Brevet FR2598497A1 — publié le 19871113

Dispositif d'allumage à distance. L'invention concerne un dispositif d'allumage à distance destiné à un engin volant équipé d'un télémètre à réflexion. Un tel dispositif d'allumage à distance est connu par le brevet US No 4 309 946 lorsqu'il est utilisé avec un télémètre à laser, et par le 5 brevet US No 4 185 560 quand il est utilisé avec un télémètre à radar. Pour la réalisation pratique de tels dispositifs se pose un problème fonctionnel consistant dans le fait que l'angle d'ouverture du faisceau de l'énergie rayonnée par l'émetteur du dispositif de localisation à réflexion doit être aussi petit que possible en soi, de manière à 10 réfléchir la plus grande quantité possible de l'énergie envoyée à la cible et obtenir ainsi du côté récepteur un bilan énergétique favorable; alors que d'autre part un faisceau émetteur fortement rassemblé perd facilement la cible à la suite de modifications de position relatives par rapport au projectile volant récepteur, ce qui 15 nécessite une commutation demandant du temps sur un programme de recherche jusqu'à ce que la cible soit à nouveau détectée. Entre temps et pendant qu'a lieu la détection de la cible, les conditions de trajectoire et de distance entre la cible et l'engin volant récepteur peuvent devenir si défavorables qu'il n'est plus possible, pour des 20 raisons de dynamique de vol, que l'engin volant récepteur puisse être manoeuvré et suffisamment rapproché de la cible pour que sa tête de combat fonctionne. Il est vrai par ailleurs que le danger de perte de -2 détection de la cible est plus faible lorsque le faisceau d'énergie émettrice est moins fortement rassemblé; mais en raison du diamètre plus important du faisceau, la poursuite de la cible qui est déterminée par le dispositif de localisation à réflexion devient imprécise, et en 5 particulier la précision de l'évaluation de l'énergie réfléchie par la cible du côté récepteur devient beaucoup plus mauvaise car seule une petite partie de la section du faisceau est en fait réfléchie par la cible alors qu'en outre le récepteur reçoit le rayonnement de l'environnement et de l'arrière-plan, et est donc excité avec un très 10 mauvais rapport signal/bruits parasites. Connaissant ces conditions, l'invention a pour but d'améliorer le fonctionnement et de ce fait les possibilités d'utilisation d'un dispositif du type mentionné dans le préambule de manière à obtenir du c8té récepteur un bilan énergétique et d'informations plus favorable. 15 Selon l'invention, ce but est atteint essentiellement du fait que le parcours suivi par le faisceau du télémètre se déplace à l'arrière d'un système optique convergent sur un point disposé excentriquement par rapport à l'axe longitudinal de l'engin volant et tournant autour de celui-ci, et se déplace à l'avant de ce système optique le long d'un 20 angle de visée variable par rapport à l'axe longitudinal de l'engin volant. Selon cette solution et grâce aux lois géométriques s'appliquant à un faisceau d'un système optique convergent, on obtient non seulement le rassemblement de l'énergie rayonnée et reçue en retour d'un dispositif de mesure de distance et de localisation à réflexion, mais aussi une optimisation du point focal dans la région d'éloignement intéressant pour l'allumage entre l'engin volant récepteur et la cible et un mouvement de balayage de la ligne de visée ou du faisceau pendant l'approche vers la cible. Avantageusement, la navigation lors de 30 l'approche de la cible n'est pas dérivée du dispositif de mesure de distance actif prévu pour déterminer le moment de l'allumage, mais d'un dispositif de recherche et de poursuite de cible passif qui fonctionne selon les mêmes lois concernant la géométrie des faisceaux optiques, au moyen d'un système optique convergent qui peut être constitué en vue de 35 la détection par un capteur pour une simple navigation de poursuite de - 3 cible ou pour la prévision d'un point de collision quand il s'agit de navigation proportionnelle. Selon ce perfectionnement, la solution de l'invention consiste en une combinaison entre un télémètre à réflexion actif et un dispositif de recherche et de poursuite de cible passif selon la demande de brevet allemand 34 35 634 (demande de brevet français No 85 14332) ou l'autre solution de la demande additionnelle P 36 09 774.8 (demande de brevet français No 87 03809); en utilisant le même système optique convergent à grande ouverture aussi bien pour les données du dispositif 10 de poursuite de cible fonctionnant de façon passive que pour les données du dispositif de déclenchement d'un signal d'allumage en fonction de la distance qui travaille de façon active. Dans le même plan de détection peuvent être disposés des éléments capteurs décalés les uns par rapport aux autres en direction périphériques et destinés 15 au dispositif passif et aux éléments récepteurs du dispositif actif, à l'arrière du même système optique, ce qui fait que l'on obtient toujours du dispositif de poursuite de cible passif un faisceau rassemblé de façon optimale pour le dispositif da mesure de distance actif sur la cible qui a été détectée et suivie. Il est avantageux pour le traitement des signaux reçus que le dispositif de poursuite de cible passif et le dispositif de mesure de distance actif puissent fonctionner dans la même plage du spectre à des fréquences nettement distinctes les unes des autres, ce qui permet un traitement sélectif des signaux par la fréquence en vue d'une part du 25 traitement des signaux destinés au dispositif de direction et de poursuite et d'autre part au dispositif d'allumage à distance. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention et dans la zone spectrale des infrarouges, les éléments capteurs destinés au fonctionnement passif sont optimalisés de préférence sur des longueurs d'onde du 30 faisceau situées dans les fenêtres dites atmosphériques et connues, c'est-à-dire de 4 p ou de 10 p; alors que pour le télémètre à laser infrarouge actif peut être utilisé un émetteur comprenant une diode laser pour une longueur d'onde située dans la plage de 850 nm à 1,5 p. La solution de l'invention, notamment par combinaison du dispositif passif de poursuite de cible par infrarouges et du télémètre -4 à laser actif à l'arrière du même système optique convergent de grandes dimensions, convient donc particulièrement également pour augmenter la puissance d'un engin volant de défense aérienne rapide contre une cible pénétrant dans l'atmosphère en suivant une trajectoire balistique très inclinée et de ce fait fortement chauffée. Avantageusement, le point suivi par le faisceau dans le plan de projection d'un système optique présente une distance focale variable (objectif zoom). En variante, l'invention prévoit un système optique convergent à 10 point focal fixe quand la position du point formé par le faisceau se modifie dans le plan de projection en fonction d'une modification de l'angle de visée. Avantageusement, on dispose un réflecteur semi-transparent sur le parcours suivi par le faisceau entre un émetteur et un récepteur. De préférence, on prévoit un réflecteur au point suivi par le faisceau et le réflecteur semitransparent à l'arrière de celui-ci dans l'axe longitudinal du projectile, l'émetteur ou le récepteur étant disposé à l'extérieur du plan de projection et le récepteur ou le projecteur étant situé diamétralement à l'opposé du point dans le plan 20 de projection par rapport à l'axe longitudinal de l'engin volant. Avantageusement, deux éléments capteurs se chevauchant sensiblement mutuellement en direction radiale par rapport à l'axe longitudinal de l'engin volant sont décalés l'un par rapport à l'autre en direction périphérique dans le plan de projection. Finalement, l'invention prévoit un moteur pour l'entraînement d'un disque tournant concentriquement à l'axe longitudinal de l'engin volant, qui est équipé d'un émetteur de télémètre et/ou d'un récepteur de télémètre ainsi que d'un réflecteur dans le plan de projection et au moins d'un élément capteur à proximité du point suivi par le faisceau. 30 L'invention va maintenant tre décrite plus en détail en se référant au dessin représentant de fortement abstraite et limitée à l'essentiel des modes de réalisation préférés de la solution de l'invention. Sur les dessins: la figure 1 représente un exemple d'un télémètre à réflexion monté -5 dans un engin volant, et la figure 2 représente le dispositif de la figure 1 en combinaison avec des détecteurs destinés à un dispositif de recherche et de poursuite de cible. En ce qui concerne l'engin volant 11, il s'agit de préférence d'un projectile de défense à vol très rapide utilisé contre une cible 12 suivant une trajectoire balistique ou volant par son propre dispositif propulseur, c'est-à-dire qui doit être attaquée par une tête de combat 13 à énergie élevée et formant des éclats, et donc détruite ou au moins 10 mise hors d'état de fonctionner. Pour obtenir ce résultat, il faut que la tête de combat 13 soit initiée par in signal d'allumage 14 quand l'approche de l'engin volant de défense 11 en direction de la cible 12 a atteint une distance 15 favorable à son fonctionnement, car quand il s'agit notamment d'une vitesse d'approche relativement élevée, par 15 exemple dans le cas d'une approche approximativement frontale de l'engin volant 11 vers sa cible 12, il n'est pas possible de corpter en règle générale et pour des raisons de dynamique de vol de l'engin volant de défense Il sur un impact direct contre la cible 12. Pour réaliser une mesure continue rapide et précise de la distance 20 15 de la cible, l'engin volant 11 est équipé d'un dispositif d'allumage à distance 16 constitué essentiellement par un dispositif de mesure de durée d'impulsions ou par un dispositif de mesure de phase, qui est déclenché cycliquement par l'émetteur 17 d'un télémètre à réflexion 18 et est excité par son récepteur 19. En ce qui concerne l'énergie 20 25 émise pour le fonctionnement de ce télémètre 18 en direction de la cible 12 (en mode continu ou en régime impulsionnel) et qui est réfléchie par la cible 12, il s'agit de préférence d'une énergie rayonnante dans la plage spectrale des IR due au fonctionnement d'une diode laser semiconductrice en tant qu'émetteur 17, avec un récepteur 30 19 ayant la forme d'un élément détecteur d'infrarouges, qui présente un maximum de sensibilité au voisinage de cette fréquence de rayonnement; ainsi que cela est connu par la technique des télémètres à laser. Le parcours 21 suivi par le faisceau de l'énergie réfléchie 20 et qui est destiné à la mesure de la distance passe dans le mode de 35 réalisation représenté sur le dessin par un point 24 disposé -6 excentriquement par rapport à l'axe longitudinal 22 de l'engin volant, et donc décalé par rapport à cet axe longitudinal 22 d'une distance radiale 23, à la distance focale 25 à l'arrière d'un système optique convergent 26, grace auquel la cible 12 disposée normalement également 5 à l'extérieur de l'axe longitudinal 22 de l'engin volant est détectée à la distance 28 qui convient géométriquement au système optique. Il s'agit dans ce cas pour le système optique 26 disposé dans l'axe longitudinal 22 de l'engin volant d'un système optique zoom, c'est-à-dire d'un système optique 26 dont la distance focale peut être 10 modifiée par un dispositif de réglage 29 (le système optique zoom se présentant sous la forme d'un groupe de lentilles convexes et concaves pouvant être disposées de façons diverses les unes par rapport aux autres mais représentées seulement symboliquement pour la clarté du dessin sous forme d'une unique lentille convergente). Selon les lois géométriques s'appliquant aux faisceaux d'un tel système optique zoom 26, une modification de la distance locale réalisée par le dispositif de réglage 29 provoque une variation de l'angle de visée 30 formé entre l'axe longitudinal 22 de l'engin volant et la ligne de visée momentanée 31 qui correspond à l'axe central de la 20 propagation de l'énergie 20 traversant une région transparente aux radiations de l'ogive 32 de la tête de l'engin volant 11 tout en obtenant une image de l'énergie rayonnante 20 réfléchie par la cible 12 bien focalisée (sous forme ponctuelle) dans le plan de projection o est situé le point 24 susmentionné. Quand le point 24 se déplace le long d'un cercle autour de l'axe longitudinal 22 de l'engin volant, la ligne de visée 31 décrit la génératrice de la surface d'enveloppe d'un c8ne à angle aigu présentant un angle d'ouverture qui est le double de l'angle de visée 30. Pour que du fait de cette rotation 33, le point 24 soit indépendant d'une rotation quelconque de l'engin volant 11, il est avantageusement situé sur un disque 34 tournant concentriquement à l'axe longitudinal 22 de l'engin volant et entratné par un moteur 35 monté dans l'engin. La ligne de visée 31 explore une région annulaire de l'espace dans le plan d'écartement 45 en vue de détecter la présence d'une cible 35 réfléchissante 12; et quand la distance 15 de la cible mesurée en - 7 direction de la ligne de visée 31 correspond à la distance d'allumage prédéterminée fonctionnellement, le signal d'allumage 14 est appliqué à la tête de combat 13. En principe, le télémètre à réflexion 18, c'est-à-dire son émetteur 17 et son récepteur 19, peut être disposé au point 24 décrit, sur le parcours 21 suivi par le faisceau, par exemple sur-le disque tournant 34. Sur le plan mécanique (à savoir fonctionnel et de technique de montage), il est cependant plus avantageux de monter au moins un élément fonctionnel du télémètre 18 dans l'engin volant, tel 10 que son émetteur à diode laser 17 dans l'exemple représenté; alors que dans l'exemple représenté, l'autre élément du télémètre 18, c'est-à-dire le récepteur 19, est monté sur le disque 34 en étant décalé par rapport au point 24. Au point 24 lui- même est simplement monté un réflecteur 36 qui renvoie le faisceau 21 passant par le système optique 26 en direction transversale vers l'axe longitudinal 22 de l'engin volant, sur le récepteur 19 situé diamétralement à l'opposé. A l'avant de ce dernier et dans l'axe longitudinal 22 est monté un autre réflecteur semitransparent 37 par lequel l'énergie rayonnante emmagasinée par l'émetteur 17 est renvoyée vers le réflecteur 36 20 premièrement mentionné- en passant par le centre du disque 34 et coaxialement à l'axe longitudinal 22 de l'engin volant. L'émetteur laser 17 monté dans l'engin volant est donc disposé concentriquement à l'arrière de l'ouverture centrale 38, par exemple dans un arbre creux 39 destiné à la liaison en rotation entre le moteur 35 et le disque 34. 25 Fondamentalement, le disque 34 étant équipé des mêmes réflecteurs, l'émetteur 17 et le récepteur 19 peuvent être disposés dans des positions inversées. Pour réaliser une détermination précise de la distance dans le dispositif d'allumage 16, on s'efforce autant que possible de disposer 30 d'une énergie de localisation par réflexion 20 bien focalisée pour que le récepteur 19 soit excité avec un rapport signal/bruits parasites aussi important que possible, alors que l'énergie reçue provient alors (presque) totalement de la réflexion venant de la cible intéressante 12 et ne contient de ce fait (dans la mesure du possible) aucune énergie 35 provenant de l'environnement et de l'arrière-plan de la cible 12 et située dans la même plage spectrale. D'autre part, quand il s'agit d'une énergie 20 bien focalisée dans une ligne de visée 31, il est difficile de détecter une cible 12 de dimensions limitées dans l'environnement, et il est facile de la perdre à nouveau après sa détection en raison des modifications relatives de trajectoires entre l'engin volant récepteur 11 et la cible 12. Pour détecter rapidement une cible et bien la conserver, il conviendrait donc, pour un angle d'ouverture 40 plus large, de disposer d'une énergie rayonnante 20 faiblement focalisée - avec l'inconvénient mentionné qu'en raison du mauvais rapport signal/bruits parasites, le fonctionnement du dispositif d'allumage à distance 16 serait imprécis et susceptible de défaillances. On dispose d'une solution très élégante d'une part pour satisfaire ces exigences contradictoires concernant une détection rapide de la 15 cible et une bonne conservation de la cible, et d'autre part un déclenchement précis de l'allumage 14 quand le télémètre actif 18 de la figure 2 est réalisé et utilisé en combinaison avec un dispositif de recherche et de poursuite de cible passif 41, qui fonctionne dans la même plage spectrale sur une fréquence décalée, de sorte que l'on peut 20 utiliser unitairement et simultanément pour les deux systèmes le même système optique à grande ouverture 26. En ce qui concerne les conditions mécaniques et fonctionnelles du dispositif de recherche et de poursuite de cible 41 représenté seulement de façon fortement abstraite à la figure 2 pour des raisons 25 de clarté, il est renvoyé à la demande de brevet allemand 34 35 634 déjà mentionné plus haut et à la réalisation modifiée sur le plan de la géométrie du rayonnement de la demande additionnelle P 36 09 774.8. Ce qui est essentiel est qu'au moins un élément capteur 43 soit disposé sensiblement dans le plan de projection 42 (par exemple sur le disque 30 tournant 34), dans lequel est situé le point de renvoi 24 de la ligne de visée décrite, et (sensiblement) à la même distance axiale 23 de l'axe longitudinal 22 de l'engin volant, sur le parcours 21 suivi par le faisceau à l'arrière du système optique convergent 26, qui fournit de l'énergie électrique en fonction de l'excitation par l'énergie 35 rayonnante 44 provenant de la cible 12 une fois détectée (par exemple 2-598497 - 9 provenant de son dispositif propulseur ou en raison du chauffage de sa structurel provoqué par son passage dans l'atmosphère). Pour faciliter l'explication, il est montré à la figure 2 (à plus grande échelle) la projection des éléments capteurs 43' dans le plan d'éloignement 45 de la cible déterminé par la distance focale momentanée du zoom, en fonction des lois géométriques de l'optique. Lorsque du fait de la rotation 33 de l'élément capteur 43, la cible 12 se trouve à l'intérieur de la région centrale 47 de l'anneau détecteur 46 inscrit dans le plan d'éloignement 45 de la cible, on dispose d'une 10 approche relative de la cible selon la cinématique de poursuite de cible. Quand la cible 12 sort de la région centrale 47 et est détectée dans le cercle détecteur 46, un dispositif de détermination d'angle de rotation 48, déclenché par le signal de sortie de l'élément capteur 43, fournit une information d'angle 49 -à une dispositif de traitement de 15 signaux 50 qui excite, en fonction de la position momentanée des éléments de commande de l'engin volant 11 dans l'espace et de ce fait également de la rotation par rapport à la position momentanée de la cible 12, un dispositif de recherche et de poursuite de cible 51 en vue de livrer des commandes de tangage et de lacet 52 de manière à réaligner l'axe longitudinal 22 de l'engin volant en direction de la cible 12, et à ramener cette dernière dans la région centrale 47 de l'anneau détecteur 46. Plus l'approche de la cible détectée 12 par l'engin volant détecteur est étroite, plus la surface de la région centrale 47 se réduit par diminution de l'angle de visée 30, par exemple du fait d'une modification correspondante de la distance focale du système optique zoom 26 par le dispositif de réglage 29, commandé par le dispositif de traitement de signaux 50. Cette diminution de l'angle de visée 30 en vue d'une commande précise de la la poursuite de la cible peut être 30 réalisée en fonction du temps; on obtient des rapports dynamiques de vol plus avantageux quand il s'agit d'une commande fonction de la distance restante déterminée effectivement le long de la ligne de visée 31 par le télémètre 18 du dispositif 16, ainsi que cela est montré symboliquement à la figure 2 par la liaison fonctionnelle entre le 35 dispositif 16 et le dispositif 17. - 10 Il est connu que l'on obtient des conditions cinématiques et dynamiques de vol plus favorable que dans le cas d'une pure navigation de poursuite de cible, ou à trajectoire de poursuite, quand on prévoit à l'avance le point de collision par une navigation proportionnelle, 5 pour la quelle il faut de toute manière déterminer à bord de l'engin volant récepteur 11 l'angle de rotation de l'angle de visée 31, c'est-à-dire l'excursion dans le temps de la cible 12. Ainsi que cela est montré plus en détail dans la demande antérieure susmentionnée de la déposante, ceci est possible grâce à un léger perfectionnement 10 mécanique selon lequel on associe géométriquement à l'élément capteur 43.1 considéré jusqu'ici un autre élément capteur 43.2 décalé dans le plan de détection de la projection 42 par rapport au premier en direction périphérique d'un angle 53, de manière que les surfaces annulaires des deux anneaux détecteurs 46 se superposent sensiblement 15 radialement. Lorsqu'il s'agit d'éléments capteurs 43.1, 43.2 qui concordent géométriquement et électriquement, le centre de l'énergie rayonnante 44 (que l'on peut considérer simultanément comme centre de l'énergie du faisceau réfléchi 20 pour simplifier le dessin de la figure 2) est maintenu précisément au centre des deux anneaux détecteurs 46.1-46.2 quand les deux éléments capteurs 43.1 et 43. 2 (décalés de la période de temps déterminée par l'angle 53 et la rotation momentanée 33) envoient la même intensité de signaux au dispositif de traitement de signaux 50. Mais quand l'élément capteur 43.1 qui est à l'extérieur envoie un signal d'intensité plus prononcée, 25 ceci signifie que la cible 12 s'est écartée radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe longitudinal 22 de l'engin volant d'o il résulte que le dispositif de direction 51 fournit des commandes de direction 52 provoquant un pivotement correspondant dans 1 espace de l'axe longitudinal 22 de l'engin volant de manière que par la suite la 30 cible 22 soit à nouveau disposée au centre des deux anneaux détecteurs 46.1/46. 2. De même, lors de l'approche de la cible, la visée de la cible 12 devient de plus en plus précise quand l'importance de l'angle de visée 30 se réduit de plus en plus (par modification de la distance focale du zoom; ou par modification de l'écartement des éléments 35 capteurs 43 par rapport à l'axe longitudinal 22 de l'engin volant). - 1l On s'oppose ainsi à ce que la distance soit trop importante ou à ce que l'orientation d'approche relative soit trop d&favorable potr le fonctionnement de la tête de combat 13. - 12 REVENDICATIONS 1. Dispositif d'allumage à distance (16) destiné à un engin volant (11) équipé d'un télémètre à réflexion (18), caractérisé en ce que le parcours (21) suivi par le faisceau du télémètre passe par un point (24) disposé excentriquement par rapport à l'axe longitudinal (22) de l'engin volant et tourne autour de ce dernier, à l'arrière d'un système optique convergent (26), et passe à l'avant de ce système optique (26) le long d'un angle de visée (30) qui est variable par rapport à l'axe longitudinal (22) de l'engin volant. 2. Dispositif d'allumage à distance selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parcours (21) pratiquement concordants du télémètre à réflexion (18) et d'un dispositif de recherche et de poursuite de cible passif (41) passent par le m&ne système optique (26). 3. Dispositif d'allumage à distance selon la revendication 2, caractérisé en ce que le télémètre (18) est équipé d'un émetteur laser (17) dont le rayonnement est situé dans le spectre des infrarouges, et d'un récepteur associé (19), alors que le dispositif de recherche et de poursuite de cible (41) est équipé d'éléments capteurs (43) prévus pour 20 l'énergie infrarouge dans la plage des fréquences d'au moins une fenêtre atmosphérique. 4. Dispositif d'allumage à distance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le point (24) suivi par le faisceau est disposé dans le plan de projection (42) d'un 25 systèmeoptique (26) à distance focale variable (objectif zoom). 5. Dispositif d'allumage à distance selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un système optique convergent (26) à point focal fixe est prévu quand la position du point (24) formé par le faisceau se déplace dans le plan de projection (42) en-fonction d'une modification de l'angle de visée (30). 6. Dispositif d'allumage à distance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un réflecteur semitransparent (37) est disposé sur le parcours (31) suivi par le faisceau à l'avant d'un émetteur (17) et d'un récepteur (19). 35 7. Dispositif d'allumage à distance selon la revendication 6, - 13 caractérisé en ce qu'un réflecteur (36) est prévu au point (24) suivi par le faisceau, et à l'arrière de celui-ci le réflecteur semitransparent (37) dans l'axe longitudinal (22) du projectile, l'émetteur (17) ou le récepteur (19) étant disposé à l'extérieur du 5 plan de projection (42) et le récepteur (19) ou l'émetteur (17) étant disposé dans le plan de projection (42) diamétralement à l'opposé du point (24) par rapport à l'axe longitudinal (22) de l'engin volant. 8. Dispositif d'allumage à distance selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que deux éléments capteurs (43) 10 au moins, se chevauchant sensiblement mutuellement en direction radiale par rapport à l'axe longitudinal (22) de l'engin volant, sont décalés périphériquement l'un par rapport à l'autre. 9. Dispositif d'allumage à distance selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un moteur (35) est 15 prévu pour l'entraînement d'un disque tournant (34) concentrique à l'axe longitudinal (22) de l'engin volant, qui est équipé d'un émetteur de télémètre (17) et/ou d'un récepteur de télémètre (19), ainsi que d'un réflecteur (36) dans le plan de projection (42) et d'au moins un élément capteur (43) à proximité du point (24) suivi par le faisceau. 20