Brevet FR2525339A1 — publié le 19831021

Dispositif laser pour guider un missile sur une cible La présente invention concerne un dispositif laser pour guider un missile sur une cible. On connais un dispositif de ce type comportant un émetteur laser à gaz carbonique dont le faisceau est orienté à l'aide d'une lunette de visée pour illuminer une zone de la cible. Le missile lancé vers la cible comporte un système de réception écartométrique sensible au rayonnement laser diffusé dans l'espace par la zone illuminée, et capable de délivrer des signaux électriques représentatifs de ltécart angulaire entre la cible et la direction de propagation du missile. Ces signaux commandent un système d'asservissement disposé sur le missile et agissant sur des organes, tels que gouvernes ou réacteurs, capables de modifier la trajectoire du missile de façon à diminuer cet écart angulaire. Un tel dispositif comporte un inconvénient : il nécessite l'utilisation à bord du missile d'un système de détection écartométrique d'un poids et d'un prix élevé. En effet, en plus des circuits électroniques, ce système comporte des récepteurs très sensibles, car le missile ne capte qu'une très faible partie de la puissance de rayonnement émise par émetteur laser ; ces récepteurs, munis d'un système de refroidissement, sont nécessairement encombrants, lourds et chers. La présente invention a pour but de pallier cet inconvénient. Elle a pour obJet un dispositif laser pour guider un missile sur une cible, le missile étant lancé vers la cible et comportant des moyens pour modifier sa direction, dispositif comprenant - un poste de guidage comportant un générateur d'un faisceau laser, muni de moyens d'orientation du faisceau et une lunette de visée orientable vers la cible, - et un circuit de réception disposé à bord du missile, sensible au rayonnement laser émis par le générateur et relié auxdits moyens pour modifier la direction du missile, caractérisé en ce que le poste de guidage comporte en outre - un système de pointage automatique du missile comprenant ledit générateur, lesdits moyens d'orientation étant capables de diriger le faisceau vers le missile, celui-ci renvoyant en sens inverse une partie de lténergie laser qu'il repolit, un système écartométrique muni d'un récepteur électro optique disposé pour recevoir ladite partie d'énergie renvoyée, le récepteur étant apte à délivrer en réponse un signal d'écarto métrie représentatif de l'écart angulaire entre la position du missile et l'axe du faisceau et un circuit d'asservissement relié à la sortie du système écartométrique et apte à commander les moyens d'orientation du faisceau de façon à réduire l'écart angulaire, - des moyens de mesure angulaire pour délivrer des informations de position angulaire du missile sur lequel est dirigé le système de pointage, ces informations étant données par rapport à l'orientation de la lunette, - un télémètre solidaire de la lunette de visée pour mesurer la distance de la cible, - un modulateur pour moduler l'énergie du faisceau laser en une suite d'impulsions, - un circuit de télémétrie relié au générateur laser et à la sortie du récepteur du système écartométrique pour mesurer l'intervalle de temps compris entre l'émission d'une impulsion laser et son retour sur le récepteur après renvoi par le missile, cet intervalle de temps étant représentatif de la distance du missile, - un calculateur recevant les informations de la distance du missile, de la distance de la cible et de la position angulaire du missile, ce calculateur étant capable d'une part de déterminer une trazectoire du missile vers la cible et d'autre part d'élaborer des signaux de pilotage capables de commander lesdits moyens pour modifier la direction du missile de façon à guider le missile sur ladite trajectoire - et un circuit de commande du modulateur, afin de moduler ladite suite d'impulsions laser suivant lesdits signaux de pilotage, le circuit de réception disposé à bord du missile étant capable de capter ladite suite d'impulsions laser modulée et de délivrer en réponse lesdits signaux de pilotage aptes à commander lesdits moyens pour modifier la direction du missile. Des formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites 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 schéma montrant comment peut être réalisé un système de mesure angulaire faisant partie du dispositif illustré par la figure 1. Sur la figure 1, est représenté un émetteur laser 1 à gaz carbonique émettant un faisceau 2 de rayonnement infrarouge de longueur d'onde 10,6 microns. Le faisceau 2 est reçu sur un miroir 3 montré en rotation, en site et en gisement, autour d'une rotule 4 montée sur un support 23, la rotation du miroir 3 étant entraînée par des moteurs électriques tels que 5. Le miroir 3 réfléchit le faisceau 2 suivant un faisceau 6 illuminant un missile 7. Ce dernier est, de préférence, équipé à l'arrière de rétro-réflecteurs tels que 8 de façon à renvoyer en sens inverse un faisceau 9 de rayonnement laser vers le miroir 3. Le faisceau 9 est réfléchi par le miroir 3 suivant un faisceau 10, réfléchi lui-même par un miroir de renvoi 11 suivant un faisceau 12 vers un système de réception écartométrique 13. Le système 13 comporte une lentille 14 pour concentrer le faisceau 11 sur la surface sensible d'un récepteur photoélectrique à quatre quadrants 15. Le miroir 3 est un miroir adaptatif dont la surface réfléchi sante 16 est déformable sous l'action d'une pluralité de transducteurs piézoélectriques tels que 17. Chaque transducteur 17 comporte deux électrodes qui sont reliées à un circuit électrique de polarisation 18 par des connexions telles que 19, le circuit 18 étant lui même relié à la sortie électrique 36 du récepteur 15. Un circuit d'asservissement 20 est relié aux moteurs tels que 5. Un circuit de télémétrie 21 est relié à l'émetteur laser 1 et à une sortie électrique 37 du récepteur 15. Une lunette de visée 22 orientable est montée sur un socle 24 autour d'une rotule 25. Sur la lunette 22 est fixé un télémètre 26, par exemple du type à laser, dont l'axe d'émission est parallèle à l'axe optique 34 de la lunette 22. Un système de mesure angulaire 27 est sensible à l'orientation du miroir 3 et à celle de la lunette 22. Un calculateur 28 comporte quatre entrées 39, 38, 41, 40 reliées respectivement au circuit 21, à une autre sortie 36 du récepteur 15, au système 27 et au télémètre 26. Le calculateur 28 comporte deux sorties reliées d'une part au circuit 20, et d'autre part à l'émetteur laser 1 à travers un circuit de commande 29 et un modulateur 30 branchés en série. Le missile 7 est équipé d'un détecteur photoélectrique 31 disposé à l'arrière du missile. La sortie électrique du détecteur 31 est connectée à un circuit de traitement 32 dont la sortie est reliée à des organes 33 capables de provoquer une modification de la direction du missile. Comme indiqué sur la figure 1, les éléments référencés de 1 à 5 et de 10 à 30 sont rassemblés dans un poste de guidage 35 qui peut être situé à terre ou sur un véhicule militaire. Le missile 7 est lancé à partir d'une base vers une cible mobile à détruire telle qu'un char adverse non visible sur la figure. Le faisceau laser d'émission 6 est orienté vers le missile 7 à l'aide d'un dispositif d'acquisition non représenté. Le faisceau 9 renvoyé par les rétroréflecteurs 8 fixés sur le missile est, après réflexion sur le miroir mobile 3 et le miroir fixe 11, concentré par la lentille 14 sur le récepteur 15 à quatre quadrants. Celui-ci comporte une sortie électrique 37 sur laquelle est délivré un signal représentatif de l'intensité du rayonnement laser renvoyé par le missile et une sortie écartométrique 36 sur laquelle est délivré un signal représentatif de l'écart angulaire entre la position du missile et l'axe du faisceau laser. Le signal écartométrique est envoyé au calculateur 28 qui peut ainsi calculer avec précision la direction du missile compte tenu de l'orientation du miroir 3 et délivrer l'information correspondante au circuit 20. Celui-ci commande, par l'intermédiaire des moteurs 5, la rotation du miroir 3 autour de la rotule 4 de façon à diminuer l'écart angulaire. On réalise ainsi un pointage automatique du missile 7. Par ailleurs, la sortie électrique 37 est reliée à l'entrée du circuit 18 qui polarise les électrodes des transducteurs 17 du miroir adaptatif 3. il en résulte une déformation de la surface réfléchissante 16 du miroir 3, cette déformation tendant à augmenter l'amplitude du signal électrique délivré sur la sortie 36 du récepteur 15. On augmente ainsi la concentration du faisceau laser 6 sur le missile 7. L'opérateur vise la cible au moyen de la lunette orientable 22 et met en marche le télémètre qui délivre, aux moments désirés et à intervalles de temps réguliers, l'information de la distance de la cible. Le système de mesure 27 délivre à sa sortie deux informations définissant la position angulaire du missile par rapport à un trièdre de référence lié à la lunette orientable 22. Le modulateur 30 module l'énergie du faisceau 2 délivré par l'émetteur laser 1 suivant une suite d'impulsions. Ces impulsions sont renvoyées par le missile et captées par le récepteur 15 qui délivre un signal de retour sur sa sortie 37 reliée au circuit 21. Celui-ci possède une horloge pour mesurer l'intervalle de temps qui s'écoule entre l'émission d'une impulsion laser vers le missile et sa réception sur le récepteur 15. Le circuit de télémétrie délivre donc à sa sortie l'information de la distance du missile. Le calculateur 28 reçoit sur ses entrées 39 et 40 les informations des distances respectives du poste 35 au missile et à la cible, et sur son entrée 41, les informations définissant la position angulaire du missile. Le calculateur 28 a donc tous les éléments pour résoudre le triangle formé par les points qui correspondent respectivement au poste 35, au missile 7 et à la cible. Ce calculateur est capable de déterminer une trajectoire du missile partant de sa position actuelle et aboutissant à la cible. De préférence, cette trajectoire est déterminée de façon que le faisceau laser reste au dessus de la cible, puis revienne vers celui-ci seulement à la fin du parcours. De cette manière, le poste de guidage est diffilement détectable par l'adversaire. Le calculateur 28 est capable en outre d'élaborer des signaux de pilotage capables de commander le réglage des organes 33 du missile 7, de façon à guider le missile sur la trajectoire déterminée. Ces signaux de pilotage sont transmis au circuit de commande 29 du modulateur 30, ce circuit 29 étant capable de provoquer une modulation, suivant ces signaux de pilotage, de la suite d'impulsions laser délivrées par l'émetteur 1. A titre d'exemple, cette modulation de la suite d'impulsions peut être une modulation "en position", c'est-à-dire une modulation qui consiste à décaler l'instant d'émission des impulsions successives. Le récepteur 31 du missile capte cette suite d'impulsions modulée et le circuit de traitement 32 délivre à sa sortie les signaux de pilotage qui sont transmis aux organes 33. Bien entendu, les opérations que nous venons de décrire sont répétées chaque fois que l'émetteur laser émet une suite d'impulsions, de façon à guider progressivement le missile sur la cible. Le schéma de la figure 2 montre un mode de réalisation du système de mesure angulaire (repéré en 27 sur la figure 1). Ce système comporte un émetteur laser auxiliaire 42 qui peut être par exemple du type héliumnéon. L'émetteur 42 est disposé dans le poste 35 de façon que son faisceau de rayonnement 43 soit dirigé vers la surface réfléchissante 16 du miroir 3 (figure 1) parallèlement au faisceau 2 émis par l'émetteur laser principal 1. Suivant un axe 44 lié à l'axe optique 34 de la lunette 22 (figure 1), sont disposés un objectif 45 et la surface sensible 46 d'une caméra de télévision, cette surface étant disposée dans le plan focal de l'objectif 45. L'axe 44 peut être par exemple parallèle à l'axe 34. Le réglage initial s'effectue en visant une cible étalon munie d'un trièdre rétroréflecteur. On oriente l'axe de la lunette vers cette cible, puis on détermine l'orientation du miroir pour diriger le faisceau délivré par l'émetteur 43 vers la cible et on déplace la surface 46 pour que l'impact du faisceau laser réfléchi par le miroir et concentré par l'objectif 45 soit au point origine 47 de la surface 46. Comme il est visible sur la figure 2, dans cette position 16' (figurée en traits mixtes) de la surface réfléchissante du miroir, le faisceau du laser 42, renvoyé par la surface réfléchissante 16', est centré sur l'axe 44. La position 16 de la surface réfléchissante du miroir correspond à une rotation d'un angle A de la direction du faisceau laser 6 envoyé vers la cible par l'émetteur 1, par rapport à l'axe de visée de la lunette. Le faisceau laser 43 est réfléchi par la surface 16 suivant un faisceau 49 parallèle au faisceau 6, puis concentré par l'objectif 45 en un point 48 de la surface sensible 46 de la caméra. Soit d la distance 47-48 et f la distance focale de l'objectif 45. On a donc tg A = b f Le dispositif de balayage de la caméra de télévision permet de mesurer la valeur de "d" et il est facile d'en déduire celle de l'angle A. La détermination de l'abscisse et de l'ordonnée du point d'impact 48, par rapport à deux axes de coordonnées rectangulaires situés dans le plan de la surface 46 et passant par le point origine 47, permet de déterminer l'orientation dans l'espace de la cible. Par rapport au dispositif de guidage connu selon l'art antérieur, le dispositif décrit ci-dessus et illustré par les figures 1 et 2 présente les avantages suivants. Il possède une excellente précision angulaire de guidage. En effet, l'angle d'ouverture du faisceau laser est maintenu à une valeur la plus faible possible, notamment lorsqu'on utilise une optique adaptative de concentration, ce qui permet d'obtenir une précision d'écartométrie inférieure à 10 5, liée à la faible valeur du champ d'écartométrie. Cette grande précision permet éventuellement de diriger le missile vers les parties les plus vulnérables de la cible. Par suite de la concentration du faisceau, le bilan de liaison entre le poste de guidage et le missile est élevé, notamment si on dispose de rétroréflecteurs à l'arrière du missile. La portée maximale du dispositif selon l'invention est donc plus grande que celle des dispositifs connus. Compte tenu du bon bilan de liaison, les récepteurs photoélectriques installés sur le missile peuvent être de performances réduites ils peuvent être constituées par exemple par des détecteurs pyroélectriques de faible coût et ne nécessitant pas de système de refroidissement. De plus le système d'écartométrie n'est pas installé sur le missile mais dans le poste de guidage. Le matériel embarqué sur le missile est donc plus simple, moins lourd, et moins cher ; aucun ordre complexe n'est élaboré à bord du missile. Enfin le dialogue entre le poste de guidage et le missile est effectué à l'intérieur d'un faisceau laser d'angle solide étroit, dans lequel il est aisé d'interdire à un adversaire ne se trouvant pas dans cet angle derrière le missile, d'introduire des ordres de brouillage, d'éblouissement ou d'aveuglement. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple En particulier on peut, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer certains moyens techniques par des moyens équivalents. C'est ainsi que l'émetteur laser 1 peut avoir une longueur d'onde d'émission réglable à l'aide d'un réseau monté en rotation, de façon à assurer la meilleure transmission possible du faisceau laser à travers les fumées d'échappement du missile. Le système écartométrique peut comporter soit des moyens pour faire vibrer le bord du lobe d'émission laser selon une technique radar connue, soit un système de balayage de la surface du récepteur à l'aide d'un miroir mobile. La concentration du faisceau laser sur la cible peut être obtenue soit en employant un miroir adaptatif tel que le miroir 3 illustré par la figure 1, soit en utilisant un ensemble de miroirs et de lentilles mobiles asservis en direction et en focalisation. Enfin la surface sensible de réception du système de mesure angulaire peut être formée par un réseau de photodiodes. REVENDICATIONS 1/ Dispositif laser pour guider un missile sur une cible, le missile étant lancé vers la cible et comportant des moyens pour modifier sa direction, dispositif comprenant - un poste de guidage comportant un générateur d'un faisceau laser, muni de moyens d'orientation du faisceau et une lunette de visée orientable vers la cible - et un circuit de réception disposé à bord du missile, sensible au rayonnement laser émis par le générateur et relié auxdits moyens pour modifier la direction du missile, caractérisé en ce que le poste de guidage (35) comporte en outre - un système de pointage automatique du missile comprenant ledit générateur (1), lesdits moyens d'orientation (3, 5) étant capables de diriger le faisceau (6) vers le missile (7), celui-ci renvoyant en sens inverse une partie (9) de l'énergie laser qu'il reçoit, un système écartométrique (13) muni d'un récepteur électro-opti que (15) disposé pour recevoir ladite partie (9) d'énergie renvoyée, le récepteur étant apte à délivrer en réponse un signal d'écartométrie représentatif de l'écart angulaire entre la posi tion du missile et l'axe du faisceau et un circuit d'asservissement (20) relié à la sortie du système écartométrique et apte à commander les moyens d'orientation (3, 5) du faisceau (6) de façon à réduire l'écart angulaire, - des moyens de mesure angulaire (27) pour délivrer des informations de position angulaire du missile sur lequel est dirigé le système de pointage, ces informations étant données par rapport à l'orientation de la lunette, - un télémètre (26) solidaire de la lunette de visée (22) pour mesurer la distance de la cible, - un modulateur (30) pour moduler l'énergie du faisceau laser en une suite d'impulsions, - un circuit de télémétrie (21) relié au générateur laser (1) et à une sortie (37) du récepteur (15) du système écartométrique, pour mesurer l'intervalle de temps compris entre l'émission d'une impulsion laser et son retour sur le récepteur après renvoi par le missile (7), cet intervalle de temps étant représentatif de la distance du missile, - un calculateur (28) recevant les informations de la distance du missile, de la distance de la cible et de la position angulaire du missile, ce calculateur étant capable d'une part de déterminer une trajectoire du missile vers la cible et d'autre part d'élaborer des signaux de pilotage capables de commander lesdits moyens pour modifier la direction du missile de façon à guider le missile sur ladite trajectoire - et un circuit de commande (29) du modulateur, afin de moduler ladite suite d'impulsions laser suivant lesdits signaux de pilotage, le circuit de réception (31, 32, 33) disposé à bord du missile (7) étant capable de capter ladite suite d'impulsions laser modulée et de délivrer en réponse lesdits signaux de pilotage aptes à commander lesdits moyens pour modifier la direction du missile. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un système rétroréflecteur (8) installé à l'arrière du missile (7) pour renvoyer en sens inverse ladite partie (9) de l'énergie laser. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur comporte un émetteur laser principal (1) et un miroir (3) entraîné en rotation de façon à réfléchir vers le missile le rayonnement (2) émis par l'émetteur principal, ce miroir réfléchissant vers le récepteur (15) du système écartométrique (13) ladite partie (9) d'énergie laser renvoyée par le missile. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour concentrer le faisceau laser sur le missile. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le miroir (3) comporte un miroir à surface réfléchissante (16) déformable sous l'action d'une pluralité du transducteurs (17) piézoélectriques et un circuit électrique (18) de polarisation dont l'entrée est reliée à la sortie (37) du récepteur (15) du système écartométrique et dont les sorties sont connectées respectivement aux électrodes des transducteurs (17). 6/ Dispositif selon la revendication 3, caracterisé en ce que l'émetteur laser principal (1) est du type à gaz carbonique. 7/ Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'émetteur laser principal (1) comporte des moyens pour faire varier sa longueur d'onde d'émission. 8/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure angulaire (27) comportent un émetteur laser auxiliaire (42) disposé à proximité de l'émetteur laser principal (1), l'axe d'émission de l'émetteur laser auxiliaire étant parallèle à celui de l'émetteur laser principal, et un système de réception solidaire de la lunette de visée (22), ce système comprenant, centrés sur un même axe (44), une lentille de concentration (45) disposée pour recevoir le faisceau émis par l'émetteur laser auxiliaire et réfléchi par le miroir (3), et la surface sensible (46) d'un photodétecteur placée dans le plan focal de la lentille (45). 9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le photodétecteur comporte un balayage de sa surface sensible (46). 10/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le photodétecteur (46) comporte un réseau de photodiodes. 11/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commande (29) du modulateur (30) est'capable de moduler en position ladite suite d'impulsions.