Brevet FR2683635A1 — publié le 19930514

1. La présente invention concerne des systèmes de poursui- te de missile et, plus particulièrement mais sans que cela soit exclusif, des systèmes de poursuite qui emploient un détecteur d'image en corps solide à système à transfert de charges pour le transfert de trame. Un type connu pour de tels systèmes comprend une camé- ra pour former un signal vidéo électrique représentatif d'une scène examinée qui contient une cible et la tache d'un missile guidé vers la cible, le signal vidéo étant transmis à un dispo- sitif de guidage électronique qui guide le missile à l'intérieur du champ de vision du système, ainsi qu'à un moniteur de visuali- sation de façon qu'un opérateur puisse maintenir le système poin- té sur la cible La cible elle-même et la scène examinée peuvent en général être assez sombres, alors que la tache du missile sera généralement très brillante De plus, la scène peut com- prendre des particularités assez brillantes, en particulier des bords de nuages, etc De manière à donner à l'opérateur la vue 2. la meilleure possible de la cible sur le moniteur de visuali- sation et à fournir le meilleur rapport signal/bruit possible du système en matière de constance, c'est-à-dire d'indépendan- ce de la sensibilité, le niveau de base du bruit produit dans le détecteur d'image de la caméra, la sensibilité de la caméra est ajustée de préférence pour être la plus élevée possible par référence à la brillance générale de la scène examinée Cepen- dant, à cause de la gamme dynamique limitée des détecteurs d'image dont on dispose, cela signifiera presque certainement que l'image de la tache due au missile est bien au-dessus de la limite de saturation de la caméra de sorte que, s'agissant du dispositif de guidage, la brillance apparente des particu- larités assez brillantes de la scène mentionnées ci-dessus peut se rapprocher de la tache du missile, voire lui être éga- le, et par conséquent peut être confondue avec elle. La demanderesse a proposé dans la demande de brevet du Royaume-Uni N O 8431568, à laquelle il est fait référence un système dans lequel la sensibilité d'un détecteur d'image est contrôlée différemment, respectivement, pendant une premiè- re et une seconde multitude de champs alternant l'une avec l'au- tre. La sensibilité pendant les périodes respectives peut être respectivement haute et basse de sorte que, de fait, on obtient une plage d'intensité dynamique plus élevée pour le dé- tecteur Dans le cas du guidage d'un missile, les parties à sensibilité élevée sont appliquées à un dispositif de visualisa- tion pour donner à l'opérateur une bonne vue de la cible, alors que les parties à faible sensibilité sont transmises à un ensem- ble de guidage de missile de façon que celui-ci "voie" sensi- blement la seule tache formée par le missile et par conséquent ne la confonde pas avec les bords des nuages, etc. Le système précédent bien que présentant de nombreux avantages par rapport à l'art antérieur est désavantagé par le fait que la brillance de la tache due au missile peut occulter la cible lorsque le missile est réellement sur la ligne de vi- sée entre la cible et le dispositif de poursuite et, en outre, 3. pendant les champs de poursuite de cible, la sensibilité sera élevée et par conséquent l'image pourra s'étaler. Selon la présente invention, on prévoit un système de poursuite comportant un moyen de détecteur de l'image d'une cible pour former une image de la scène vue pendant une premiè- re série prédéterminée contrôlable de périodes d'exposition à des intervalles prédéterminés, et pour sortir des données afin de permettre la détermination de l'emplacement d'une cible à l'intérieur de la scène vue, un moyen de détecteur de l'image du missile pour former des images répétitives de la scène vue pen- dant une seconde série prédéterminée contrôlable de périodes d'expositions entremêlées avec la première série de périodes d'exposition et pour sortir des données permettant de déterminer l'emplacement d'un missile à l'intérieur de la scène vue, et un moyen pour renforcer l'image du missile ou d'une partie de celle-ci seulement pendant au moins une partie de chaque pério- de d'exposition de la seconde série de périodes d'exposition. De préférence, le moyen de détecteur de l'image de la cible et le moyen de détecteur de l'image du missile comprennent un dispositif à transfert de charges qui est commandé de maniè- re à sortir des trames alternées de T V ayant des sensibili- tés ajustées pour la poursuite de la cible et pour la poursuite du missile, respectivement Un exemple d'un tel dispositif est décrit dans la demande de brevet du Royaume-Uni ayant pour numé- ro 8431568. Le moyen permettant de renforcer l'image du missile comprend, dans un mode de réalisation, une balise de missile qui peut être mise en marche et hors marche en synchronisme avec les champs de poursuite de missile du détecteur d'image Une telle balise peut être, par exemple, une lampe électrique à décharge, un laser pulsé ou une série de lampes éclairs au magnésium. En variante, ce moyen peut incorporer un faisceau la- ser basé au sol qui est dirigé vers le missile et réfléchi par un moyen de réflexion porté par le missile, par exemple, un réflecteur dièdre. La présente invention sera bien comprise lors de la 4. description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels-: La figure 1 est une vue schématique illustrant un dispositif à transfert de charges pour le transfert de trames fonctionnant dans un mode de lecture partielle; La figure 2 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du système de poursuite selon la pré- sente invention; et Les figures 3 a à 3 e illustrent les étapes successi- ves de fonctionnement d'un détecteur à dispositif de trans- fert de charges (DTC) dans un système de poursuite. En liaison tout d'abord avec la figure 1, on a illus- tré un détecteur DTC comprenant une surface d'imagerie ou zone d'intégration 10, une zone de stockage 11, et un registre ho- rizontal de lecture parallèle/sériel 12 pour fournir un signal électrique vidéo de sortie La conception de capteurs de ce type est bien connue de l'homme du métier et bien documentée; la construction du capteur ne sera donc pas décrite en détail. On décrira maintenant la technique de lecture partiel- le La bande ombrée de la figure 1 représente une partie sélec- tionnée de la surface d'imagerie 10 en A; celle-ci est trans- férée à B dans la zone de stockage 11 à des fins de lecture à des fréquences normales des lignes Cela est obtenu en activant simplement le nombre des impulsions d'horloge de transfert La charge provenant de la partie indésirable de l'image (c'est-à- dire la partie de la surface A excluant l'image) est simple- ment vidée dans le registre horizontal de lecture 12 qui présen- te généralement une capacité suffisante pour l'entraîner Pour des dispositifs ayant une structure anti-reflet s'étendant sur toute la région d'intégration de charges, une charge indésirée peut être déversée à l'interface XX Les dimensions de la zone d'image pourraient être réduites en chargeant des lignes multi- ples dans le registre horizontal de sortie 12 Ainsi, par exem- ple, le taux du champ serait doublé si des lignes étaient trans- férées au registre de sortie deux à la fois Dans ce cas, la résolution verticale serait sacrifiée au lieu qu'il y ait perte 5. de la zone d'image. L'accumulation des photo-charges pendant chaque champ partiel est inhibée par une quantité variable en utili- sant la technique de purge décrite dans le brevet du Royaume- Uni no 2083968 Ce procédé fournit une commande d'exposition en enlevant la charge d'image de la région d'intégration 10 pen- dant une partie variable du champ vidéo par rythmage inverse des registres de transfert dans une diffusion de drain le long du bord du dispositif (non représenté dans le présent disposi- tif) En variante, pour des dispositifs tels que ceux illustrés avec une structure anti-reflet (non représentée), la charge peut être purgée par rythmage à l'encontre d'une barrière provoquant le débordement de la charge indésirée dans des drains de dis- persion de charges en excès Un rythmage inverse vers l'arrêt YY' de l'extrémité du canal ou bien un rythmage direct contre la barrière de confinement XXI d'un registre de stockage statique conviennent pour purger la charge d'image dans des dispositifs avec une structure anti- reflet La conception et la construction des structures anti-reflet sont bien documentées et ne seront pas décrites en détail. La demande de brevet du Royaume-Uni N O 8431568 décrit un procédé de commande de la sensibilité de champs TV alternés, qui fournit deux sorties séparées; l'une optimisée pour la pour- suite d'une cible et l'autre optimisée pour la poursuite d'un missile. Le procédé utilise des boucles doubles de commande d'exposition pour optimiser la période d'exposition dans des champs partiels alternants dans un dispositif combiné de pour- suite de missile et de cible Le dispositif de poursuite cons- titue une partie de la boucle de guidage d'une armée guidée. Le premier champ partiel est optimisé pour fournir une image correctement exposée d'une cible telle qu'un avion Le champ partiel suivant a l'exposition optimisée pour la poursuite d'un missile qui transporte une balise sous forme d'une fusée lumineuse pyrotechnique ou d'une lampe électrique Les posi- tions de la cible et du missile dans le champ de vision de 6. la caméra peuvent être comparées pour fournir des signaux de correction au missile et le guider de manière qu'il inter- cepte la cible Typiquement, les champs partiels optimisés pour la poursuite du missile par balise seront moins sensibles que les champs de poursuite de cible, évitant ainsi que le disposi- tif de poursuite de missile ne soit leurré par des points bril- lants extérieurs se trouvant dans la scène L'avantage obtenu avec ce dispositif de poursuite double par rapport aux disposi- tifs de poursuite utilisant deux caméras séparées pour la pour-t suite du missile et de la cible est l'absence complète d'erreurs de collimation entre les dispositifs de poursuite. Cependant, dans la présente invention, l'image du missile est renforcée seulement pendant la vue partielle de la poursuite du missile Dans un mode de réalisation, le missile comporte un système de poursuite double comme on l'a décrit pré- cédemment, mais avec l'addition d'une balise de missile qui peut être mise en marche et hors marche en synchronisme avec les champs de poursuite de missile du dispositif de poursuite au sol Une telle balise peut, par exemple, être une lampe élec- trique de décharge, un laser pulsé ou une série de lampes éclairs au magnésium Des moyens de commande sont associés au missile, qui provoquent des éclairs de la balise en synchronisme avec le champ de poursuite de missile du dispositif de poursuite. Un second mode de réalisation de la présente inven- tion incorpore un faisceau laser basé au sol qui est dirigé vers-le missile à partir du dispositif de poursuite de missile et est réfléchi vers le dispositif de poursuite cité ci-des- sus au moyen d'un réflecteur dièdre ou autre moyen réfléchis- sant placé à bord du missile Là encore, le laser provoquera l'illumination du réflecteur seulement pendant les champs de poursuite du missile. En liaison avec la figure 2, le système de dispositif de poursuite comprend un dispositif de poursuite 20 basé au sol, incorporant un détecteur DTC 21, une commande de détec- teur 22 pour commander le fonctionnement du détecteur et 7. synchroniser son fonctionnement avec celui des autres parties du système, un ordinateur de guidage 23, un émetteur 24 de télécommande pour transmettre des ordres de guidage afin de guider le missile 25 pour qu'il intercepte la cible 26 Le mis- sile 25 comprend un renforçateur d'image 27 et un récepteur 28 de la liaison de télécommande. En fonctionnement, le détecteur DTC 21 est actionné pour qu'il sorte des champs T V alternés optimisés pour la ci- ble et le missile, respectivement, et le renforçateur d'image est mis en oeuvre pour que l'image soit seulement renforcée lors- que le détecteur procède à l'imagerie du missile. Dans un premier mode de réalisation, le renforçateur d'image est une balise pulsée synchronisée avec l'imagerie du missile qui est mise en oeuvre au cours des périodes auxquelles la caméra procède à l'intégration des champs de poursuite du missile et mise hors fonctionnement lorsque la caméra procède à l'intégration des champs de poursuite de la cible Dans un se- cond mode de réalisation, le renforçateur d'image comprend un ré- flecteur dièdre illuminé par un faisceau pulsé comme ci-dessus, basé au sol. Dans ce second mode de réalisation, le faisceau laser est dirigé par le dispositif de poursuite vers le missile et réfléchi vers la caméra de poursuite par un moyen réfléchissant monté à bord du missile Le faisceau laser est mis en marche pendant les champs de poursuite du missile et exclusivement cou- pé pendant les champs de poursuite de la cible mais, en outre, peut incorporer une séquence codée d'impulsions delmarche/arrêt qui formeront la télécommande du missile guidé au moyen de détecteurs appropriés montés sur le missile ainsi que sur les réflecteurs La séquence d'ordres sera mise en oeuvre pendant le champ de poursuite du missile et sera détectée par un récep- teur approprié monté à bord du missile. Les attributs suivants de la présente invention s'ap- pliqueront tant à un dispositif de poursuite par balise à bord d'un missile qu'à un dispositif de poursuite par faisceau laser 8. réfléchi En bref, l'expression "balise" signifie un faisceau laser réfléchi en ce qui concerne le second mode de réalisa- tion. La conception préférée de la balise fournira une grande quantité d'énergie dans un bref laps de temps La pério- de d'exposition du champ du DTCTT sera également de courte du- rée lors de la poursuite de la balise du missile De cette maniè- re, le rayonnement du ciel réfléchi par l'arrière plan, recueil- li par le dispositif d'imagerie, sera minimisé et une image de balise de contraste élevé avec l'arrière-plan sera obtenue. Typiquement, la période d'exposition DTCTT sera inférieure à 1,0 ns pour la poursuite d'un missile. Un avantage important dé à l'agencement venant d'être décrit est l'absence complète d'occultation de la balise du missile pendant les champs vidéo de poursuite de cible Dans des dispositifs de poursuite ayant des balises fonctionnant en continu ou des balises pulsées non synchronisées, l'image étalée provenant de la balise brillante du missile occulte ef- fectivement la cible alors que le missile se propage suivant la ligne de vision entre le dispositif de poursuite et la cible. Sans occultation de la cible par la balise du missile, c'est une tâche relativement simple de poursuivre automatique- ment tant le missile que la cible, évitant d'avoir à stabili- ser la ligne de vision comme repère de référence pour le dispo- sitif de poursuite du missile, et la meilleure précision de la poursuite et une trajectoire simple pour le guidage du missile permettant une plus grande probabilité d'interception Dans la mesure o l'image de la cible est maintenue à l'intérieur de la partie centrale du champ de vision de la caméra, le disposi- tif de poursuite du missile sera rapporté à un repère mobile fourni par le système automatique de poursuite de la cible, correspondant au point d'interception désiré de la cible Cela permet d'employer une forme simple de poursuite automatique de la cible avec un degré élevé de fiabilité Cela permettra à son tour à la ligne de vision de la cible (suivant laquelle le 9. missile est guidé) de se déplacer dans le champ de vision de la caméra, réduisant la valeur nécessaire de la stabilisation. Un troisième attribut important est un degré élevé d'immunité vis-à-vis des contre-mesures et des sources lumineu- ses de leurres non volontaires, évitant ainsi la nécessité d'avoir recours à des techniques de déclenchement autour de la cible Les contre-mesures sont généralement des sources de lu- mière brillantes portées par la cible ou tombant de celle-ci dans le but de leurrer le dispositif de poursuite du missile. Une source de leurres soit émettra en continu, par exemple, com- me une fusée éclairante pyrotechnique, soit sera pulsée à l'ouverture et à la fermeture en étant désynchronisée du dispo- sitif de poursuite du missile Ils seront ainsi vus dans les champs de poursuite tant du missile que de la cible et peuvent ainsi être décomptés En variante, la balise du missile pour- rait être identifiée en la coupant pendant un seul champ de pour suite Un degré d'immunité extrêmement élevé serait permis en émettant deux impulsions de balise étroitement espacées et en déplaçant le plan-image à transfert de charges entre la récep- tion des première et seconde impulsions L'impulsion double se- rait alors identifiée comme deux images séparées par une distan- ce connue dictée par l'intervalle de temps des impulsions de la balise et la vitesse de mouvement du plan-image. Un quatrième avantage à tirer d'une balise pulsée est l'absence complète de marbrures dans le transfert d'image Si une image de balise est continuellement présente lorsque la charge de l'image est transférée de la zone d'intégration à la zone de stockage, il se produira alors une marbrure car les sites mobiles des charges traversent l'image de la balise Pour une image de balise trop brillante, l'amplitude de cette ima- ge marbrée peut se traduire par une marbrure saturée allant du sommet à la partie inférieure du champ de l'image TV, provo- quant la perte de l'information sur la position dans un axe La coupure de la balise avant le transfert de l'image élimine ce problème. 10. Pour des dispositifs DTC de transfert de trame avec une structure anti-reflet, on obtient un cinquième avantage; une courte exposition pour la poursuite du missile permet une période d'exposition plus grande à l'avenant _pour la poursuite de la cible, donnant une meilleure sensibilité de fonctionnement pou: de faibles niveaux de la lumière et rendant disponible toute la période importante du champ TV pour la poursuite de la cible. La suite des opérations est décrite en figure 3 pour une pério- de d'exposition de l'image d'une cible variant entre 0,2 ms et 19,8 ns et des éclairs de balise d'une durée inférieure à 0,2 ms à des intervalles de 20 ms On remarquera que, pour simplifier, les temps de transfert de trame entre les zones d'intégration et de stockage ont été omis; ils sont normalement inférieurs à 0,2 ms. En liaison avec la figure 3 a, pendant la durée d'expo- sition de la cible, l'image est intégrée pendant une période va- riant entre 0,2 et 19,8 ms en utilisant une technique de rythma- ge direct ou inverse pour vider la charge En figure 3 b, l'in- formation sur la cible est transférée à la zone de stockage. Pendant la période d'exposition du missile (figure 3 c), l'image est intégrée pendant une durée de 0,2 ms et la balise, ou le laser selon le cas, reçoit l'ordre de se mettre en marche Une charge indésirée entre le champ partiel marqué "M" et la zone de stockage est déversée (figure 3 d) en faisant fonctionner le mécanisme de déplacement de charge dans la zone d'intégration, alors que la charge reste stationnaire dans la zone de stocka- ge Une barrière est créée à l'interface entre les zones lors- qu'aucun puits de stockage n'est créé pour sortir la charge de la zone d'intégration et la charge déborde dans la structure anti-reflet En figure 3 e, l'information sur la poursuite de la balise du missile a été transférée dans la zone de stockage. Les données sur la position tant de la cible que du missile sont lues alors que l'exposition suivante de la cible est en cours d'intégration. Un sixième avantage donné par ce type de dispositif de poursuite est l'aptitude à permettre l'interception 11. simultanée par deux ou plusieurs missiles de deux ou plusieurs cibles au cours du même engagement Dans ce cas, la technique de lecture partielle est configurée de manière à lire trois champs partiels ou plus au cours d'un champ TV classique Dans un cas typique, un champ de poursuite de cible utilisant la moi- tié de la surface d'image pendant une période d'intégration attei- gnant la moitié de la période normale d'un champ ( 10 ms) serait utilisé pour poursuivre toutes les cibles Les champs de poursui- te de missile seraient subdivisés de manière à en permettre la lecture de deux ou davantage au cours de la demi-période de champ restante. Les balises sur chaque missile recevront l'ordre de n'éclairer que pendant la période d'intégration appropriée Ce sixième avantage n'est probablement pas applicable au second mode de réalisation car il ne serait pas possible de faire une différence entre deux missiles sauf à incorporer un moyen pour invalider l'un des réflecteurs dièdres. En outre, dans le second mode de réalisation, l'absen- ce de balise installée à bord du missile permet la fabrication d'une cartouche meilleur marché, plus fiable Dans les deux mo- des de réalisation, les erreurs sur la position du missile peu- vent être détectées avec un délai minimal, permettant la trans- mission rapide des ordres de correction. L'agencement décrit fournit ainsi un dispositif de poursuite double pour un missile et une cible, qui incorpore un dispositif d'imagerie à transfert de charges en corps solide, permettant de guider le missile afin qu'il intercepte la cible. Le dispositif de poursuite fonctionne conformément aux principes de la télévision mais avec des champs TV partiels séquentiels fonctionnant comme dispositif de poursuite de missile et comme dispositif de poursuite de cible. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui appa- raitront à l'homme de l'art. 12. REVENDICATIONS 1 Système de poursuite comprenant un moyen ( 21) de détecteur de l'image d'une cible afin de donner une image de la scène vue pendant une première série contrôlable prédé- terminée de périodes d'exposition à des intervalles prédétermi- nés, et pour sortir une donnée afin de permettre la détermina- tion de l'emplacement d'une cible ( 26) à l'intérieur de la scène vue, un moyen ( 21) de détecteur de l'image d'un missile pour procéder à une imagerie répétitive de la scène vue pendant une seconde série contrôlable prédéterminée de périodes d'expo- sition entremêlées avec la première série de périodes d'exposi- tion et pour sortir une donnée permettant de déterminer l'em- placement d'un missile ( 25) à l'intérieur de la scène vue,et un moyen ( 27) pour renforcer l'image du missile ou une partie de celle-ci seulement pendant au moins une partie de chaque pério- de d'exposition de la seconde série de périodes d'exposition. 2 Système de poursuite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de poursuite de cible et le moyen de détecteur de l'image d'un missile comprennent un dispositif à transfert de charges ( 21) commandé de façon à sortir des tra- mes alternées de champ TV ayant des sensibilités ajustées pour la poursuite de la cible et pour la poursuite du missile, res- pectivement. 3 Système de poursuite selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen ( 27) de ren- forcement de l'image du missile comprend une balise de missile mise en marche au cours de chaque champ de poursuite de missile du détecteur d'image. 4 Système de poursuite selon la revendication 3, caractérisé en ce que la balise comprend une lampe électrique à décharge. Système de poursuite selon la revendication 3, caractérisé en ce que la balise comprend un laser pulsé. 6 Système de poursuite selon la revendication 3, caractérisé en ce que la balise comprend une série de lampes éclairs au magnésium. 13. 7 Système de poursuite selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen ( 27) pour renforcer l'image du missile comprend un réflecteur associé au missile et un laser basé au sol ( 24) agencé de manière à illumi- ner le réflecteur. 8 Système de poursuite selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réflecteur comprend un réflecteur diè- dre. 9 Système de poursuite selon la revendication 7, caractérisé en ce que le laser ( 24) est destiné à émettre un faisceau codé par impulsions pendant le champ de poursuite du missile, ce faisceau contenant des données de télécommande pour réception par un récepteur nle télécommande associé au missile. 10 Système de poursuite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen renforçant l'image du missile comporte un moyen ( 27) associé au missile pour émettre des impulsions de balise étroitement espacées, un moyen associé au moyen de détecteur de l'image du missile pour déplacer le plan-image ( 21) entre la première et la seconde impulsion, et un moyen pour déterminer la sépa- ration entre l'image de la première impulsion et l'image de la seconde impulsion. 11 Système de poursuite selon la revendication 2 ou l'une quelconque des revendications dépendantes de celle-ci, caractérisé en ce que le dispositif à transfert de charges ( 21) est actionné pour fournir au moins trois champs partiels au cours d'une période de trame d'un champ TV, l'un des champs partiels étant agencé pour fournir une information sur la posi- tion d'une cible ( 26), un second champ partiel étant agencé pour fournir une information sur la position d'un premier missi- le ( 25), un troisième champ partiel étant agencé pour fournir une information sur la position d'un second missile, un moyen associé au premier missile pour renforcer son image seulement au cours des périodes d'exposition correspondant au troisième 14. champ partiel, et un moyen associé au second missile pour renforcer son image seulement au cours des périodes d'exposi- tion correspondant à ce troisième champ partiel.