Brevet FR2566134A1 — publié le 19851220

Procédé et dispositif de recherche et de poursuite de cible au moyen d'un faisceau focalisable. La présente invention concerne un procédé et un dispositif de recherche et de poursuite d'une cible au moyen d'un faisceau focalisable, notamment un faisceau laser à haute énergie. On connaît de tels procédés et dispositifs par le brevet US N03.603.686. Lorsqu'il ne s'agit pas tant de déterminer, en détectant une cible au moyen du faisceau, les coordonnées de la cible pour un système de déclenchement de tir ou pour guider vers la cible une munition pouvant être dirigée, que de provoquer directement dans la cible des perturbations de fonctionnement ou des détériorations au moyen d'un laser d'énergie élevée, il est important d'ajouter à l'ajustement du faisceau sur la cible des moyens de conformation du faisceau, qui s'opposent à des effets de diffusion parasites sur le trajet de transmission vers la cible et, par suite, à un élargissement fâcheux du faisceau.Il se pose cependant un problème, à savoir que la dynamique des moyens connus de compensation des effets parasites sur le trajet du faisceau vers la cible est relativement réduite, de sorte que leur action est rapidement masquée par celle des moyens de poursuite de la cible et qu'ils ne permettent alors plus de compensation des effets atmosphériques défocalisants. Un réflecteur de poursuite supplémentaire pour la recherche de la cible implique, d'autre part, une dépense- d'appareillage supplémentaire considérable et des pertes supplémentaires sur le trajet du faisceau. Compte tenu de ces faits, l'invention a pour objet un procédé et un dispositif du type indiqué, permettant d'effectuer, au prix d'une dépense d'appareillage et d'un investissement technique dans les circuits relativement réduits, une recherche et une poursuite de cible dans une région de l'espace relativement étendue, sans qu'il y ait à renoncer, même dans des zones limites, à la correction des perturbations dues aux effets atmosphériques, pour obtenir sur la cible une tache focale d'étendue réduite de façon optimale. Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, on effectue sur le trajet du faisceau, successivement, une compensation de la déformation du faisceau, avec une focalisation fine et une orientation fine du faisceau au moyen d'une surface réflectrice déformable électromécaniquement selon une information d'intensité sur l'énergie du faisceau réfléchie, et une focalisation grossière au moyen d'un système optique télescopique, avec une orientation grossière du faisceau au moyen d'une plate-forme, et le dispositif destiné à mettre en oeuvre ce procédé comporte un réflecteur de compensation à surface réfléchissante déformable électromécaniquement, un système optique télescopique et une plateforme d'orientation du rayonnement sur le trajet du faisceau vers le faisceau émis, un détecteur de netteté focale pour l'énergie radiante réfléchie alimentant un transmetteur de valeurs de réglage pour les organes de réglage de la surface réfléchissante, ainsi qu'un montage de poursuite pour la plate-forme et le système optique télescopique, pour compenser la déformation de la surface réfléchissante provenant de la position dans l'espace de la cible détectée. Pour résoudre le problème posé par l'invention, on utilise donc, tant pour la recherche et la poursuite de la cible que pour la correction des perturbations dues à 1 ' atmos- phère, un réflecteur dit MDA, tel que celui décrit, par exemple, en regard de la figure 1, dans l'ouvrage de James E. Harvey & Gary M. Callahan "Wavefront error compensation capacibilités of multiactuator deformable mirrors" (SPIE Vol. 141 Adaptive-Optical-Components, 1978, pages 50 à 57), cependant, à présent, on compense les déformations de la surface réfléchissante qui reposent sur la recherche ou la poursuite de la cible, en ce qui concerne l'orientation spa tiale de laplate-forme et la distance du système optique télescopique.On dispose ainsi d'une surface réfléchissante constamment plane au centre pour la correction des perturbations dues à l'atmosphère, qui peut, par suite, s'étendre sur toute la dynamique de déformation de la surface réfle- chissante. Du fait que, d'autre part, pour la correction des perturbations dues à l'atmosphère, on n'a pas, en géneral, besoin de toute la dynamique de déformation de la surface réfléchissante, on peut, après le réglage grossier du faisceau par la plate-forme et le système optique télescopique, utiliser encore le réflecteur de compensation pour l'orientation fine de la direction du faisceau et le réglage fin de la distance focale effective, pour détecter la cible avec un faisceau focalisé de façon optimale. Pour la déformation de la surface réfléchissante, le miroir de compensation peut être pourvu d'organes de réglage piézo-électriques linéaires, pouvant être attaqués en accès à multiplexage au moyen d'une identification de fréquence, cette identification de fréquence pouvant être réalisée sous la forme d'une modulation électrique ou mécanique de la grandeur de réglage correspondant à chaque organe de réglage. Pour la détermination du rayon et de la direction de la courbure de la surface réflÇchissante du réflecteur de compensation, donc la direction d'émission instantannée du faisceau et sa distance focale (ce qu'effectuent alors la plate-forme et le système optique télescopique), il suffit, en principe, de détecter les courses de réglage instantanées d'au moins quatre organes de réglage non alignés. Onpeut prévoir, pour cela, des électrodes de mesure du type décrit dans la DE-A 32 41 601 pour de tels organes de réglage ; il est cependant mieux approprié, parce que moins coûteux, pour obtenir l'information de direction et de distance focale à partir du réflecteur de compensation, de transmettre directement les grandeurs de réglage d'entrée correspondant à des organes de réglage déterminés, à un montage de poursuite, pour déterminer le mouvement en direction azimutale et en élévation de la plate-forme et le réglage de distance focale du système optique télescopique, pour compenser les déformations correspondantes du réflecteur de compensation. Le fonctionnement du transmetteur de valeurs de réglage pour obtenir des grandeurs de réglage pour la correction des perturbations dues à l'atmosphère, ne fait pas partie en tant que tel de l'objet de l'invention ; on se référera pour cela à la description de la figure 2 de l'ouvrage de Harvey et Callahan précité. D'autres variantes et modes de réalisation, ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de l'invention, ressortiront de la description détaillée qui va suivre d'un exemple de réalisation de Invention représenté sur le dessin annexé, très schématique et réduit à l'essentiel, dont la figure unique représente, sous forme de schema-bloc, les dispositifs situés sur le trajet du faisceau, destinés à agir sur le rayonnement et à le guider, ainsi que leur mode de pilotage électrique. Le dispositif représenté schématiquement sur la figure, destiné à orienter un faisceau de recherche et poursuite 1 de forte densité d'énergie sur une cible 2 éloignée présentant une surface au moins partiellement réfléchissante, comporte, sur le trajet 3 du faisceau, un réflecteur 5 placé sur une plate-forme 4. En pilotant la plate-forme 4 d'une façon appropriée, que l'on n'expliquera pas en détail ici, on peut donc faire tourner et orienter le faisceau de départ 1 selon la direction azimutale a et l'élévation e. Comme source d'énergie 6 pour le faisceau 1, on utilise, de préférence, un laser à gaz d'énergie élevée ; en principe, on peut aussi mettre en oeuvre le principe du dispositif représenté, pour d'autres sources énergie 6, donc pour des faisceaux 1 situés dans un autre domaine de fréquences du spectre électromagnétique, lorsque les dispositifs de déviation se trouvant sur le trajet 3 du faisceau sont calculés de façon correspondante. Au moyen d'un dispositif de déviation ou déflecteur 7, on dirige le faisceau 3 vers un réflecteur ou miroir de compensation 9 pour qu'il se réfléchisse sur une surface réfléchissante déformable 8, du type connu en soi. en tant que miroir MDA ou réflecteur "Multi-dither-Actuator", selon la source précitée, pour compenser des distorsions que subit le faisceau 1 de départ, sur son trajet vers la cible 2, en raison de perturbations dues à l'atmosphère. Avant le réflecteur 5 placé sur la plate-forme, le faisceau 3 passe en outre (éventuellement, par l'intermédiaire d'autres dispositifs de déviation 7) par un système optique télescopique 10 de distance focale réglable électromécaniquement, pour pouvoir modifier la distance focale de ce faisceau de départ 1 selon la distance à la cible réfléchissante 2 sur laquelle l'énergie concentrée du faisceau de départ 1 doit parvenir. Une fraction du faisceau 1, réfléchie sur la cible 2, est guidée vers un détecteur 12 par l'intermédiaire d'un système de réception optique 11, par le réflecteur sur plate-forme 5 précité ou un réflecteur correspondant. Son information d'intensité 13 est une mesure du degré de focalisation effectif du faisceau 1 sur la cible réfléchissante 2. Ce degré de concentration s'amoindrit, lorsque la cible 2 se décale en direction ou en distance du foyer du faisceau 1 ou qu'il y a entre le réflecteur de départ 5 et la cible 2 des conditions de transmission d'énergie qui entrai- nent une diffusion s'écartant de la géométrie du faisceau et, par suite, de nouveau une diminution de densité d'énergie dans la cible 2. Pour remédier à un tel affaiblissement de la densité d'énergie dans la cible 2, un transmetteur de valeurs de réglage 14 est piloté par l'information d'intensitél3prove- nant du détecteur 12, pour fournir des informations de compensation 15 à un amplificateur 16 dont les sorties fournissent elles-mêmes des grandeurs de réglage Ui pour attaquer les organes de réglage du MDA 18i. Les organes de réglage 18i du MDA sont, de préférence, des organes de réglage piézoélectriques dont la longueur est réglée par tension, qui sont encastrés entre la surface réfléchissante déformable 8 et une butée postérieure 19 du réflecteur de compensation 9. Selon l'application des grandeurs de réglage Ui aux organes de réglage 18i (donc selon leurs tensions d'attaque), les longueurs des organes de réglage varient, ce qui entraîne donc une déformation mécanique, donc une déformation géométrique, de la surface réfléchissante active 8.La déformation locale de la surface réfléchissante 8 sur la section droite du faisceau 3 qui se réfléchit sur elle entraîne donc un effet optique correspondant sur les données de section droite du faisceau de départ 1, précisément dans un sens de compensation des influences atmosphériques perturbatrices et d'une détermination non-optimale de la distance du foyer à la cible 2, les variations de distance de la cible étant compensées par les variations du rayon de courbure moyen effectif de la surface réfléchissante 8 et les dérives angulaires de la cible étant compensées par les variations de direction correspondantes du vecteur de courbure de la surface réfléchissante 8, sans qu'on ait besoin, dans cette mesure, d'un pivotement de la plate-forme 4 ou d'un réglage du système optique télescopique 10. Cependant, pour des raisons fonctionnelles, concernant les données superficielles de la surface réfléchissante 8 et la dynamique de réglage des organes de réglage 18i, on ne peut effectuer que des écarts réduits (de l'ordre de 30 microns, par exemple) des différents points d'attaque des organes de réglage 18 sur la face postérieure de la surface réfléchissante 8.Pour pouvoir exploiter cette dynamique de déformation de la surface réfléchissante 8 le plus complètement possible pour la compensation des influences atmosphériques perturbatrices et pour pouvoir détecter et poursuivre, au moyen du faisceau émis 1, une cible 2 dans un domaine angulaire étendu, et même dans le cas de fortes variations de la distance, on prévoit d'utiliser également le transmetteur de valeurs de réglage 14 pour un mouvement de pivotement de la plate-forme 4 et un mouvement de réglage du système optique télescopique 10, ces mouvements étant dirigés de telle façon qu'ils réalisent la déformation de poursuite de la surface réfléchissante 8 en ce qui concerne l'orientation ét la distance du foyer (à la cible 2) et, ainsi, la déformation correspondante de la surface réfléchissante 8 peut être compensée.Dans le système à fonctionnement stationnaire, le réflecteur 9 n'est alors donc plus nécessaire pour détecter la cible 2 au moyen du foyer du faisceau, mais seulement encore pour compenser les effets perturbateurs de l'atmosphère sur le faisceau émis 1, de sorte que la surface réfléchissante 8 présente sa configuration de base (en général plane) au centre et ne subit que de légères dé for- mations locales par les organes de réglage 181, dans la mesure où elles sont nécessaires pour compenser les erreurs de propagation.Par suite, lorsque le fonctionnement du dispositif est stationnaire, donc après que la plate-forme 4 et le système optique télescopique 10 aient détecté la cible, toute la dynamique de déformation de la surface réfléchissante 8 pour compenser les erreurs de transmission, donc de propagation, et en cas de nécessité pour le réglage fin de la distance focale effective et de la direction du faisceau, est disponible et l'on ne risque pas qu'en raison d'une déformation stationnaire, nécessaire pour la détection de la cible, la dynamique de la surface réfléchissante 8, par exemple vers les bords, ne suffise plus pour la compensation des perturbations qui s'ajoute. En raison des relations connues (notamment, ici la proportionnalité) entre les grandeurs de réglage Ui et la déformation de la surface réfléchissante 8 provoquée par les organes de réglage 18i, un montage de poursuite 20 destiné à piloter la plate-forme 4 et le système optique télescopique 10, peut être intercalé à la suite de l'amplificateur 16 (et, dans cette mesure, être monté en parallèle sur les organes de réglage 18i) ; on peut aussi cependant prévoir d'alimenter le montage de poursuite 20 directement à partir du transmetteur de valeurs de réglage 14 (on n'en a pas tenu compte sur le dessin) ou d'un montage qui lui fait suite, pour tenir compte, par exemple par une dynamique de pilotage correspondante, des différences de propriétés d'inertie entre les organes de réglage électromécaniques pour la plate-forme 4 et le système optique télescopique 10 et garantir un pilotage optimisé des organes de réglage piézo-électriques 18i, indépendamment de ces différences. Pour pouvoir piloter individuellement les organes de réglage 18i selon la déformation locale de la surface réfléchissante 8, on réalise un accès en multiplexage, pour lequel on prévoit un générateur de fréquences multiples 21 dans l'exemple de réalisation schématique. A chacun des organes de réglage 18i correspond fixement une fréquence d'identification Fi qui est combinée avec modulation, dans un dispositif de modulation 22, avec la grandeur de réglage Ui de l'organe de réglage 18i devant être précisément atta qué. Du fait que cette modulation est également contenue dans l'énergie radiante réfléchie, elle fait partie intégrante de l'information d'intensité 13, de sorte qu'on peut garantir, au moyen d'un filtre de fréquence ou de phase 23, que le transmetteur de valeurs de réglage 14 ne reçoit qu'une information d'intensité 13 appartenant à un organe de réglage 18i attaqué à cet instant. On obtient ainsi une correspondance sans ambiguïté dans l'attaque du montage de poursuite 20 et, par suite, dans l'intervention de réglage de la plate-forme 4 et du système optique télescopique 10, selon la déformation centrale de la surface réfléchissante 8, en ce qui concerne la courbure et la direction de courbure. Indépendamment de la façon dont les organes de réglage 18i sont attaqués lors de la réalisation de ce dispositif, la courbure et le basculement de la surface réf lé- chissante active 8 peuvent être déterminés sans ambiguïté (et au prix d'un investissement dans la technique des circuits relativement réduit) en déterminant la déviation instantanée d'au moins quatre organes de réglage 18i non alignés attaquant l'arrière de la surface réfléchissante 8 et en la transmettant au montage de poursuite 20 (pour compenser cette déformation au moyen de la plate-forme 4 et dusystème optique télescopique 10).Pour cela, on peut mesurer activement la déviation effective dans chaque cas, ou bien on la déduit de la grandeur de réglage effective Ui dans chaque cas sur la base de la relation linéaire pour l'organe de réglage entre la tension correspondant à la grandeur de réglage et l'amplitude de déviation. Le dispositif de modulation 22 peut être un montage multiplicateur ou additionneur électrique. Le plus simple est de le réaliser au moyen d'éléments piézo-électriques montés en série, dont l'un est réalisé sous la forme d'un organe de réglage 18i et l'autre sous la forme d'un organe de modulation, pour superposer une variation de longueur à haute fréquence à la fréquence d'identification Fi. On a représenté, en plus, sur le dessin un montage de recherche et de poursuite de cible extérieur 24 au moyen duquel on peut effectuer, d'une façon connue en soi, selon le déroulement d'un programme de détection de l'espace interessant, une surveillance initiale de la cible, avant que le dispositif représenté ne fonctionne en circuit de réglage autonome avec réinjection de l'information d'intensité 13. On peut aussi utiliser le montage extérieur 24 (ce qu'on n'a pas représenté sur le dessin) directement pour attaquer le montage de poursuite 20, lorsque, par exemple, avant le pas sage en fonctionnement en circuit de réglage autonome du dispositif représenté, on doit opérer avec des paramètres de commande modifiés selon une surveillance grossière de la région de l'espace intéressante. REVENDICATIONS 1. Procédé de recherche et de poursuite d'une cible au moyen d'un faisceau focalisable, notamment un faisceau laser à haute énergie, caractérisé en ce qu'on effectue successivement sur le trajet du faisceau une compensation de la déformation du faisceau, avec focalisation fine et orientation fine du faisceau au moyen d'une surface réfléchissante déformable électromécaniquement, selon une information d'intensité sur l'énergie réfléchie du faisceau, et une focalisation grossiere au moyen d'un système optique télescopique, avec une orientation grossière du faisceau au moyen d'une plate-forme. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue la focalisation grossière et l'orientation grossière du faisceau à partir de l'attaque électromécanique de la surface réfléchissante déformable pour ramener sa déformation à une surface plane au centre, qui n'est plus déformée que par compensation des perturbations d'origine atmosphérique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'orientation directionnelle et la courbure centrale de la surface réfléchissante déformable est réduite, en ce qui concerne sa grandeur et sa direction, de l'attaque instantanée d'organes de réglage pour la déformation locale de la surface réfléchissante. 4. Dispositif de recherche et de poursuite d'une cible au moyen d'un faisceau (1) focalisable, notamment un faisceau laser à haute énergie, caractérisé en ce qu'il comporte un réflecteur de compensation (9) à surface réf léchis- sante (8) déformable électromécaniquement, un système optique télescopique (10) et une plate-forme (4) d'orientation du faisceau émis, sur le trajet (3) vers le faisceau émis (1), un détecteur de netteté focale (12) pour l'énergie radiante réfléchie alimentant un transmetteur de valeurs de réglage (14) pour les organes (18i) de réglage de la surface réfléchissante ainsi qu'un montage de poursuite (20) pour la plate-forme (4) et le système optique télescopique (10), pour compenser la déformation de la surface réfléchissante (8) provoquée par la position dans l'espace de la cible (2) détectée. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte, comme organes de réglage (18i), des organes de réglage piézo-électriques linéaires. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, carac térisé en ce que le montage suiveur (20) est intercalé à la suite du transmetteur de valeurs de réglage (14) pour fournir des grandeurs de réglage (Ui) pour la déformation de la surface réfléchissante (8).