Brevet FR2681144A1 — publié le 19930312

Dispositif de commande pour la poursuite par faisceau La présente invention concerne un dispositif de commande pour la poursuite par faisceau, qui comporte une optique de télescope pivotante dans le parcours menant au faisceau laser émis, ainsi qu'une optique pour l'énergie de rayonnement reçue après réflexion sur la cible. Le dispositif du type précité est connu par le document DE 27 57 585 Pour l'orientation ou la poursuite automatique d'un faisceau laser sur un objectif éloigné, il est prévu, dans ce document, un dispositif d'orientation sous la forme d'un miroir plan, monté pivotant, dans le parcours du faisceau, derrière un télescope de mise au point qui peut osciller au moyen d'une commande déphasée d'organes de réglage piézo-électriques, afin de provoquer un mouvement circulaire d'une tache de lumière laser dans la cible. L'énergie réfléchie, reçue au moyen d'un détecteur de rayonnement, constitue un critère du décalage de la cible par rapport à la direction centrale du faisceau et peut donc être exploitée pour la poursuite par faisceau Ce dispositif précité ne tient pas compte du fait que dans le cas de l'utilisation d'un faisceau laser à haute énergie qui doit être en mesure de provoquer immédiatement dans la cible des dérangements ou même des dommages, il est important qu'à cette orientation du faisceau sur la cible se superposent encore des moyens de formage du faisceau qui s'opposent à des influences gênantes de dispersion sur le parcours de transmission en direction de la cible et donc à un élargissement indésirable du faisceau. Pour résoudre ce problème, il a été proposé, dans le document DE 34 22 232 C 2, d'utiliser la position comme grandeur de réglage, un miroir dit MDA étant utilisé pour la détection et la poursuite d'objectif ainsi que pour la correction atmosphérique. Un miroir de ce type est décrit par exemple dans l'article de James E Harvey & Gray M Callahan "Wavefront error compensation capabilities of multiactuator deformable mirrors" (SPIE Vol 141 Adaptive-Optical-Components, 1978, pages 50 à 57). Dans le dispositif selon le document DE 34 22 232 C 2, les déformations de la surface du miroir qui sont dues à la détection ou à la poursuite de l'objectif, sont compensées en ce qui concerne l'orientation dans l'espace par la plate-forme et en ce qui concerne la distance, par l'optique du télescope. On dispose donc ainsi d'une surface en moyenne toujours plane du miroir MDA pour la correction atmosphérique, qui peut ainsi s'étendre sur toute la dynamique de déformation du signal. Comme il a déjà été dit, le miroir est placé sur une plate-forme; par une commande appropriée de la plate-forme, le faisceau partant du miroir peut être pivoté et orienté en azimut et dans son élévation. Comme source d'énergie pour ce faisceau on a recours, par exemple, à un laser à haute énergie Le faisceau produit est dévié, au moyen d'un dispositif de déviation, en vue de sa réflexion sur une surface de miroir déformable, comme connu sous l'appellation de miroir MDA, afin de compenser les distorsions que subit le faisceau émis sur son parcours en direction de la cible, du fait des influences perturbatrices atmosphériques Devant le miroir de plate-forme, le faisceau dirigé sur le miroir, traverse une optique de télescope à distance focale réglable électromécaniquement, afin de pouvoir modifier la distance focale de ce faisceau émis, suivant la distance par rapport à la cible réfléchissante que l'énergie concentrée du faisceau émis doit atteindre. Le faisceau réfléchi par le miroir de plate- forme est envoyé à un détecteur par une électronique de réception Son information concernant l'intensité est un critère de la concentration effective du faisceau sur la cible réfléchissante Pour maintenir constante la densité d'énergie sur la cible, un transmetteur de valeur de réglage est commandé au moyen de l'information relative à l'intensité provenant du détecteur, afin de fournir des informations de compensation à un amplificateur dont les sorties fournissent des grandeurs de réglage pour commander les miroirs MDA, à l'aide desquelles il est procédé à une déformation dans l'espace de la surface utile du miroir MDA La déformation locale de cette surface de miroir sur la section transversale du faisceau interne, réfléchi sur celle-ci, conduit donc à influencer optiquement en conséquence les données de section transversale dans le faisceau émis, en ce sens que les perturbations atmosphériques et une distance focale non optimale par rapport à la cible, sont compensées Mais en ce qui concerne les données relatives à la surface du miroir et la dynamique de réglage des organes de positionnement, seules des déviations relativement petites peuvent être réalisées Pour disposer aussi complètement que possible de cette dynamique de déformation de la surface du miroir, pour compenser les perturbations atmosphériques et afin de pouvoir détecter et poursuivre un objectif, au moyen du faisceau émis, dans une grande plage angulaire et également en cas de fortes fluctuations de la distance, le transmetteur de valeur de réglage est utilisé aussi pour le pivotement de la plate-forme et pour un déplacement de réglage de l'optique du télescope, ces déplacements étant dirigés *de telle sorte qu'ils assurent la déformation de la surface du miroir en vue de la poursuite du faisceau en ce qui concerne l'orientation et la distance focale et qu' ainsi la déformation correspondante de la surface du miroir permet de remonter aux causes. Il s'est avéré dans la pratique que la dynamique de ce réglage de position n'est pas toujours suffisante. L'invention a donc pour but, dans un dispositif de poursuite par faisceau, de limiter le domaine de fonctionnement des miroirs basculants, afin d'accroître la dynamique, l'erreur de la grandeur de réglage devant être réduite pas à pas, pour obtenir un comportant d'ensemble d'une grande précision. Ce but est atteint suivant l'invention en ce que la poursuite par faisceau est subdivisée en deux circuits de régulation en cascade, une poursuite par faisceau par une caméra à infrarouge supplémentaire servant à détecter des signaux d'erreur et un appareil de mesure de distance à laser servant à la mise au point actuelle pendant la poursuite, le faisceau réfléchi étant utilisé aussi, par l'optique d'adaptation, pour régler le télescope. Grâce à la mise au point grossière et fine, on obtient une meilleure dynamique de focalisation. En même temps, le contact avec la cible reste maintenu dans le canal à infrarouge, même en cas de perte de l'objectif dans le canal d'adaptation. Diverses autres caractéristiques et avantages de l'invention résultent de la description détaillée qui suit Un mode de réalisation de l'invention est représenté à titre d'exemple non limitatif sur le dessin annexé. La figure unique est un diagramme fonctionnel illustrant la poursuite par faisceau. Le faisceau 2 émis par un laser 1 est envoyé à deux unités de calcul 5, 6, par une optique d'adaptation 3 qui produit les positions de pile 4 La première unité de calcul 5 calcule les paramètres pour le basculement du miroir de correction ou du miroir déformable contenu dans cette unité Le calcul s'effectue séparément pour l'azimut B et l'élévation 9, leurs paramètres étant envoyés à un régulateur 10 qui influence le mécanisme de réglage 11 du miroir basculant 7 Le faisceau de guidage 12, émis par le miroir basculant 7, est envoyé à un télescope 13 La position de pile 4 est utilisée en même temps dans l'unité de calcul 6 pour produire les paramètres de sphère du miroir Ces paramètres servent à la mise au point fine 14 dans un mécanisme de mise au point 15 Ce mécanisme 15 produit les positions 16 du miroir secondaire, qui sont envoyées au télescope 13. Le faisceau 17 venant du télescope 13 est envoyé ver la cible 18 Les faisceaux 19, 20, réfléchis par la cible 18, sont d'une part renvoyés à l'optique d'adaptation 3 et d'autre part, analysés dans une caméra à infrarouge 21 qui commande un traitement de l'image. Le signal vidéo 22, reçu par la caméra à infrarouge 21, est interprété dans une électronique de tracker 23, et ce séparément pour l'azimut et l'élévation Les signaux d'erreur 24, 25, produits par l'électronique 23, pour l'azimut et l'élévation sont envoyés séparément à un régulateur 26 et à un générateur de signaux 27 Le régulateur 26 influence un mécanisme de réglage 28 du télescope 13 Le mécanisme de réglage 28 porte un système de rétroaction 29 vers le régulateur 26 Le mécanisme de réglage 28 influence la vitesse de rotation pour l'azimut et l'élévation du télescope 13. A partir du générateur de signaux 27 qui assure le traitement des signaux d'erreur du miroir basculant, des signaux de commande sont envoyés séparément pour l'azimut et l'élévation au mécanisme de réglage 11 du miroir basculant 7 A partir du miroir basculant 7, il est encore prévu un retour 30 vers le régulateur 10, ce dernier recevant, par cette voie, des informations concernant la vitesse réelle de l'azimut et de l'élévation. Pour la mise au point grossière 31 du mécanisme de mise au point 15, il est prévu un dispositif de mesure de distance à laser 32 qui est également orienté sur la cible 18. Le dispositif de commande peut être considéré comme un système en cascade qui repose sur le principe de réduire pas à pas l'erreur de la grandeur de réglage, c'est-a-dire l'écart de réglage, ce qui permet d'obtenir un comportement général très précis et dynamique. Chacun des systèmes en cascade a pour rôle de réduire l'erreur restante du système d'asservissement. On obtient ainsi que chaque système ne doit fournir les prestations exigées que pour un domaine de fonctionnement limité Il en résulte un plus grand rendement et une plus grande robustesse pour l'ensemble du système, avec des systèmes individuels techniquement réalisables. La conduite du faisceau est en principe divisée en deux blocs: réalisation de la poursuite par faisceau (tracking) réalisation de la maximalisation de l'inten- sité exigée pour la poursuite par faisceau (focalisation du faisceau laser). Pour le premier point, on a recours au circuit de réglage de tracking à infrarouge en tant que système en cascade Dans ce cas, la caméra à infrarouge 21 détecte l'objectif (cible 18) et marque, à l'aide d'une fenêtre, le point à poursuivre, à l'intérieur de l'image 22 produite L'électronique de tracker 23 analyse l'image pour déterminer quelle est la position actuelle du point marqué par rapport à une référence fixe, par exemple par rapport au réticule. Un écart par rapport au point de référence souhaité est transmis au régulateur 26 du circuit de poursuite, sous la forme de deux signaux d'erreur 24, pour l'élévation et l'azimut (c'est-à-dire séparément en écart vertical et en écart horizontal). Le signal de sortie du régulateur 26 est transmis sous la forme d'une valeur de consigne de vitesse angulaire, séparément en azimut et élévation, au circuit de régulation de vitesse 28 asservi du mécanisme de déplacement à deux axes du télescope 13 Du fait de la fixation locale de la caméra à infrarouge 21 sur la partie mobile du télescope 13, les répercussions des mouvements du télescope sont directement renvoyées à la commande du télescope 13, ce qui fait que si le circuit de régulation fermé est correctement dimensionné, le télescope 13 est avisé à tout moment de la mire marquée. Du fait des tolérances des composants et des limites physiques, la précision voulue pour le tracking n'est pas toujours assurée Pour réduire les erreurs résiduelles de tracking à la grandeur nécessaire, le système asservi, constitué de l'optique d'adaptation 3 et du miroir basculant 7, est également impliqué. L'optique d'adaptation 3 enregistre l'erreur résiduelle par le faisceau laser 20, réfléchi par la cible, et commande ainsi le miroir déformable de manière que l'erreur de tracking soit réduite à la grandeur souhaitée. Dans ce cas, le miroir déformable est utilisé pour améliorer le comportement dynamique autour du point zéro Ceci s'effectue en ce que les basculements du miroir déformable sont déterminés à partir des positions de ses éléments de réglage et sont transmis, comme valeur de consigne de vitesse de rotation, au circuit de réglage 10, 11, pour le positionnement du miroir basculant 7 Du fait de l'exécution de la vitesse angulaire commandée, c'est-à-dire la vitesse de rotation, le basculement qui en résulte est repris par le miroir basculant 7 On empêche ainsi en même temps que le miroir déformable ne passe à sa limite de réglage, sous l'effet d'un plus grand basculement, causé par de plus grandes erreurs de tracking Les signaux d'erreur 24, 25 de l'électronique de tracker 23 qui sont envoyés en plus comme grandeurs de consigne aux circuits de réglage 11 du miroir basculant, servent à améliorer le comportement en poursuite du miroir basculant 7. La condition requise selon le point 2 concer- nant les propriétés des systèmes, est également obtenue avec un système en cascade, le système d'asservissement étant ici formé par le dispositif de mesure de distance à laser 32 actif et par le mécanisme de mise au point du télescope. Le dispositif de mesure de distance à laser 32 détermine en permanence la distance actuelle par rapport à l'objectif et, après conversion dans une position de consigne 31 pour le mécanisme de mise au point 15, cette régulation assure une mise au point actuelle pendant la poursuite de l'objectif. L'erreur résiduelle dans la poursuite de mise au point, due à une imprécision dans la détermination de la distance par rapport à l'objectif, est encore réduite également par l'information 4 supplémentaire provenant de l'optique d'adaptation 3 Par les positions des éléments de réglage du miroir déformable, on détermine la sphère 6 actuelle du miroir déformable et après une adaptation des signaux, cette valeur est introduite en plus dans le circuit de réglage du mécanisme de mise au point 15, en tant que valeur de consigne 14. Outre la réduction de l'erreur résiduelle dans la mise au point, cette manière de procéder a encore 9 2681144 pour avantage que le miroir dúformable est presque totalement dégagé des tâches de mise au point et qu'il peut donc réagir plus rapidement et plus précisément à d'autres perturbations, par exemple aux perturbations atmosphériques. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande pour la poursuite par faisceau, qui comporte une optique de télescope pivotante dans le parcours menant au faisceau laser émis, ainsi qu'une optique pour l'énergie de rayonnement reçue après réflexion sur la cible, caractérisé en ce que la poursuite par faisceau est subdivisée en deux circuits de régulation en cascade, une poursuite par faisceau par une caméra à infrarouge ( 21) supplémentaire servant à détecter des signaux d'erreur ( 24, 25) et un appareil de mesure de distance à laser ( 32) servant à la mise au point actuelle pendant la poursuite, le faisceau réfléchi ( 20) étant utilisé aussi, par l'optique ( 3) d'adaptation, pour régler le télescope ( 13). 2 Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que la caméra à infrarouge ( 21) est fixée localement sur le télescope ( 13) et agit sur une électronique de tracker ( 23) de manière que la position actuelle du point de mire, marqué par rapport à une référence fixe sous la forme des deux signaux d'erreur ( 24, 25), soit envoyée à un régulateur ( 26) par lequel est réglé le télescope ( 13) et en ce que simultanément l'erreur résiduelle de tracking soit réduite dans le télescope à la grandeur nécessaire, par l'intermédiaire de l'optique d'adaptation ( 3), en liaison avec un miroir basculant ( 7). 3 Dispositif de commande selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'optique d'adaptation ( 3) transmet des valeurs de consigne ( 8, 9), par les positions analysées des éléments de réglage du miroir déformable, à un régulateur ( 10) qui positionne le miroir basculant ( 7). 4 Dispositif de commande selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on envoie au miroir basculant ( 7), par son mécanisme de réglage ( 11), les signaux d'erreur ( 24, 25), servant de grandeurs de consigne supplémentaires, par l'intermédiaire d'un traitement de signaux ( 27). 5 Dispositif de commande selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le dispositif de mesure de distance v laser ( 32) détermine en permanence la distance actuelle de l'objectif et la convertit en position de consigne ( 31) pour un mécanisme de mise au point ( 15) du télescope ( 13). 6 Dispositif de commande selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que l'erreur résiduelle dans la poursuite de mise au point est encore réduite, par des informations supplémentaires provenant de l'optique d'adaptation ( 3), et en ce que ceci s'effectue par l'intermédiaire des valeurs de position ( 4) du miroir déformable.