Brevet FR2641872A1 — publié le 19900720

La présente invention concerne un système de localisation d'helicoptéres dissimulés derrière un rideau d'arbres ou une forêt et dont on veut assurer la destruction. Cette invention est plus particulièrement destinée å équiper les chars de combat très vulnérables å l'attaque des missiles lancés par hélicoptère. Actuellement les attaques effectuées par hélicoptères camouflés derrière un ecran végétal n'ont pas trouvé de contremesures efficaces. Les chars sont ainsi lourdement handicapés dans leur progression et leur efficacité opérationnelle est contestable. Le système selon l'invention fournit un moyen de détection, de localisation et de destruction d'hélicoptères camouflés situés à plusieurs kilomètres de distance. Le système selon l'invention comporte trois sous systèmes distincts : Un sous système de mesure des vibrations acoustiques de trois zones bolsées ou feuillues et de traitement des informations collectées. : Un sous système d'analyse optique des informations traitées et de désignation d'objectif Un sous système de veille optique des zônes dont la surveillance est nécessaire et de désignation de la zone choisie. DESCRIPTION DU SOUS SYSTEME DE MESURE DES VIBRATIONS ACOUSTIQUES DE TROIS ZONES BOISEES OU FEUILLUES ET DE TRAITEMENT DES INFORMATIONS COLLECTEES Selon l'invention, il est constitué de 3 ensembles indépendants d'émission laser du type YAG ou C02 fonctionnant par impulsion et en continu, et dont l'angle de divergence est de l'ordre des dizaines de minutes d'angle. Deux récepteurs reçoivent l'écho de retour, l'un à la manière conventionnelle d'un récepteur de distancemètre à impulsion et servant de mesureur de distance et de mesureur de l'amplitude de l'écho optique reçu, l'autre1 monté selon le principe de l'interféromètre de Michelson, servant de mesure de la variation dûe à l'effet doppler, et utilisant l'émission continue. Les faisceaux de lumière émise et reçue sont orientés ensemble selon un angle d'axe vertical par un miroir orlentable, cet angle d'orientation étant mesuré par rapport à un repère fixe par un moyen de codage connu fournissant une mesure d'angle précise à la minute de degré près. Un second miroir orientable, d'axe horizontal sert à l'orientation verticale des faisceaux. II est commandé par un ensemble moteur réducteur du type pas à pas. Les 3 ensembles indépendants decrlts ct-dessus sont flxes sur une platine rigide. Ils sont protégés par un épals capotage comportant 3 épaisses vitres de qualité optique, laissant passer les 3 faisceaux émis et reçus. Selon l'invention, chaque miroir tournant selon un axe vertical permet d'orienter par un moteur asservi à une commande imposée chaque falsceau Indépendamment des autres, dans un angle de débattement d'environ plus ou molns 30 degrés. Selon l'invention, la platine rigide est orientable en site, autour d'un axe situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotatlon de la tourelle du char. Selon l'invention, l'axe cl-dessus est fixé sur la tourelle. La rotation de celle-cl permet donc de balayer tout l'espace horizontal de vision du véhicule. La figure 1 représente une vue de l'ensemble cl-dessus, platine support enlevée. En (2) est représenté le laser, en (3) le récepteur-monté en Interféromètre de Michelson, recevant la lumière réfléchie mélangee à une faible fraction de la lumière émise renvoyée par la double équerre optique (4). Il est précédé du filtre optique à très faible largeur de bande (1 O) centré sur la fréquence centrale du laser, le miroir de déflexion en site (5) est couplé au motoréducteur pas à pas (6) et le miroir de déflexion en azimut (7) est couplé au motoréducteur (8) et au codeur angulaire (9). Le récepteur de télémétrie est en (1). Les faisceaux de lumière selon lI1nventlon} pointent des zOnes végétales situées à plusieurs kilomètres du char. La platine est donc asservie en site et azimut par l'termédiaire d'un dispositif inertiel connu, commandant les rotatlons simultanées de la tourelle et de la platine afin de maintenir le site et l'azimut moyen de visée des 3 faisceaux pendant les évolutions du char. Selon 11 Invention, une séquence de mesure correspond à I'emlsslon d'une ou plusieurs Impulsions brèves utilisées par le récepteur mesureur de distance (1) séparées de quelques microsecondes, suivie d'une émission continue d'une durée d'une seconde, exploitée par le récepteur utilisé en récepteur interféromètre de Michelson (3), suivie d'une ou plusieurs impulsions brèves Identiques aux précédentes. Selon I'invention, le traitement des signaux est effectué par un enchaînement de modifications des signaux électriques issus des capteurs. II est décrit dans la figure 2. Les valeurs numériques sont données à titre d'exemple non limitatif. Le repère (1) correspond au laser Yag. Les repères (3) et (4) correspondent au récepteur et au dispositif de mesure de télémétrie et de mesure de l'amplitude du signal reçu. Ces signaux sont disponibles aux sorties S1 pour la distance et S2 pour l'amplitude1 sous forme chacune d'un mot codé de 12 bits. Le repère (2) représente le récepteur d'effet doppler qui reçoit simultanément le signal provenant de la cible et une faible partie du signal provenant du laser par l'intermédiaire de la double équerre optique réglée en conséquence (5). Le signal S4 issu du récepteur d'effet doppler est amplifié par l'amplificateur large bande (7), suivi d'un filtre passe bande (9), à fréquence de coupure haute réglable, programmable en fonction de la vitesse du char, indication fournie par un moyen connu (connexion El) et convertle par le processeur de gestion (18) en un signal de commande de la fréquence de coupure haute qui varie de O à 15 mégahertz selon la formule, valable pour une émission laser de 1 micron mètre de longueur d'onde : fréquence de coupure = 106 x vitesse du char (en mètre par seconde) + 2.106 La fréquence de coupure basse est abrupte et est inférieure à 2 hertz. Le signal S5 sortant de ce filtre est donc compris dans la bande de 2Hz à quelques mégahertz, et se comporte comme une onde à fréquence élevée modulée en fréquence par une fréquence très faible; cette dernière étant seule à véhiculer l'information utile de vibration du feuillage. Le rapport entre le signal parasite dû au déplacement du char et à l'effet du vent sur les végétaux et le signal utile est très élevé surtout aux grandes vitesses de déplacement du char. Afin de supprimer le signal parasite, le signal S5 est converti par le convertisseur fréquence amplitude (10) en une tension S6 proportionnelle à l'ensemble des fréquences. Un filtre passe bas ( 1 1 ) à front raide, identique aux caractéristiques du filtre passe haut précédent, mals inversées, fournit un signal S7 dénué de toute variation de signal utile. Il est reconverti sous forme de fréquence pure S8 par le convertisseur tension-fréquence (12). Le signal 58 est soustrait du signal S6 dans le soustracteur ( 13) après compensation de phases. Le signal S9 ne comporte plus alors qu'une résIduelle haute fréquence et un signal utIle conséquent. L'amplificateur (14) à gain programmable est commandé par le processeur de gestion (18) qui ajuste la dynamique de sortie (S10) à une valeur suffisante pour assurer la meilleure précision possible à la conversion en mots de 16 bits du signal S 1 O, effectuée à ralson de 4096 converslons par seconde par le convertisseur analogique digital (15). L'ajustement de la dynamique est effectué par la mesure du signal S9 effectuée par le convertisseur analogique digital (17), traité par le processeur de gestion (18). Les 4096 mots de 16 bits sont ensuite stockés dans la mémoire volatile (20), et livrés par le processeur de gestion (18) au processeur de traitement spécialisé (19) qui effectue l'analyse spectrale du signal sous forme de 2047 fréquences différentes de largeur égale au demi-hertz par le procédé connu de calcul de spectre par algorithme numérique rapide d'analyse de fonction de Fouler. Les 400 raies des plus basses fréquences sont alors toutes divisées par la moyenne des amplitudes des échos reçus au début et à la fin du cycle de mesure, soit ici 1 seconde, cette moyenne étant calculée en utilisant les données du signal 52. Ces valeurs calculées correspondent aux amplitudes vibratoires moyennes, pour chaque demi-hertz de chaque zône de végétation visée additionnées de tous les bruits inhérents aux traitements analogiques et numériques effectués. Selon l'lnvention, le processeur de gestion et le processeur de signal sont communs aux 3 ensembles d'acquisition et ont les performances suffisantes pour assurer un traitement complet en un temps bien inférieur à la seconde > permettant ainsi un rafralchisement permanent des résultats. Les résultats sont transférés par l'intermédiaire du Bus (B 1). DESCRIPTION DU SOUS SYSTEME D'ANALYSE OPTIQUE DES INFORIlATIONS TRAITEES ET DE DESIGNATION D'OBJECTIF Le traitement des données issues du premier sous-systeme décrit c1-dessus consite d'abord à calculer la position théorique du bruiteur ayant genéré les 3 amplitudes de bruit d'une bande de fréquence analysée. la figure 3 représente un char V, les 3 faisceaux butant sur 3 zones végétales A, B, C et l'hélicoptère H. Le bruit acoustique généré par celui-ci excite les feuilles des arbres et arbustes situées en A B et C. La réflexion du faisceau laser et son interprétation fournit les distances VA, VB, VC. Les angles d'orientation des 3 rayons déterminés par les angles de rotation des 3 miroirs à axe vertical décrits précédemment, sont connus. Donc le triangle ayant pour sommets les points ABC est parfaitement identifié. Le bruiteur H émet un spectre acoustique à propagation sphérique, donc selon une loi d'atténuation des pressions inversement proportionnelle au carré de la distance séparant le point de mesure du bruiteur. La localisation du bruiteur H est calculable connaissant les amplitudes vibratoires aux points A, B, C et les coordonnees des points A, B, C, dans un repère lié à la tourelle du char par exemple. Cette localisation est effectuée pour chacune des bandes de fréquences analysées. L'incertitude consécutive aux brufts accumulés lors des traitements se traduit par une erreur de position réelle du bruiteur. Selon l'invention, cette influence est rendue minimale par l'utilisation d'une visualisation sur écran intelligente et représentative. La figure 4 représente selon l'invention la structure du système de calcul numérique utilisé. Un processeur mathématique (i) reçoit du sous-système précédent, les 3 signaux SI de distances, les 3 angles (Ai) codés issus des codeurs d'orientation des miroirs, les 3 groupes de 400 chiffres représentant l'amplitude des raies spectrales normées. Ce processeur calcule d'abord les positions des points A, B, C et ensuite les 400 positions théoriques, quand elles existent du bruiteur, ne retenant que les valeurs de coordonnées situées dans la zône opposée à la zône d'évolution du char. Il effectue ensuite plusieurs tris, en comptant le nombre de localisations du bruiteur calculées et comprises dans un domaine élémentaire carré de coté imposé, la zOne totale d'exploration par exemple de 1,5 km x 1,5 km étant divisée en carrés contigus à la manière d'un damier, le coté du carré croissant comme l'inverse de la valeur moyenne de l'ensemble des amplitudes des 1200 valeurs exploitées. Enfin il calcule automatiquement les échelles de l'écran et les transmet au processeur graphique. Un processeur graphique (2) gère alors un écran (3) sur lequel les carrés sont représentés par une tache de couleur différente selon le nombre de localisations comptées dans ce domaine. Une option est laissée à l'opérateur qui par le clavier (4), peut, s'il le désire supprimer des fréquences dont la représentation lui semble inutile, après les avoir visualisées par utilisation d'une palette de couleurs différentes pour chaque fréquence, ceci afin d'éliminer un bruit de fond génant, émanant d'une avarie de la chaîne de traitement ou une fréquence propre naturelle de la végétation. Le processeur (5) gère l'acquisition tactile de l'écran, permettant la désignation automatique de la cible au missile de destruction, en azimut et distance par les voies de sorties codées (V i) et (V2).. DESCRIPTION DU SOUS SYSTEME DE VEILLE OPTIQUE DES ZONES DONT LA SURVEILLANCE EST NECESSAIRE ET DE DESIGNATION DE LA ZONE CHOISIE Afin de faciliter le travail de l'opérateur, une alde optique lul est prodiguée. Selon l'invention, cette aide est constituée (figure 5) d'une caméra "fish-eye" (1) couvrant un secteur de 180 et placée sur l'avant du char de marnière à regarder la totalité du champ de bataille vers l'avant, et d'une caméra (2) d'angle de vision limité aux débattements maxfmaux des 2 faisceaux extrêmes des lasers, d'un écran graphique (3) partagé en 2 parties et représentant d'une part (4) la vision en couleur de 180 e du champ de bataille, et par 3 tralts verticaux les angles explorés, d'autre part (5) la vision du champ limité par l'orientation de la tourelle, 3 tralts verticaux repérant les 3 zônes explorées et 3 tralts horizontaux matérialisant les angles de site calculés par l'addition des angles de site de la platine et des angles de site relevés par les 3 codeurs des 3 miroirs à axe horizontal. L'échelle verticale de ces 2 représentations sur l'écran est dilatée afin de rendre plus précises les désignations des zônes de surveillance. Un toucher tactile sur la première partle provoque une rotation de tourelle dans la direction désirée Jusqu'au point désigné. Par toucher et déplacement tactile sur les droites verticales et horizontales de la deuxième partie, les angles d'exploration sont modifiables afin de les faire coïncider avec une zone jugée propice en site et en azimut Ces fonctions sont gérées par un processeur de traitement de données vidéo (6) associé à un processeur d'acquisition tactile (7) des ordres de déplacement de tourelle T et des miroirs M1, M2, M3, et Ni > N2 > N3 destinés aux 6 miroirs.. La figure 6 représente l'aspect extérleur des sous-systèmes 1 et 3. La platine frigide et son capotage (1) sont articulés selon l'axe (2) et sont rixes å la tourelle (3) sur laquelle une batterle de missiles a pilotage en torce est en position de tir Immédiat. La caméra de mesure du champ de vision du dispositif est repérée (6) et le repère (7) représente la caméra de vision globale. REVENDICATIONS 1) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptère caractérisé par le fait qu'il utilise un moyen de mesure alliant l'optique, l'acoustique et un traitement des données intelligent. 2) Dispositif de détection- et de localisation d'hélicoptére selon revendication 1 caractérisé par le fait qu'il -utilise 3 lasers polyvalents à impulsions et continus repérés 2 figure 1 et í figure 2 et associés chacun à 2 détecteurs, l'un utilisé comme appareil de mesure de distance et d'amplitude repéré 1 figure 1 et 3 figure 2 d'écho l'autre comme appareil de mesure des vitesses de déplacement repéré 3 figure 1 et 2 figure 2. 3) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptères selon revendication 2 caractérisé par le fait qu'il utilise 3 fols 2 miroirs orlentables à axes croisés placés sur les faisceaux de chaque laser et des 2 détecteurs associés, repérés 6 et 7 figure 1. 4) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptère selon revendication 2 caractérisé par le fait qu'il utilise un traitement analogique de suppression des fortes vitesses de déplacement par un module de conversion fréquence-amplitude repéré 10 figure 2 suivi d'un module de filtrage basse fréquence repéré il figure 2, d'un module de conversion amplitude-fréquence repéré 12 figure 2 et d'un amplificateur soustracteur repéré 13 figure 2 st de réduction des bruits de traitement par un filtre programmable repéré 9 figure 2 et un amplificateur à gain programmable repéré 14 figure 2. 5) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptère selon revendication 2 caractérisé par le fait qu'il utilise un analyseur de fonction de Fourier numérique repéré 19 figure 2 associé à un processeur de gestion repéré 18 figure 2. 6) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptère selon revendication 5 caractérisé par le fait que le processeur de gestion repéré 18 figure 2 norme le signal analysé par division avec l'amplitude de l'écho global. 7) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptère selon revendication 1 caractérisé par le fait qu'il utilise une désignation d'objectifs à l'aide d'un processeur mathématique repéré 1 figure 4 associé à un processeur graphique repéré 2 figure 4, un écran graphique repéré 3 figure 4 et un processeur de localisation tactile repéré 5 figure 4. 8) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptére selon revendication 1 caractérisé par le fait qu'il utilise un clavier repéré 4 figure 4 pour supprimer des fréquences indésirables pour la visualisation. 9) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptère selon revendication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte une caméra de vision du champ de bataille repéré 1 figure 5, une caméra de vision du champ couvert par le système de surveillance repéré 2 figure 5, un écran de synthèse de 2 images repéré 3 figure 5. 10) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptère selon revendication 9 caractérisé par le fait qu'il comporte un processeur de localisation tactile assurant la commande des mouvements de tourelle d'angle de surveillance et de site par simple action tactile sur l'écran repéré 7 figure 5. 11) Dispositif de détection et de localisation d'hélicoptère selon revendications 2 et 3 caractérisé par le fait que des lasers et des détecteurs sont stabilisés en site et en azimut par un dispositif inertiel asservissant les déplacements angulaires de l'ensemble et maintenant cet ensemble constamment pointé sur une zône définie repérés 2 et 3 figure 6.