Brevet FR2682771A1 — publié le 19930423

DISPOSITIF DE DETECTION PASSIVE D'UN TIR DE PROJECTILE D'ARTILLERIE OU ANALOGUE L'invention concerne un dispositif de détec- tion passive d'un tir de projectile d'artillerie ou ana- logue. Il est souvent impossible de déterminer à vue l'emplacement d'une pièce d'artillerie ou d'une batterie ennemie, en raison de son éloignement et/ou de son mas- quage par des reliefs de terrain ou des obstacles quel- conques. La localisation des engins ou plate-formes de lancement de roquettes et de missiles pose les mêmes pro- blèmes. L'invention a pour objet un dispositif permet- tant de détecter à coup sûr le tir d'un projectile par une pièce d'artillerie ou analogue, de jour comme de nuit et quelles que soient les conditions atmosphériques. L'invention a également pour objet un disposi- tif de ce type qui permet une détection passive, et donc non détectable par l'ennemi, du tir d'un projectile par une pièce d'artillerie ou analogue. Elle propose donc un dispositif de détection passive d'un tir de projectile d'artillerie ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens optiques de formation d'une image d'une zone observée à faible hau- teur au-dessus de l'horizon sur un ensemble de photodé- tecteurs, et un système de traitement de l'information recevant les signaux délivrés par les photodétecteurs et conçu pour les traiter selon deux modes différents dont l'un permet la détection d'une lueur produite par le tir d'un projectile et diffusée par l'atmosphère, et dont l'autre permet la détection du projectile lui-même. Ainsi, lorsque le temps est clair et la visi- bilité bonne, la détection d'un tir par le dispositif se- lon l'invention peut être réalisée par détection du pro- jectile lui-même, qui est bien visible (en particulier en infrarouge) en contraste sur le fond de ciel Par contre, lorsque la couverture nuageuse est importante, la lueur produite par le tir est diffusée par l'atmosphère et peut également être détectée, en particulier dans l'infrarouge. Avantageusement, le dispositif selon l'invention comprend des moyens de sélection du mode de traitement des signaux en fonction de la couverture nua- geuse dans la zone observée et de la visibilité dans cette zone. Ces moyens de sélection peuvent être à com- mande manuelle ou automatique. En variante, le dispositif selon l'invention peut comprendre deux systèmes de traitement de l'information fonctionnant simultanément, dont l'un traite les signaux délivrés par les photodétecteurs pour la détection d'une lueur produite par un tir et dont l'autre traite ces signaux pour la détection du projec- tile. Les photodétecteurs utilisés sont de préfé- rence sensibles au rayonnement infrarouge limité à une bande de longueurs d'onde comprises entre 3 et 5 pm envi- ron, dans laquelle le signal de fond de ciel est relati- vement faible et les variations jour-nuit sont né- gligeables. Selon une autre caractéristique de l'invention, le mode de traitement des signaux délivrés par les photodétecteurs pour la détection de la lueur consiste à repérer un groupe de photodétecteurs dont les signaux présentent un pic d'intensité lumineuse à durée très brève de quelques millisecondes et à front raide et décroissance exponentielle rapide, puis à analyser ces signaux pour constater leur corrélation temporelle avec un signal de lueur typique. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le mode de traitement des signaux délivrés par les photodétecteurs pour la détection du projectile lui-même consiste à examiner les variations dans le temps des signaux des photodétecteurs pour repérer un photodé- tecteur dont le signal présente une surintensité lumi- neuse d'une durée de quelques dizaines de millisecondes, puis à examiner les signaux des photodétecteurs voisins pour constater leur corrélation spatiale avec un signal de projectile typique. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le dispositif comprend des moyens d'échantillonnage et de numérisation des signaux délivrés par les photodétecteurs et des mémoires du type FIFO d'enregistrement des signaux échantillonnés et numérisés, auxquelles le ou les systèmes de traitement de l'information sont reliés. Les moyens précités de formation d'image com- prennent un groupe d'objectifs dont les axes optiques sont coplanaires et divergents en direction de la zone observée et dont les champs se recoupent partiellement. Au moins une barrette linéaire de photodétec- teurs infrarouges est associée à chaque objectif et dis- posée dans le plan focal de celui-ci. On peut bien entendu remplacer chaque barrette par un ensemble matriciel de photodétecteurs, dans lequel on sélectionne une ou plusieurs rangées de photodétec- teurs, qui peuvent être adjacentes ou séparées les unes des autres d'un nombre prédéterminé ou variable de ran- gées de photodétecteurs. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa- raitront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux des- sins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre schématiquement les conditions opérationnelles d'un dispositif de détection selon l'invention; la figure 2 représente schématiquement la structure de ce dispositif; les figures 3 et 4 sont des graphes représen- tant des variations dans le temps des signaux délivrés par les photodétecteurs, respectivement dans le cas de la détection d'une lueur et dans celui de la détection d'un projectile. On a représenté schématiquement en figure 1 une pièce d'artillerie 10 ennemie tirant un projectile 12 sur un objectif quelconque qui se trouve au-delà d'une élévation de terrain 14 dissimulant la pièce d'artillerie 12 au regard d'un observateur situé du côté de l'objectif visé Le dispositif selon l'invention, désigné par la ré- férence 16, est destiné à détecter de façon passive et automatique, soit le projectile 12 lui-même, soit la lueur produite par le tir et diffusée par l'atmosphère et notamment par la couverture nuageuse 18, soit à la fois le projectile 12 et la lueur, en fonction des conditions atmosphériques, afin de déterminer la position de la pièce 10 et/ou le début de la trajectoire du projectile. La lueur est le phénomène lumineux, quelle qu'en soit la longueur d'onde, qui accompagne le tir d'un projectile: une flamme, un jet de gaz chauds, etc. Le dispositif 16 selon l'invention comprend essentiellement, comme représenté en figure 2, un groupe d'objectifs 22 de prise de vues, dont les axes op- tiques 24 sont coplanaires et divergent les uns des autres de telle sorte que leurs champs se recoupent et que l'ensemble optique 20 ait un champ d'observation continu relativement important, au niveau de l'horizon ou légèrement au-dessus de celui-ci. Au moins une barrette linéaire 26 de photodé- tecteurs infrarouges est associée à chaque objectif 22 et située dans le plan focal de celui-ci, sur l'axe optique. Dans l'exemple représenté en figure 2, qui est donné à titre non limitatif, on utilise trois objectifs de 50 mm à grande ouverture numérique, à chacun desquels est associée une barrette linéaire de 512 photodétecteurs élémentaires, tels que des photodiodes CCD infrarouges, le champ total observé étant de l'ordre de 90 en azimut et de 1 milliradian en site. Des circuits de refroidissement (non représen- tés) sont associés aux photodétecteurs pour les maintenir à une température comprise entre -40 et -200 C, selon leur type. Les sorties des photodétecteurs sont reliées, par des circuits d'échantillonnage et des circuits de conversion analogique-numérique non représentés, aux en- trées de mémoires 28 du type FIFO o sont enregistrées les valeurs numérisées des signaux échantillonnés La fréquence d'échantillonnage est de l'ordre du k Hz et les mémoires 28 ont une capacité suffisante (d'environ 1 Me- gaoctet), pour l'enregistrement des images élémentaires échantillonnées fournies par les photodétecteurs pendant une durée de l'ordre de quelques centaines de millise- condes. Un système 30 de traitement de l'information, relié aux mémoires 28, est programmé de deux façons dif- férentes pour détecter et identifier, dans les informa- tions enregistrées dans les mémoires 28, soit un signal correspondant à une lueur produite par un tir de projec- tile et diffusée par l'atmosphère, soit un signal repré- sentant le projectile lui-même sur sa trajectoire. Des moyens 32 sont associés au système 30 de traitement de l'information pour sélectionner le mode de traitement approprié en fonction des conditions atmosphé- riques, c'est-à-dire de la visibilité dans la zone obser- vée et de la couverture nuageuse de cette zone. Ces moyens 32 peuvent être à commande manuelle ou bien peuvent fonctionner automatiquement, lorsqu'ils sont eux-mêmes associés à des moyens de mesure de visibi- lité et de couverture nuageuse. Le fonctionnement de ce dispositif va être dé- crit en référence aux figures 3 et 4. En figure 3, les courbes a, b, c et d repré- sentent les variations dans le temps des signaux de sor- tie de quatre photodétecteurs consécutifs d'une barrette linéaire 26, c'est-à-dire les variations de l'intensité lumineuse dans la bande 3-5 pm des portions de ciel dont les images sont formées sur ces photodétecteurs par l'objectif 22 associé à la barrette 26 Ces variations dans le temps sont relativement faibles et lentes, ce qui permet de détecter sur ces courbes un pic 34 correspon- dant à la lueur produite par le tir d'un projectile et diffusée par l'atmosphère et/ou par la couverture nua- geuse 18 Ces pics 34 se caractérisent par une amplitude très faible, inférieure de plusieurs ordres de grandeur à celle du signal de fond de ciel, par un front de montée très raide et par une décroissance exponentielle rapide. Typiquement, le pic 34 représentant le signal de lueur a une durée de quelques millisecondes et apparaît simulta- nément sur les signaux de sortie de quelques dizaines de photodétecteurs. Le traitement réalisé par le système informa- tique 30 consiste alors à repérer tout d'abord un groupe de photodétecteurs dont les signaux de sortie présentent un pic 34 susceptible de correspondre à un signal de lueur, puis à analyser dans le temps les signaux de sor- tie de ces photodétecteurs pour déterminer s'il y a cor- rélation temporelle avec un signal de lueur typique. Le système informatique 30 produit alors un signal d'alerte, indiquant la détection d'un tir de pro- jectile et fournit également un angle de gisement à par- tir de la position des photodétecteurs repérés dans la barrette linéaire 26. Plusieurs dispositifs 16 selon l'invention, éloignés les uns des autres et détectant le même tir, 7 permettent par triangulation de déterminer approximative- ment la position de la pièce d'artillerie correspondante. En figure 4, les courbes a', b', c' et d' re- présentent les variations dans le temps des signaux de sortie de quatre photodétecteurs consécutifs, et dont l'une, la courbe b', comporte un signal 36 correspondant à la détection du projectile 12 sur le fond de ciel Ty- piquement, ce signal 36 a une durée de l'ordre de 20 à millisecondes environ et ne peut se retrouver que dans les signaux de sortie d'un très faible nombre de photodétecteurs ( un ou deux dans le cas d'un obus). Dans ce cas, le traitement réalisé par le sys- tème informatique 30 consiste à analyser les variations dans le temps des signaux de sortie des photodétecteurs pour repérer un signal susceptible d'être un signal 36 de projectile, à identifier le photodétecteur dont est issu ce signal et à analyser les signaux de sortie des photodétecteurs adjacents pour constater leur corrélation spatiale avec un signal de projectile typique.20 Le système informatique 30 produit alors un signal d'alerte indiquant la détection d'un projectile et peut fournir également un angle de gisement à partir de la position du photodétecteur repéré dans la barrette li- néaire 26 Dans ce cas, il peut être avantageux d'associer à chaque objectif 22 plusieurs barrettes li- néaires de photodétecteurs, disposées les unes au-dessus des autres dans le plan focal de l'objectif ou d'utiliser un ensemble matriciel de photodétecteurs dont on sélec- tionne a priori plusieurs rangées, de façon à obtenir une confirmation de la détection d'un projectile et du début de sa trajectoire. Selon une variante de l'invention, le disposi- tif 16 de détection peut comprendre, comme représenté en pointillé en figure 2, un second système 38 de traitement de l'information agencé en parallèle sur le premier sys- tème 30 entre les mémoires 28 et un circuit de décision aux entrées duquel sont appliquées les sorties des deux systèmes 30, 38 L'un des deux systèmes 30, 38 traite les signaux de sortie des photodétecteurs pour la détection d'un signal de projectile, tandis que l'autre5 système traite ces signaux de sortie pour la détection d'une lueur produite par le tir et diffusée par l'atmosphère. Dans ce cas, le système permettant le traitement le mieux adapté aux conditions du moment, fournit un signal d'alerte qui est pour autant que possible validé (ou invalidé) par le résultat du traitement par l'autre système, ce qui permet une diminution du taux de fausses alarmes et une augmentation de la fiabilité et du taux de probabilité de la détection. De façon générale, l'invention offre les avan- tages suivants: la détection d'un tir de projectile est pas- sive et donc non-détectable par l'ennemi, l'observation d'une bande de ciel est conti- nue, le temps de réponse du dispositif selon l'invention est de l'ordre de la seconde et permet une alerte quasi-immédiate, la détection se fait de jour comme de nuit, le dispositif selon l'invention est adap- table aux variations des conditions atmosphériques, ou s'y adapte automatiquement. REVENDICATIONS 1 Dispositif de détection passive d'un tir de projectile d'artillerie ou analogue, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens optiques ( 22) de formation d'une image d'une zone observée à faible hauteur au-des- sus de l'horizon sur un ensemble ( 26) de photodétecteurs, et un système ( 30) de traitement de l'information rece- vant les signaux délivrés par les photodétecteurs et conçu pour les traiter selon deux modes différents dont l'un permet la détection d'une lueur produite par le tir d'un projectile et diffusée par l'atmosphère, et dont l'autre permet la détection du projectile ( 12) lui-même. 2 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend des moyens ( 32) de sélection du mode de traitement des signaux en fonction de la cou- verture nuageuse dans la zone observée et de la visibi- lité dans cette zone. 3 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend deux systèmes ( 30, 38) de traitement de l'information et fonctionnant simultané- ment, dont l'un traite les signaux délivrés par les pho- todétecteurs pour la détection d'une lueur produite par un tir de projectile, et dont l'autre traite ces signaux pour la détection du projectile. 4 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les photodétecteurs sont sensibles au rayonnement infrarouge. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bande de sensibi- lité en longueur d'onde des photodétecteurs est comprise entre 3 et 5 pm environ. 6 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mode de traitement des signaux délivrés par les photodétecteurs pour la dé- tection de la lueur consiste à repérer un groupe de pho- todétecteurs dont les signaux présentent un pic ( 34) d'intensité lumineuse à durée très brève de quelques mil- lisecondes et à front raide et décroissance exponentielle rapide, puis à analyser ces signaux pour constater leur corrélation temporelle avec un signal de lueur typique. 7 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mode de traitement des signaux délivrés par les photodétecteurs pour la dé- tection du projectile consiste à analyser les variations dans le temps des signaux des photodétecteurs pour repé- rer un photodétecteur dont le signal présente une surin- tensité lumineuse ( 36) d'une durée de quelques dizaines de millisecondes, puis à analyser les signaux des photo- détecteurs voisins pour constater leur corrélation spa- tiale avec un signal de projectile typique. 8 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les sorties des photo- détecteurs sont reliées par des moyens d'échantillonnage et des moyens de numérisation à des mémoires ( 28) du type FIFO auxquelles le ou chaque système de traitement de l'information est relié. 9 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de forma- tion d'image comprennent un groupe d'objectifs ( 22) dont les axes optiques ( 24) sont coplanaires et divergents en direction de la zone observée et dont les champs se re- coupent partiellement. Dispositif selon la revendication 9, ca- ractérisé en ce qu'au moins une barrette linéaire ( 26) de photodétecteurs infrarouges est associée à chaque objec- tif ( 22) et disposée dans le plan focal de celui-ci. 11 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est associé à une pluralité de dispositifs semblables éloignés les uns des autres pour localiser par triangulation la position d'un tir détecté par plusieurs dispositifs précités.