Brevet FR2536851A1 — publié le 19840601

La présente invention concerne un système de reconnais- sance comportant un véhicule aérien se déplaçant en tournant autour de son axe longitudinal. On sait que les systèmes de reconnaissance aérienne, qui mettent en oeuvre des moyens de prise de vue optiques (dans le domaine visible ou infrarouge) susceptibles d'être embarqués à bord d'un véhicule (tel qu'un avion ou un missile de reconnaissance) peuvent soit mettre à profit l'éclairement du paysage lorsque la puissance lu- mineuse est importante, soit capter l'énergie infrarouge rayonnée par le paysage ou les cibles à surveillero Ces moyens de prise de vue sont essentiellement de trois ty- pes, à savoir les appareillages photographiques qui donnent, dans le domaine visible ou dans celui du proche infrarouge, des images instantanées d'une portion du territoire surveillé, mais qui nécessitent soit le retour du vé- hicule à sa base, soit le développement et la lecture des clichés photographiques à bord du véhicule avant transmission par ondes radioélectriques vers ladite base Outre le fait que de tels appareillages nécessi- tent un éclairement important de la cible pour donner des clichés exploitables, ils imposent de plus que le véhicule soit stabilisé pendant les prises de vue, à moins qu'ils soient du type décrit dans le brevet - US-A-3 145 048 destiné à être monté à bord d'un engin se déplaçant tout en tournant autour de son axe Dans ce système connu antérieur, la vitesse de défilement du film photographique d'une caméra panoramique est asservie à la rotation de l'engin Ce système présente donc les autres inconvénients mentionnés ci-dessus, des appareillages photographiques et ne peut être adapté à une détection infrarouge dans la bande spec- trale comprise entre 8 Pm et 12 m; 2 2536851 les caméras de télévision qui donnent une succession d'images obtenues par un balayage en lignes et colon- nes d'un détecteur ou d'une mosaïque de détecteurs et qui nécessitent une stabilisation très bonne pour as- surer le recouvrement d'images prises à des instants successifs (généralement tous les 1/25 seconde); les systèmes à balayage qui effectuent simplement un balayage en lignes, le déplacement du véhicule don- nant la succession des lignes De tels systèmes peu- vent comporter une plate-forme stabilisée et un miroir tournant à grande vitesse pour la formation des lignes de balayage Ils peuvent également, comme cela est dé- crit dans le brevet US-A-3 721 410, comporter un dé- tecteur fixé rigidement à la paroi du véhicule, qui est alors soumis à une rotation autour de son axe lon- gitudinal Il va de soi que les systèmes à balayage à miroir tournant nécessitent une très grande stabilisa- tion lors des prises de vue Quant à eux, les systèmes de balayage à détecteur fixe et véhicule rotatif impo- sent audit véhicule une vitesse de rotation très im- portante (par exemple 200 révolutions par seconde) pour que le balayage de lignes effectué par le détec- teur soit analogue à celui d'une image de télévision. Il en résulte que, dans ce dernier type de systèmes à balayage, le véhicule ne peut être qu'une sorte d'obus n'ayant pas une grande autonomie de vol et ne pouvant pas emporter une charge utile importante. Ainsi, aucun des systèmes connus n'est adapté à une re- connaissance de longue durée au-dessus d'un territoire ennemi qui nécessite, pour pouvoir être menée à bien, avec une faible probabilité d'interruption par la défen- se ennemie, d'utiliser un-véhicule de reconnaissance susceptible d'une très grande manoeuvrabilité et dispo- sant d'une grande autonomie de vol En effet, pour échapper à la défense ennemie, il est nécessaire que le véhicule effectue des manoeuvres de courte période et de forte accélération, ce qui est impossible pour un véhi cule du type obus ou pour des véhicules devant assurer aux moyens de prise de vue une grande stabilisation afin d'obtenir des images claires ou un balayage-à lignes exactement juxtaposées La présente invention a pour objet de remédier aux in- convénients des systèmes mentionnés ci-dessus et elle concerne un système de reconnaissance de très grandes manoeuvrabilité et-autonomie de vol. A cette fin, selon l'invention, le système de reconnais- sance comportant un véhicule aérien susceptible de se déplacer au-dessus d'un territoire à surveiller en tour- nant autour de son axe longitudinal, des moyens de prise d'images disposés à bord dudit véhicule pour observer ledit territoire selon un balayage hélico Cdal en rela- tion avec la rotation dudit véhicule au moyen d'organes sensibles solidaires en rotation dudit véhicule et en- gendrant des signaux électriques représentatifs desdites images, est remarquable en ce que ledit véhicule est du type missile autopropulsé et en ce que lesdits organes sensibles sont formés par au moins un ensemble linéaire d'éléments photosensibles disposé parallèlement à l'axe longitudinal dudit missile. Ainsi, à chacun des instants'pendant lesquels ils sont dirigés vers le territoire, lesdits organes sensibles prennent l'image d'une bande -éléientaire de ce territoi- re dont la longueur est parallèle à la trace du missile - - 4 2536851 Par suite de la-rotation de celui-ci autour de son axe longitudinal, cette bande élémentaire balaie une large bande de territoire, de direction transversale à ladite trace, c'est-à-dire qu'à chaque révolution du missile autour de son axe, lesdits organes sensibles balayent, pendant une partie de cette révolution, ladite large bande de territoire, au lieu de ne balayer qu'une ligne comme dans le cas du système du document US-A-3 721 410. Le véhicule du système selon-l'invention peut donc tour- *ner beaucoup moins vite que celui de ce dernier système, et, par suite, être constitué par un missile autopropul- sé de grandes manoeuvrabilité et autonomie, et non par un obus. On remarquera d'ailleurs qu'il existe une différence fondamentale dans la formation des images selon le bre- vet US-A-3 721 410 et selon la présente invention En effet, dans ce brevet antérieur, la rotation du véhicule engendre des lignes transversales à l'axe de celui-ci et l'avance dudit véhicule produit la succession desdites lignes et donc la formation de l'image en continu En revanche, avec le système selon l'invention, l'image de chaque bande élémentaire de territoire de direction pa- rallèle à l'avance du véhicule enregistrée à un instant donné par ledit ensemble linéaire-d'éléments photosensi- bles forme une ligne; ainsi, dans ce cas, c'est la-ro- tation du véhicule qui engendre la succession des lignes pour former une image partielle du territoire correspon- dant à une large bande de celui-ci de direction trans- versale à l'avance du véhicule, cette avance étant alors responsable de la succession des images partielles suc- cessives. Ainsi, selon l'invention, l'image totale du territoire à surveiller est constituée de la juxtaposition d'une plu- ralité d'images partielles se succédant par suite de l'avance dudit missile, chacune desdites images partiel- les étant constituée de lignes qui se succèdent par sui- te de la rotation dudit missile autour de son axe. Avantageusement, afin d'augmenter encore la longueur de ladite bande élémentaire, et donc réduire la vitesse de rotation du missile, lesdits organes sensibles compor- tent un agencement de plusieurs de ces ensembles linéai- res d'éléments photosensibles disposés dans un aligne- ment parallèle audit axe longitudinal du missile Chacun desdits ensembles d'un agencement peut être pourvu de sa propre optique, lesdites optiques étant réglées pour que les images des bandes élémentaires de territoire données par lesdits ensembles linéaires de l'agencement se jux- taposent sans discontinuité ni recouvrement, de sorte que ledit agencement fournit une image formée de la jux- taposition des images desdits ensembles. De préférence, pour pouvoir réduire encore plus la vi- tesse de rotation du missile, on prévoit une pluralité de tels agencements angulairement décalés autour de l'axe longitudinal dudit missile Ainsi, chaque révolu- tion du missile fournit les images d'autant de larges bandes du territoire qu'il y a d'agencements d'ensembles photosensibles dans ladite pluralité. Avantageusement, les optiques des ensembles linéaires d'éléments photosensibles sont du type à focale variable en fonction de l'angle de roulis du missile et de l'al- titude de celui-ci. Le missile pourrait être télécommandé à partir d'une station disposée à l'extérieur du territoire à surveil- ler Cependant, il est préférable que la mission du missile, y compris ses différentes conditions de vol et - changements de conditions de vol soit effectuée de façon autonome et automatique à partir d'un programme prééta- bli embarqué à bord du missile, celui-ci comportant de façon connue les capteurs ou senseurs nécessaires au déroulement dudit programme. Le missile peut comporter un émetteur HF et on prévoit alors une station au sol recevant, par l'intermédiaire dudit émetteur embarqué, les signaux d'images provenant des éléments photosensibles et les signaux provenant des différents capteurs ou senseurs donnant des paramètres de vol (vitesse, altitude, angle de roulis instantané, etc) Ainsi, la reconstitution des images peut s'effectuer au sol, à l'extérieur du territoire observé, par exploitation des informations fournies par lesdits 61 ééments photosensibles et capteurs. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 et 2 montrent, respectivement en vue de côté et en vue de dessus, un missile de reconnaissance pour le système selon l'invention. La figure 3 est une vue éclatée d'un ensemble de détec- tion monté sur ledit missile. La figure 4 donne le schéma synoptique du dispositif de commande de pilotage et de saisie d'informations monté à bord du missile de reconnaissance. La figure 5 donne le schéma synoptique du dispositif de restitution d'informations disposé à l'extérieur du ter- ritoire surveillé, généralement au sol. La figure 6 illustre le principe de reconnaissance aé- rienne réalisé par le système selon l'invention. Les figures 7 et 8 montrent deux variantes de l'unité de restitution sur film des images prises par le missile de reconnaissance. La figure 9 montre schématiquement un film obtenu par les unités des figures 7 et 8. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. L'exemple de réalisation de missile 1, utilisé dans le système selon l'invention et montré sur les figures 1 et 2, est du type autopropulsé, éventuellement récupérable et est capable d'effectuer des manoeuvres à fort facteur de charge, tout en ayant lors de prises de vue une vi- tesse sensiblement horizontale et en tournant sur lui-même autour de son axe longitudinal Li-L à une vites- se angulaire réglable Pour cela, le missile 1 comporte des ailes 2, un empennage 3, des gouvernes de profondeur 4, une gouverne de direction 5 et un propulseur 6. A l'intérieur du missile I sont prévus: un dispositif de guidage et de pilotage 7 commandant les manoeuvres dudit missile et définissant la trajec- toire à partir d'un programme et de senseurs embarqués, tels qu'une plateforme inertielle et des accéléromètres (non représentés) permettant de plus de reconstituer les images; 8 2536851 un ensemble 8 comprenant un émetteur HF et un disposi- tif de stockage d'informations, pourvu notamment d'an- tennes omnidirectionnelles 9 (voir la figure 5) pour transmettre les informations au sol une partie optique 10 pourvue de moyens électroniques nécessaires à l'élaboration des informations Cette par- tie optique 10 comporte par exemple neuf ensembles de détection identiques 11, répartis en trois agencements 12 de trois ensembles 11 Les trois ensembles 11 d'un agencement 12 sont alignés parallèlement à l'axe L-L du missile 1 et les trois agencements 12 sont équirépartis autour dudit axe L-L, de sorte qu'ils sont décalés de l'un de l'autre autour dudit axe. Sur la figure 3, on a représenté en vue éclatée l'un desdits ensembles de détection 11 Comme on peut le voir, chaque ensemble 11, comporte: un hublot,13 destiné à obturer une ouverture 14 de forme correspondante prévue dans la paroi 15 du missile 1 et à protéger l'optique du milieu extérieur; dans le cas o l'ensemble de détection fonctionne en infrarouge, le hublot 13 peut être en germanium, puisque cette matière est transparente au rayonnement infrarouge; une lentille d'entrée 16; un bloc optique 17, constitué de lentilles dont au moins une est déplaçable sous l'action d'un moteur 18, afin de faire varier la distance focale dudit ensemble 11 Le moteur 18 est oommandé par l'élaborateur d'ordres 28 du dispositif 8; une lentille de sortie 19; un filtre 20 pour sélectionner la bande de fréquence du rayonnement désiré pour les éléments photosensibles, et qui, de préférence, correspond à une longueur d'onde comprise entre 8 gm et 12 pm les éléments photosensibles 21 disposés sous la forme d'une ou plusieurs barrettes, par exemple deux, alignées parallèlement à l'axe longitudinal L-L du missile 1 chaque barrette peut comporter une pluralité (par exem- ple 128) d'éléments photosensibles, qui sont chacun par exemple constitués de plages semi-conductrices de tellu- rure de Cd-Hg ou de Pb-Sn de quelques dizaines de gmde côté, dans' le cas o l'on opère dans la bande 8-12 m; un support 22 pour la ou les barrettes 21 servant de plus de réseau de connection pour celles-ci; un ensemble de câbles de raccordement 23 entre ledit support 22 et des préamplificateurs 24 un ensemble 24 de préamplificateurs et l'électronique associée ayant pour but d'amplifier successivement les signaux issus respectivement des éléments photosensibles des barrettes 21 1 S séquentiellement; et un bloc de refroidissement 25, pourvu d'un doigt 26 en contact avec les barrettes 1 et l'ensemble 24 pour met- tre à la température optimale de fonctionnement les dé- tecteurs et les préamplificateurso Comme on peut le voir sur la figure 4, l'ensemble élec- tronique embarqué 8 de saisie'des informations comporte une centrale de mesure 27 en liaison avec un élaborateur d'ordres 28 qui, grace aux mesures fournies par des cap- teurs et senseurs embarqués-29, commande à la fois les gouvernes 4,5 du missile 1 par l'intermédiaire du dispo- sitif de guidage et de pilotage 7 et la focale des opti- ques 13, 16, 17,18,19,20 par-l'intermédiaire des moteurs 18 L'ensemble électronique 8 comprend de plus une unité de traitement 30 qui met en forme les signaux qu'elle reçoit des ensembles 11, grace aux indications de la centrale de mesure 27 et les adresse à un dispositif de stockage 31, par exemple à bande magnétique, et à un émetteur HF 32, qui par les antennes 9 les transmet à une station d'exploitation 33, qui est disposée à l'ex- térieur du territoire surveillé et qui peut présenter la structure dont le schéma synoptique est donné par la fi- gure 5 Une telle station d'exploitation 33 est pourvue d'une antenne de réception 34 et du récepteur HF 35 adapté pour fournir à une unité de restitution 36, après traitement dans une unité 37, les éléments permettant de reconstituer les images de la zone surveillée par le missile 1 La station 33 peut comporter de plus un dis- positif de stockage 38 des informations reçues, ainsi qu'une console de visualisation 39 Dans l'unité de traitement 37, on sépare les signaux d'image issus des détecteurs-21 des mesures de vitesse, d'angle de roulis et d'incidence issus des capteurs 29 Ces signaux d'ima- ge sont utilisés pour une modulation de lignés soit dans l'unité de restitution 36, soit à la console de visuali- sation 39, tandis que lesdites mesures servent à préci- ser la position et la longueur de la ligne, c'est-à-dire qu'elles commandent des déflecteurs électroniques ou op- tiques, ou bien encore des déplacements mécaniques. Ainsi, le missile 1 est pourvu d'optiques 13, 16, 17, 18, 19, 20 disposées à sa périphérie et groupées dans des plans passant par son axe longitudinal L-L et sus- ceptibles de donner, à chaque instant, l'image d'une étroite bande de terrain de direction parallèle audit axe L-L Les trois optiques d'un ensemble 12 sont ré- 11 2536851 glées pour que les trois images correspondantes se trou- vent bout à bout et alignées parallèlement audit axe L-L de façon à donner l'image unique d'une bande de terrain alimentaire dont la longueur est la somme des longueurs des trois bandes de terrain individuelles' Les images des bandes de terrain sont recueillies par une pluralité 21 des éléments photosensibles alignés'dans le plan fo- cal desdites optiques réglables et susceptibles de transformer ces images en signaux électriques Grâce aux -capteurs 29, on connatt à chaque instant la position et l'angle de roulis du missile 1, de sorte qu'il est pos- sible grace à ces capteurs de reconstituer l'image dans la station'33, après transmission des différentes infor- mations par l'émetteur 32. Comme l'illustre la figure 6, au moment des prises de vue, le missile 1 suit une trajectoire horizontale 40 au-dessus du terrain 41 à surveiller Il est animé d'une rotation sur lui-même autour de son axe L-L et, à un instant donné, les ensembles de détecteurs 11 d'un agen- cement 12 enregistrent l'image d'une bande de terrain élémentaire 42, parallèle au déplacemento Si chaque en- semble de détection 1 1 comporte N éléments photosensi- bles et si chaque agencement 12 comporte p ensembles de détection 11, l'image de la bande de terrain élémentaire 42 est formée de N = N x p points. La rotation du missile 1 autour de son axe L-L-entraînée un balayage du terrain 41 etil'on enregistre ainsi une succession d'images de bandes-43, transversales à la trajectoire 40 et constituées de bandes élémentaires ou lignes 42 A chaque demi-révolution du missile 1,ion dispose ainsi d'un balayage complet d'une'bande 43 de grande étendue, délimitée latéralement par l'angle 1 P et longitudinalement par l'angle 4 2. L'angle P 2 est déterminé par le nombre p des ensembles 11 des agencements 12 et par le nombre N des éléments photosensibles de chaque ensemble 11, ainsi que par l'altitude du missile 1. Pour des raisons pratiques, l'angle i 1 est avantageu- sement limité à 1200 Il est alors avantageux de prévoir trois agencements 12 à 120 à la périphérie du missile 1, de sorte que, à chaque tiers de révolution de celui- ci, on obtient une image d'une bande 43. Avec un missile 1 volant à 500 m d'altitude à une vites- se de 260 m/s en effectuant des tonneaux barriqués de g à la période de 2 secondes et équipé de trois agen- cements 12 de trois ensembles de détection 11 pourvus chacun de 128 éléments photosensibles, dont l'ouverture élémentaire est 0,92 m Rad, chaque image d'une bande 43 est prise en 2/3 de seconde et-couvre environ 175 m à la verticale du missile 1 et 350 m à un angle de + 60 pour une longueur d'environ 1700 m L'image d'une telle bande est constituée d'environ 2300 lignes (chaque ligne étant constituée par une image élémentaire 42) de 128 x 3 = 384 points, de sorte que la définition de l'image de la bande 43 est d'environ 900 000 points. Sur la figure 7, on a représenté schématiquement une unité de restitution 36 de la station d'exploitation 33. Comme on l'a dit ci-dessus, la restitution nécessite un traitement préalable dans l'unité 37 en vue notamment de séparer des signaux provenant des éléments photosensi- bles-21 des paramètres définissant le mouvement du mis- sile L'unité de restitution 36 comporte une source'la- ser 44, par exemple un laser hélium-néon, fournissant un pinceau de lumière 44 a, transmis à un modulateur 45, du type électro-optique ou électro-acoustique, dans lequel il est modulé par un signal provenant de l'unité de traitement 37, de façon proportionnelle à l'intensité lumineuse reçue par les éléments photosensibles 210 Le pinceau modulé 44 b qui en résulte traverse un système optique afocal 46 qui l'agrandit latéralement Le pin- ceau agrandi 44 c traverse alors une cellule de d 6 flec- tion horizontale 47, par exemple de type acousto opti- que, commandée par un signal en dents de scie, dont la période correspond à la lecture de la pluralité des dé- tecteurs photosensibles des zones 42 La cellule de dé- flection 47 est suivie d'un système optique-de correc- tion 48, puis d'un système optique de focalisation 49, de sorte que le pinceau de-lumiire focalisé 44 d)forme sur un film 50 défilant à une vitesse proportionnelle au roulis du missile, un tache lumineuse modulée de fai- ble dimension qui y forme une image représentative des zones 43 successives. :, l Dans la-variante de réalisation de la figure 8, on re- trouve l'agencement de la figure 7, duquel on a supprimé la cellule de déflection 47 et le système optique de correction 48 Dans cette variante de réalisation, le déplacement le long d'une ligne est commandé parun mi- roir tournant 51, interposé sur-le pinceau lumineux en- tre le-système optique de focalisation 49 et le film 50. Dans ce cas, celui-ci doit être entratné proportionnel- lement à l'angle de roulis dans le sens R longitudinal (figure 9) Des signaux de correction issus des mesures d'incidence et de dérapage du missile peuvent intervenir pour modi- fier légèrement l'axe du miroir tournant ou la position du déflecteur afin d'amener les corrections nécessaires à l'image résultante. -14 2536851 Le film, une fois impressionné, doit être développé et projeté ou visualisé pour être exploité Des dispositifs de projection à base de lentilles sphériques peuvent rendre l'image obtenue conforme à une planimétrie de la région observée. La restitution d'images peut être effectuée par des pro- cédés purement électroniques en utilisant un tube catho- dique pour visualiser l'image De la même façon que pré- cédemment, la modulation d'une ligne est commandée par les signaux issus des barrettes de détecteurs 21 et la position des lignes par des signaux liés au déplacement de l'engin et à son roulis instantané. -2536851 REVENDICATIONS 1. Système de reconnaissance comportant un véhicule aérien 1 susceptible de se d-placer-au-dessus d'un: territoire à surveiller 41 en tournant autour de son axe longitudinal S-L, et des moyens de prise d'images : disposés à bord dudit véhicule I pour observer ledit territoire 41 selon un balayage hélicoïdal en relation avec la rotation dudit véhicule au moyen d'organes sensibles solidaires en rotation dudit véhicule, et engendrant des signaux électriques représentatifs desdites images, caractérisé en ce que ledit véhicule 1 est du type missile autopropulsé et en ce que lesdits organes sensibles 11 sont formés par au moins un ensemble linéaire 21 d'éléments photosensibles disposé parallèlement à l'axe longitudinal L-L dudit missile 1. 2. Système de reconnaissance selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'image totale du territoire 41 à surveiller est constituée de la juxtaposition d'une pluralité d'images partielles se succédant par suite de l'avance dudit missile 1, chacune desdites images partielles étant constituée de lignes qui se succèdent par suite de la rotation dudit missile 1 autour de son axe L-L 3. Système de reconnaissance selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits organes sensibles 1 il comportent un agencement 12 de plusieurs de ces ensembles linéaires d'éléments photosensibles disposés dans-un alignement parallèle à l'axe longitudinal L-L du missile 1. 4. Système selon la revendication 3, - caractérisé en ce que chaque ensemble linéaire 21 de l'agencement comporte sa propre optique, lesdites opti- ques étant réglées pour que les images des bandes élé- mentaires de territoires données par lesdits ensembles linéaires de l'agencement se juxtaposent sans disconti- nuité ni recouvrement. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de tels agencements 12-de plusieurs ensembles linéaires d'élé- ments photosensibles, ces agencements étant angulaire- ment décalés autour de l'axe longitudinal L-L dudit mis- sile 1; 6 Système selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdites optiques sont du type à foeale variable en fonction de l'angle de roulis du mis- sile et de l'altitude de celui-ci. 7 Système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte trois agencements 12 d'ensembles linéaires d'éléments photosensibles, équiré- partis autour de l'axe L-L du missile 1, l'ouverture de chacun desdits agencements étant de 120 '. 8 Système selon l'une des revendications 2 à 7, com- portant une unité de-restitution sur film photographique des images captées par lesdits organes sensibles, 1 7 2 536851 caractérisé en ce que ladite unité de restitution 36 comporte une source laser 44 dont le pinceau est modulé par les signaux électriques provenant desdits organes sensibles et dévié par un signal en dents de scie dont la période est égale à la durée de lecture des éléments photosensibles donnant des lignes de balayages d'une image partielle, puis focalisée sur un film 50 entraîné longitudinalement à une vitesse proportionnelle à celle du missile. 9 Système selon l'une des revendications 2 à 7, com- portant une unité de restitution sur film photographique des images captées par lesdits organes sensibles, caractérisé en ce-que ladite unité de restitution 36 comporte une source laser 44 dont le pinceau est modulé par les signaux électriques provenant desdits organes sensibles et dévié par un miroir tournant 51 engendrant le déplacement du pinceau en correspondance avec la lec- ture des éléments photosensibles des lignes de balayage, puis focalisé un film 50 entraînél X iongitudinalement-à une vitesse proportionnelle à celle du missile 1 et transversalement à une vitesse proportionnelle à l'angle de roulis f:.