Brevet FR2640759A1 — publié le 19900622

"Dispositif de détection et d'identification d'objectif individuel" L'invention se rapporte à un dispositif de détec- tion et d'identification d'objectifs individuels. Un tel dispositif, qui est utilisé dans les avions de combat volant à grande vitesse, est connu par le brevet allemand DE 30 48574 C2 de la Demanderesse. Dans ce dispositif, en plus d'un capteur infra- rouge, on utilise un appareil radar pour, par exemple dans le cas de véhicules, enregistrer comme autre caractéris- tique de l'objectif le fait qu'il est en métal. Comme les caractéristiques de l'objectif, telle que l'intensité du rayonnement infrarougeb dépend des con- ditions environnantes comme la température, l'heure du jour, la saison, la distance de visibilité et la situation tactique à prévoir (fixe ou mobile), il est donc proposé dans le brevet ci-dessus que le pilote/observateur du com- bat ait la possibilité pour les caractéristiques de l'objec- tif, d'introduire réellement ces conditions marginales dans l'électronique d'interprétation du capteur. Une détection radar est cependant également sujet- te aux défaillances. L'invention a pour objet de perfectionner le dis- positif précité en ce qui concerne l'identification de l'objectif et de le rendre utilisable sur des missiles qui constituent un système autonome au moins après leur sépara- tion de l'avion porteur. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que - le capteur infrarouge après instruction préalable (pré- sélection grossière de la direction) balaie ligne par ligne le terrain se trouvant devant et en-dessous de lui (dans le sens indiqué) en vue de la détection d'un rayonnement in- frarouge caractéristique de l'objectif, - en cas de détection d'un objectif présumé selon l'une ou plusieurs des caractéristiques connues de celui-ci après le balayage avec le capteur infrarouge, on détermine la posi- tion de l'objectif en élévation et en azimut et on la con- serve dans une mémoire intermédiaire avec les coordonnées de l'objectif puis, - un dispositif séparé branche automatiquement sur l'objec- tif présumé un télémètre laser, - qui détermine les sauts de distance (sauts de hauteur) en tant qu'autres caractéristiques de l'objectif, - et, avec ces données, on achève l'identification défini- tive de l'objectif dans un appareil d'interprétation d'après un modèle prédéterminé. Dans un mode de réalisation avantageux de l'inven- tion, le missile est un missile d'interception à longue distance qui n'exige aucun raccordement de lignes visuelles avec l'objectif, mais qui est programmé sur une coordonnée éloignée avec objectif présumé par un avion en tant que vecteur ou porteur d'un système de transport d'armes, tandis que la désignation et l'identification de l'objectif sont effectuées de façon autonome par le missile au moyen d'un autodirecteur regardant vers l'avant et en-dessous au moins en cas d'utilisation contre des objectifs fixes, tandis qu'en cas d'utilisation contre objectifs mobiles, le dispo- sitif d'interprétation comporte une base de temps et la relation entre le mouvement de l'objectif et du missile est conservée et suivie. Selon une autre particularité de l'invention, le capteur infrarouge fait partie d'un capteur de survol dans une unité modulaire de l'avion qui est montée en regardant vers l'avant et vers le bas dans le sens de l'axe norma] de celui-ci et qui comporte un émetteur laser avec optique d'émission, un récepteur laser avec optique de réception, un filtre d'interférence, des diaphragmes de champ ainsi qu'une électronique d'émission et de réception avec élé- ments d'adaptation et unité d'interprétation, le déclenche- ment et le suivi du missile par l'avion mettant en route, par le signal du déclenchement, l'appareil de commande et de guidage autonome du missile avec son autodirecteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'émetteur laser est réalisé sous la forme d'un laser à se- miconducteurs, en particulier d'un laser à semiconducteurs à hydrocarbures, qui est modulé en amplitude à peu près dans le rapport 1:1 (durée-d'impulsions/pause) et dont le rayonnement est concentré par un objectif. Dans le dispositif selon l'invention, le récep- teur laser est avantageusement équipé d'un obJectif photo- graphique catadioptrique qui, par l'intermédiaire de dia- phragmes de champ et d'un filtre d'interférences à bande étroite, focalise les rayons reçus sur une photodiode à avalanche. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, à l'émetteur et au récepteur est associé un dispositif télémétrique fonctionnant d'après la méthode de mesure des phases, c'est-à-dire qu'il mesure la différence de phase entre le signal d'émission et le signal de récep- tion, qui est proportionnelle au trajet lumineux parcouru. Selon l'invention, le laser continu à semiconduc- teurs est avantageusement pourvu d'une hétéro structure gallium-aluminiumarséniure. Dans le dispositif selon l'invention, le capteur dans l'autodirecteur est avantageusement monté avec suspen- sion à cardan dans un cadre extérieur dans l'axe normal et peut se déplacer en dehors de ce dernier en élévation et en azimut par rapport à un point zéro fixe (moment, hauteur, vitesse, dérive latérale) et est relié à un calculateur d'interprétation. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, à la place du balayage en surface, on choisit un balayage linéaire dans le sens du vol (ligne de visée de l'objectif) à haute définition. Des avantages essentiels de l'invention ressortent de la description et du dessin illustrant des exemples de réalisation. Il convient cependant de signaler qu'avec l'inven- tion, il est possible de remplir les sévères exigences imposées en ce qui concerne l'enregistrement des données, le traitement et l'interprétation des signaux ainsi que le mode dans le temps et dans l'espace en cas d'objectifs fixes et mobiles. Grâce à la combinaison de capteurs intel- ligents et au mode d'interprétation des signaux obtenus, les objectifs sont automatiquement repérés, identifiés et classés. Une utilisation possible de l'invention consiste également à combattre des objectifs par des tirs effectués automatiquement par en haut, plusieurs objectifs pouvant être attaqués en même temps en succession rapide. En pareil cas, ce mode d'attaque par en haut est aussi efficace con- tre des objectifs qui se trouvent à couvert. Le missile, en tant que conteneur, propulsé et guidé de façon autonome, peut être embarqué sur différents avions et ces conteneurs peuvent être ultérieurement chargés de munitions. Le missi- le autonome suit le principe "tire et oublie". L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes de réalisation pris comme exemples, mais non limitatifs, et illustrés par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente la direction de visée du télémètre laser d'un missile à autodirecteur incorporé lors de son vol d'approche vers un objectif possible en vue de son identification; - la figure '2 représente un schéma synoptique du télémètre laser avec modulation en amplitude par courant permanent; - la figure 3 représente une suspension du capteur raccordée mécaniquement à un disque d'entrainement et élec- triquement à un calculateur et éventuellement à un ordina- tographe; - la figure 4 représente une vue en élévation de l'unité capteur enfermée dans le bottier avant le montage; - la figure 5 est une vue d'un objet détecté, ba- layé par le capteur de sauts de hauteur ou par le télémètre laser et représenté par un réseau de lignes de niveau. La figure 1 représente un missile I pendant son vol d'approche en direction d'un objectif 2 situé à dis- tance devant et en-dessous de lui. Le vol d'approche s'effec- tue de façon autonome après larguage de l'avion en tant que vecteur et l'unité de guidage et de commande est incorporée dans le missile 1. Au niveau de l'ogive, se trouve un auto- directeur avec différents capteurs, en autres pour le main- tien de l'altitude du missile pendant le vol d'approche en direction du but ou de l'objectif présumé. L'autodirecteur ou détecteur est ici monté pivotable, notamment avec sus- pension à cardan, comme expliqué plus loin à la figure 3. Il balaie le sol pour détecter et identifier l'objectif. Ce qui importe surtout en l'occurence c'est un balayage rapide de la distance oblique (ligne de.collimation de l'objectif) à haute définition. Pour l'invention, on ne prévoit donc pas seulement un capteur infrarouge, mais un autre télémè- tre laser à fonctionnement continu qui, comme autres carac- téristiques pour l'identification de l'objectif, interpète les sauts de distance se produisant lors du balayage du sol. Le balayage du sol s'effectue linéairement (aucun balayage en surface n'est nécessaire). Il suffit de balaya- ges par lignes dans le sens du vol. Pendant le vol de croi- sière du missile, le capteur laser peut être utilisé comme altimètre pour le réglage de l'altitude de vol de celui-ci et n'être installé dans ses fonctions que lors de la détec- tion d'une signature éventuelle d'un objectif par le capteur infrarouges. Il fournit alors un profil de hauteur à dessin géométrique du paysage dont la forme est modifiée dans ses caractéristiques par un objectif. Le mode opératoire est le suivant: - un traitement d'image simple évalue la grandeur des "points chauds" de l'information image et du télémètre laser LEM (altimètre du missible et angle d'image) et trie les "meilleurs" points chauds, c'est-à-dire adaptés aux véhicules - cibles. - le LEM de maintien d'altitude est dévié latéralement, par exemple par des miroirs pivotants, de manière que - regar- dant en avant obliquement et latéralement dans le sens du vol - il atteigne le sol peu avant le point chaud "le plus réaliste" c'est-à-dire l'objectif possible. Le maintien de l'altitude est maintenant assuré par extrapolation du sys- tème inertiel du missile Jusqu'ici supporté par le télé- mètre laser; - le rayon laser étant fixement dévié, l'objectif/objectif apparent, supposé par le point chaud, est balayé par le mouvement du missile (ligne de niveau en coupe longitudi- nale). Si le saut de hauteur est compatible avec un objec- tif réel, le repérage de l'objectif est terminé et l'obJec- tif repéré combattu. Dans le cas contraire, on pivote sur le "bon" point chaud suivant et, si celui-ci est déjà dépassé, on repivote pour revenir au maintien d'altitude. Les avantages de l'invention sont entres autres par rapport à: - un capteur à imagerie infrarouge seul (ensemble de détec- teurs, scanner de balayage par ligne etc..) que celui-ci fournit, certes, une quantité élevée de PEL, mais une in- formation image difficile à identifier (interprétable de façon définie); - un LEM seul que celui-ci doit observer obliquement laté- ralement vers l'avant, c'est-à-dire à grande portée. Avec ]0 une puissance laser, une optique et une sélection de dis- tance données etc. seule une quantité limitée de PEL est possible; - par contre, avec l'invention, grâce à la présélection des PEL à balayer par le capteur IR, la quantité de PEL ainsi obtenue suffit à l'identification de l'objectif. Sur N2/s PEL-IR seulement encore N/sPEL sont maintenant balayés par le télémètre laser. Principe de mesure du capteur à télémètre laser: Comme capteur de balayage des sauts de distance, on utilise avantageusement un télémètre laser (LEM) fonc- tionnant de façon continue ou quasi continue. Sur les deux modes de fonctionnement les plus fréquemment employés, le fonctionnement en régime d'impulsions et le fonctionnement en régime continu avec modulation en amplitude, le procédé continu offre des avantages spécifiques et c'est pourquoi on lui a donné la préférence dans le cas d'un télémètre laser utilisé pour'le balayage continu. Ce principe est décrit succinctement dans ce qui suit: - Il repose sur le fait qu'un signal continu modulé en amplitude est délivré par un émetteur et est capté par un récepteur après réflexion diffuse sur une surface de l'objectif. Le temps de parcours du signal de l'émetteur allant vers la surface réfléchissante et revenant au récep- teur intervient en tant que différence de phase de la modu- lation entre le signal émis et le signal reçu. La différen- ce de phase est donc un critère direct de la distance à mesurer. Le schéma synoptique de la figure 2 explique la structure du télémètre laser continu modulé en amplitude. La diode laser utilisée comme émetteur avec col- limateur convexe/concave (figure 2en haut à droite) est commandée par un modulateur par l'intermédiaire d'un étage excitateur et envoie un rayonnement lumineux modulé (fré- quence de modulation ici quelques MHz) qui est concentré par une optique montée en amont. Une partie du rayonnement réfléchi de façon diffuse sur le sol est dirigée par l'opti- que du récepteur comportant deux réflecteurs de concentra- tion concave/convexe (figure 2 en haut à gauche) sur une photodiode dont la tension de sortie est redressée après amplification dans un redresseur doublé sensible aux phases. Les phases de commande du redresseur sensible aux phases sont dérivées de la tension de modulation par une rotation de phase de 0 et 90 . Les deux sorties du redres- seur sensible aux phases sont proportionnelles au sinus ou au cosinus de l'angle de phase du signal reçu. Comme le dé- phasage du signal reçu par rapport au signal émis est pro- portionnel à la distance, la distance peut se calculer à partir des grandeurs de sortie du redresseur sensible aux phases. La distance peut être représentée par le calcula- teur/ordinatographe sous forme de tension analogique ou aussi de grandeur numérique. Déroulement de la mesure: Pour illustrer les puissances et les possibilités techniques du télémètre laser dans son emploi en tant que capteur pour l'identification de l'objectif, on procède de la façon suivante: On fixe d'abord le capteur avec sa suspension à cardan de manière que l'arc de cercle balayé couvre au moins 0.25'pi (45 angulaire) sur le terrain libre. La par- tie restante de l'arc de cercle est occulté, l'entrée des trajets des rayons de mesure étant marquée par un repère et une photodiode sur le disque d'entraînement. Le capteur est mis en marche et la totalité du dispositif est pivotée dans un sens diamétral au-delà du véhicule cible placé sur la portion de terrain balayée. Le signal de sortie du capteur de mesure est numérisé et introduit dans le calculateur sous forme de fichier de données séquentielles sur un dis- que de mémoire à accès aléatoire. Le train des données constitué du fichier mémorisé est représenté sous la forme d'une succession de profils de hauteur. La visualsation peut s'effectuer dans un champ d'une surface de 128 x 128 incréments. Cela nécessite, certes, une dépense de mémoire relativement grande dans le calculateur utilisé pour la dé- monstration, si bien qu'une assez faible densité peut être appliquée. On commence ensuite le programme de visualisa- tion dans le calculateur et les valeurs sont extraites sur l'écran sous la forme d'une succession de lignes de niveau ou d'un réseau tridimensionnel et imprimées avec l'impri- mante. Pour la documentation, le contenu du disque de la mémoire à accès aléatoire est reproduit sur un support de données (disquette). Cela illustre les puissances du cap- teur, en particulier en ce qui concerne la vitesse de balayage obtenue. Le cas d'utilisation proprement dit du LEM est représenté par la seconde phase pendant laquelle le capteur est orienté rigidement vers le bas et vers l'avant sous un angle de 30 par rapport à l'horizontale. Le véhicule se déplace ensuite sous le capteur en traversant le rayon de mesure incliné. On obtient ainsi un profil en hauteur du véhicule cible vu à partir d'une position surélevée avec une montée relativement plate et une descente abrupte, que l'on peut le mieux illustrer par l'ombre projetée par une source lumineuse placée latéralement en hauteur. Le train des signaux du capteur est également eenregistré et reproduit sur l'écran du -capteur (ordina- tographe). L'image du réseau des niveaux de la figure 5 sert seulement à illustrer'le mode de visualisation utilisé qui est dessiné plus finement avec une double densité de trame, mais avec un plus grand encombrement en mémoire dans le calculateur. Il convient encore de préciser qu'on a choisi ici une visualisation bidimensionnelle seulement pour il- lustrer le principe, mais qu'un seul balayage sur une ligne dans le sens du vol, mais avec haute définition, suffit. Cette visualisation dans le cas de l'invention correspond alors à un profil de lignes de niveau en vue oblique à vol d'oiseau. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la détection et l'identifica- tion d'objectifs individuels à partir de missiles volant à basse altitude, lequel dispositif est raccordé à un capteur infrarouges et à au moins un autre capteur (et/ou éventuel- lement à un télémètre laser), dans un autodirecteur regar- dant vers l'avant et vers le bas ainsi qu'à un système de guidage pour le missile, caractérisé par le fait que: - le capteur infrarouges après instruction préalable (pré- sélection grossière de la direction) balaie ligne par ligne le terrain se trouvant devant et en-dessous de lui (dans le sens indiqué) en vue de la détection d'un rayonnement in- frarouge, caractéristique de l'objectif; - en cas de détection d'un objectif présumé selon l'une ou plusieurs des caractéristiques connues de celui-ci après le balayage avec le capteur infrarouges, on détermine la posi- tion de l'objectif en élévation et en azimut et on la con- serve dans une mémoire intermédiaire avec les coordonnées de l'objectif puis, - un dispositif séparé branche automatiquement sur l'objectif présumé un télémètre laser; - qui détermine les sauts de distance (sauts de hauteur) en tant qu'autres caractéristiques de l'objectif; - et avec ces données, on achève l'identidifaction défini- tive de l'objectif dans un appareil d'interprétation d'après un modèle prédéterminé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que le missile est un missile d'interception à longue distance qui n'exige aucun raccordement de lignes visuelles avec l'objectif, mais qui est programmé sur une coordonnée éloignée avec objectif présumé par un avion en tant que vecteur ou porteur d'un système de transport d'armes, tandis que la désignation et l'identification de l'objectif sont effectuées de façon autonome par le missile au moyen d'un autodirecteur regardant vers l'avant et en- dessous au moins en cas d'utilisation contre des objectifs fixes, tandis qu'en cas d'utilisation contre des objectifs mobiles, le dispositif d'interprétation comporte une base de temps et la relation entre le mouvement de l'objectif et du missile est conservée et suivie. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé par le fait que le capteur infrarouges fait par- tie d'un capteur de survol dans une unité modulaire de l'avion qui est montée en regardant vers l'avant et vers le bas dans le sens de l'axe normal 'de celui-ci et qui compor- te un émetteur laser avec optique d'émission, un récepteur laser avec optique de réception, un filtre d'interférence, des diaphragmes de champ ainsi qu'une électronique d'émis- sion et de réception avec éléments d'adaptation et unité d'interprétation, le déclenchement et le suivi du missile par l'avion mettant en route, par le signal de'déclenche- ment, l'appareil de commande et de guidage autonome du missile avec son autodirecteur. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que l'émetteur laser est réalisé sous la forme d'un laser à semiconduc- teurs, en particulier d'un laser à semiconducteurs à hydro- carbures qui est modulé en amplitude à peu près dans le rapport 1:1 (durée d'impulsions/pause) et dont le rayonne- ment est concentré par un objectif. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que le récep- teur laser est muni d'un objectif photographique catadiop- trique qui, par l'intermédiaire de diaphragmes de et d'un filtre d'inferférences a bande étroite, focalise les rayons reçus sur une photodiode à avalanche. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait qu'à l'émet- teur et au récepteur est associé un dispositif télémétrique fonctionnant suivant la méthode de mesure des phases, c'est-à-dire qu'il mesure la différence de phase entre le signal d'émission et le signal de réception qui est propor- tionnelle au trajet lumineux parcouru. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que le laser à semiconducteurs à fonctionnement continu est muni d'une hétérostructure gallium-aluminium-arséniure. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait que le capteur dans l'autodirecteur est monté avec suspension à cardan dans un cadre extérieur dans l'axe normal et peut se dépla- cer en dehors de ce dernier en élévation et en azimut par rapport à un point zéro fixe (moment, hauteur, vitesse, dérive latérale) et est relié à un calculateur d'interpré- tation. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé par le fait qu'à la place d'un balayage en surface, on choisit un balayage par linéai- re dans le sens du vol (ligne de visée de l'objectif) à haute définition.