Brevet FR2569926A1 — publié le 19860307

DISPOSITIF DE DETECTION ET D'ELIMINATION D'IMAGES PARASITES CREEES PAR UN IR DOME PYRAMIDAL. L'invention concerne un dispositif électronique de détection et d'élimination d'images parasites créées par l'IR dôme pyramidal d'un autodirecteur infrarouge (ADIR) pour missile non stabilisé en roulis, le signal recueilli dans le plan focal de l'objectif de l'autodirecteur pouvant avoir une origine d'un premier type en provenance d'une source située dans le champ dudit objectif et dont le rayonnement est transmis à travers L'IR dôme, ou une origine d'un deuxième type en provenance d'une source extérieure audit champ et dont le rayonnement après transmission à travers une facette de l'IR dôme est réfléchi par la facette opposée. La source située dans le champ de l'objectif (origine du premier type) peut être la cible utile, un élément du paysage, un leurre, etc... La source extérieure au champ de l'objectif (origine du deuxième type) peut être un élément du paysage (dont le soleil), un leurre, etc... Les images que l'on se propose ici d'éliminer sont celles correspondant à une origine du deuxième type, qu'il s'agisse d'éléments du paysage ou de leurres, la distinction entre éléments de paysages et leurres n'étant pas à la charge dudit dispositif. Le remède théorique à la non-création de telles images parasites consiste à effectuer sur la face externe de chaque facette de L'IR dôme un traitement anti-reflet anaLogue à celui qui est opéré sur les faces internes. Ce remède s'avère pratiquement inefficace du fait que les traitements connus à ce jour ne résistent pas aux contraintes d'environnement subies par l'IR dôme. La solution envisagée n'est pas un moyen optique, mais un dispositif électronique ayant pour but de détecter et donc d'éliminer ces images parasites. Ce dispositif est remarquable en ce que l'analyse de la scène délimitée par le champ de l'objectif ayant pour résultat une succession de trames de période T, les niveaux des points de la trame de rang N - 1 précédant une trame quelconque de rang N sont stockés dans une mémoire de trame, les niveaux en deux points correspondant à une même localisation géographique de la scène, l'un sur la trame N à un instant t, l'autre sur la trame N 1 à l'instant t - T étant transmis respectivement à l'entrée non inverseuse et à l'entrée inverseuse d'un détecteur différentiel dont la sortie est reliée à travers un opérateur de prise de valeur absolue à une entrée d'un comparateur sur l'autre entrée duquel est appliqué un niveau de seuil de valeur positive, le niveau issu dudit opérateur indiquant l'apparition d'une image parasite si sa valeur est supérieure à ladite valeur de seuil, le signal en sortie du comparateur servant à inhiber la prise en compte de ladite image parasite. Comme il a déjà été mentionné dans le préambule, ce dispositif s'adresse à un missile non stabilisé en roulis. Il s'agit donc d'une aide à l'accrochage en vol, au réaccrochage en vol et à la poursuite. A condition de limiter la durée élémentaire du traitement à une valeur suffisamment faible (par exempte une période de trame de 5 ms) telle qu'il soit possible de négliger notamment le déplacement du missile (3,5 m à Mach 2), le déplacement relatif cible-missile, le grossissement de la cible (inférieur à un champ élémentaire de 0,5 m rd pour une cible de diamètre 2 m à la très courte distance de 100 m), les images du premier type restent identiques, alors que les images du deuxième type décrivent une trajectoire pendant le même temps. La description suivante en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les valeurs numériques utilisées ci-après sont données à titre indicatif et proviennent d'ordres de grandeur correspondant à une application de ce dispositif à un ADIR à imagerie pour missile sol-air à très courte portée. La figure 1 montre la double origine du signal transmis par l'IR dôme pyramidal. La figure 2 représente une trame dans le plan focal de l'objectif. La figure 3 représente le schéma synoptique du dispositif électronique de détection et d'élimination d'images parasites conforme à L'invention. La figure 4a définit le référentiel fixe Oxyz et La facette de réflexion pour la détermination des points génériques de l'image parasite. La figure 4b donne les mêmes définitions dans le plan xOz à l'instant initial. La figure 5 montre à l'intérieur du missile le positionnement du référentiel fixe par rapport au plan focal de L'objectif La figure 6 montre la trajectoire d'une image parasite dans les limites du champ analysé. La figure 7 définit le référentiel fixe et l'axe de visée dans le cas général o aucune hypothèse n'est faite sur l'existence de L'image parasite à t = O. Les éléments correspondants surces différentes figures seront désignés par Les mêmes signes de référence. La figure 1 représentant la coupe d'un IR dôme pyramidal 1 par son plan de symétrie montre que le rayonnement transmis peut avoir deux origines: une origine dite du premier type,-indiquée en pointillés 2 sur la figure, lorsqu'il provient d'une source située dans le champ de L'objectif et dont Le signal est recueilli dans le plan focal dudit objectif après transmission à travers l'IR dôme; - une origine dite du deuxième type, indiquée en trait plein 3, lorsqu'il est issu d'une source extérieure au champ de L'objectif mais dont Le flux transmis à travers l'une des facettes 4 de l'IR dôme est ensuite réfléchi par la face externe 5 d'une facette opposée 6. Ce rayonnement forme dans le plan focal de l'objectif une image parasite qui se superpose à l'image utile. Une analyse complète de la scène délimite le champ de L'autodirecteur selon ses caractéristiques (système optique, détecteurs, mode de balayage) . L'image ainsi obtenue dans le plan focal de l'objectif constitue une trame représentée sur la figure 2. Les détecteurs infrarouge disposés en une barrette B de 32 éléments traduisent le flux qu'ils reçoivent en un signal électrique. Un prisme tournant au niveau de l'objectif produit ta rotation de l'image dans Le plan de la scène. Chaque élément détecteur analyse donc une couronne circulaire centrée en Co. Le flux qu'il reçoit est intégré et lu séquentiellement pendant un certain temps selon la vitesse de rotation tous les 1/128 tour. La trame ainsi décomposée en 128 positions successives de la barrette de détecteurs elle-même découpée géographiquement en 32 éléments est formée de 128 fois 32 = 4096 éléments d'image ou pixels (contraction des mots anglais picture elements). L'un de ces éléments est représenté autour du point M de coordonnées polairesp et -. Si la vitesse du balayage est de 200 t/s, la période de la trame est de 5 ms. La suppression des images parasites est obtenue conformément à l'invention au moyen du dispositif électronique dont le schéma synoptique est représenté sur la figure 3. Les niveaux des signaux correspondant aux différents éléments d'image sur les trames successives sont transmis aux entrées d'un détecteur différentiel 8, par voie directe sur l'entrée non-inverseuse et à travers une mémoire 7 sur l'entrée inverseuse. La mémoire 7 dite mémoire de trame est équivalente à une ligne à retard de longueur égale à la durée d'une période de trame T. La sortie du détecteur différentiel 8 est reliée à travers un opérateur de prise de valeur absolue 9 à une entrée d'un comparateur 10 dont l'autre entrée reçoit une valeur de seuil SO positive et fonction du niveau de bruit thermique du dispositif (S = ao; a > O; a étant L'écart type du bruit). La sortie du comparateur fournit un signal logique L. Le traitement est effectué en temps réel. La trame n N étant analysée et les niveaux des points de la trame précédente n N - 1 ayant été stockés dans la mémoire de trame 7, le détecteur différentiel 8 effectue la différence point à point entre les niveaux fournis par les trames N et N - 1. Si le point M analysé à l'instant t sur la trame N fournit le niveau S(t), le niveau du même point mis en mémoire était S(t - T) sur la trame N - 1. On calcule donc à l'instant t: AS(t) = S(t) - S(t - T) et la valeur absoLue de AS(t) en provenance de 9 est comparée en 10 à la valeur de seuil50. Si l'on a IAS(t)I y S, Ol y a au point M variation de signal entre la trame N - 1 et la trame N, ce qui indique l'apparition d'une image parasite. Le signal logique L = 1 issu de cette comparaison va servir à inhiber la prise en compte de cette information. La condition selon laquelle toute évolution entre deux trames consécutives (avec une période trame de faible valeur) caractérise une image parasite (origine du deuxième type) est une condition suffisante. Cela peut ne pas être une condition nécessaire. En effet, compte tenu de la périodicité de la rotation en roulis d'une part, de la périodicité de l'analyse trame d'autre part, une image parasite peut présenter la même trajectoire lors de deux trames consécutives. Ce phénomène est rencontré lorsque la période d'analyse est un multiple de la "période trajectoire", ce qui se traduit par: [El] T = k/nfm 256992à avec T: période d'analyse ou durée trame nf:nombre de facettes de l'IR dôme W: vitesse de roulis k: entier Lié à la trame N. Pour l'application numérique suivante: T = 5 ms; nf = 8; 5. w. 15 tours/s, ce qui fournit 0, 2 se produire. La durée élémentaire du traitement étant limitée à une valeur faible de L'ordre de la période trame, on a indiqué ci-dessus que les images du second type décrivent une trajectoire dont on se propose de calculer les expressions. A cet effet, on supposera que la trame est stabilisée en roulis, c'est-à-dire que les informations de luminances sont adressées dans un référentiel fixe lié au sol. Sur le plan pratique, cela résulte de l'utilisation d'un gyroscope de roulis et de la compensation électronique de L'adressage effectué dans un repère lié au missile. Le choix de l'orientation des axes est alors plus important que celui de l'origine qui peut être arbitraire. La figure 4a donne la définition de ce référentiel représenté en perspective: - L'axe x'Ox est l'axe du missile (Ox étant dirigé vers l'avant). - L'axe z'Oz est l'axe vertical du missile à t = O (Oz étant dirigé vers le haut). - L'axe y'Oy est le troisième axe de coordonnées du référentieL, Oxyz étant fixe dans l'espace (stabilisé en roulis). On définit également sur la figure 4a la facette de réflexion ainsi que les directions des rayons incident et réfléchi. A l'instant initial, le plan facette de réflexion est défini par deux droites:l'axe y'Oy et la droite Ow, intersection du plan xOz avec un plan parallèle à la facette de l'IR dôme sur laquelle le rayonnement provenant de la source parasite est réfléchi. La droite Ow fait un angle 6 avec l'axe x'Ox. Lorsque le missile est animé d'un mouvement de roulis, ce plan facette de réflexion tourne d'un angle a = t autour de l'axe x'Ox. La direction du faisceau incident est donnée par la droite OS qui fait dans le plan xOz un angle e avec la facette. Dans le système de référence Oxyz, - le point générique S du rayon incident OS a pour coordonnées: xS = Acos6, y5 = O, z5 = AsinO avec 0 = B + 6 et A = OS: paramètre; - Le point générique N de la normale ON au plan de réflexion t étant perpendiculaire à Ot a pour coordonnées: xN = -B sin 6, YN = - B cos 6 sin a, zN = B cos 6 cos a, avec B = A (cos 6.sin 6.cos a - sin 6.cos 0) - le point générique R du rayon réfLéchi OR intersection de ce rayon avec t a pour coordonnées XR, YR' ZR' avec xR = A.A1, YR = AA2' ZR = AA3 o A1, A2 et A3 sont des fonctions des lignes trigonométriques de 6, B et a. La figure 4b montre les définitions ci- dessus dans le plan xOz à l'instant initial. Afin de faciliter les calculs, le centre 0 du référentiel fixe Oxyz est positionné au centre du système optique de L'autodirecteur. Sur la figure 5, ce système optique est représenté d'une manière simplifiée par une lentille 11 située dans Le corps du missile 12 attenant à L'IR dôme pyramidal 1. Soit Y l'angle de visée c'est-à-dire le débattement de La tête de l'autodirecteur ou dans [a représentation simplifiée de La figure, L'angle de l'axe optique de La LentiLle Il avec L'axe x'Ox du missile. CO étant le centre du champ dans te plan focal image PF à La distance F du centre 0 du référentiel, on suppose pour fixer Les idées qu'à l'instant initiaL, L'image se trouve sur L'axe vertical C oY de symétrie dudit plan, t'axe horizontal COX étant paraLtèLe à Oy (voir également figure 2). Le plan focal ainsi défini est adressé en coordonnées polaires p, T avec 0 A = F A3 sin Y - A1 cos Y Dans le référentiel Oxyz de vecteurs de base - jet k, e vecteur Coa pour composan+es: base 1, j et k, te vecteur C0R a pour composant-es:: rA.A1 + F cos Y CoR l A.A2 LA.A - F sin Y Dans le plan focal, dont les vecteurs directeurs sont I = jet J = sin Y i + cos Y k, + les composantes de C R sont: o XR = A.A2 YR = A.(A1 sin Y + A3 cos Y) Ainsi les coordonnées polaires d'une image parasite R dans le plan focal PF s'écrivent: PR= E(X + = E [ f'28 avec 4'R(rad) tel que yR sin R = R XR os = R La trace d'une trajectoire d'image parasite dans le plan focal est donnée sur la figure 6 avec les valeurs de paramètres: e = 28 , 0 = 14 à t = O et Y = 0,05 . On voit que l'image parasite située à t = O sur l'axe vertical de symétrie du plan focal revient à sa position initiale au bout de 12,5 ms soit 2,5 trames. De t = 0,68 ms à t = 11,82 ms, l'image parasite se trouve hors du champ analysé. Les trames correspondantes résultent de l'échantillonnage de ces trajectoires par la barrette de détecteurs infrarouge animée d'un mouvement de balayage "type polaire". Dans le cas général on ne fait, à priori, aucune hypothèse sur l'existence de l'image parasite à l'instant initial. Le plan focal est défini comme le plan perpendiculaire à L'axe de visée représenté sur la figure 7'et donné par son site Y (compté positivement vers le haut) et son azimut ú (compté dans le sens trigonométrique dans le plan horizontal) et tel que le point Co (centre du champ) soit à la distance F de l'origine 0. La direction de l'axe de visée est donnée par le vecteur OC de composantes: - F cos Y cos C OC - F cos Y sin E F sin Y L'équation du plan focal est alors donnée par: (PF): cos Y cos E X + COS Y sin E y - sin Y z + F = 0. La relation entre le paramètre A et la focale F obtenue comme précédemment en écrivant que R appartient à PF devient: A =o F A3 sinY - A1 cosC - 2 cosy sine Dans le trièdre Oxyz de vecteurs de base i, jet k, le vecteur CoR a pour composantes: A.A1 + F cosy cosú CoR A.A2 + F cosy sine A.A3 - F sinY Dans le plan focal dont Les vecteurs directeurs sont: I = - sine i + cos j et J = sinY cose i + sinY cosú j + cosY k, les composantes de CoR sont: XR = A(A2 cose - Al sine) YR = A(A1 sinY cose + A2 sinY sine + A3 cosY) Les expressions des coordonnées polaires PR et R de l'image parasite R ressent celles indiquées ci- dessus. REVENDICATION: Dispositif électronique de détection et d'élimination d'images parasites créées par L'IR dôme pyramidal d'un autodirecteur infrarouge pour missile non stabilisé en roulis, le signal recueilli dans le plan focal de l'objectif de l'autodirecteur pouvant avoir une origine d'un premier type en provenance d'une source située dans le champ dudit objectif et dont le rayonnement est transmis à travers l'IR dôme ou une origine d'un deuxième type en provenance d'une source extérieure audit champ et dont le rayonnement après transmission à travers une facette de l'IR dôme est réfléchi par la facette opposée, caractérisé en ce que l'analyse de la scène délimitée par le champ de L'objectif ayant pour résultat une succession de trames de période T, les niveaux des points de la trame de rang N - 1 précédant une trame quelconque de rang N sont stockés dans une mémoire de trame, les niveaux en deux points correspondant à une même locaLisation géographique de la scène, l'un sur la trame N à u instant t, l'autre sur la trame N - 1 à l'instant t - T étant transmis respectivement à l'entrée non inverseuse et à l'entrée inverseuse d'un détecteur différentiel dont la sortie est reliée à travers un opérateur de prise de valeur absolue à une entrée d'un comparateur sur l'autre entrée duquel est appliquée une tension de seuil de valeur positive, le signal issu dudit opérateur indiquant l'apparition d'une image parasite si sa valeur est supérieure à ladite valeur de seuil, le signal en sortie du comparateur servant à inhiber la prise en compte de ladite image parasite.