Brevet FR2641086A1 — publié le 19900629

Détecteur optique pour le guidage d'un engin volant. La présente invention concerne un système détecteur optique utilisé en liaison avec le guidage sur une cible d'un engin volant. Il existe pour le repérage de cibles des détecteurs optiques qui reproduisent nettement une scène-objet se trouvant à l'intérieur du champ de vision d'une optique, sur un détecteur plan qui est composé d'éléments détecteurs disposés dans une matrice. Un circuit d'interprétation permet de choisir parmi les signaux des éléments détecteurs ceux qui peuvent être associés clairement à une cible. L'engin volant est ensuite guidé sur la cible à l'aide de cette interprétation. Un guidage de ce type nécessite de déterminer préalablement un système de coordonnées de référence dans lequel sont projetés aussi bien les mouvements propres de l'engin volant, c'est-à-dire le roulis, le tangage, les embardées et la direction de vol, que les coordonnées et les mouvements de la cible. Un tel système de coordonnées de référence peut par exemple être prédéterminé à l'intérieur de l'engin volant par un système inertiel, tel qu'un système gyroscopique. Une autre possibilité réside dans le - 2- 1 volant à l'aide d'un détecteur fixe composé de plusieurs lignes de détecteurs disposées par exemple en T sur lesquelles n'est représentée qu'une partie de la scène-objet et au moyen d'une unité de traitement d'image et de le projeter à partir du système de coordonnées fixe de l'engin volant dans le système de coordonnées de référence (voir demande de brevet DE 34 46 009). Les lignes de détecteurs du détecteur ne se trouvent pas dans le plan focal de l'optique du détecteur, si bien qu'un point de la scène-objet se trouvant à l'infini apparaît "comme encrassé" lorsqu'il est reproduit par plusieurs éléments détecteurs, cette image étant donc interprétée du point de vue des dispersions spatiales et temporelles des différents points d'image. L'invention a pour objet d'indiquer un système détecteur d'une configuration simple qui puisse être utilisé pour le guidage d'engins volants et à l'aide duquel puissent être obtenus des signaux qui sont importants aussi bien pour. le mouvement propre de l'engin volant que pour les mouvements de la cible. Selon l'invention, cet objectif est atteint par les caractéristiques suivantes: - une optique reproduit sur deux détecteurs les scènes se trouvant dans le champ de vision de l'optique; - le premier détecteur est composé d'une pluralité d'éléments détecteurs disposés dans une matrice plane et sur lesquels la scène contenant la cible est représentée nettement; - le deuxième détecteur est composé d'au moins deux barres de détecteurs s'entrecoupant et composée chacune d'un groupe d'éléments détecteurs et se trouve à l'extérieur du plan focal de l'optique, si -3- 1 bien que l'image d'un point-objet se trouvant à l'infini est représentée sur plusieurs détecteurs. Ainsi, la "détermination du mouvement propre" et "le repérage de la cible et le guidage de l'engin sur la cible" s'effectuent à l'aide de deux détecteurs partiels de reproduction qui en tant que détecteur global présentent une optique commune. Les deux détecteurs partiels ou les éléments détecteurs utilisés pour ces détecteurs partiels fonctionnent de préférence dans des gammes d'ohdes différentes, le détecteur de repérage de cible étant de préférence sensible dans une gamme comprise entre 3 et 5 pm et le deuxième détecteur de détermination du mouvement propre dans une gamme comprise entre 8 et 14 pm. Chaque détecteur partiel est parfaitement adapté à sa fonction. Le décalage de la scène-objet dé au mouvement propre de l'engin volant est mesuré directement par le détecteur d'image dans le plan d'image. Ce décalage peut être compensé mathématiquement, si bien que des modifications dans la scène-objet, telles que des déplacements d'un véhicule, peuvent être repérées. Dans des procédés conventionnels, le mouvement propre du détecteur est déterminé par exemple à l'aide de systèmes inertiels et converti dans le plan d'image ce qui est beaucoup plus complexe. L'utilisation de deux détecteurs partiels fixes dans l'engin volant permet de réduire considérablement le travail global relatif à la structure du détecteur, la projection de données du système de coordonnées fixe de l'engin volant dans un système de coordonnées de référence étant également simplifiée. Selon d'autres développements de l'invention: - un diviseur de rayon se présentant de préférence -4- 1 sous la forme d'un miroir semi-transparent, est prévu entre l'optique et les deux détecteurs; - le deuxième détecteur présente deux barres de détecteurs disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre et composées chacune de plusieurs lignes parallèles d'éléments détecteurs; chaque barre de détecteurs est composée d'au moins trois lignes parallèles d'éléments détecteurs; - les deux détecteurs sont sensibles dans des domaines spectraux différents; - le diviseur de rayon retransmet un rayonnement du premier domaine spectral de façon préférentielle sur le premier détecteur et un rayonnement du deuxième domaine spectral de façon préférentielle sur le deuxième détecteur; - le premier détecteur est sensible à un rayonnement ayant une longueur d'onde comprise entre 3 et 5 pm et le deuxième détecteur à un rayonnement ayant une longueur d'onde comprise entre 8 et 14 pm. Il convient à présent d'expliquer plus en détail l'invention à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre représenté sur les dessins, sur lesquels: la figure 1 représente une vue en perspective schématique d'un système détecteur optique selon l'invention composé de deux détecteurs, et la figure 2 représente une vue de dessus schématique du deuxième détecteur. Un système détecteur optique 1 représenté à la figure 1 présente une optique 2 dont l'axe optique se trouve dans l'axe des Z d'un système de coordonnées rectangulaires comportant les coordonnées X, Y et Z. Le rayonnement.qui traverse l'optique 2 rencontre un -5- 1 diviseur de rayon 3 se présentant sous la forme d'un miroir semi-transparent. Ce dernier est constitué d'un matériau qui renvoie plus fortement un rayonnement ayant une longueur d'onde comprise entre 8 et 14 jupm qu'un rayonnement ayant une longueur d'onde comprise entre 3 et 5 pm. Le miroir 3 laisse donc passer une grande partie du rayonnement ayant une longueur d'onde comprise entre 3 et 5 pm qui arrive sur le premier détecteur 4 appelé ci- dessous détecteur rectangulaire. Le détecteur rectangulaire est composé d'un agencement carré ou rectangulaire d'éléments détecteurs 5. La surface du détecteur se trouve directement dans le plan focal de l'optique 2, c'est-à-dire dans le plan X-Y, si bien que la scène perçue par l'optique est représentée nettement sur ce détecteur 4. Le détecteur rectangulaire 4 sert à repérer et à suivre une cible et éventuellement à interpréter de manière plus élaborée la scène perçue par l'optique. Les détecteurs IR-CCD qui sont sensibles à une lumière d'une longueur d'onde comprise entre 3 et 5 jum, sont particulièrement appropriés pour le repérage de véhicules terrestres à partir du ciel. La lumière déviée par Le miroir semi-transparent 3 rencontre le deuxième détecteur 6, appelé ci-dessous détecteur en croix et composé de deux barres de détecteurs 7 et 8 s'entrecoupant perpendiculairement. Ces axes se trouvent perpendiculairement sur l'axe optique du détecteur dévié par le miroir semi- transparent 3 qui est désigné ici par Z'. Chaque barre 7 et 8 du détecteur en croix est composée de trois rangées parallèles d'éléments détecteurs 9, comme le montre schématiquement la figure 2. Le plan focal de l'optique pour le rayonnement d'une -6 - 1 longueur d'onde comprise entre 8 et 14 um se trouve sur l'axe optique Z' devant le détecteur en croix 8 et est désigné par F sur la figure 1. Un point de la scène perçue par l'optique 2 se trouvant à l'infini est ainsi représenté de manière peu nette sur le détecteur en croix 6, si bien que l'image B indiquée schématiquement sur la figure 2 recouvre plusieurs éléments détecteurs 9. Ce détecteur en croix permet de calculer les dispersions spatiales et temporelles de l'intensité en plusieurs points le long des axes X' = 0 et Y' = 0, comme cela est décrit en détail dans la demande de brevet DE 34 46 009. Le mouvement propre de l'engin volant peut ensuite être déterminé à partir de ces calculs. La formation des dispersions spatiales et temporelles de l'intensité nécessite pour chaque barre de détecteurs 7 et 8 au moins trois lignes de détecteurs parallèles. La précision de la détermination du mouvement propre de l'engin volant peut être encore améliorée en augmentant le nombre de lignes de détecteurs. Les éléments détecteurs 9 de ce détecteur en croix sont de préférence des éléments CCD sensibles dans la gamme infrarouge entre 8 et 14 um. Dans ces longueurs d'onde, le contraste de l'arrière plan est suffisamment fort pour fournir les dispersions spatiales et temporelles nécessaires. -7- 1 REVENDICATIONS 1. Système détecteur optique pour le repérage de cibles et la détermination du mouvement propre d'un engin volant se dirigeant sur une cible, présentant les caractéristiques suivantes: - une optique (2) qui reproduit sur deux détecteurs (4, 6) les scènes se trouvant dans le champ de vision de l'optique (2); - le premier détecteur (4) est composé d'une pluralité d'éléments détecteurs (5) disposés dans une matrice plane et sur lesquels la scène contenant la cible est représentée nettement; - le deuxième détecteur (6) est composé d'au moins deux barres de détecteurs (7, 8) s'entrecoupant et composée chacune d'un groupe d'éléments détecteurs (9) et se trouve à l'extérieur du plan focal (F) de l'optique, si bien que l'image (B) d'un point-objet se trouvant à l'infini est représentée sur plusieurs détecteurs (9). 2. Système détecteur optique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un diviseur de rayon (3) se présentant de préférence sous la forme d'un miroir semi-transparent, est prévu entre l'optique (2) et les deux détecteurs (4, 6). 3. Système détecteur optique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le deuxième détecteur (6) présente deux barres de détecteurs (7, 8) disposées perpendiculairement l'une par rapport à l'autre et composées chacune de plusieurs lignes parallèles d'éléments détecteurs (9). -8- 1 4. Système détecteur optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque barre de détecteurs (7, 8) est composée d'au moins trois lignes parallèles d'éléments détecteurs (9). 5. Système détecteur optique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux détecteurs (4, 6) sont sensibles dans des domaines spectraux différents. 6. Système détecteur optique selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que le diviseur de rayon (3) retransmet un rayonnement du premier domaine spectral de façon préférentielle sur le premier détecteur (4) et un rayonnement du deuxième domaine spectral de façon préférentielle sur le deuxième détecteur (6). 7. Détecteur optique selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le premier détecteur (4) est sensible à un rayonnement ayant une longueur d'onde comprise entre 3 et 5 jm et le deuxième détecteur (6) à un rayonnement ayant une longueur d'onde comprise entre 8 et 14 im.