Brevet FR2660998A1 — publié le 19911018

DISPOSITIF POUR DETECTER UN POINT CHAUD DANS UN PAYSAGE PERCU SELON UN RAYONNEMENT INFRAROUGE ET SYSTEMEDE GUIDAGE D'UN MISSILE SUR UNE CIBLE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF L'invention concerne un dispositif pour détecter un point chaud dans un paysage perçu selon un rayonnement infrarouge coopérant avec un système d'analyse de paysage par ba Layage destiné à faire converger en direction d'un circuit détecteur sensible audit rayonne- ment un faisceau principal issu successivement de différentes régions du paysage. L'invention concerne aussi un système de guidage d'un mis- sile sur une cible comportant un te L dispositif. Le rayonnement infrarouge dont il est question est L'infra- rouge Lointain dont La longueur d'onde est supérieure au micron Pour obtenir de bonnes observations, il faut tenir compte de la transpa- rence de L'atmosphère à ces Longueurs d'onde En pratique, on uti Lise deux bandes dont la première est comprise entre 3,5 et 5 microns et La deuxième entre 8 et 13 microns. Lorsqu'on veut détecter un point chaud porté par exemple à une température de 1 500 K dans un paysage de température moyenne de 300 K, on se heurte aux difficultés suivantes. On peut observer le paysage dans la première bande Le point chaud à 1 500 K présente justement une luminance LÀ maximale. Mais a Lors on est confronté avec un contraste trop fort entre la lumi- nance du point chaud et La Luminance des différents points du paysage. Le point chaud provoque une réponse du circuit détecteur qui s'étale dans le temps à un niveau tel qu'el Le masque les réponses d'autres parties du paysage Ainsi; Le point chaud sera vu comme une tache noyant des détai Ls du paysage. L'observation du paysage peut se faire dans La deuxième bande o Le contraste est moins éLevé Mais dans ce cas, si Le point chaud est vu sous un ang Le inférieur à ce Lui du champ éLémentaire ba Layé par Le système d'ana Lyse du paysage, sa Luminance apparente décroît avec Le carré de La distance, de sorte que Le point chaud p Lacé trop Loin n'est p Lus discernab Le. On pourrait aussi envisager de travai L Ler dans Les deux bandes, La première étant uti Lisée uniquement pour La détection du point chaud, La deuxième pour L'observation du paysage Dans ce der- nier cas, La difficulté rencontrée se situe au niveau du système d'a- na Lyse de paysage En effet, i L est diffici Le de réa Liser un système qui puisse fonctionner de façon satisfaisante sur Les deux bandes à La fois. L'invention propose un dispositif du genre mentionné ci- dessus avec Leque L on n'est pas confronté avec Les difficultés préci- tées. Pour ce La, un dispositif pour détecter un point chaud dans un paysage perçu se Lon un rayonnement infrarouge est remarquable en ce qu'i L comporte, d'une part, un agencement de fi Ltrage optique pour fournir successivement dans Le temps à partir dudit faisceau principal au moins deux faisceaux secondaires représentant chacun une partie du spectre du faisceau principal et, d'autre part, un circuit de compa- raison de signaux dont L'entrée est re Liée au circuit détecteur dont La sortie constitue La sortie du dispositif et qui est destiné à com- parer Les signaux du circuit détecteur correspondant aux différents faisceaux secondaires reçus. L'idée de L'invention repose sur La constatation que La Luminance du point chaud dans La deuxième bande décroît dans Le sens des Longueurs d'onde croissantes a Lors que La Luminance du paysage reste à peu près constante dans cette deuxième bande Ainsi, en parta- geant en deux parties cette bande au moyen de L'agencement de fi Ltrage optique, Le circuit de comparaison met en évidence cette variation de Luminance en fonction de La Longueur d'onde et fournit donc Le signa L représentatif du point chaud. Bien entendu, si le besoin s'en fait sentir, on peut uti- Liser plusieurs bandes ce qui correspond à plusieurs faisceaux secon- daires. La description suivante faite en regard des dessins anne- xés, Le tout donné à titre d'exemple non Limitatif, fera bien com- prendre comment l'invention peut être réa Lisée. La figure 1 représente un système de guidage d'un missile sur une cible comportant un dispositif pour détecter un point chaud dans un paysage perçu selon un rayonnement infrarouge conforme à l'in- vention. La figure 2 représente le porte-filtres faisant partie du dispositif montré à la figure 1. La figure 3 représente des courbes de luminances. La figure 4 représente en détail un circuit de guidage faisant partie du système montré à la figure 1. La figure 5 représente un premier mode de réalisation d'un circuit de comparaison convenant pour le dispositif de la figure 1. A la figure 1, on a représenté un système de guidage d'un missile M sur une cible C Ce système est muni d'un dispositif 1 pour détecter un point chaud, la détection d'un point chaud se manifestant par un signal à la borne de sortie 2 du dispositif 1 Le point chaud est ici constitué par un traceur TR que l'on a fixé sur la tuyère du missile M et qui est porté pratiquement à une température de 1 500 K. Le missile M et la cible C font partie d'un paysage déli- mité, sur la figure 1, par une pyramide 3 dont le sommet 0 correspond au centre optique du système d'analyse de paysage 4 et dont la base est un rectangle R. Pour détecter des rayonnements infrarouges de longueur d'onde supérieure au micron, on ne peut pas faire appel aux disposi- tifs du genre "vidicon", on uti Lise alors des circuits détecteurs formés d'un nombre limité d'éléments sensibles au rayonnement Pour percevoir selon ce rayonnement un paysage, on doit donc effectuer une ana Lyse point par point de ce dernier. Au moyen du système d'analyse du paysage 4, on fait converger successivement sur un circuit détecteur 5, que L'on suppo- sera, pour Le moment, formé d'un seul éLément, un faisceau principal 6 provenant de différentes régions du paysage L'ana Lyse se fait image par image et chaque image est e L Le-même ana Lysée Ligne par Ligne en commençant par La Ligne LI,, Ln,, LMA,, ces Lignes sont représentées sur Le rectangle R Un tel système d'ana Lyse de paysage est décrit dans Le brevet français N O 2 245 970 déposé au nom de La Demanderesse Le circuit détecteur 5 fournit un signal dont L'amp Li- tude est Liée à La Luminance de L'objet perçu Ce signal permet par exemp Le de visua Liser Le paysage sur L'écran d'un tube cathodique 10 dont La cathode est re Liée à une borne de sortie 11 du dispositif 1; un dispositif de commande 12 fournit Les signaux pour commander L'a- na Lyse du système 4 et pour faire dévier Le faisceau électronique du tube cathodique 10, de sorte qu'i L y a un synchronisme rigoureux entre Les ba Layages du paysage et de La surface du tube cathodique. Pour guider Le missile M, on a prévu un réticu Le qui est vu en surimpression sur L'image visua Lisée; La croisée de réticu Le est mise en co Tncidence avec La cib Le vue sur L'écran L'axe OC dans Le paysage correspond à cette croisée du réticu Le Cette croisée est définie par une Ligne LM de ba Layage et un temps TC à partir duque L Les Lignes de ba Layage démarrent Le point chaud correspondant donc au missile va être détecté dans une autre Ligne et en un autre temps, de sorte qu'au moyen d'un circuit de guidage 14 qui détermine Les coordonnées du point chaud, i L est possible de guider Le missile M sur La cib Le C en envoyant des signaux de guidage sur un fi L 15 qui re Lie Le missile M au circuit de guidage 14. Conformément à L'invention, Le dispositif 1 pour détecter un point chaud comporte, d'une part, un agencement de fi Ltrage op- tique portant La référence 20 pour fournir successivement dans Le temps à partir du faisceau principal deux faisceaux secondaires re- présentant chacun une partie du spectre du faisceau principal dont La bande de Longueur d'onde est comprise entre 8 et 13 microns (un premier faisceau secondaire représentant La partie comprise entre 8 et 10,5 microns, et Le deuxième faisceau secondaire La partie 10,5- 13 microns) et, d'autre part, un circuit de comparaison 30 dont une entrée est reliée au circuit détecteur 5, dont La sortie constitue La sortie 2 du dispositif; ce circuit 30 est destiné à comparer Les signaux du circuit détecteur correspondant aux différents faisceaux secondaires reçus. L'agencement optique 20 se compose d'un porte-fi Ltres 31 de forme circu Laire La figure 2 montre le porte-filtres de face, alors que La figure 1 Le montre de profil Ce porte-filtres est en- traîné par un moteur 32 d'une manière telle qu'il effectue des demi- tours successifs dans Le sens de La f Lèche F Ainsi, Les filtres 33 et 34 disposés à la périphérie de ce porte-fi Ltres 31 s'interposent successivement dans Le trajet du faisceau principal pour fournir deux faisceaux secondaires qui viennent converger sur le circuit détec- teur 5 Le faisceau secondaire issu du filtre 33 a la bande spec- trale allant de 8 à 10,5 microns et le faisceau secondaire issu du filtre 34, la bande allant de 10,5 à 13 microns; i L est alors en- tendu que le circuit détecteur est sensible à toute la bande allant de 8 à 13 microns L'agencement optique est manoeuvré de la manière suivante: une image est vue par le circuit détecteur à travers le filtre 33, une deuxième à travers le filtre 34, la suivante à travers le filtre 33 et ainsi de suite. Le circuit de comparaison doit effectuer la comparaison entre deux images successives L'une vue par L'intermédiaire d'un des filtres, l'autre par l'intermédiaire du deuxième filtre Pour pouvoir effectuer cette comparaison, le circuit de comparaison est pourvu d'une mémoire 35 destinée à contenir toutes les informations concer- nant les images vues, par exemple, à travers le filtre 33, l'entrée de cette mémoire 35 est reliée au circuit détecteur 5 par l'intermé- diaire d'un contact d'un commutateur 36 Une première entrée d'un organe de soustraction 37 est aussi reliée au circuit détecteur 5 par l'intermédiaire d'un autre contact du commutateur 36 Le commutateur 36 est manoeuvré en synchronisme avec le porte-filtres 31 par des signaux fournis par le dispositif de commande 12, de sorte que lorsque Le fi Ltre 33 est mis en place, l'entrée de la mémoire 35 est connectée au circuit détecteur 5 et Lorsque c'est le filtre 34 qui est mis en place, c'est la première entrée de l'organe 37 qui est connectée au circuit détecteur La capacité de la mémoire est telle qu'elle peut contenir tous Les éLéments se rapportant à une image Toutes Les deux images, L'organe de soustraction 37 dont La deuxième entrée est re- Liée à La sortie de La mémoire 35 effectue La différence entre Les éLéments d'une image avec Les éLéments correspondants de L'autre image Lorsque cette différence dépasse un certain seui L déterminé par Le circuit à seui L 38, ce La signifie que Le point chaud est détecté. Pour exp Liquer Le fonctionnement du dispositif 1, on a représenté à La figure 3 différentes courbes de Luminance LX en fonc- tion de La Longueur d'onde X et pour Les températures de 300 K et 1 500 K Pour Les coordonnées, on a choisi des éche L Les Logarithmi- ques Ces courbes de Luminance sont données par La formu Le de P Lanck bien connue La zone hachurée représente La bande BP du spectre de 8 à 13 p dans Laque L Le on travai L Le; cette bande est séparée en deux parties ou bandes secondaires B 51 et B 52, a L Lant de 8 à 10,5 p pour La première, et de 10,5 à 13 p pour La deuxième Si on examine La Luminance d'un point chaud à 1 500 K on constate qu'e L Le varie de 1,5 109 W m 3 sr 1 à 6,25 108 W m 3 sr 1 dans La première bande secondaire et de cette dernière va Leur à 2,9 108 W m 3 -I sr dans La seconde bande B 52, a Lors que ce L Le d'un point porté à 300 K correspondant à La température moyenne varie de 9,08 106 W -3 1 9,9 06 W -3 -1 _ m-3 sr 1 à 9,79 106 W m 3 sr 1 dans La première bande secon- daire et de cette dernière va Leur à 8,2 106 dans La seconde Ainsi, on se rend bien compte que Le point chaud amène une contribution éner- gétique différente dans Les deux bandes que L que soit son éLoigne- ment a Lors que La contribution en énergie des points à 300 K est sen- sib Lement éga Le dans Les deux bandes Le circuit de comparaison 30 mettra en évidence cet écart de contribution Le circuit à seui L 38 fournira Le signal de point chaud dès qu'un écart franc aura été dé tecté. A La figure 4, on a représenté en détai L Le circuit de guidage 14 A partir du circuit de commande 12, on dérive des signaux de début de trame correspondant au début du ba Layage d'une image et des signaux de début de Lignes Ces signaux, respectivement disponi- b Les sur des fi Ls 50 et 51, sont utilisés par Le circuit de guidage 14 Ce circuit comporte un premier compteur 55 destiné à compter Les Lignes Pour ce La, son entrée de comptage est re Liée au fil 51 et i L est remis à zéro par Les signaux disponibles sur Le fil 50 Un deu- xième compteur 56 donne une mesure du temps qui s'écou Le à partir d'un début de Ligne Pour ce La, il compte Les signaux d'une hor Loge 57 dont La fréquence est éLevée par rapport à La fréquence de Ligne, L'entrée de remise à zéro du compteur 56 est re Liée au fi L 51 pour être remis à zéro à chaque début de Ligne On a prévu deux registres et 61 dont Les entrées para LLèLes sont re Liées respectivement aux sorties de compteurs 55 et 56 Les entrées pour enregistrement sont re Liées à La borne 2 pour signa L de point chaud, de sorte que dès que ce signa L apparaît, i L y a transfert des contenus des compteurs 55 et 56 dans Les registres 60 et 61 Des organes de soustraction 62 et 63 permettent d'élaborer La différence des coordonnées du missi Le M par rapport à La cib Le C, à partir de La va Leur correspondant à La Ligne LM sur Laque L Le se p Lace La croisée de réticu Le et de La va Leur cor- respondant au temps TC o se trouve aussi cette croisée Ces va Leurs sont emmagasinées dans des mémoires 65 et 66 Deux convertisseurs nu- mériques analogiques 68, 70, convertissent Les signaux de sortie des organes 62 et 63 pour Les transmettre sur Le fil 15 vers Le missi Le M, de sorte que celui-ci peut corriger sa trajectoire afin d'atteindre sa cible M. Le circuit de comparaison 30 montré à La figure 5 est cons- titué ici à partir d'une mémoire 35 de type numérique IL fournit des informations de point chaud à une cadence p Lus rapide que Le circuit montré à La figure 1 Les signaux provenant du circuit détecteur 5 sont amplifiés par un amplificateur 81, puis convertis en signaux nu- mériques au moyen du convertisseur analogique-numérique 83 Cette mé- moire 35 se comporte comme un registre à décalage; elle est munie d'une entrée 85 pour recevoir Les données provenant de La sortie du convertisseur 83 et d'une sortie 86 o apparaissent Les données qui ont été enregistrées auparavant La capacité de La mémoire 35 corres- pond, ici encore, au nombre de points traités dans une image Un in- verseur 88 permet d'appliquer, Lorsqu'i L est dans sa première posi- tion, Les signaux de sortie du convertisseur 83 aux premières entrées de L'organe de soustraction 37 et Les signaux de sortie de La mémoire 35 aux deuxièmes entrées de cet organe 37, et Lorsqu'i L est dans sa deuxième position, les signaux de sortie de La mémoire 86 aux pre- mières entrées de l'organe 37 et les signaux de sortie du convertis- seur 83 aux deuxièmes entrées; Les positions de cet inverseur sont déterminées par l'état d'une bascule 90 Cette bascu Le 90 change d'é- tat à l'apparition de chaque signal actif transmis sur le fil 50 Le circuit de comparaison 30 de la figure 5 comporte, en outre, une hor- loge 92 pour commander le décalage de la mémoire 35. Ce circuit 30 fonctionne de la manière suivante: A chaque apparition d'un signal actif sur le fil 50 cor- respond une rotation d'un demi-tour du porte-filtres 31, de sorte que tour à tour le circuit détecteur 5 reçoit les faisceaux des filtres 33 et 34, ainsi qu'il a été déjà dit On considère le moment o apparaît un signal actif sur le fil 50 et L'on admet qu'à l'apparition de ce signal actif co Tncide une demi rotation du porte-filtres 31 qui amène le filtre 33 dans le trajet du faisceau principal 6 Les informations concernant l'image vue à travers le filtre 33 sont emmagasinées dans la mémoire 35 Puis, un autre signal actif apparaît sur le fil 50, ce qui co Tncide avec la mise en place du filtre 34 La bascule 90 est dans un premier état tel que les premières entrées de l'organe 37 sont connectées aux sorties du convertisseur 83, par l'intermédiaire de l'inverseur 88 et que les deuxièmes entrées sont reliées aux sorties 86 de la mémoire 35 L'organe 37 soustrait les informations de l'image vue par le filtre 34 des informations de L'image vue par le filtre 33 contenues dans la mémoire 35 Lorsqu'apparait encore un signal actif sur le fil 50, la mémoire 35 est remplie par les données concernant l'image vue par le filtre 34, la bascule 90 est mise dans son deuxième état, de sorte que les premières entrées de l'organe 37 sont mises en relation avec les sorties 86 et les deuxièmes entrées avec les sor- ties du convertisseur 83, et l'on effectue donc la même soustraction. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour détecter un point chaud dans un paysage perçu se Lon un rayonnement infrarouge coopérant avec un système d'ana- Lyse de paysage par balayage destiné à faire converger en direction d'un circuit détecteur sensib Le audit rayonnement un faisceau princi- pal issu successivement de différentes régions du paysage, caracté- risé en ce qu'il comporte, d'une part, un agencement de fi Ltrage op- tique pour fournir successivement dans le temps à partir dudit fais- ceau principal au moins deux faisceaux secondaires représentant cha- cun une partie du spectre du faisceau principal et, d'autre part, un circuit de comparaison de signaux dont l'entrée est reliée au circuit détecteur, dont la sortie constitue la sortie du dispositif et qui est destiné à comparer les signaux du circuit détecteur correspondant aux différents faisceaux secondaires reçus. 2 Dispositif pour détecter un point chaud selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le circuit de comparaison est formé d'une mémoire pour contenir les informations fournies par le circuit détecteur recevant un faisceau secondaire et d'un organe de soustrac- tion pour faire la différence entre les informations contenues dans la mémoire et les informations fournies par le circuit détecteur re- cevant l'autre faisceau secondaire, et d'un circuit à seuil connecté à la sortie de L'organe de soustraction détectant un grand écart de différence pour fournir l'information de point chaud. 3 Système de guidage d'un missile sur une cible comportant un dispositif pour détecter un point chaud selon la revendication 1 ou 2, système dans lequel le missile est muni d'un traceur consti- tuant Ledit point chaud et dans lequel il est prévu un organe de vi- sualisation muni d'une croisée de réticu Le à mettre en coïncidence avec la cib Le et un circuit de guidage pour fournir au missile les coordonnées d'écart qui le sépare de La cible.