Brevet FR2506445A1 — publié le 19821126

La présente invention concerne un procédé d'avertissement d'un groupe d'armement contre les rayonnements laser de cibles ennemies, procédé utilisant un émetteur laser et un récepteur laser recevant le rayonnement par un objectif d'entrée et le transmettant à une électronique de traitement . L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce pro cédé . La Demande de Brevet Allemand Publiée No 24 53 265 déprit un tel dispositif . Outre la détermination de la direction d'incidence du rayonnement électromagnétique, ce dispositif sert surtout de système interrogateur-répondeur tel qu'il est utilisé en pratique pour une identification ami/ennemi . La Demande de Brevet Allemand Publiée No 28 52 224 décrit un dispositif d'avertissement détectant les radiations d'un projecteur à rayons infrarouges et les radiations laser dans une zone étendue de l'espace et indiquant la direction et la nature du rayonnement laser. La présente invention a pour but de permettre d'être averti sans délai d'un rayonnement laser ennemi incident dans les limites d'un champ d'image aussi étendu que possible, et de prendre aussi simultanément que possible des contre-mesures efficaces . Conformément à invention, ce but est atteint par la combinaison des mesures ci-après a) le groupe d'armement ami utilise un r--ceyteur laser comportant un appareil precepteur recevant le ray onnement de la totalit du champ d'image et posé- canut une ouverture de diaphragme centrique b) le groupe d'armement, déJcl oité en grogs avant son irradiation par la cible ennemie, est pointé avec précision P la suite d'une opération de télé métrie ennemie ou d'une autre illumination ; et c) la cible reprée par son irradiation laser ou ir radiée par un projecteur laser de visée ami, est choisie pour être combattue en priorité commue é tant la plus menaçante Ce procédé part de l'idée qu'en cas d'irradiation par un télémètre laser ennemi, ---------- le coup de feu part immédiatement après la détermination de la distance, de sorte que les contre-mesures n'ont de chances de succès que si l'ennemi est découvert et combattu par les armes amies dans un laps de temps de quelques secondes .Si l'on est sar que le rayonnement laser ne provient pas d'un élément ami, il est possible d'associer à la perception du rayonnement des contre-mesures automatiques telles que, par exemple, en présence de plusieurs cibles (comme dans le cas d'une attaque concentrée de tout un groupe de blindés) on choisira, pour être combattue en priorité, celle des cibles constituant un dnger immédiat d'après les résultats d'une opération de télémétrie effectuée par elle ou d'une irradiation de déclenchement d'armes guidées par laser Conjointement à la télémétrie laser amie, la protection contre la menace ennemie est dQe en premier lieu à ce qu un bonnement ennemi parvenant exactement du viseur dans l'axe optique/par l'ouverture du diaphragme d6- clenche une télémétrie aride et/ou une insertion d'un module doubleur de fréquence aveuglant l'adverseire par un rayonnement laser visible l'empli d'un module doubleur de fréquence est avan tageu car on doit s'attendre à ce que l'adversaire auteur de l'irradiation possède un avantage si l'on utilise roi ee des armes nécessitant plusieurs secondes pour couvrir la distance les séparant de la cible .Pour peu que la cible se trouve à l'intérieur du champ de vision du dispositif de visée ami, il sera possible de réagir efficacement en un laps de temps très bref En iaison avec ce qui procède, il est judicieux, pour des raisons de vitesse, que le pointage précis du groupe d'armement ami s'effectue manuellement ou automatiquement et que l'insertion du module doubleur de fréquence s'effectue automatiquement Pour le pointage manuel du groupe d'armement, la po position de la source laser ennemie pourra être représentée par un point lumineux dans le champ d'image du viseur optique, tandis que le pointage automatique pourra utiliser les coordonnées de la dérive de la source laser ennemie vis-à-vis de l'axe de l'arme our assurer, au moyen d'un appareil de conduite de tir, la poursuite par le groupe d'armement . Il conviendra que l'émetteur laser soit un laser à grenat d'yttrium-aluminium doré au néodyme et que le module dou@leur de fréquence soit un cristal de niobate de lithium. . le rayonneent laser émis par l'émetteur laser dan la gamme de fréquences micrométriques peut être transformé en un rayonnement situé dans une gamme de fréquences nanométriques .En d'autres termes, le rayonnement laser de 1,0t pm, invisible et stoppé par l'ennemi au moyen d' d'ur. filtre éllminateur d'interfé- rences approprié est transformé en un rayonnement laser de 530 nm situé dans la gamme de la sensibilité maximale de l'oeil humain, donc de la plus forte transmission du viseur optique du pointeur ennemi L'avantage de cette mesure est que cette impulsion laser de grande puissance se propageant, en ligne droite et fortement concentrée, à la vitesse de la lumière aveugle ou handicape immédiatement le pointeur ennemi au point qu'il n'est plus capable de poursuivre la lutte .Une autre idée de l'invention prévoit l'émission, non pas d'une impulsion isolée, mais, si le télémètre ennemi le permet, d'un train d'impulsions laser se succédant à intervalles aussi rapprochés que possible, d'un effet accru sur l'adversaire Selon un développement de l'invention, le récepteur laser se compose, disposés successivement et oentriquement sur l'axe optique, de l'objectif d'entrée, d'un diaphragme à ouverture de diaphragme centrique et appareil percepteur entourant cette ouverture du côté de l'entrée du rayonnement, d'une diode réeepr trice, et d'un amplificateur pour le télémètre laser, les divers éléments de l'appareil percepteur étant reliés électriquement à l'électronique de traitement par des canaux amplificateurs séparés . Pour la formation d'image par l'objectif d'entrée, des secteurs angulaires séparés, contigus, de surveillance sont asociés aux éléments percetteurs, en sorte que seule la zone du diaphragme du récepteur laser du télémètre ami est exclue de la surveillance, cette zone étant celle dans laquelle il est possible de combattre di rectemt la cible pourvu que l'are oit exactement r,ointée , Naturellement, le récepteur laser pourra être inséré dans le processus d'avertissement, s'il détecte un rayonnement laser, sans que l'émetteur laser ami nté- mette de radiations .Dans un tel cas, il sera facile de séparer le rayonnement ami du rayonnement ennemi du fait que, pour l'opération de télémétrie, l'émis- sion du faisceau laser provoque l'entrée en action du récepteur qui déclenche la télémétrie . le traitement électronique des signaux permet de faire la différence entre un signal continu, des impulsions isolées, ou des trains d'impulsions laser, donc de tirer des conclusions sur la source laser ennemie et éventuellement sur le système d'armement qui lui est associé . Le fait qutil est possible d'utiliser sans modification tous les modules du récepteur laser d'un télémètre laser à l'exception du diaphragme récepteur indispensable à la sélection de la cible, constitue un avantage important . Ce diaphragme récepteur en forme de diaphragme à pupille est situé dans le plan d'image de l'objectif d'entrée, possède une extension angulaire de 0,2 à 0,1 microradian, et est harmonisé arec la ligne de mire du viseur optique ou optoélectronique .La diode réceptrice du télémètre laser est placée, avec ou sans éléments auxiliaires photocollecteurs, directement derrière l'ouverture du diaphragme, généralement circulaire Deux dispositions s'offrent pour placer le champ de pe-eeption dans la zone angulaIre -de vision de l'ob- jectif d'entrée autour de l'ouverture du diaphragme ou bien les éléments percepteurs se composent d'un nombre n d'éléments individuels quadratiques disposés dans le plan focal, ou bien ces éléments percepteurs sont constitués par un récepteur à quadrants disposé hors du plan focal et dont la surface pourra être circulaire ou polygonale ou composée de plusieurs surfaces circulaires ou polygon--les concentriques subdivisées en secteurs .Dans le premier cas, ce sont les divers secteurs de surveillance qui déterminent les dimensions de la surface sensible des divers éléments et la distance focale de l'objectif . La détermination exacte de la direction d'incidence nécessite alors un grand nombre d'éléments individuels qui seront interrogés en succession continue, par exemple par un procédé électronique multiplex . Dans le sedond cas, les groupes percepteurs sont disposés en avant du plan focal . La source laser, supposée ponctuelle, sera représentée par un spot réparti sur plusieurs éléments percepteurs voisins et qui donnera la direction d'incidence instantanée par comparaison des signaux des éléments percepteurs voisins . Il suffira alors d'un nombre réduit d'éléments individuels disposés de façon à couvrir une grande surface en ne laissant entre eux qu'un intervalle aussi réduit que possible .Le traitement en succession continue des éléments, comme dans le premier cas, complique la discrimination entre impulsions individuelles et trains d'impulsions tandis que le traitement en paral- lèle des divers canaux individuels offre l'inconvénient d'exiger une installation électronique plus compliquée et une grande linéarité des canaux amplificateurs pour la déternaination de la direction Une autre caractéristique de l'invention prévoit le montage optique, après l'objectif d'entrée, d'un sys thème de prismes comportant une couche séparatrice spectrale inclinée de 45 sur l'axe optique, laissant parvenir au viseur optique le rayonnement visible et réfléchissant le rayonnement laser vers le récepteur laser ; dans ce montage, la surface du système de prismes éloignée de l'objectif mais tournée vers le rayonnement visible, de même que sa surface perpendi culaire à cet ob-ectif et exposée au rayonnement laser, coïncideront toujours avec le plan focal de l'objectif .Il conviendra, à ce propos, que le groupe 2 d'éléments percepteurs comportant n éléments quadra- tiques, ainsi que l'ouverture du diaphragme, soient disposés immédiatement derrière la surface, percée d'un orifice approprié, destinée à recevoir le rayonnement laser D'après une autre caractéristique de l'invention, il sera possible de représenter la position de la source laser dans le plan focal du viseur en constituant la surface du abstème de prismes exposée au rayonnement visible, donc la mouche ou point de mire, par un bloc indicateur à cristal liquide conformé de façon à rem plier la totalité du champ d'image et pouvant, au moyen d'un genérateur électronique de points de mire, non seulement produire les combinaisons de traits indi quant le oint de mire, mais faire apparaître, en tout point du champ d'image, un symbole (ponctuel ou cruciforme) avertisèur de rayonnement laser annon- çant la présence d'une sourse laser. Pour pouvoir signaler une impulsion laser isolée, une autre caractéristique de l'invention prévoit que le symbole avertisseur d'un rayonnement laser apparaStra à l'expiration d'un laps de temps défini suivant sa détection dans le champ de mire, ce qui permettra, sans grande complication, d'engendrer, par fermetures et ouvertures réitérées d'un circuit, un signal clignotant attirant plus fortement l'attention du pointeur .Il sera également possible de prévoir un signal sonore L'invention est décrite ci-après en détail en se référant à quelques exemples préférés, non limitatifs de réalisation représentés sur les dessins annexés sur les diverses figures desquels les pièces identiques portent les mêmes numéros de référence et dans lesquels - la figure 1 est une vue perspective représentant un véhicule blindé ami dans le champ de vision du poin teur duquel manoeuvrent trois blindés ennemis dont l'un irradie le blindé ami par un rayon laser reçu, dans le viseur du pointeur du blindé ami, par l'in te épiaire d'un récepteur avertiseur de rayon la ser - les figures 2a et 2b sont des vues schématiques en coupe axiale du cheminement des rayons optiques dans le canal récepteur de rayonnement laser d'un télémètre laser jas tique (figure 2a), et dans un canal réceyteur de rayonnement laser auquel est intégré un dispositif percepteur avertisseur selon l'il.vention (figure 2b) - la figure 3 représente, dans. ses quatre parties a, b, c et d,- des exemples de la disposition du per cepteur avertisseur, soit dans le plan focal de l'objectif d'entrée (figure 3a), soit en avant de ce plan focal (figures 3b, c et d) - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale de la disposition du percepteur avertisseur et du dispositif de projection du point de mire, avec re présentation de la position du laser, en utilisant un objectif commun d'entrée pour le récepteur de rayon laser et le viseur optique, et en séparant le rayonnement laser du rayonnement visible ou du vi seur - la figure 5 représente une solution possible de con formation iu bloc avertisseur à cristal liquide pour la projection de la mire et l'indication de la po sition de la source laser ennemie ; et - les figures 6a et 6b sont des vues schématiques en coupe axiale représentant la position d'un émet teur laser ami à module doubleur de fréquence, soit hors du faisceau laser (figure 6a), soit à l'inté rieur de ce dernier (figure 6b) La figure 7 montre trois chars blindés ennemis 1, 2 et 3 dans la zone angulaire du champ de vision 4 du pointeur du char blindé ami 5 que le char ennemi 1 irradie au moyen d'un rayon laser 6 reçu par le dispositif percepteur avertisseur 7, représenté schéma- tiquent, du char ami 1 et que ce dernier utilise pour déterminer la dérive du char ennemi 1 par rap iort à la ligne de mire du dispositif 7 en vue d'in diluer audit pointeur que le char ennemi 1 constitue la cible qui le menace le plus La figure 2a montrep.e chemineront de rayonnes optiques d'un récepteur laser classique 8 comportant un objectif d'entrée 9, un diaphragme à pupille 10 dans le plan focal de l'objectif, un- diode réceptrice 11 et un amplificateur 12 ccnnectk a la suite de cette derfière pour en amplifier les signaux électriques le rayonnement laser, émis par l'émetteur laser 34 (figure 6) et réfléchi par Ta cible, et indiqué iar la flèche 13 ; il pénètre, parallèlement à l'axe oP- tique 14, dans l'objectif 9 et vient frapper la diode réceptrice 11 après être passé par l'ouverture 15 du diaphragme 10 .Un rayon laser, provenant d'un émetteur étranger 16 pénètre par l'objectif 9 et forme son image sur la partie opaque du diaphragme 10 ; sa présence, n'étant pas signalée, représente un danger réel la figure 2b montre, en coupe, la conformation d'un diaphragme 10 selon l'invention dont la face tournée vers la pupille d'entrée comporte, à cité de 1' ouver- ture 15, un dispositif percepteur sensible également au rayonnement laser et émettant des signaux électrique, indiquant la présence et la position du rayonnement laser obliquement incident dans le plan focal Ce dispositif percepteur est représenté par une couche hachurée 17 et sera expliqué plus en détail par la suite .Cette figure 2b indique encore que le rayonnement laser 13, 16' (qui peut etre un rayonnement pro pro ou celui d'ur. émetteur étranger) parvient à la diode réceptrice il par l'ouverture 15 du diaphragme Cette figure 2b montre également que le rayonnement laser obliquement incident 16 est concentré sur la surface du dispositif percepteur 17 et émet un signal électrique qui sera traité dans l'électronique de traitement 18 de façon à déterminer la position de la source laser ennemie dans le champ d'image de l'ob- jectif 9 pour être exploitée ultérieurement La figure 3 montre quatre éxemples de la forme que peut prendre le dispositif percepteur 17 permettant aux éléments individuels 19, isolés les uns des autres, représentée par des surfaces délimitées, d'é mettre, de façon non représentée, des signaux séparés La pupille 15 du diaphragme du télémètre laser est, dans chaque cas, située au centre de l'élément . Dans l'exemple de la figure 3a, le dispositif percepteur 2 se compose de n éléments individuels quadratiques 19. La position d'une source laser étrangère est indiquée, dans le plan focal, par une source ponctuelle 20 dont dont la position x, y par rapport à l'axe 14 est représentée, de façon connue, par la situation, sur l'échiquier, de l'élément irradié . L'arrangement des percepteurs des figures 3b, 3c et 3d diffère de celui de la figure 3a en ce que les surfaces des percepteurs sont disposées en dehors du plan focal et c'est pour quoi les sources ponctuelles sont représentées par des cercles d'irradiation 21 dont le centre détermine la position de la source ponctuelle par rapport à l'axe optique .On détermine facilement ce centre en effectuant la somme algébrIque de signaux électriques des divers éléments frappés par le rayonre.;lent laser a figure 3b représente le récepteu s quadrants connu on (i, utilisé par exe::zple tomme tête chercheuse pour @r@@ectile qui@é en phase finale avec illumina- tiDr; de la cible ȧr laser . le figuras 3e et 3d représentent le variante e ce dernier procédé avec subdivision plus poussée tant radiale que sectorale pcrmettant des mesures de plus grande précision la figure 4 représente une disposition optoéleetro- nique dans laquelle l'objectif 9 est utilisé conjointement pour le récepteur laser 8 et pour le viseur optique 27 du pointeur . la séparation de ces deux canaux s'effectue, au moyen du système de prismes 22 placé sur le parcours convergent des rédiations de l'objectif d'entrée 9, à l'aide d'une couche sépara trice spectrale 2.3 réfléchissant le rayonnement laser et laissant passer le rayonnement visible . Ce prisme est conformé de façon que la surface 24 destinée au canal laser et la surface 25 destinée au canal du viseur coïncident avec le plan focal de l'objectif Le dispositif percepteur 17, représenté à la figure 3a, et sa pupille 15, succèdent immédiatement à la surface 24, en sorte que le rayonnement laser, représenté par la flèche en trait interrompu 16, d'une source laser étrangère est concentré au point 26 sur la surface du dispositif percepteur . La position de la source laser est calculée, de façon connue donc non représentée plu en détail, dans l'électronique de traitement 18' et transformée en signaux de commande pour le générateur de symboles 28 qui superpose au signal du générateur de points de mire 29 un signal laser d'avertissement 31 (figure 5) qui, flanc l'ex- emple représent , actionne un bloc indicateur è cristal liquide et engendre un point de mire et un symbole dé source laser correctement loeslisé 31 Sur la figure 5, le symbole de point de mire 2 et le symbole tvertisseur de laser 32 sollt représentés sehé matiquement sur le bloc indicateur à cristal liquide 30 . la figure 6b montre schématiquement la production d'un rayonnement laser de fréquence doublée par insertion d'un cristal de niobate de lithium 33 dans le rayonnnement laser de l'émetteur laser 34 en sorte que, dans l'exemple choisi comportant un laser au grenat d'yttrium-alum.inium dopé au néodyme, la production du rayonnement typique 35 de 1064 nm s'accompagne de celle du rayonnement 36 de 530 nm de même concentration et de même direction, représenté en traits interrorilpus. Par ccntre, dans le cas de la figure 6a, le cristal de niobate de lithium 33 est représenté à l'écart du chefinement du rayonnement REVENDICATIONS 1. procédé d'avertIssement et de pointage utilisant le rayonnement laser de cibles ennemies et compor tant un émotteur laser et un récepteur laser rece vant le raaonnement E+ar un objectif d'entrée et le transmettant à une électronique de traitement, ca rscéris par la combinaison des mesures ci-après a) le groupe d'armement ami utilise un récepteur laser (8) comportant un appareil percepteur (17) recevant le rayonnement de la totalité 3u champ d'image de l'objectif (9) et sosédant une ouver ture de diaphragme centrique (15) ; b) le groupe d'armement, déjà pointé en gros avant son irradiation par la cible ennemie (1), est pointé avec précision à la suite d'une opération de télémétrie ennemie ou d'une autre illumina tion ; et c) pour le pointage manuel du groupe d'armement, la position de la source laser ennemie est re présentée par un point lurineum (20) dans le champ d'image du viseur optique (27), tandis que le pointage automatique utilisera les coordon nées de la dérive de la source de laser ennemie vis-à-vis de l'axe de l'arme pour assurer, au moyen d'un appareil de conduite de tir, la pour suit par le groupe d'armement 2.Procédé selon la Revendication 1, caractérisé en ce qu'un rayonnement ennemi parvenant exactement dans l'axe optique (14) du viseur (27) par l'ouver- ture du diaphragme (15) déclenche une télémétrie laser amie etXou l'insertion d'un ondule doubleur de fréquence 33 3. procédé selon les Revendications 1 et 2, caracté- risé en ce que le pointage précis du groupe d'ar- moment ami s' effectue manuellement ou automatique ment et que l'insertion du module doubleur de fré quence (33) s'effectue automatiquement 4. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, ou 3, caractérisé en ce que l'émetteur laser (34) est un laser à grenat d'yttrium-aluminium dopé au néodyme, et que le module doubleur de fréquence (33) est un cristal de niobate de lithium 5.Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le rayonnement laser (35) émis par l'émetteur laser (34) dans la gamme de fréquences micrométriques est transformé en un rayonnement situé dans une gamme de fréquen ces nanométriques (36) au moyen du rodule doubleur de fréquence (33) 6. Procédé selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, t ou 5, caractérisé en ce que l'émission est constituée ar des trains d'impulsions laser (37) émis des intervalles de temps aussi rapprochés que possible . 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon une quelconque des Revendications 1 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le récepteur laser (8) se compose, disposés successivement et centriquement sur l'axe optique (14), de l'objectif d'entrée (9), d'un diaphragme (10) à ouverture (15) centrique et appareil percepteur (17) entourant cette ouverture du coté de l'entrée du rayonnement, d'une diode ré ceptrice (11), et d'un amplificateur (12) pour le télémètre laser, les divers éléments de l'appareil percepteur étant connectés électriquement à l'élec tronique de traitement (18) par des canaux amplifi cateurs séparés (Figure 2) 8.Dispositif selon la Revendication 7, caractérisé en ce que le diaphragme (10) possède une extension angulaire de 0,2 à 0,5 mieroradian et est harmonisé avec l'axe optique (14) du viseur (27) 9. Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que 2 l'appareil percepteur (17) se compose de n élé- ments individuels quadratiques (19) disposés dans le plan focal (Figure 3a) 10. Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que l'appareil percepteur (17) est constitué par un récepteur à quadrants disposé hors du plan focal (Figure 3b) 11.Dispositif selon la Revendication 10, caractérisé en ce que la surface du récepteur à quadrants est circulaire ou polygonale, ou composée de plusieurs surfaces circulaires ou polygonales concentriques subdivisées en secteurs (Figures 3c et 3d) 12. Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11, caractérisé en ce mu'il comporte, après l'objectif d'entrée (9), un montage optique constitué par un système de prismes (22) à couche séparatrice spectrale (23) inclinée de 459 sur l'axe optique (14), laissant parvenir au viseur optique (27) le rayonnement vi sible, et réfléchissant le rayonnement laser (18) vers le récepteur laser (8) 13.Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12, caracté risé en ce que la surface (25) du système de pris mes (22) éloignée de l'objectif d'entrée (9) et exposée au rayonnement visible, de même que sa surface (24) perpendiculaile à cet objectif et ex posee au ra:1onnement laser, colncident toujours avec le plan focal de l'objectif d'entrée 14.Dispositif selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, ca ractérisé en ce que l'appareil percepteur (17) à n éléments individuels quadratiques (19), ainsi que l'ouverture (15) du diaphragme, sont disposés immédiatement derrière la surface (24), percée d'un orifice approprié, exposée au ravonnement laser (16) . 15. Dispositif selon une quelconque des evendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ou 14, caractérisé en ce que ltéleetronique de traitement (18'),connectée électriquement à la surface (24) exposée au rayonnement laser, fournit des signaux de commande correspondant à la position de la sour- ce laser ennemie à un g(--nérateur de symboles (28) qui superpose un symbole avertisseur de laser au signal d'un générateur de point de moire (29) ac tionnant la surface (25) exposée au rayonnement visible 16. Dispositif selon la Revendication 15, caractérisé en ce que la surface (25) exposée au rayonnement visible est constituée par un bloc indicateur à cristal liquide (30) 17. Dispositif selon les Revendications 15 et 16, ca ractérisé en ce que le symbole avertisseur de la ser (31) est un symbole ponctuel ou cruciforme apparaissant sur la surface (25), constituant champ de mire, à l'expiration d'un laps de temps défini suivant la détection d'une impulsion laser isolée 18. Dispositif selon la Pevendication 17, caractérisé en ce que l'indication de l'apparition du symbole avetisceur de laser (31) a la forme d'un signal optique ou acoustique continu ou inteXmittent