Brevet FR2630222A1 — publié le 19891020

La présente invention concerne un dispositif de détection d'objet: et plus particulierement, bien que non exclusivement, un disposit de détection de projectiles. Les dispositifs de detection de projectiles connus à ce jour sont soit des capteurs acoustiques qui détectent L'onde de choc des projectiles supersoniques, soit des radars de proximité. Les capteurs acoustiques présentent l'in- convénient de ne pas permettre la détection de projectiles subsoniques. De plus, dans un cas comme dans l'autre, il n'est pas possible de localiser de façon précise Le point de passage du projectiLe, mais seulement le nombre de projectiles ayant traversé un certain volume autour du capteur. En outre, ces dispositifs sont incapables de détecter des projectiles à une cadence supérieure à 200 coups à la seconde. On connaSt par aiLleurs des dispositifs de détection d'objet comportant un émetteur-récepteur de lumière cohérente comprenant une source de lumière disposée pour émettre un faisceau de Lumière transversalement à une zone de passage d'objets à partir d'un côté de celle-ci par réfle iLiOn sur un miroir tournant polygonal et un détecteur pour détecter une interruption du faisceau lumineux correspondant lors d'un balayage de ta zone de passage, et une unité de traitement pour donner une information sur les objets en fonction de signaux émis par cet émetteur-récepteur. Ces dispositifs sont satisfaisants pour des objets relativement lents restant pendant un temps suffisant dans La zone de passage pour être détecter de façon sûre Lors d'un balayage par le faisceau de Lumière.Toutefois, principaLement en raison du temps de passage du faisceau de lumière d'une facette du miroir å ta facette suivante, de tels dispositifs ne sont pas satisfaisants pour La détection de projectiles, en particuLier de projectiles supersoniques qui risquent de traverser ta zone de passage pendant un temps où celle-ci n'est pas balayée par le faisceau lumineux. On a certes pensé à augmenter La vitesse de balayage par une augmentation de la vitesse de rotation du miroir tournant. Une telle solution s'est rapidement révélée impraticable en raison des vitesses périphériques trop élevées auxquelles le miroir tournant aurait dû être soumis pour donner une vitesse de balayage satisfaisante. Un but de la présente invention est de proposer un dispositif de détection d'objet, notamment de projectiles, d'une grande précision qui puisse être utilisé pour la détection drun très grand nombre de projectiLes de forme et de vitesse différentes. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit selon l';nvention un dispositif de détection d'objet comportant au moins un émetteur-récepteur de lumière cohérente disposé pour émettre un faisceau de lumière transversalement à une zone de passage d'objets à partir d'un côté de celle-ci, par réflexion sur un miroir tournant polygonal, et détecter une interruption du faisceau correspondant lors d'un balayage de la zone de passage, et une unité de traitement pour donner une information sur les objets en fonction des signaux émis par chaque émetteur-récepteur ; dans lequel chaque émetteurrécepteur comporte au moins deux sources de lumière cohérente dirigées vers des points distincts du miroir polygonal, un détecteur associé à chaque source de lumière, et des moyens de synchronisation pour ne prendre en compte à chaque instant qu'un seul signal en provenance des détecteurs. Ainsi, pendant que le faisceau en provenance de L'une des sources de lumière est renvoyé vers la zone de passage d'objets, le faisceau provenant de L'autre source de lumière effectue un changement de facette et, à L'aide des moyens de synchronisation, on ne prend alternativement en compte que le signal provenant du détecteur associé à la source de Lumière dont Le faisceau parcourt une facette du miroir tournant. Selon une version avantageuse de L'invention, Les moyens de synchronisation comprennent des moyens de détection de passage par une position extrême de scrutation d'un faisceau provenant d'une source de lumière. Ainsi, on obtient une synchronisation sûre de La détection en passant d'un détecteur à L'autre chaque fois que Le faisceau provenant d'une source de lumière passe par une position. extrême de scrutation. SeLon un mode de réalisation préféré de l'in- vention, pour chaque source de lumière, le dispositif de détection comporte une Lame de prélèvement pour prélever une partie d'un faisceau émis par une source de lumière et diriger cette partie de faisceau vers une facette du miroir tournant différente d'une facette en regard de la zone de passage d'objet, les moyens de détection étant en reg-ard de la- facette du miroir tournant qui reçoit. la partie de faisceau prélevé. Ainsi, l'accès des faisceaux lumineux à la zone de passage d'objet ne se trouve pas encombré par les moyens de détection. D'autres caractéristiques et. avantages de l'invention apparaitront à La lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de L'invention, en liaison avec les dessins ci-joints, parmi Les quels - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un dispositif de détection de projectiles selon l'in- vention, - La figure 2 est une représentation schématique d'un émetteur-détecteur, - la figure 3 est une vue en plan schématique partielle de L'une des voies d'un émetteur-récepteur. En référence à la figure 1, le dispositif selon L'invention comporte de préférence deux ensembles émetteursrécepteurs 1 disposés de part et d'autre d'une zone de passage de projectiLes matérialisée par une cible 2 disposée de préférence adjacente au plan de balayage des ensembles émetteursrécepteurs 1, immédiatement en avant ou en arrière de ceux-ci par rapport à la trajectoire de projectiles 3 tirés sur La cible. En regard'due chaque émetteur-récepteur 1 et.sur un c8té de la zone de passage de projectiles opposé à chaque ensemble, Le dispositif comporte un poteau 4 dont la face tournée vers l'ensemble 1 comporte un organe de rétroprojection-5, par exemple une bande catadioptrique, pour renvoyer le faisceau de lumière parallèlement à lui-meme. Comme illustré par la figure 2, chaque ensemble émetteur-récepteur comprend deux sources de lumière cohérente 6.1, 6.2, par exemple des lasers hélium-néon qui émettent des faisceaux de lumière cohérente. 7.1, 7.2, projetés en deux points distincts d'un miroir tournant polygonal 8. Les sources de lumière 6.1, 6.2 sont, par exemple, disposées de façon symétrique par rapport à un plan passant par L'axe du miroir tournant 8. Une partie des faisceaux 7.1., 7.2, par exemple îIIOème de Leur puissance, est prélevée par une lame de prélé- vement, respectivement 17.1, 17.2. Le faisceau pré levé 18.1, 18.2 est envoyé vers un miroir 19.1, 19.2 qui renvoie la partie de faisceau prélevée vers une facette du miroir tournant 8 qui ne se trouve pas en regard de la zone de passage d'objet. Des photodiodes-9.1.,.9.Z 9.2Xsont disposées en regard de cette partie du miroir tournant et forment des moyens de détection de passage par une position prédéterminée du faisceau provenant d'une source de lumière. Le faisceau principal de chacune des sources de lumière traverse une ouverture centra le d'un miroir incliné 11.1, 11.2 pour atteindre le miroir tournant 8. Des détecteurs 13.1, 13.2 sont placés sur le chemin d'un faisceau incident, ainsi qu'il sera expliqué ci-dessous à propos de la figure 3. Ainsi que cela est illustré par La figure 2, chaque faisceau principal réfléchi par le miroir tournant balaye une partie de la zone de passage de projectiles, les positions limites de passage des faisceaux étant illustrées par un trait fin référencé D1 pour la position limite du faisceau provenant de la source de lumière 6.1 lors du début d'éclairement d'une facette du.miroir tournant 8, F1 pour la position limite du faisceau provenant de La source 6.1 juste avant Le basculement vers la facette suivante du miroir tournant, D2 pour le début d'éclairement d'une facette par un faisceau provenant de la source 6.2, et F2 pour la position du faisceau correspondant à la fin d'éclairement d'une facette par la source 6.2. On constate que les zones balayees sont decaLées dans L'espace mais se recouvrent largement.Lors d'un passage d'une facette à une autre, Le faisceau provenant de la source 6.1 va revenir de la position F1 à La position D1, tandis que lors du passage d'une facette à une autre le faisceau provenant de la source 6.2 va passer de la position F2 à la position D2. A ce propos, on notera que les zones balayées sont non seuLement décalées dans l'espace, mais également décaLées dans le temps. Par exemple, on voit sur la figure 2 qu'au moment où te faisceau provenant de La source 6.1 éclaire la fin d'une facette, le faisceau provenant 6.2 éclaire Le milieu d'une autre facette.Ainsi, le retour de La position Fl à la position Dl du faisceau provenant de la source 6.1 s'effectue pendant que le faisceau provenant de la source,6.2 assure un balayage de la zone de passage de projectiles entre ses positions limites D2 et F2. La figure 3 iLLustre le cheminement de chacun des faisceaux émis par Les sources de lumière. Les deux voies d'un émetteur-récepteur étant identiques, la figure 3 illustre le cheminement d'un faisceau pour une seule des voies en reprenant que La référence numérique principale de chacun des composants et sans reprendre la référence numérique secondaire .1, .2 qui permet. de distinguer les voies sur la figure 2. En référence à la figure 3, on voit qu'après réflexion sur L'organe de rétroprojection 5, le faisceau de lumière cohérente 7 revient paralLèLement à lui-même sous forme d'un faisceau incident 10 qui se réfléchit sur Le miroir tournant 8 et atteint le miroir fixe 11 disposé obliquement par rapport au faisceau émis 7. Après réfLexion sur le miroir 11, Le faisceau 10 est concentré par une lentille de focalisation 12 et est finalement reçu par un photo-multiplicateur 13. En dépit de la très grande vitesse de déplacement de. la Lumière, le faisceau émis 7 et le faisceau incident 10 frappent le miroir tournant en deux instants très Légèrement différents., La position du miroir tournant étant représentée en pointilLé au moment où il est frappé par le faisceau incident lu correspondant au faisceau émis 7. Entre Le miroir tournant 8 et le miroir de renvoi fixe 11, le fais-- ceau 10 n'est donc pas rigoureusement parallèle au faisceau émis 7, de sorte que Le faisceau 1U frappe le photomultiplicateur 13 en un point qui est décalé par rapport à l'axe de la lentille de focalisation 12.Pour tenir compte de ce déplacement, on pourrait bien sûr augmenter le diamètre d'un diaphragme 20 qui se trouve placé immédiatement en amont du détecteur 13. Toutefois, on augmenterait ainsi la valeur du bruit par rapport au signal de détection de projectiles et on diminuerait donc la précision de la mesure. Selon l'invention, on prévoit donc de decaler le détecter 13, et l'orifice du diaphragme 20 qui lui est éventuellement associé, par rapport à une position de retour du faisceau selon un chemin parallèle au faisceau émis.La va leur de ce décalage correspond au décalage angulaire du miroir tournant 8 entre le moment où il est frappé par le faisceau émis 7 et le moment où il est frappé par le faisceau incident lu. Cette va Leur est donc proportionnelle à la distance entre le miroir tournant et l'or- gane de rétro-projection. Ainsi qu'iL a été vu ci--dessus, les zones de balayage des faisceaux provenant des sources de lumière 6.1 et 6.2. se recoupent largement et pour obtenir une localisation précise d'un projectile traversant la zone de passage de projectiles, il est prévu, selon l'invention; d'assurer une synchronisation pour ne prendre en compte à chaque instant qu'un seul signaL en provenance des détecteurs 13.1, 13.2. Dans Le mode de réalisation iLlustré, cette synchronisation est obtenue par un marquage 21 de L'organe de reproprojection 5 au niveau d'une position extrême de scrutation de chaque faisceau. Ainsi, à chaque fois que l'un des faisceaux passe par un marquage 21, on effectue une permutation du detecteur dont le signal est pris en compte. Les zones de scrutation ont été déLimitées sur la figure 2, par des traits épais. On constate que la zone de scrutation correspond à peu près à la moitié de La zone balayée par un faisceau, de sorte que L'on dispose ainsi d'un temps largement suffisant pour le retour du faisceau Lors du passage d'une facette à une autre et pour sa stabilisation.Compte tenu de la très grande vitesse de balayage et pour éviter un retard lors du basculement, les photodiodes 9.1, et 9.2 sont de préférence disposées dans une position qui correspond à une orientation du faisceau qui précède légèrement la position extreme de scrutation afin d'assurer- une montée en tension préalable de l'électronique de synchronisation associée au marquage 21. Lorsque l'on dispose d'une électronique suffisamment rapide, on peut prévoir. de supprimer les marquages 21 et d'assurer la détection du passage par une position extrême de scrutation directement au moyen des photodiodes 9.1 et 9.2. Compte tenu de-ce qui précède, Le faisceau de l'un des ensembles émetteur-récepteur balaye finalement une zone comprise entre un angle Al et un angle A2, tandis que le faisceau émis par le second ensemble émetteur-récepteur balaye une zone comprise entre un angle B1 et un angle B2, par rapport à une Ligne de référence. Les ensembles émetteurs-récepteurs 1 sont reliés à une unité de traitement 15 soit par des câbles 16, soit par un dispositif radio-émetteur. Lorsqu'un faisceau émis passe par une position extrême de scrutation en un instant tl, L'unité de traitement commence à décompter le temps qui s'écoule, tandis que parallèlement Le photomuLtiplicateur 13 associé se trouve saturé par le faisceau 10 renvoyé par L'organe de retro-projection 5. Lorsqu'à un instant t le faisceau incident 10 est interrompu par un projectile 3, le photomultiplicateur associé 13 est désaturé momentanément et envoie à L'unité de traitement 15 un signale représentatif de cet instant de passage.Lorsque le faisceau atteint la seconde position extrême de scrutation à un instant t2, L'unité de traitement reçoit un signal et calcule alors le rapport t-t1/t2-t1 qui est directement représentatif de la position angulaire A ou B du faisceau considéré au moment de l'inter- ruption. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, L'ins- tant tl correspond à la position extrême de début de scrustation par le faisceau issu de la so-urce de lumière 6.1 et L'instant tZ correspond à la position extrême de fin de scrutation par le faisceau issu de la source de lumière 6.2. Lorsque les deux ensembles émetteurs-récepteurs 1 sont sensiblement accoles comme représentés sur la figure 1, c'est-à-dire que Les plans de balayage de chacun des ensembles sont distants d'environ 0,1 m, on admet que ces plans sont confondus et à partir de la détermination des angles A et B on détermine aisément la position d'impact du projectile 3 sur la cible 2 au moyen de L'unité de traitement. Si l'on souhaite déterminer la vitesse d'un projectile, il suffit d'espacer les deux ensembles émetteursrécepteurs l'un de L'autre selon la trajectoire des projectiles et de déclencher un décompte de temps entre L'instant de passage du projectile dans le premier plan de scrutation et L'instant de passage du projectile dans le second plan de scrutation, la vitesse du projectile étant alors aisément obtenue en divisant La distance séparant les deux ensembles seLon La trajectoire du projectile par le temps écoulé entre ces deux instants. De mimez Le dispositif selon L'invention peut être utilisé pour déterminer la trajectoire des projectiles en prévoyant quatre ensembles émetteurs-récepteurs accolés L'un à L'autre par terre, les deux paires ainsi formées étant espacées l'une de l'autre selon la trajectoire des projectiles. A titre d'exemple, un dispositif selon l'invention a été réalisé en utilisant pour chaque ensemble émetteurrécepteur deux Lasers hélium-néon dont Les faisceaux 7 ont été envoyés sur un miroir réalisé à partir d'un bloc d'aluminium usiné et poli pour présenter dix huit facettes identiques s'étendant parallèlement à L'axe de rotation à une distance de 0,045 m de ceLui-ci et ayant une Largeur 0,0156 m, ce miroir étant entrainé à une vitesse de 33.000 t/mn.Ce dispositif a permis de détecter des projectiles d'une longueur d'environ 0,025 m se déplaçant à une vitesse d'environ 200 à 800 mIs. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et est susceptisl.e de variantes de réalisation qui apparaîtront à L'homme de métier. En particulier, la synchronisation pour ne prendre en compte à chaque instant qu'un seul signal en provenance des détecteurs d'un ensemble émetteur-récepteur peut être réalisée en reliant simplement chacun des détecteurs de façon alternée à'unité de traitement en fonction du temps. Dans ce cas, afin d'obtenir une mesure précise des angLes, il sera nécessaire de prévoir un calage initiaL du miroir tournant et une vitesse de rotation extrèmement précise de celui-ci. De meme, bien que dans le mode de réalisation décrit la détection du passage d'un objet soit effectuée par désaturation d'un détecteur 13, on pourra, dans Le cas d'objet suffisamment réfléchissant, prévoir de détecter la réflexion du faisceau émis sur L'objet lui-même. REVENDICATIONS 1 Dispositif de détection d'objet comportant au moins un émetteurrécepteur (1) de lumière cohérente disposé pour émettre un faisceau de lumière (7) transversalement à une zone de passage d'objets à partir d'un côté de celle-ci par réflexion sur un miroir tournant polygonal (8), et détecter une interruption du faisceau lumineux correspondant lors d'un balayage de La zone de passage, et une unité de traitement (15) pour donner une information sur les objets en fonction de signaux émis par chaque émetteur-récepteur (1), caractérisé en ce que chaque émetteur-récepteur (1) comporte au moins deux sources de lumière cohérente (6.1,6.2) dirigées vers des points distincts du miroir polygonal, un détecteur (13.1, 13.2) associé à chaque source de lumière, et des moyens de synchronisation (9.1, 9.2 ; 21) pour ne prendre en compte-à chaque instant qu'un seul signal en provenance des détecteurs (13.1, 13.2). 2. Dispositif de détection d'objet selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de synchronisation comprennent des moyens de détection (9.1, 9.2 ; 21) de passage par une position extrême de scrutation d'un faisçeau provenant d'une source de lumière (6.1 , 6.2). 3. Dispositif de détection d'objet selon la revendication 2 caractérisé en ce que pour chaque source de lumière il comporte une lame de prélèvement (17.1,17.2) pour prélever une partie d'un faisceau émis par une source de lumière et diriger cette partie de faisceau vers une facette du miroir tournant (8) différente d'une facette en regard de la zone de passage d'objet, les moyens de détection (9.1, 9.2) étant en regard de la facette du Miroir tournant qui reçoit la partie de faisceau prélevée. 4. Dispositif de détection d'objet selon L'une des revendications 1 à 3 comportant un organe de rétro-projection disposé en regard de chaque émetteur sur un côté opposé de La zone de passage de projectiles pour renvoyer le faisceau de lumière selon un chemin parallèle à lui-même, caractérisé en ce que le détecteur associé (13) est décalé par rapport à. une position de retour du faisceau selon Le chemin paral Lèle au faisceau émis d'une va Leur proportionnelle à la distance entre le miroir tournant (8) et L'organe de rétroprojection (5).