie de l'amplificateur 13. Une première branche est formée d'un filtre 20 ne laissant passer que la fréquence fondamentale f des signaux, ce filtre étant connecté en série avec un redresseur 21. La deuxième branche est formée d'un filtre 22 ne laissant passer que la fréquence 2f des signaux, ce filtre étant connecté en série avec un redresseur 23. Le dispositif illustré par la figure 1 ne contient que les éléments essentiels nécessaires pour réaliser l'invention. En pratique, le laser 1, le détecteur 12 et le réflecteur 3 déplacé par le moteur 6 sont montés sur une tourelle orientable non représentée, de façon à diriger à chaque instant le faisceau 4 vers une zone de l'espace où se trouve la cible. De plus, un système d'acquisition également non représenté est généralement associé au réflecteur 3 pour effectuer un balayage préalable systématique de cette zone d'espace, jusqu'à ce que le détecteur 12 reçoive un écho de la cible. Dès que la cible est acquise, le dispositif représenté sur la figure 1 permet d'effectuer la poursuite de la cible. Le dispositif décrit ci-dessus et représenté sur la figure 1 fonctionne de la manière suivante. La répartition spatiale d'énergie laser dans une section droite du faisceau 4 est du type gaussien, c'est-à-dire que, dans cette section, l'énergie laser décroit de l'axe vers la périphérie, sensiblement suivant une courbe de GAUSS. La figure 2 montre une telle courbe, tracée par rapport à deux axes de coordonnées rectangulaires, l'énergie E du laser étant portée en ordonnée et la distance x à l'axe du faisceau de diamètre 2a étant portée en abscisse de -a à +a, le point 0 correspondant à l'axe du faisceau. Le moteur 6 est alimenté par un courant continu provenant du système d'asservissement 8, ce courant étant modulé par le signal de référence de fréquence f émis par l'oscillateur 10, cette fréquence pouvant être de l'ordre de 200 Hertz. Il en résulte pour le réflecteur 3 une rotation continue relativement lente, à laquelle est superposée une petite vibration du miroir à la fréquence f. Cette vibration provoque un petit déplacement angulaire alternatif de l'axe 24 du faisceau 4. Ce déplacement peut être de différents types et peut correspondre par exemple à une rotation de l'axe 24 suivant un cône de vibration de sommet 5 et d'angle au sommet très faible. Les signaux électriques émis par le détecteur 12 comportent donc une composante continue modulée par une composante alternative. On constate que cette composante alternative est en général complexe, c'est-à-dire qu'elle peut contenir non seulement la fréquence fondamentale f mais aussi ses harmoniques, notamment l'harmonique deux. Le filtre 14 bloque la composante continue et laisse passer intégralement la composante alternative. Le filtre 20 ne laisse passer que la fréquence fondamentale f de la composante alternative et le filtre 22 ne laisse passer que l'harmonique deux, de fréquence 2f. Après redressement par les redresseurs 21 et 23 les courants correspondants sont additionnés par le sommateur 19. La cible reste dans le champ du faisceau pendant toute la durée de la poursuite, l'axe du faisceau se rapprochant progressivement de la cible. Ainsi, la cible qui se trouve au début dans une zone périphérique du faisceau, correspondant par exemple au point M de la figure 2, situé dans une partie quasi linéaire de la courbe de Gauss, se rapproche de l'axe du faisceau au cours de la poursuite, dans le sens de la flèche F, vers les points tels que N situés au sommet de la courbe, dans la partie à faible rayon de courbure de cette courbe. Il en résulte qu'au début de la poursuite, le courant de commande de l'atténuateur 16 sortant du sommateur 19 provient principalement de la branche 20-21 dans laquelle circulent les signaux de fréquence f, car le point représentatif de la position de la cible par rapport au faisceau se trouve dans la partie linéaire de la courbe de Gauss. Par contre, à la fin de la poursuite, le courant de commande de l'atténuateur provient principalement de la branche 22-23 dans laquelle circulent les signaux de fréquence 2f, car le point représentatif de la cible se trouve alors dans la partie à faible rayon de courbure de la courbe de Gauss. A la sortie du circuit sommateur 19, le courant de commande de l'atténuateur 16 reste ainsi à un niveau suffisant pendant toute la durée de la poursuite quelle que soit la position de la cible par rapport au faisceau, puisque le sommateur 19 est toujours alimenté, au début surtout par la branche 20-21 et à la fin surtout par la branche 22-23. L'atténuateur 16 est un diviseur capable de réduire l'amplitude du signal alternatif reçu sur l'entrée 15 de façon à délivrer un signal de sortie constant. On réalise ainsi ce qu'on appelle un "contrôle automatique de gain" de la boucle d'asservissement. On sait que la stabilité du signal d'entrée du système d'asservissement est une condition indispensable du fonctionnement correct de ce système. Le détecteur synchrone 18, qui est d'un type connu, délivre à sa sortie un signal continu représentatif du sens de la différence de phase entre le signal de référence et le signal de réception reçus respectivement sur les deux entrées du détecteur 18. Le circuit d'asservissement 8, qui est aussi d'un type connu, alimente le moteur 7 à travers l'amplificateur 9, de façon à dévier le faisceau 4 dans un sens qui tend à diminuer cet écart de phase. Dans le dispositif de poursuite selon l'invention décrit cidessus, le courant continu commandant le taux d'atténuation de l'atténuateur 16 reste indépendant, au cours de la poursuite, des variations de la puissance du laser, de l'absorption atmosphérique, de la distance de la cible et du coefficient de réflexion de la cible. On sait que dans le système selon l'art antérieur le courant de commande de l'atténuateur, qui correspond à la composante continue des signaux reçus, dépend de ces différents facteurs qui peuvent varier dans des proportions importantes. Le dispositif selon l'invention permet donc d'améliorer de façon importante la stabilité de fonctionnement du système d'asservissement. Le système de poursuite selon l'invention peut être appliqué notamment à un système d'arme anti-aérienne. REVENDICATION Dispositif de poursuite dlune cible par faisceau laser, comportant - un émetteur du faisceau laser, ce faisceau étant sensiblement cylindrique autour d'un axe, l'énergie laser dans une section droite du faisceau décroissant de l'axe vers la périphérie, suivant une loi de répartition sensiblement gaussienne, - des moyens de déviation du faisceau laser vers la cible, - un oscillateur capable de délivrer un signal électrique de référence, de fréquence fixe f, - des moyens reliés à l'oscillateur pour imprimer à l'axe du faisceau dévié un déplacement angulaire alternatif de fréquence f, de manière que la cible renvoie vers l'émetteur une partie du rayonnement laser, cette partie comprenant une composante continue modulée par une composante alternative à la fréquence f, - un détecteur électro-optique disposé à proximité de l'émetteur laser pour capter ladite partie du rayonnement laser; - un premier filtre passe-bande relié à la sortie électrique du détecteur pour bloquer ladite composante continue et laisser passer ladite composante alternative, - un atténuateur dont l'entrée est reliée à la sortie du premier filtre, capable de diminuer le niveau du signal délivré par le premier filtre, - des moyens pour commander le taux d'atténuation de l'atténuateur, en vue d'obtenir à la sortie de l'atténuateur un signal de réception de niveau constant, - un détecteur synchrone dont une entrée est connectée à la sortie de l'oscillateur et dont l'autre entrée est connectée à la sortie de l'atténuateur, ce détecteur synchrone délivrant à sa sortie un signal représentatif du sens de la différence de phase entre le signal de référence et le signal de réception, - et un système d'asservissement relié à la sortie du détecteur synchrone et capable de commander lesdits moyens de déviation de façon à dévier le faisceau laser dans le sens qui tend à diminuer ledit écart de phase, caractérisé en ce que lesdits moyens pour commander le taux d'atténuation de l'atténuateur comportent - un deuxième filtre dont l'entrée est reliée à la sortie électrique du détecteur électro-optique, ce deuxième filtre étant capable de laisser passer la fréquence f et de bloquer les autres fréquences, - un troisième filtre dont l'entrée est reliée à la sortie électrique du détecteur électro-optique, ce troisième filtre étant capable de laisser passer la fréquence 2f et de bloquer les autres fréquences - et un circuit sommateur dont une entrée est reliée à la sortie du deuxième filtre à travers un premier redresseur et dont l'autre entrée est reliée à la sortie du troisième filtre à travers ùn deuxième redresseur, la sortie du circuit sommateur étant reliée à l'atténuateur pour commander son taux d'atténuation.