Brevet FR2525761A1 — publié le 19831028

Dispositif de visée stabilisée multivoies La présente invention concerne un dispositif de visée stabilisée destiné à être monté sur une plate-forme telle qu'un véhicule terrestre, un hélicoptère ou un navire. Dans de nombreux cas, par exemple dans les systèmes de conduite de tir, le dispositif de visée doit stabiliser et pointer simultanément, en site et en gisement, les lignes de visée de plusieurs senseurs'travaillant dans des bandes spectrales différentes, pour lesquelles n'existe pas de matériau- ayant un coefficient de transmission suffisant dans tout le spectre à couvrir. Ce cas se présente notamment dans les systèmes de.conduite de tir qui incorporent des "senseurs" dont certains travaillent dans le domaine du visible et de l'infrarouge proche, c'est-à-dire pratiquement la bande de 0,4 à 2,5 microns, et d'autres travaillent dans l'infrarouge thermique, dans une bande qui est généralement comprise entre 3 et 13 microns. On connatt déjà (EP-A-OO 31781) un dispositif de visée stabilisée comportant un premier équipage orientable autour d'un axe extérieur (axe de gisement chaque fois que l'on cherche à atteindre des angles de site importants) par un moteur d'orientation, un second équipage monté sur le premier de façon à pouvoir être orienté autour d'un axe intermédiaire orthogonal avec l'axe extérieur par un moteur d'orientation commandé par une boucle d'asservissement, et un coeur muni d'un gyroscope et monté sur le second équipage par un mécanisme d'orientation autour d'un axe intérieur situé dans un plan orthogonal a l'axe intermédiaire, mécanisme.commandé, a partir des signaux fournis par le gyroscope, par une boucle d'asservissement, tandis que le moteur d'orientation autour de l'axe extérieur est muni d'un système de recopie commandé par un détecteur des écarts angulaires de l'axe intérieur par rapport à la position canonique. Le coeur peut comporter un senseur ou plusieurs "senseurs. Dans le second cas,. le plus fréquent, le dispositif comporte plusieurs pupilles d'entrée dont une au moins est affectée a la voie visible et infrarouge proche, l'autre à la voie infrarouge thermique. Les se seurs' affectés à la première voie comporteront par exemple une lunette de visée oculaire directe, un système de télé vision travaillant dans le visible et le proche infrarouge, un télémètre laser. et, éventuellement, un système d'écar tométrie. Les "senseursuaffectés à l'autre voie se limite ront souvent a une caméra d'imagerie thermique utilisée pour l'observation et le tir de nuit. Un tei dispositif donne des résultats satisfaisants du point de vue de la valeur de la résiduelle de stabilisation. Mais l'espace nécessaire au débattement angulaire des 'senseursu, dont les plus encombrants (caméras thermiques) sont de forme allongée, conduit a un dispositif de volume important. La présente invention vise notamment a fournir un dispositif du genre ci-dessus défini présentant un encom brement réduit. Dans ce but, l'invention propose un dis positif dans.lequel le coeur est constitué essentiellement par lessenseurfd'une des voies (caméra a infrarouge thermique par exemple) et est couplé a un miroir de pointage appartenant a l'autre voie par un dispositif de recopie angulaire dans un rapport de 1/2 autour d'un axe paral lèle a l'axe intérieur et porté par le second équipage, ou confondu avec lui. Les caméras infrarouge utilisées à l'heure actuelle, incorporant une barrette d'éléments détecteurs et un dias poramètre de balayage, ont généralement une forme très allongée autour de leur axe optique. Il est dans ce cas avantageux de disposer la caméra constituant le coeur de façon que son axe optique soit parallèle a l'axe de site ou confondu avec lui, un miroir de renvoi à 900 étant prévu sur le trajet de la voie infrarouge entre la pupille d'entrée -et l-a caméra. L'axe de latéral sera placé de façon a intersecter l'axe de site, tandis que l'axe de gisement peut être décalé de l'axe de latéral lorsque l'on souhaite placer lessenseursappartenant à la voie optique derrière la caméra à infrarouge thermique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif et comportant deux voies munies chacune d'une pupille d'entrée. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - les figures 1 et 2 sont des schémas de principe, respectivement en vue de dessus et en vue de face, montrant la disposition des constituants principaux du dispositif - la figure 3 est une vue fantôme en perspective simplifiée montrant une répartition possible des composants du dispositif dans l'espace, dans le cas où le dispositif constitue viseur de toit d'un hélicoptère. Le dispositif de visée stabilisée montré en figures 1 et 2 est destiné a être monté sur un bâti 9. Il comporte un premier équipage 10 monté sur le bâti 9 par l'intermédiaire d'un roulement il de façon à tourner autour d'un axe 12 qu'on supposera être l'axe de gisement. Le premier équipage 10, constituant cardan de gisement, porte un second équipage 13 par l'intermédiaire de roulements 15 disposés de façon que le second équipage puisse tourner autour d'un axe intermédiaire 14 perpendiculaire au premier et constituant axe de site. Le second équipage 13 porte le coeur du dispositif de visée stabilisée. Le coeur n'est pas fixé sur le second équipage. Il est porté par un ou des paliers de façon à pouvoir tourner autour d'un axe interne 16, que l'on appellera axe de latéral, perpendiculaire à l'axe de site 14. Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, l'axe de latéral 16 est décalé de Itaxe de gisement 12 lorsque ces deux axes sont parallèles, cette disposition permettant de mieux loger les senseurs comme on le verra plus loin. Un gyroscope de stabilisation 17 est monté directement sur Ie coeur. L'axe de spin du gyroscope 17 est orienté parallèlement à la direction 18 de la visée (figure 1). Le gyroscope sera généralement du type sec d deux axe-s sensibles, lrun des deux axes d'entrée du gyroscope étant orienté suivant l'axe de latéral 16 et l'autre axe d'entrée faisant donc, avec l'axe 14, un angle égal à celui dont a tourné le coeur, autour de l'axe de latéral 16, par rapport à la position canonique. Le coeur et le second équipage 13, dont l'élément de structure essentiel est un fourreau 30, sont munis chacun d'un. circuit d'asservissement (non représenté) dont le détecteur est constitué par le gyroscope 17. Le circuit d'asservissement en site comprend- une électronique de commande d'un moteur d'orientation en site, schématisé en 20. De façon similaire, le circuit d'asservissement en latéral reçoit les signaux du gyroscope 17 et commande un moteur 22 d'orientation du coeur autour de l'axe de latéral. Le dispositif est conçu de façon que le coeur s'écarte peu de la position canonique, dans laquelle les axes sensibles du gyroscope sont parallèles aux axes d'action des moteurs de stabilisation 20 et 22. Pour atteindre ce résultat, il faut faire tourner le premier équipage, c'est-à-dire le cardan de gisement 10, de façon que l'angle de rotation du coeur autour de l'axe de latéral 16 reste très faible. Ce résultat est atteint en munissant le premier équipage 10 d'une chatne de recopie (non représentée) comportant un détecteur des rotations du coeur autour de l'axe de latéral 16 et une électronique, channe qui commande un moteur 25-d'orientation de l'équipage 10. Dans ces conditions, on peut limiter les déplacements angulaires du coeur autour de l'axe de latéral 16 à une amplitude faible, limitée à quelques degrés et, dans la pratique, fréquemment inférieure au degré. La disposition décrite jusqu'ici est du type qui fait l'objet du document EP-A-OO 31781, auquei on pourra se reporter, si ce n'est que l'axe de latéral est décalé par rapport a l'axe de gisement, alors que ce n'était pas le cas dans le mode particulier de réalisation décrit à titre d'exemple dans le document EP-A-OO 31781. Le dispositif suivant l'invention comporte plusieurs voies optiques ayant des pupilles d'entrée différentes (deux voies dans le cas montré sur les figures). L'une des voies est destinée à la détection en infrarouge thermique. Sonesenseurhest est constitué par une caméra thermique 31, travaillant dans la bande spectrale allant de 3 à 13 microns. Le boîtier de cette caméra porte le gyroscope 17 et le rotor du moteur de latéral 22, de sorte que la caméra canstitue le coeur du dispositif. Les caméras thermiques actuelles présentent généralement un boîtier de forme allongée dans le sens de l'entrée de la lumière. Il est avantageux, pour des raisons d'encombrement, de disposer la caméra longitudinalement dans le fourreau et d'interposer, entre ld pupille d'entrée 32 (constituée par un hublot ménagé dans un capot suiveur 33 solidarisé électriquement du fourreau 30 par un asservissement de recopie) et la caméra 31 un miroir de renvoi à 900, 34, solidaire du bottier de la caméra. La seconde voie, correspondant à une bande spectrale allant typiquement de 0,4 à 2,5 microns (visible et proche infrarouge) comporte un hublot d'entrée 35 en matériau transparent pour la bande spectrale correspondante, porté par un capot suiveur en site 36 similaire au capot 33. L'élément d'entrée de cette seconde voie est constitué par un miroir de pointage 37 destiné à renvoyer la lumière incidente le long de l'axe de site 14. Ce second miroir 37 est monté rotatif sur l'équipage 13 autour d'un axe secondaire de latéral 38. Il n'est pas nécessaire de munir le miroir 37 d'un système indépendant de stabilisation autour de l'axe de latéral secondaire 38, les déplacements angulaires à lui donner étant exactement moitié de ceux de la caméra 31. En conséquence, il suffit de prévoir un dispositif mécanique de recopie des déplacements de la caméra dans un rapport 1/2, schématisé sur les figures 1 et 2 par une courroie métallique 39 et deux poulies 40 et 41. La poulie 41, solidaire du miroir 37, a un diamètre double de celui de la poulie 40, solidaire du bottier de la caméra 31. En aval du miroir de pointage 37, la voie visible et proche infrarouge comporte un miroir de renvoi 42 solidaire du premier équipage 10. Le miroir 42 renvoie le faisceau de lumière vers l'arrière. Le faisceau est ensuite repris par une lame dichrofque 43 qui renvoie la partie visible vers une chaîne comportant, dans le mode de réalisation illustré, un objectif 44 muni d'un système de redressement et une caméra de télévision 45. Une nouvelle lame dichroïque ou semi-transparente 46 permet de prélever une partie de la lumière sortant de l'objectif 44 et de l'envoyer colinéairement à l'axe de gisement du- plateau 10 vers une lunette 47 d'observation visuelle directe. La partie du faisceau située dans le proche infrarouge traverse la lame dichroïque 43 et tombe sur la fenêtre d'entrée d'un télémètre laser 48 situé à l'arrière du premier équipage. Ce télémètre pourra par exemple comporter un laser à impulsions à 1,06 micron et une électronique associée de télémétrie. Naturellement, le dispositif pourrait être complété par d'autres dispositifs encore d'observation stabilisée ou de détection. On voit qu'en disposant transversalement la caméra - infrarouge 3X, en avant de l'axe de gisement 12, et en plaçant derrière elle d'une part, les éléments travaillant dans le domaine visible, d'autre part, les éléments travaillant dans le proche infrarouge et, surtout, le télémètre laser, relativement encombrant, on arrive à réduire très notablement la dimension verticale du dispositif et, surtout, le volume balayé lors des orientations en site et en gisement.De plus, on peut envoyer la lumière vers laslunette 47 suivant l'axe de gisement 12 et, en cons- quence, prévoir une-lunette d'observation 47 (réduite a un bras porte-oculaire)'fixe. Grâce à l'utilisation de capots suiveurs portant les hublots, la dimension de ces derniers peut être très réduite, ce qui est particulièrement important pour le hublot d'entrée de la voie infrarouge thermique, qui doit être constitué en germanium. Le dispositif peut aisément être réalisé pour présenter une plage d'orientations infinie en gisement, à condition de prévoir un joint électrique tournant, et un débattement de l'ordre de 700 en site. Lorsque la caméra est du type à barrette, le dispositif permet non seulement d'accomplir la fonction de visée stabilisée, mais aussi celle de veille en bloquant le système en site et en effectuant un balayage en gisement par rotation lente du premier équipage. La figure 3, où les organes correspondant à ceux des figures 1 et 2 sont désignés par le même numéro de référence, montre une réalisation possible du dispositif en vue d'un montage sur hélicoptère. Le dispositif comporte un boîtier externe 49 muni d'une bride 50 de fixation sur le toit de l'hélicoptère. On retrouve le premier équipage, dont l'élément essentiel est un plateau 51 muni d'une fourche dont les bras portent les roulements 15. On voit que le fourreau 30, de forme allongée, contenant la caméra 31, tourne autour de son axe lors des débattements en site, donc que l'espace requis pour ce type de débattement se limite au volume de la caméra et du fourreau. Etant donné la très faible valeur des débattements angulaires autour de l'axe de latéral 16, le diamètre du fourreau peut n'être que-très légèrement supérieur à celui de la caméra. Le mode de réalisation de la figure 3 ne comporte pas de capot suiveur. Les hublots 32 et 35 ont donc une orientation invariable autour de l'axe 14 et le champ d'observation en site sera limité par leur dimension verticale. Pour augmenter ce champ, on peut les constituer de facettes accolées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de visée stabilisée comportant un premier équipage (10) orientable autour d'un axe extérieur par un moteur d'orientation (25), un second équipage (13) monté sur le premier de façon à pouvoir être orienté autour d'un axe intermédiaire (14) orthogonal avec l'axe extérieur par un moteur d'orientation (20) commandé par un circuit d'asservissement et un coeur muni d'un gyro- scope (17) et monté sur le second équipage par un méca nisme d'orientation autour d'un axe intérieur (16) orthogonal à l'axe intermédiaire, mécanisme commandé, à partir des signaux fournis par le gyroscope, par un cir cuit d'asservissement, tandis que le moteur d'orientation autour de l'axe extérieur est muni d'un système de recopie commandé par un détecteur de l'écart angulaire de l'axe intérieur par rapport à la position canonique, caractérisé en ce que le coeur est constitué essentiellement par le senseur (31) d'une des différentes voies optiques du dispo sitif et en ce qu'il est couplé à un miroir de pointage (37) appartenant à une a-utre voie par un dispositif de recopie angulaire dans un rapport de 1/2 autour d'un axe (38) parallèle à l'axe intérieur (16) et porté par l'équipage (13). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le senseur de la première voie est constitué par une caméra à infrarouge thermique (31) de forme allongée autour de son axe optique, disposé de façon que son axe optique soit parallèle à l'axe de site, un miroir de renvoi à 900 solidaire de la caméra étant prévu sur le trajet de la voie infrarouge thermique entre la pupille d'entrée du dispositif et la caméra. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe intérieur (16) est placé de façon à intersecter l'axe intermédiaire (14) tandis que l'axe extérieur (12) est décalé de l'axe latéral vers l'arrière de façon à permettre de renvoyer une partie dés faisceaux optiques colinéairement à l'axe extérieur du dispositif. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les senseurs'appartenant à la seconde voie sont placés derrière leJsenseurappartenant à la première voie. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les axes extérieurs, intermédiaires et intérieurs- constituent respectivement axes de gisement, de site et de latéral. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le miroir de renvoi à 900 de la première voie et le miroir de pointage de l'autre voie sont placés dans des capots suiveurs mobiles de façon identique au second équipage grâce a un asservissement de recopie.