Brevet FR2551858A1 — publié le 19850315

Procédé et dispositif de déclenchement opto-électronique à seuil pour projectile L'invention a pour objet un procédé et un dispositif opto-6lectronique de déclenchement, ou fusée, pour projectile, destiné à commander l'activation de la charge du projectile avant collision de celui-ci avec la cible. Elle trouve une application importante dans de nombreuses munitions, notamment anti-personnel, telles qu'obus de mortier et grenades à fusil. Il existe déjà des fusées remplissant une telle fonction. Certaines, qui mesurent le temps d'aller-retour d'une impulsion lumineuse brave (demande de brevet FR 81 08127) ont une sûreté et une sécurité de fonctionnement excellentes mais elles ont l'inconvénient d'un coQt élevé, prohibitif pour les munitions dont le prix global doit rester faible. L'lnvention vise à fournir un procédé et un dispositif de déclenchement avant l'impact de coQt faible et néanmoins de fonctionnement sr, même sur un objectif faiblement rG- fléchissant; et de sécurité élevée même en cas de tir à travers un milieu diffusant, tel que pluie, neige ou brouillard. Dans ce but, l'invention propose notamment un procédé de déclenchement: pour projectile suivant lequel on émet, vers l'avant du projectile, des impulsions lumineuses périodiques broies, on effectue une détection synchrone des impulsions réfléchies et on compare le signal électrique représentant chaque impulsion reçue, après atténuation, au signal retardé représentant l'impulsion précédente. On voit que le fonctionnement est provoqué non pas par un niveau donné de signal réfléchi, mais par une variation rapide de ce signal, ce qui tout à la fois permet d'éviter un fonctionnement intempestif dans un milieu retournant un flux lumineux pseudo-constant ou variant lentement et assure un fonctionnement certain en cas d'arrivez à grande vitesse sur un milieu ayant une surface bien définie, même de coefficient de réflexion faible. Il ne faut en effet pas perdre de vue que, à coefficient de réflexion constant, le flux réfléchi et recueilli varie comme l'inverse du carré de la distance, ce qui se traduit par une variation d'intensité importante à proximité de l'objectif et par la possibilité d'obtenir un déclenchement dans une plage de distances relativement réduite en dépit du caractère variable du coefficient de réflexion de l'objectif. L'invention propose également un dispositif de déclenchement opto-électronique comprenant un émetteur d'impulsions lumineuses brèves périodiques vers l'avant du projectile et un récepteur fournissant un signal de tension électrique représentatif du flux lumineux qu'il reçoit et attaquant un circuit de déclenchement, caractérisé en ce que le circuit comporte deux branches dont la première est munie d'un élément de retard du signal de tension, ainsi qu'un comparateur entre les signaux provenant des-deux branches et un circuit d'activation de la charge lorsque la différence entre le signal appliqué à la seconde branche et le signal provenant de la première branche a dépasse un seuil prédéterminé n fois successives, n étant un nombre entier déterminé. La valeur du seuil peut être ajustée à l'aide d'un atténuateur placé sur la seconde branche. Le retard sera choisi en fonction de la vitesse du projectile dans la partie de la trajectoire où doit se produire l'activation. Dans le cas d'un projectile tombant en chute libre, avec une vitesse d'approche qui est typiquement de 30 à 50 m/s, une fréquence de récurrence de 1 kHz donne des résultats satisfaisants. Le dispositif peut être réalisé de façon simple sous forme analogique, utilisant une mémorisation de tension de crête sur condensateur et un comptage par accumulation des impulsions provenant d'un comparateur. Pour éviter l'effet d'un flux direct intense aveuglant le récepteur, un circuit d'inhibition sera généralement prévu pour interdire la transmission des signaux dûs à l'excitation du capteur lorsque le flux lumineux reçu par celui-ci dépasse un seuil. Cet aveuglement peut d'ailleurs être notablement réduit en munissant l'optique d'entrée du dispositif d'un para-soleil. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des description qui suit d'un mode particulier de réalisation donne à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère au dessin qui l'accompagne, dans lequel - la Figure 1 montre schématiquement un projectile équipé d'un dispositif suivant l'invention, en coupe suivant un plan passant par son axe - la Figure 2 est un synoptique du circuit d'un dispositif constituant un mode d'exécution de l'invention. Le projectile montré en Figure 1 à titre d'exemple, destiné a' être tiré par une arme individuelle, comprend un corps 10 contenant une charge, prolongé à l'arrière par une queue munie diun empennage de stabilisation 12. La partie avant du corps porte un dispositif de déclenchement à proximité de l'objectif comprenant une partie optique et des circuits associés. La partie optique comprend un émetteur d'impulsions lumineuses 14 (diode électroluminescente ou LED dont le spectre est centré sur 950 nm par exemple) et un capteur 16 sensible à la lumière émise par l'émetteur, tel qu'une photodiode précédée d'un filtre de couleur 18 qui réduit la sensibilité du dispositif à l'éclairage ambiant. Le capteur et l'émetteur, séparés par une cloison 20 destinée à réduire les couplages directs, sont associés chacun à une lentille de focalisation 22. La lentille d'émission transforme le faisceau provenant de l'émetteur en un faisceau peu divergent dirigé vers l'avant du projectile. La lentille de réception concentre le rayonnement qu'elle reçoit sur le capteur 16.Cette partie optique est placée dans un boîtier dont l'avant en forme de tronc de cône 24 constitue un para-soleil destiné à réduire le flux lumineux susceptible d'arriver sur le capteur à partir de sources externes et à protéger l'optique des chocs directs éventuels. L'angle d'ouverture de ce para-soleil est évidemment choisi, ainsi que l'ouverture du faisceau d'émission, en fonction de l'angle sous lequel le projectile est susceptible d'arriver sur l'objectif. Il faut remarquer au passage que cet ensemble est réalisable à faible cotit : en particulier, les lentilles 22 peuvent être réalisées par moulage sous pression et l'émetteur peut être une diode de faible puissance, 15 mW par exemple. Les circuits peuvent être portés par une plaque sur laquelle sont directement collés l'émetteur et le récepteur. L'émetteur 18 est associé à une horloge 26 et un amplificateur 28. La fréquence de l'horloge 26 est choisie en fonction de la vitesse du projectile. Une fréquence d'environ 1 kHz est généralement satisfaisante lorsque le projectile est une grenade volant à 50 m/s environ. Le capteur 16 attaque de son côté un amplificateur 30 dont le signal de sortie est appliqué à deux voies par l'intermédiaire d'un détecteur synchrone 32 représenté schématiquement par un interrupteur fermé par les créneaux de sortie de l'horloge, pendant une durée correspondant au temps d'aller-retour dans la plage de distance pour laquelle le déclenchement doit intervenir. La première voie comprend un circuit analogique 34 imposant uniquement au signal de tension Vs qu'il reçoit un retard To. a valeur crête du signal ainsi transmis est stockée provisoirement sur un condensateur 36. La tension de sortie du condensateur 36 est appliquée, par l'intermédiaire d'un circuit tampon 38, à l'une des entrées d'un comparateur 40. La seconde voie est destinée à appliquer, à la seconde entrée du comparateur 40, le signal instantané Vs avec un coefficient d'atténuation qui fixera le seuil de déclenchement du dispositif. Pour cela, la seconde voie comprend un atténuateur analogique 42 qui peut être muni d'une entrée de réglage 44. Dans la pratique, un coefficient d'atténuation B de l'ordre de 0,8 donnera en général de bons résultats dans le cas d'un projectile tombant en chute libre. Le comparateur 40 est prévu pour fournir une impulsion de sortie lorsque le signal atténué qu'il reçoit par la seconde voie est supérieur au signal retardé. Le comparateur 40 attaque un circuit de comptage 46 qui, après avoir reçu un nombre prédéterminé d'impulsions, débloque le circuit de puissance 48 d'activation de la charge. On voit que la tension appliquée par la première voie au comparateur 40 suit l'amplitude de crête du signal Vs avec un retard lié à la constante de temps TO. Aussi longtemps que cette tension Vs ne croît pas suffisamment rapidement.en réponse à plusieurs impulsions lumineuses successives fournies par l'émetteur 14, le comparateur 40 ne bascule pas. Lorsqu'au contraire le projectile se rapproche d'un réflecteur à vitesse élevée, supérieure par exemple à 20 m/s, la tension appliquée par la seconde voie devient systématiquement supérieure à celle appliquée par la première voie au comparateur et ce dernier bascule. Les circuits montrés en Figure 2 comprennent en outre une branche destinée à éviter les conséquences de l'aveuglement du capteur 14 par une source lumineuse intense, qui sature l'amplificateur 30. Cette branche comprend un comparateur 50 qui reçoit le signal de sortie du capteur 16 et, lorsque cette tension est supérieure à un seuil V1, fournit un signal de sortie. Ce signal attaque un monostable reconductible 52 qui maintient à zéro la tension appliquée au compteur 46 aussi longtemps que le comparateur 50 fournit un signal et pendant une durée va au-delà. Sur la figure 2 ce résultat est atteint à l'aide d'un circuit supplémen- taire 54 schématisé sous forme d'un interrupteur. La mise à eu est ainsi interdite aussi longtemps qu'il y a aveuglement. Cette branche, destinée à éviter les conséquences de l'aveuglement du capteur, est également utilisable pour fixer, avant toute possibilité de fonctionnement de la chaîne de mise à feu, la valeur appliquée au comparateur 40 par la première voie. Pour cela, il suffit que la valeur V1 s'établisse progressivement à travers un circuit à constante de temps. Ainsi, à l'instant du tir, le comparateur 50 produit un signal qui bloque pendant un temps minimum T1 la transmission de signaux de commande au compteur 46. Comme cela a déjà été indiqué plus haut, le dispositif peut être réalisé à aide de moyens simples. Le compteur 46 peut être un circuit analogique à condensateur qui reçoit une charge déterminée à chaque impulsion fournie par le comparateur 40, tout dépassement d'une valeur de seuil par la tension aux bornes du condensateur se traduisant par un signal de sortie. Dans la pratique, le compteur 46 sera prévu pour commander le circuit de puissance 48 au bout de trois à cinq impulsions successives. T0 sera choisi pour correspondre à quelques périodes de répétition des impulsions lumineuses. On pourra par exemple adopter To = 10 ms pour une fréquence de répétition de 1 kHz. T 1 sera généralement choisi supérieur à 0, par exemple de 60 ms pour to = 10 ms. L'ensemble du circuit est à faible consommation et peut être alimenté par une source peu encombrante, par exemple par une pile amorçable ou une pile thermique. Le fonctionnement du dispositif ressort de la description qui précède et n'a donc pas à être indiqué en détail. Il suffit de noter que pendant les premiers mètres du parcours, alors que la branche d'anti-aveuglement inhibe le fonctionnement, il y a mesure du bruit de fond qui peut être provoqué par des conditions atmosphériques particulières (pluie, neige, vent de sable, etc.). Puis sur la trajectoire, aussi longtemps qu'il n'y a pas variation brutale de l'intensité réfléchie, il n'y a pas activation. Si par exemple le projectile pénètre dans un nuage ou une nappe de brouillard, le gradient du coefficient de réflexion ou de rétrodiffusion varie trop lentement pour qu'il y ait activation. Au contraire, il y a fonctionnement certain lorsque le projectile se rapproche à vitesse élevée d'une surface réfléchissante, même lorsque cel;le-ci présente une faible cohérence (cas d'un sol mou par exemple) et ne provoquerait pas la mise a feu d'un capteur mécanique. REVENDICATIONS 1. Procédé opto-électronique de déclenchement pour projectile, destiné à commander l'activation de la charge du projectile avant collision de celui-ci avec la cible, caractérisé en ce qu'on émet, vers l'avant du projectile (10), des impulsions lumineuses périodiques brèves, on effectue une détection synchrone des impulsions réfléchies et on compare le signal électrique représentant chaque impulsion reçue, après atténuation, au Signal retard représentant l'impulsion précédente. 2. Dispositif de déclenchement opto-électronique pour projectile, destiné à commander l'activation de la charge du projectile avant collision de celui-ci avec la cible, comprenant un émetteur (14) d'impulsions lumineuses brèves périodiques vers lavant du projectile et un récepteur (16) fournissant un signal de tension électrique représentatif du flux lumineux qu'il reçoit et attaquant un circuit de déclenchement, caractérisé en ce que le circuit comporte deux branches dont la première est munie d'un élément (34) de retard du signal de tension, ainsi qu'un comparateur (40) entre les signaux provenant des deux branches et un circuit d'activation de;la charge lorsque la différence entre le signal appliqué à la seconde branche et le signal provenant de la première branche a dépassé un seuil prédéterminé n fois successives, n étant un nombre entier déterminé. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le seuil est ajustable à l'aide d'un atténuateur (42) placé sur la seconde branche. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'élément de retard du signal est prévu pour fournir un retard correspondant à plusieurs impulsions lumineuses brèves fournies par l'émetteur. 5. Dispositif selon la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que, le projectile étant d'un type tombant en chute iibre, la fréquence de récurrence des impulsions lumineuses brèves est de l'ordre de 1 kHz. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la première branche comporte un condensateur (36) de mémorisation de la tension de crête reçue à travers l'élément de retard. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'inhibition pour interdire la transmission des signaux de declenchement aussi longtemps que le flux lumineux reçu par le capteur (16) dépasse un seuil prédéterminé. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'émetteur et le récepteur sont associés à des lentilles de focalisation (22) placées a l'avant du projectile et dont l'angle de vision est limité par un para-soleil (24) débordant des lentilles vers l'avant.