Brevet FR2655140A1 — publié le 19910531

L'invention concerne des systèmes à fusée déclenchée à distance, notamment destinés à être utilisés sur un engin de manière qu'un cône de charge de l'engin détone à une distance prédéterminée de la cible plutôt que lors du choc. On constate que, dans certains types de cônes de charge, la détérioration de la cible est bien plus grande lorsque la détonation a lieu à distance. On connaît déjà des systèmes à fusée déclenchée à distance dans lesquels un faisceau d'un rayonnement bien délimité (cette expression se rapportant à tout rayonnement électromagnétique obéissant aux lois de l'optique) est transmis dans la direction de la cible prévue. Un "faisceau" récepteur est dirigé de manière qu'il intercepte le faisceau émis si bien que tout objet sur lequel tombe le faisceau émis et qui se trouve aussi dans le faisceau récepteur réfléchit le rayonnement vers le récepteur et peut ainsi être détecté.Il faut noter que, bien que le faisceau émis soit un faisceau d'un rayonnement réel, produit par exemple par un élément constituant une source infrarouge et un systeme à lentille de focalisation, le "faisceau" reçu est simplement la région qui est visible par un élément capteur local qui se trouve juste à l'intérieur de la distance focale d'un système optique analogue. Cette région peut en fait constituer un faisceau lorsque l'élément capteur se trouve être l'élément source. L'expression "faisceau récepteur" est utilisée dans ce sens dans le présent mémoire et doit être comprise en conséquence. La région d'intersection des deux faisceaux, lorsqu'elle est vue de côté, a une forme allongée en losange. La longueur de cette région est déterminée par la distance séparant les deux lentilles, les largeurs angulaires et l'alignement des deux faisceaux. Lorsque la distance séparant les lentilles d'émetteur et de récepteur est limitée ou lorsque les largeurs angulaires des deux faisceaux sont limitées, cette région peut être très longue par rapport à la distance de déclenchement. Lors de l'utilisation d'un simple seuil pour l'enregistrement d'un signal renvoyé, les différents facteurs de réflexion des cibles provoquent un déclenchement de la fusée en différents points le long de la région d'intersection, avec une perte correspondante de précision. La présente invention a pour objet une amélioration de la précision d'un tel système à fusée déclenchée à distance. Selon l'invention, un système à fusée déclenchée à distance, destiné à un engin, et destiné à créer un signal de tir qui dépend de la distance de la cible afin que le cône de charge de l'engin détone, comporte des dispositifs émetteur et récepteur de faisceaux optiques destinés à créer des régions d'intersection de détection de cible entre les faisceaux d'émission et de réception, les régions d'intersection étant dans la direction d'une cible prévue et ayant des caractéristiques respectives de réponse qui ont une amplitude relative qui est changée à une distance particulière des faisceaux d'émission et de réception, les systèmes comprenant en outre un dispositif destiné à temps cher la production du signal de tir à une distance supérieure à la distance particulière. Le système comporte de préférence un dispositif d'émission d'un faisceau unique et un dispositif de réception de faisceaux de réception principal et d'inhibition. Les faisceaux principal et d'inhibition créent des régions d'intersection principale et d'inhibition et la caractéristique de réponse de la région d'intersection d'inhibition a de préférence un gain supérieur à celui de la région d'intersection principale si bien que l'amplitude de la distance particulière est réduite. Le dispositif de réception comprend de préférence un détecteur à seuil destiné à empêcher la production du signal de tir en l'absence d'un signal suffisant provenant de la région d'intersection ayant la caractéristique de réponse de plus grande amplitude à des distances inférieures à la distance particulière. Les gains relatifs des caractéristiques de réponse sont de préférence réglables afin qu'ils permettent le réglage de la plage particulière. Le dispositif de réception peut comprendre un système de focalisation optique et des éléments à double capteur placés près du foyer du système de focalisation afin qu'ils créent deux faisceaux divergents de réception. Le dispositif d'émission d'un faisceau optique peut comprendre une source pulsée, le dispositif de réception comprenant alors un dispositif à porte commandé par le temps de transmission des impulsions émises et destiné à inhiber le signal de tir en présence d'impulsions de signaux reçus ailleurs que dans une plage prédéterminée de distances. Un système à fusée déclenchée à distance selon l'invention est maintenant décrit à titre illustratif en référence aux dessins annexés sur lesquels les figures l(a) et l(b) sont une vue en plan et une vue en élévation latérale d'un ensemble à deux faisceaux récepteurs la figure l(c) est un graphique représentant les caractéristiques de réponse de sortie en fonction de la distance pour des régions différentes d'intersection de faisceaux les figures 2(a) et 2(b) sont des schémas analogues à la figure l(b) et ayant des optiques différentes de déviation de faisceaux destinées à permettre un réglage grossier de la distance la figure 3 est une coupe d'un système optique constitué d'un télescope utilisé pour l'émission et la réception des faisceaux la figure 4 est un diagramme synoptique du circuit de détection associé à l'émetteur et au récepteur ; et les figures 5(a), 5(b), 5(c) et 5(d) représentent les caractéristiques de réponse pour diverses cibles véritables et parasites. On se réfère maintenant à la figure I ; l'équipement 1 de la fusée contient des systèmes optiques, des télescopes simples 2 et 4, destinés aux faisceaux émis et aux faisceaux reçus. Ces systèmes représentés sur la figure 3 ont leurs axes optiques 3 et 5 placés parallèlement, dirigés vers l'avant et séparés par une distance qui dépend de l'espace disponible. Un prisme en forme de coin placé dans chaque système optique dévie le faisceau vers l'intérieur et crée une région d'intersection entre le faisceau d'émetteur et le faisceau de récepteur. S'il apparaît que les faisceaux d'émetteur et de récepteur n'ont pas tous deux à etre déviés, l'un d'eux peut rester aligné sur son axe optique 3 ou 5. Bien que, dans ce mode de réalisation, il n'existe qu'un seul faisceau émetteur 7, il existe par contre deux faisceaux récepteurs, le faisceau principal 9 et le faisceau d'inhibition 11. Le faisceau principal 9 et le faisceau émetteur 7 créent une région fondamentale dtintersec- tion 19 qui, comme l'indiqué précédemment, a une forme de losange allongé étiré de façon générale vers la cible ou la position prévue de la cible. Toute cible ou autre récepteur se trouvant dans cette région est éclairé par le faisceau d'émetteur qui est réfléchi suivant le faisceau récepteur qui est destiné à etre détecté par le capteur du récepteur. La longueur de cette forme en losange peut être un multiple élevé ou même très élevé de la distance nécessaire de déclenchement à distance. Le second faisceau Il a une fonction d'inhibition et crée une région 21 d'intersection avec le faisceau d'émetteur 7. Ce faisceau d'inhibition est dirigé avec un très faible angle par rapport à l'axe optique du récepteur afin que la région 21 d'intersection recouvre la région 19 mais s'étende sur une plus grande distance, c'est-à-dire jusqu'au point 13 et non jusqu'au point 15. Ces points sont représentés en 13' et 15' sur la figure l(c). La région 21 est utilisée pour empêcher l'effet d'une cible dans les parties les plus éloignées de la région 19. Le critère de rejet d'une cible est le fait que le signal de sortie du récepteur provenant du faisceau principal est dépassé par le signal correspondant de sortie du récepteur provenant du faisceau d'inhibition. Ceci dépend évidemment de l'amplification relative des canaux principal et d'inhibition et ce fait est utilisé avantageusement, comme décrit dans la suite, pour le réglage de distance Si toutes les cibles étaient localisées, la seule action d'inhibition serait due aux cibles se trouvant dans l'étroite région hachurée constituant le recouvrement des régions 19 et 21.Pour remédier à cet inconvénient, les faisceaux gardent de très faibles divergences afin que, aux distances auxquelles une réflexion par la cible suffirait pour le déclenchement du récepteur, les largeurs des faisceaux sont suffisamment faibles pour que les deux faisceaux principal et d'inhibition interceptent la cible. De toute manière, de nombreuses cibles dont il ne faudrait pas tenir compte ont une grande étendue -le brouillard, les écrans de fumée, les nuages, etc.- et activent inévitablement les deux faisceaux récepteurs. Compte tenu des deux facteurs précédents, il n'est donc pas primordial que les faisceaux principal et d'inhibition 9 et Il se recouvrent. La figure l(c) représente l'effet de gains relatifs différents, utilisés pour l'amplification des canaux principal et d'inhibition du récepteur. Le gain du canal d'inhibition est réglable manuellement afin qu'il donne une caractéristique de réponse, pour la région d'inhibition 21, qui est variable entre les cas limites 17 et 18 de gains maximal et minimal respectivement. Dans le cas du gain minimal 18, celui-ci est comparable au gain du canal principal illustré par la caractéristique 23 de réponse. Ces caractéristiques ont des amplitudes qui varient avec la section de la région d'intersection, qui est nulle aux sommets 15 et 13, et aussi avec la distance de la cible, et augmentent avec cette distance jusqu'au point où la cible remplit la section, et diminuent avec celle-ci. La configuration globale est approximativement celle d'un monticule comme représenté. Lorsque le gain du canal d'inhibition est minimal, les deux caractéristiques 23 et 28 ont des amplitudes relatives échangées au point 25 qui correspond à une distance particulière 27. Lorsque la prédominance de la caractéristique d'inhibition aux distances plus grandes est utilisée pour l'inhibition du canal principal, les cibles, qu'elles soient réelles ou parasites, ne sont pas prises en compte au-delà de cette distance et aucun signal de tir n'est produit pour la détonation du cône de charge de l'engin. Pour le gain maximal du canal d'inhibition, illustré par la caractéristique de réponse 17, l'échange 27 des amplitudes est réalisé à une "distance particulière" 31 plus réduite. La distance au-delà de laquelle les cibles ne sont pas prises en compte est ainsi réglable dans la plage de distance 31 à 27. Une plage de déclenchement nominal peut ainsi être spécifiée à la valeur 33 à mi-distance entre les limites 31 et 27. Il faut noter que la région d'intersection d'inhiber tion doit s'étendre à partir d'une plus grande distance (13') que la région principale d'intersection (15') pour que la caractéristique de réponse principale soit prédominante aux plus faibles distances. La figure 3 représente le système optique utilisé à la fois pour le faisceau d'émetteur et les faisceaux de récepteur et comprend essentiellement une lentille 35 montée dans un cylindre 37 et placée à une distance à peine inférieure à la distance focale d'une source de rayonnement infrarouge ou d'un élément détecteur infrarouge 39, selon qu'il s'agit de l'émetteur et du récepteur. Un faisceau légèrement divergent est ainsi produit. La largeur angulaire du faisceau peut être choisie afin qu'elle donne la taille voulue à la tache par sélection d'une lentille ayant la distance focale voulue dépendant de la dimension de la source. La dimension de la tache détermine la zone d'influence de la fusée. Pour des raisons de commodité et de souplesse, le faisceau est dévié par un prisme 41 en forme de coin qui peut tourner afin qu'il facilite la direction du faisceau dévié vers l'autre axe optique 3. L'angle de déviation peut être modifié par sélection de l'angle du prisme. Cette construction est préférable à une construction dans laquelle l'alignement de l'ensemble du télescope est réglé. La fabrication et le réglage sont simplifiés et le réglage de l'angle est simple par changement de prisme. Le prisme constitue aussi une fenêtre pour le télescope. La figure 2 représente l'effet des différents prismes sur l'étendue des régions d'intersection et ainsi la position de la "distance particulière" au-delà de laquelle les cibles ne sont pas prises en compte. La figure 2(a) représente des prismes ayant des angles plus faibles que ceux de la figure 2(b). Un réglage grossier de distance est ainsi possible par sélection de l'angle convenable du prisme. La figure 4 représente le système optique et le circuit de traitement des signaux reçus de cibles sous forme combinée. Les deux faisceaux récepteurs 9 et 10 sont délimités par deux zones détectrices 43 et 45 dans un seul boîtier. Le rayonnement tombant sur ces zones fait apparaître un photocourant ou une phototension qui subit alors une amplification. La longueur d'onde de sensibilité maximale des détecteurs est adaptée à celle de l'émetteur. Bien que les deux axes des faisceaux récepteurs divergent (puisqu'ils proviennent de zones distinctes 43 et 45), les faisceaux sont réalisés de préférence afin qu'ils se recouvrent (comme représenté sur la figure l(b)) grâce au positionnement convenable des détecteurs à l'intérieur de leur distance focale. Plus le recouvrement est grand et plus la plage "d'acceptation" du faisceau principal est limitée, mais plus la possibilité de discrimination de cibles distantes localisées, c'est-à-dire de points, est grande. Des filtres d'arrêt peuvent être utilisés dans le système optique du récepteur afin qu'ils suppriment un rayonnement ayant une longueur d'onde plus faible ou plus grande que celui de la source. Ceci réduit la sensibilité de la fusée à l'aveuglement par le soleil ou les artifices. La réalisation optos-mécanique repose sur celle des télescopes ayant des lentilles, des prismes et des détecteurs. Les deux télescopes sont reliés par deux supports si bien que leur alignement optique est conservé. L'électronique de l'émetteur comprend, mis à part la source 47 du rayonnement, un circuit 48 de pilotage et une horloge 49. L'horloge crée la synchronisation de référence pour la fusée et retarde le déclenchement du circuit logique. L'électronique du récepteur comprend les amplificateurs à gain élevé et à faible bruit 51 et 53 du faisceau récepteur principal et du faisceau d'inhibition, deux comparateurs 55 et 57, et les éléments logiques 59, 60 qui déclenchent le fonctionnement du circuit de déclenchement et créent un signal de tir. Lorsque la source 47 de l'émetteur ne peut pas donner constamment la puissance nécessaire, il faut que le circuit 48 de pilotage la commande de manière pulsée. Dans ce cas, une horloge 45 est nécessaire, l'horloge transmettant l'impulsion maîtresse de synchronisation de la fusée. Dans le cas du récepteur, deux amplificateurs à faible bruit et à court temps de montée sont utilisés, un pour chacun des éléments détecteurs. L'amplificateur 53 d'inhibition a un gain variable sur une distance réglée supérieure à celle de l'amplificateur principal 51. Le gain variable est utilisé pour la détermination du point de déclenchement de la fusée avec précision à une certaine distance. La figure l(c) représente le signal de sortie des deux amplificateurs. Ce schéma représente les limites du réglage électronique de la distance de déclenchement par rapport aux régions d'intersection des deux faisceaux récepteurs. Le gain plus élevé est nécessaire pour qu'un déclenchement erroné soit évité lorsque la fusée quitte une zone contenant des particules dans l'atmosphère. I1 assure aussi la présence constante d'un signal provenant de la région d'intersection d'inhibition qui est supérieur à celui qui correspond au faisceau principal. Lorsque la fusée quitte une zone de particules présentes dans l'atmosphère, la densité des particules qu'il observe diminue progressivement. En conséquence, la densité de particules dans la région d'intersection du faisceau d'inhibition, qui se trouve en avant de la région d'intersection du faisceau principal, est inférieure à celle de cette dernière région. En conséquence, le rayonnement renvoyé par rétrodiffusion du rayonnement par les particules de la région d'inhibition est plus faible que celui qui provient de la région principale. Cependant, le gain plus élevé de l'amplificateur du faisceau d'inhibition empêche le niveau du signal de sortie de tomber au-dessous de celui de l'amplificateur du faisceau principal et empêche donc un déclenchement erroné de la fusée. Finalement, lorsque la fusée sort totalement de cette zone de particules contenues dans l'atmosphère, le signal du faisceau principal tombe au-dessous du niveau de seuil fixé par le comparateur 55 et aucun déclenchement erroné n'est alors possible pour cette cause. Le rapport minimal des gains des deux amplificateurs est déterminé par le gradient maximal de densité prévu dans une zone de particules présentes dans l'atmosphère et la distance (espacement) comprise entre les centroïdes des régions de recoupement d'inhibition et principale. Comme le gain de l'amplificateur d'inhibition est variable afin qu'il permette le réglage de la distance de déclenchement, des précautions doivent être prises pour que le gain ne tombe pas au-dessous du niveau minimal qui assure l'immunité aux déclenchements erronés. Lors du fonctionnement du circuit de détection, les signaux de sortie des deux amplificateurs 51 et 53 parviennent à des comparateurs non synchronisés 55 et 57 ayant des signaux logiques de sortie qui parviennent à une porte ET 59. Le signal de sortie de l'amplificateur 51 du faisceau récepteur principal est appliqué au comparateur 55 lorsqutun signal logique de niveau élevé est produit, lorsque l'impulsion dépasse un seuil préréglé. Le rôle de ce niveau de seuil est d'empêcher le déclenchement de la fusée sous l'action du bruit du signal de sortie de l'amplificateur. En outre, les signaux de sortie des deux amplificateurs sont transmis au comparateur 57, et lorsque le niveau de l'amplificateur du faisceau récepteur principal dépasse celui de l'amplificateur du faisceau d'inhiber tion, un signal logique de niveau "élevé est produit par le comparateur 57. Les niveaux logiques des signaux de sortie des deux comparateurs et les signaux de déclenchement provenant de l'horloge de pilotage, parviennent à la porte ET 59. Lorsque des niveaux logiques élevés sont présents sous forme des trois contributions, un écho de fusée valable est obtenu. Après un nombre préréglé d'échos de fusée valables successifs comptés par le compteur 61, le circuit de déclenchement de fusée est initialisé et verrouillé. Dans le cas de la source continue, l'écho de fusée valable doit être présent pendant un temps préréglé (horloge 61) avant initialisation du circuit de déclenchement. Une fusée de détection optique du type décrit précédemment est l'objet de diverses mesures antagonistes sur le champ de bataille, les principales étant la création d'écrans de fumée et le tir d'artifices éclairants. Les écrans de fumée du champ de bataille sont beaucoup plus denses que les brouillards les plus épais. La distance minimale de visibilité qui peut être rencontrée dans le brouillard est de 5 m alors que la visibilité dans la fumée peut facilement tomber à moins de 1 m. L'extinction du faisceau d'émetteur due à l'atténuation n'est pas l'effet le plus important en ce qui concerne les performances de la fusée, car, au pire, elle retarde le tir de la fusée jusqu'à ce que l'engin vienne frapper la cible. Le fait que, avant extinction du faisceau d'émetteur, les particules de fumée renvoient le rayonnement dans les faisceaux récepteurs comme le ferait une cible est bien plus important. Les écrans de paillettes métalliques sont encore pires que les écrans de fumée à cet effet. Ils provoquent un déclenchement prématuré de la fusée et empêchent complètement la mission. Dans le cas de la fusée à double faisceau décrite précédemment, le faisceau d'inhibition retarde le déclenchement de la fusée jusqu a ce que la distance convenable de déclenchement ait été atteinte (figure 5(a)). Ceci empêche aussi le déclenchement de la fusée en présence de particules de l'atmosphère, par exemple une zone de fumée ou de paillettes, qui pénètrent en général dans la région d'inhibition (figure 5(b)). Si l'engin rencontre une cible dans cette zone, la fusée fonctionne encore convenablement car la cible est plus proche que la région d'inhibition (figure 5(c)). La fusée ne peut pas être déclenchée lorsqu'elle quitte une zone étant donné le gain bien plus élevé de l'amplificateur d'inhibition (figure 5(d)). On peut prévoir que des artifices et des leurres sont déployés et projettent une puissance visible et infrarouge totale très élevée. La plupart des artifices sont des sources pyrotechniques à large bande si bien qu'une très petite proportion seulement de la puissance totale parvenant sur la fusée traverse le filtre passe-bande très étroit du système optique des faisceaux récepteurs. Une puissance suffisante pour qu'elle dépasse la valeur de seuil du comparateur du faisceau récepteur principal n'est donc probable que lorsqu'un artifice est très proche de la fusée. Les artifices ne peuvent affecter la fusée que s'ils se trouvent dans l'étroit champ de vision du faisceau récepteur principal et non dans le champ de vision du faisceau d'inhibition. Comme l'amplificateur du faisceau d'inhibition a un gain supérieur à celui de l'amplificateur du faisceau principal, même si l'artifice se trouve sur les marges du champ de vision du faisceau d'inhibition, le déclenchement de la fusée est inhibé. Comme les champs de vision des deux faisceaux récepteurs sont dans les directions très semblables et se recouvrent, la région vulnérable du faisceau principal est très faible. Si l'événement improbable se produit et qu'un artifice apparaît dans cette région vulnérable et suffisamment près pour que le seuil du faisceau principal soit dépassé, un déclenchement erroné de la fusée est encore inhibé. La direction du faisceau récepteur principal ne correspond pas à la ligne de vol de l'engin si bien que la partie du fond continu qui est observée change de façon continue. Ceci est dû au mouvement linéaire de l'engin et à sa rotation. En conséquence, l'artifice ne reste pas longtemps dans le champ de vision du faisceau principal. Un déclenchement erroné est empêché car le nombre d'échos valables nécessaires pour le compteur 61 de la figure 4 avant transmission du signal de déclenchement de fusée n'est pas atteint pendant le temps où l'artifice se trouve dans la région vulnerable du faisceau principal. Le nombre d'impulsions émises pendant le temps d'observation d'une partie quelconque du fond continu par la région vulnérable décrite précédemment donne le nombre maximal d'échos erronés donnés par un artifice. Ceci est déterminé par le circuit PRF de la fusée, la dimension de la région vulnérable du faisceau principal et sa direction par rapport à la ligne de vol ainsi que la vitesse de la munition et la vitesse de rotation. Le nombre minimal d'échos valables avant transmission du signal de déclenchement de fusée est donc rendu supérieur au nombre maximal d'échos erronés. REVENDICATIONS 1. Système à fusée déclenchée à distance, destiné à un engin et créant un signal de tir qui dépend de la distance de la cible et qui est destiné à faire détoner le cône de charge de l'engin, caractérisé par des dispositifs (1) d'émission et de réception de faisceaux optiques destinés à créer des régions (19, 21) d'intersection de détection de cible entre les faisceaux d'émission (7) et de réception (9), les régions d'intersection (19, 21) étant dans la direction d'une cible prévue et ayant des caractéristiques respectives de réponse (23, 17/18) qui ont une amplitude relative qui est échangée à une distance particulière (29/25) des dispositifs d'émission et de réception (1), le système comprenant en outre un dispositif (57, 59) destiné à inhiber la création du signal de tir à une distance supérieure à la distance particulière (29/25). 2. Système à fusée selon la revendication 1, comprenant un dispositif (2) destiné à émettre un faisceau unique (7) et un dispositif (4) de réception des faisceaux de réception principal (9) et d'inhibition (11). 3. Système à fusée selon la revendication 2, dans lequel les faisceaux principal (9) et d'inhibition (11) créent des régions d'intersection principale (19) et d'inhibition (21) et la caractéristique (17/18) de réponse de la région (19) d'intersection d'inhibition a un gain supérieur à celui de la région principale d'intersection et réduit ainsi l'amplitude de la distance particulière (29/25). 4. Système à fusée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de réception comporte un détecteur (55) à seuil destiné à empêcher la production du signal de tir en l'absence d'un signal suffisant provenant de la région d'intersection (19) et ayant une caractéristique (23) de réponse de plus grande amplitude à des distances inférieures à la distance particulière (29/25). 5. Système à fusée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les gains relatifs des caractéristiques de réponse (17/18) sont réglables afin qu'ils permettent le réglage de la distance particulière (29/25). 6. Système à fusée selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le dispositif de réception (4) comprend un système de focalisation optique et des éléments capteurs doubles (43, 45) placés près du foyer du système de focalisation afin qu'ils créent deux faisceaux divergents de réception (9, 11). 7. Système à fusée selon la revendication 6, dans lequel le système de focalisation optique comprend un prisme (41) en forme de coin destiné à dévier le faisceau émis (7) vers le faisceau de réception (9). 8. Système à fusée selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le dispositif d'émission (2) comprend un système de focalisation optique et un élément (47) constituant une source d'un rayonnement électromagnétique et placé près du foyer du système de focalisation afin qu'il crée un faisceau divergent d'émission. 9. Système à fusée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d 'émission de faisceaux optiques comporte une source pulsée (47), le dispositif de réception comprenant un dispositif à porte (59) commandé au moment d'émission des impulsions émises afin qu'il empêche le signal de tir sous l'action de signaux pulsés reçus ailleurs que d'une plage prédéterminée de distances.