Brevet FR2668614A1 — publié le 19920430

DISPOSITIF DE VISEE COMPACT A GRAND DEBATTEMENT ANGULAIRE POUR EQUIPEMENT OPTRONIQUE DE LOCALISATION ET D'ACQUISITION DE CIBLE L'invention se rapporte au domaine des équipements optroniques embarqués à bord d'avion, notamment destinés à la localisation tridimensionnelle et/ou à l'acquisition de cibles par exemple, et plus particulièrement à un dispositif de visée compact à grand débattement angulaire pour un tel équipement. Un paramètre important pour les systèmes optroniques de localisation tridimensionnelle et/ou d'identification embarqués est le débattement angulaire de la ligne de visée En effet, il est tout à fait important que ce type d'équipements embarqués permette la localisation et l'identification dans les secteurs les plus grands possibles L'implantation idéale consisterait à mettre l'équipement optronique directement en bout de nez de l'avion Ceci n'est généralement pas possible du fait de la présence du radar à cet endroit. Une implantation de l'équipement optronique sous l'avion ne permet pas l'orientation de la ligne de visée vers les angles de site positifs par rapport à la référence horizon- tale du fuselage de l'avion. Une implantation latérale présenterait un masque impor- tant, en gisement, du fait de la présence du nez, à moins d'uti- liser deux systèmes placés symétriquement, ce qui augmente alors notablement le coût. L'implantation dite "en pied de verrière", entre le pare-brise du cockpit et le radôme, permet d'obtenir les champs d'acquisition les plus importants et les plus intéressants du point de vue opérationnel. Or l'implantation d'un équipement de localisation ou d'acquisition optronique, notamment sur un avion d'arme, en pied de verrière crée alors un masque pour la visibilité du pilote, masque d'autant plus grand que le champ d'acquisition de l'équipement de localisation est important: comme le montre la figure 1, pour permettre l'orientation de la ligne de visée vers le bas, selon des angles de site par rapport à la référence horizontale du fuselage RHF négatifs et éventuellement impor- tants, l'équipement de localisation doit en effet dépasser par rapport à la peau de l'avion PA, et le pilote P dans son cockpit a alors sa ligne de visibilité basse LVB, dans la direction (en gisement) de l'équipement optronique, limitée par cet équipement La ligne de visée basse de l'équipement optronique Lvb est, elle, limitée par le fuselage ou "peau" de l'avion PA. Les principaux dispositifs d'orientation de la ligne de visée montés sur les appareils existants actuellement ne permettent généralement pas un grand débattement angulaire de la ligne de visée, ou bien lorsque le débattement angulaire est à peu près convenable, le dispositif crée une occultation importante pour la visibilité du pilote et des perturbations néfastes pour la stabilité et le pilotage dues à la traînée aérodynamique. L'invention a pour objet un dispositif pour équipement optronique de localisation et d'acquisition embarqué, qui permet d'accéder à de grands débattements angulaires de la ligne de visée, en particulier un débattement en gisement Illimité, tout en dégageant la visibilité du pilote et en limitant les effets aérodynamiques Pour cela le dispositif proposé est compact, en ce sens qu'il permet de limiter le volume externe à la peau de l'avion, et possède une structure externe pouvant tourner librement selon l'axe de gisement. L'invention propose un dispositif de visée compact à grand débattement angulaire pour équipement optronique de localisation et d'acquisition comportant un ensemble optomécanique d'orientation en site et en gisement de la ligne de visée, un hublot d'entrée traversé par le faisceau incident utile et des miroirs formant un ensemble optique de déport d'image, caractérisé en ce que l'ensemble optomécanique comporte une structure gisement formant l'enveloppe du dispositif de visée pouvant tourner sur 360 en appui sur les roulements et une structure site montée sur la structure gisement à l'aide de deux paliers disposés de part et d'autre de l'ensemble optique de déport, et en ce que le hublot d'entrée couvre le champ en site sur 90 en positif et au moins 20 en négatif par rapport à la référence horizontale du fuselage selon une première dimension et possède une largeur réduite à la pupille d'entrée selon sa seconde dimension. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées représentant, respectivement: La figure 1, un schéma général permettant de montrer l'occultation de la ligne de visibilité basse du pilote, occasionnée par un équipement d'acquisition optronique en secteur frontal; Les figures 2 et 3 sont des schémas illustrant des dispositifs selon l'art antérieur; Les figures 4 a et 4 b illustrent le dispositif compact selon l'invention en coupe dans deux positions différentes; Pour mieux comprendre les caractéristiques essentielles de l'invention et mieux en mesurer les avantages, une description succincte est donnée ci-après de dispositifs d'orientation de la ligne de visée connus. Selon un premier type de dispositif représenté sur la figure 2, le dispositif d'orientation de la ligne de visée est situé dans le plan de symétrie de l'avion Le principe retenu est l'utilisation d'un miroir M de Poggendorf (dit en i), c'est-à-dire que la ligne de visée tourne de 2 o plan de symétrie de l'avion. Selon un autre type de dispositif, le principe utilisé est le même, rotation d'un miroir M égale à la moitié de l'angle de visée par rapport à la RHF, mais le dispositif d'orientation de la ligne de visée comporte une lentille en tête pour réduire le diamètre du faisceau au niveau du miroir M Ce dispositif est plus complexe que le précédent, car l'angle de rotation de la lentille de tête est égal à deux fois celui du miroir M, les 2 axes de rotation étant confondus La même limitation intervient quant à l'orientation de la ligne de visée vers des angles en site très élevés, et l'occultation de la visibilité basse du pilote existe toujours. Selon un troisième type de dispositif représenté sur la figure 3 également monté latéralement, l'occultation de la ligne de visée basse est du même ordre; par contre le domaine angulaire accessible est plus important car le système prévoit un couplage d'axes permettant d'orienter la ligne de visée en même temps en site et en gisement Un tel dispositif est constitué d'une sphère S tournant autour d'un point fixe C qui est le centre de la sphère et qui est l'intersection des deux axes de rotation Un tel dispositif permet d'obtenir des dimensions extérieures plus faibles, mais a un inconvénient majeur pour effectuer une veille, car s'il est facile de positionner les différents éléments du dispositif pour obtenir une ligne de visée dans une direction donnée, un asservissement de l'ensemble pour obtenir un balayage continu est beaucoup plus difficile. Selon l'invention, d'une part la ligne de visée accède à un grand domaine angulaire pour effectuer soit une poursuite soit une recherche de cible par exploration d'un volume important autour de l'avion selon une loi de balayage; d'autre part, les asservissements de la ligne de visée selon les axes site et gisement sont prévus pour être totalement découplés; enfin l'architecture optomécanique site/gisement proposée permet au dispositif de visée de n'occuper qu'un faible volume, avec un hublot d'entrée sphérique de réalisation très simplifiée. Le dispositif de visée l selon l'invention est représenté sur les figures 4 a et 4 b selon deux coupes orthogonales, la figure 4 a étant dans le plan de symétrie de l'avion Ce dispositif comporte une structure gisement 2 qui forme l'enveloppe du dispositif 1, une partie sphérique de cette enveloppe émergeant de la peau de l'avion Cette structure 2 tourne autour de l'axe gisement Y'OY sur 360 , en appui sur le bâti de l'avion grâce aux roulements Ri et R 2 disposés entre ce bâti et une partie cylindrique de la structure 2; la structure gisement 2 supporte des miroirs de déport d'image M 2, M 3 et M 4. Une structure site 3 définit l'angle de site de la ligne de visée autour d'un axe de site X'OX orthogonal à l'axe de gisement Y'OY; dans ce but, deux paliers à roulement A et B assurent la rotation de la structure site 3 indépendamment de la structure gisement 2; la structure site 3 supporte le miroir de renvoi Ml de la ligne de visée vers l'axe de site X'OX Le dispositif de visée l comporte également un hublot sphérique 10 monté dans la structure gisement 2; la grande dimension de cet hublot couvre le champ en site (voir figure 4 b) sur 900 en site positif et au moins 20 en site négatif par rapport à la RHF; la petite dimension ou largeur du hublot est réduite à la dimension de la pupille d'entrée (élargie au champ d'observation instantané en cône de l'équipement) Cette configuration permet de limiter les dimensions du hublot sans limiter le débattement angulaire. L'équipement optique est complété par un ensemble optique afocal composé de deux groupes, un groupe avant, symbolisé par la lentille il d'entrée, et un groupe arrière, symbolisé par la lentille 12 de sortie, la lentille il étant solidaire de la structure site 3 et la lentille 12 solidaire de la structure gisement 2. Dans ces conditions, le faisceau incident utile, défini par la pupille d'entrée et orienté selon la ligne de visée, traverse le hublot d'entrée 10, est focalisé par la lentille 11, après réflexion sur les miroirs Ml et M 2, dans un plan situé entre les miroirs M 2 et M 3 pour y former une image intermédiaire, et est renvoyé selon l'axe de gisement grâce aux miroirs M 3 et M 4 pour reformer un faisceau collimaté sur cet axe à travers le groupe 12, ce dernier formant un montage afocal avec le groupe 11; le faisceau collimaté est ensuite focalisé dans un plan de détection. L'intégration d'un ensemble afocal, par exemple à dioptres convergent-convergent, permet de disposer d'un faisceau de diamètre réduit, en particulier au niveau des miroirs M 2 et M 3 Ceci permet de diminuer les dimensions des miroirs de renvoi Ml à M 4, en particulier des miroirs M 2 et M 3 situés avant et après le plan de formation de l'image intermédiaire Pour permettre la formation de cette image intermédiaire et le passage du faisceau entre les miroirs M 2 et M 3, la structure site 2 présente une ouverture 0 du fait que le palier de roulement B se trouve derrière le miroir M 2. Une solution aurait pu être de placer le palier B entre les miroirs Ml et M 2 pour permettre un débattement angulaire en site illimité Cependant, l'éventail des valeurs utiles du débattement en site est compris entre + 60 et -20 (voir figure 4 b) lorsque le dispositif est implanté en pied de verrière; en effet, l'angle en site bas (ligne de visée basse Lvb) est alors limité par la présence du radôme et, d'autre part, le système présente un point singulier pour les angles en site positif d'environ 90 , la rotation autour de l'axe gisement n'ayant alors plus aucun effet En revanche, en plaçant le palier B derrière le miroir M 2 et en inclinant ce dernier pour rendre globalement parallèles les faisceaux incidents sur Ml et émergeant de M 2, il s'ensuit une réduction du diamètre hors tout du dispositif. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté; en particulier, l'étanchéité entre la partie mobile en gisement et la bâti fixe, au niveau du roulement Rl, peut être assurée par des joints en polytétrafluoroéthylène (plus communément connu sous la dénomination commerciale "TEFLON") chargé Dans certaines conditions, notamment en phase de poursuite de cible, lorsqu'il est nécessaire de stabiliser la ligne de visée, le couple de frottement risque de s'avérer trop important pour ce type de joints; il est alors plus intéressant au niveau des performances d'adapter un joint de type ferrofluide D'autres aménagements et avantages sont également à considérer dans le cadre de l'invention: notamment, pour ne plus être exposé au flux aérodynamique, le hublot peut être retourné de 1800 selon l'axe gisement de façon à être protégé, par exemple de la pluvio-érosion, lors de la traversée de zones hostiles; l'ouverture de la structure site peut servir à enchâsser un diaphragme et/ou une lentille collectrice de façon à améliorer la qualité de l'image formée dans le plan de détection; pour des raisons de sécurité, le hublot peut être doublé Afin de se soustraire totalement des problèmes d'étanchéité, il peut également être envisagé d'utiliser un hublot sphérique fixe, de dimensions adaptées; mais, dans ce cas, la plupart des avantages que présente la structure mobile disparaissent, en particulier la dimension réduite du hublot et le point d'arrêt variable du flux aérodynamique incident, un point d'arrêt fixe entraînant un échauffement thermocinétique localisé. REVENDICATIONS l Dispositif de visée compact à grand débattement angulaire pour équipement optronique de localisation et d'acquisition de cible comportant un ensemble optomécanique d'orientation en site et en gisement de la ligne de visée, un hublot d'entrée traversé par le faisceau incident utile et des miroirs formant un ensemble optique de déport d'image, caractérisé en ce que l'ensemble optomécanique comporte une structure gisement ( 2) formant l'enveloppe du dispositif de visée ( 1) pouvant tourner sur 3600 en appui sur les roulements (Rl) et (R 2) et une structure site ( 3) montée sur la structure gisement ( 2) à l'aide de deux paliers (A) et (B) disposés de part et d'autre de l'ensemble optique de déport, et en ce que le hublot d'entrée ( 10) couvre le champ en site sur 90 en positif et au moins 20 ' en négatif par rapport à la référence horizontale du fuselage selon une première dimension et possède une largeur réduite à la pupille d'entrée selon sa seconde dimension. 2 Dispositif de visée selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble optique afocal composé d'un groupe avant ( 11) solidaire de la structure site ( 3) et disposé en amont de l'ensemble optique de déport de l'image pour former une image intermédiaire et d'un groupe arrière ( 12) solidaire de la structure gisement ( 2) et disposé en aval de cet ensemble de déport pour reformer un faisceau collimaté selon l'axe gisement Y'OY. 3 Dispositif de visée selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étanchéité entre la partie cylindrique de la structure gisement ( 2) et le bâti de l'avion est assuré par un joint ferrofluide. 4 Dispositif de visée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure site présente une ouverture ( 0) pour laisser passer le faisceau lumineux, l'ouverture ( 0) enchâssant des moyens de correction d'image.