Brevet FR2694982A1 — publié le 19940225

Système d'identification ami-ennemi protégé contre les intrusions et discriminant La présente invention concerne le domaine de l'identification ami-ennemi d'un objet ou d'une cible potentielle dans un champ d'observation et a pour ob- jet un système d'identification ami-ennemi protégé contre les intrusions et discriminant. Un système d'identification ami-ennemi connu sous le sigle IFF (initiales de "Identification of a Friend from a Foe" selon la terminologie anglo- saxonne), doit permettre à un interrogateur donné d'identifier, sans ambiguïté, un objet dans son champ d'observation comme ami ou ennemi Là procédure d'iden- tification consiste à émettre un signal à partir de la station interrogatrice en direction de l'objet à iden- tifier, puis, dans le cas d'un objet ami, à recevoir sur la station interrogatrice, un signal de réponse codé provenant de cet objet. Les systèmes d'identification ami-ennemi, que l'on appellera IEF dans ce qui suit, sont composés classiquement d'un émetteur et d'un récepteur pour l'interrogateur; et d'un moyen récepteur-réémetteur constituant un répondeur pour les stations interro- gées, les signaux codés de communication étant véhicu- lés par des ondes radios, des ondes radars ou des on- des lumineuses Les ondes radios et les ondes radar présentent des inconvénients importants du fait d'une directivité insuffisante de leur propagation dans l'es- pace, entraînant de possibles interceptions, et du fait de leur manque de "durcissement", c'est-à-dire de leur perméabilité aux intrusions extérieures et aux faux échos, rendant le système peu fiable De tels systèmes peuvent alors faciliter le repérage des por- teurs équipés d'interrogateurs ou de répondeurs fonc- tionnant avec de telles ondes. Pour les systèmes IFF, la difficulté est de réa- liser au mieux l'ensemble des qualités suivantes discrétion de l'interrogation, discrétion de la réponse, fiabilité de cette réponse, sélectivité de l'interrogation, durcissement aux intrusions, réception permanente et omnidirectionnelle et émission directive, simplicité d'emploi et de mise en oeuvre, fonctionnement automatique ou non, intégration sur tous types dé porteurs. Le problème est donc de disposer d'un système IFF simple, discret, sans ambiguïté, omnidirectionnel, permanent, durci, pouvant fonctionner sur une alimenta- tion faible ou autonome et intégrable sur plusieurs types de porteurs. C'est pourquoi les systèmes IFE les plus récents utilisent un interrogateur très directif comportant des moyens d'émission laser, du type à impulsions ou modulable, et un répondeur comportant un rétroréflecteur modulable, tel qu'un dispositif cata- dioptrique associé à un écran modulateur Dans ces conditions, le rétroréflecteur renvoie l'émission re- çue selon une certaine modulation à décoder par l'in- terrogateur Généralement, la modulation est du genre tout ou rien, ce type de modulation autorisant un fonc- tionnement à puissance crête élevée permettant d'allon- ger la portée de la transmission. Des solutions utilisant des sources laser sont décrites dans les demandes de brevet français numéros FR-A-2 378 404 et FR-A-2 602 346 Cependant, ces solu- tions ne sont pas entièrement satisfaisantes sur le plan de la protection du fait, essentiellement, de l'étendue limitée du champ de réception couvert par les systèmes de rétroréflexion mis en oeuvre, et de la perméabilité des procédures de validation utilisés. Il a été proposé, dans une demande de brevet français N O 91 11049 déposée le 6 septembre 1991 au nom de la Demanderesse, un procédé d'identification IFF et un système de mise en oeuvre visant à pallier les inconvénients précités. Selon ce procédé, il est fait appel à une procé- dure d'interrogation "durcie", c'est-à-dire hautement protégée d'éventuels intrus, pouvant être déclenchée: à partir de toute station située dans un champ de réception couvrant tout l'espace entourant l'objet interrogé et donc dès repérage de l'objet à identifier dans le champ d'observation de la station interrogatri- ce, à l'aide de deux brèves interrogations, maté- rialisées par deux trains d'impulsions laser codés; chaque interrogation est suivie, dans le cas d'un ob- jet allié, d'une réponse, la nature de la première de ces réponses, révélée par son niveau d'amplitude, con- ditionnant l'émission de la seconde interrogation. Pour cela le procédé d'identification IFF, proté- gé contre les intrusions, d'un objet repéré par une station interrogatrice disposant d'un interrogateur consiste à émettre en direction de l'objet repéré un faisceau laser impulsionnel codé et directif, à rece- voir et analyser en retour un faisceau laser provenant d'un objet interrogé allié, l'objet allié disposant d'un répondeur pouvant répondre activement au faisceau reçu sous forme d'un faisceau laser impulsionnel codé et directif en direction de l'interrogateur; le procé- dé met en oeuvre les étapes successives suivantes: première interrogation d'alerte par émission d'un faisceau laser impulsionnel et codé à partir de l'interrogateur en direction de l'objet à identifier, dès que cet objet est repéré, validation du faisceau laser reçu par l'objet interrogé allié et armé, après validation, le répon- deur de l'objet interrogé allié qui passe alors d'un état passif à un état actif le rendant prêt à répondre activement, analyse de la nature, active ou passive, de la réponse à l'interrogation d'alerte provenant du répon- deur et reçue par l'interrogateur, seconde interrogation décisive par émission d'un faisceau laser impulsionnel et codé à partir de l'interrogateur en direction de l'objet à identifier, si la première réponse est passive, formation d'une réponse active à la seconde interrogation à l'aide du répondeur armé en direction de l'interrogateur, analyse de la réponse à l'interrogation déci- sive provenant du répondeur et reçue. La solution décrite ci-dessus utilise dans la partie répondeur, un rétroréflecteur fonctionnant se- lon la technique dite de l'oeil de chat" qui offre les avantages inhérents à cette technique mais qui en présente également les limitations Notamment, il est nécessaire d'utiliser une source laser de puissance. La puissance nécessaire est typiquement de l'ordre du mega Watt en mode impulsionnel Ceci est dû en particu- lier au fait que la cible étant passive en interroga- tion, la réponse est proportionnelle à l'inverse de la puissance quatre de la distance interrogateur-répon- deur. Le brevet FR-92 07809 vise à pallier les inconvé- nients des dispositifs de l'Art Connu, tout en repre- nant en partie l'enseignement de la demande de brevet précitée Elle autorise notamment l'utilisation de diode laser de puissance inférieure au Watt, en mode pulsé. Pour cela, suivant la solution décrite dans ce brevet, le système d'identification d'un objet dans un champ d'observation comprend un dispositif interroga- teur et un dispositif répondeur associé à l'objet, communiquant par rayonnement laser Le dispositif in- terrogateur comporte des moyens de recherche et de repérage de l'objet à identifier, des moyens d'émis- sion d'un rayonnement laser d'interrogation couplé optiquement aux moyens de recherche et de repérage, et des moyens de détection de rayonnement laser Le dispo- sitif répondeur, qui comporte des moyens de détection du rayonnement laser émis par les moyens d'émission du dispositif interrogateur, est solidaire d'un organe lui imprimant un mouvement de rotation Les moyens de détection du répondeur présentent un champ de récep- tion ayant un premier axe moyen de détection et compor- tent des circuits de détermination du gisement du ré- pondeur lors de la détection du rayonnement d'interro- gation Le système comprend en outre des moyens d'émis- sion d'un rayonnement laser en réponse à la détection du rayonnement laser d'interrogation, selon un axe moyen d'émission formant un angle déterminé en gise- ment par rapport au premier axe, différent de zéro, de manière à ce que l'émission du rayonnement laser en réponse à la détection du rayonnement laser d'interro- gation soit retardée d'un intervalle de temps prééta- bli. Comme indiqué ci-dessus, un système IFF doit satisfaire un certain nombre de critères, les plus importants étant la portée, la discrimination, et la discrétion. Les solutions décrites ci-dessus satisfont les critères de portée, et de discrétion Toutefois la discrimination reste une difficulté En effet, il est nécessaire de pouvoir discriminer par exemple un char vu de face à la limite de portée C'est-à-dire que le système doit être capable d'avoir une discrimination angulaire de l'ordre de 0,25 mrd (soit 2,5 m à 5 km). Or ces solutions ne permettent pas d'obtenir ce résul- tat. L'invention a pour objet un système d'identifica- tion ami-ennemi protégé contre les intrusions qui soit de plus discriminant, sans que cette discrimination soit dépendante des conditions externes d'utilisation (distance d'utilisation, transmission atmosphérique), et sans que cette discrimination impose à l'opérateur un pointage et un maintien précis du faisceau discrimi- nant. Selon l'invention, un système d'identification ami-ennemi protégé contre les intrusions et discrimi- nant comportant: d'une part une station interrogatrice dispo- sant d'un dispositif de désignation optronique, d'un interrogateur ayant un émetteur émettant, en direction d'un objet désigné, un faisceau laser impulsionnel codé et directif et d'un détecteur optique détectant en retour un faisceau laser provenant de 1 ' objet dési- gné s'il est allié, et d'autre part, sur un objet allié, un répon- deur, pour répondre activement à un faisceau d'interro- gation reçu par un faisceau laser impulsionnel codé et directif en direction de l'interrogateur, est caractérisé en ce que le détecteur optique comporte plusieurs détecteurs élémentaires indépen- dants pour couvrir ensemble un champ de réception ec, mais ayant chacun un champ élémentaire O d' sous multi- ple du champ total Oc' déterminant le pouvoir de dis- crimination du système,. L'invention sera mieux comprise et d'autres ca- ractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures annexées. La figure 1 illustre le problème de la discri- mination, en fonction de la distance entre le champ discriminant et l'objet à identifier; La figure 2 illustre la solution selon l'inven- tion au problème de la discrimination, dans un premier mode de réalisation utilisant une matrice de détecteurs; La figure 3 illustre schématiquement le sys- tème d'identification selon l'invention; La figure 4 illustre un second mode de réalisa- tion utilisant deux barrettes de détecteurs orthogo- nales. Comme décrit ci-dessus, l'optique utilisée dans les systèmes d'identification ami-ennemi permet de réduire considérablement les risques d'intrusion et donc de satisfaire à une grande partie des qualités attendues d'un système d'identification ami-ennemi. L'optique offre un avantage certain compte tenu de la petitesse de sa longueur d'onde La directivité d'un faisceau laser, ou la grande résolution d'un système optronique de visualisation en sont des exemples Tou- tefois, la difficulté reste de pointer avec une quali- té suffisante ce dispositif discriminant. Pour assurer la discrimination, l'homme de l'art peut penser à perfectionner la voie émission ou la voie réception. Dans le premier cas, la discrimination se fait par le faisceau d'illumination nécessaire à l'interro- gation Un répondeur décalé angulairement de l'axe d'émission verra le flux récolté décroître jusqu'à atteindre la limite de sensibilité du récepteur Le pouvoir de discrimination peut être défini comme étant la valeur du dépointage pour lequel le flux récolté at- teint la limite de sensibilité. Ce pouvoir de discrimination dépend des caracté- ristiques du système pupille réponse du répondeur puissance d'émission forme du faisceau et des conditions externes d'utilisation distance d'emploi transmission atmosphérique Cette dépendance a des conséquences lourdes et est un handicap important En effet, deux cibles se- ront rarement identiques pour ce qui concerne la dis- crimination Par exemple: une cible en limite de portée conduit à un pouvoir de discrimination nul; deux cibles dont la réponse n'est pas la même (sensibilité du récepteur du répondeur, ou surface équivalente laser différentes) ne conduiront pas au même pouvoir de discrimination. En outre, une discrimination angulaire de cette ampleur implique une contrainte importante pour l'opé- rateur Pour illustrer ce fait, la figure 1 montre des vues d'un char pris à différentes distances le cercle qui y est joint représente le champ discriminant à la même échelle que les vues et permet d'apprécier la qualité de pointage que l'opérateur devra assurer sur le répondeur R de la cible (représenté en noir sur le char) tout au long de la période d'interrogation Lors- que la cible est loin, le pointage de l'interrogateur sur la cible assure automatiquement une réception des réponses Par contre, il apparaît clairement une grande difficulté lorsque la cible est à une distance réduite: l'opérateur devra résoudre, reconnaître le répondeur éventuel et pointer le faisceau d'illumina- tion sur le répondeur pour que l'émetteur porté par le char soit dans le champ du détecteur. L'utilisation de la voie émission pour résoudre le problème de la discrimination fait donc dépendre le pouvoir de discrimination des caractéristiques du sys- tème et des conditions externes d'utilisation et néces- site que l'opérateur pointe et maintienne le faisceau discriminant. Dans le cas de l'utilisation de la voie de récep- tion, la discrimination se fait par le champ de récep- tion de l'interrogateur Un répondeur décalé angulaire- ment de l'axe de réception, verra le flux récolté dé- croître rapidement jusqu'à atteindre la limite de sen- sibilité en bordure de champ. Le pouvoir de discrimination ne dépend alors que des caractéristiques de la voie de réception de l'in- terrogateur (focale, taille du détecteur, qualité de l'optique) Le pouvoir de discrimination sera indépen- dant des conditions externes d'utilisation Cela rend cette manière de discriminer particulièrement at- trayante Toutefois la difficulté de pointage et de maintien de l'opérateur reste inchangée. Pour résoudre le problème de la discrimination, la présente invention utilise la voie de réception comme moyen de discrimination Mais, pour réduire la difficulté de pointage et de maintien de l'opérateur, le récepteur est constitué dans un premier mode de réalisation d'une matrice de détecteurs M dont chacun des éléments est discriminant La figure 2 montre des vues analogues à celles de la figure 1 d'un char pris à différentes distances La grille qui y est jointe représente une matrice de détecteurs à l'échelle des vues du char et permet d'apprécier la qualité de poin- tage que l'opérateur devra assurer sur le répondeur de la cible Chacun des éléments de la grille représente un détecteur élémentaire qui correspond au pouvoir élémentaire de discrimination de la voie de réception de l'interrogateur. L'utilisation d'une matrice de détecteurs en réception offre les avantages suivants: le pouvoir de discrimination est fixé par les caractéristiques du système et est indépendant des conditions externes d'utilisation; la contrainte de pointage et de maintien sur la cible de l'opérateur est considérablement allégée (par exemple avec une matrice 5 x 5 la contrainte de pointage passe de 0,25 mrd à 1,25 mrd); une identification simultanée de plusieurs cibles dans le champ de la matrice peut être réalisée. Le système IFF laser discriminant selon l'inven- tion est illustré sur la figure 3 Il comprend un dis- positif de désignation optronique 1 commandant un in- terrogateur sélectif 2, et un répondeur 3 situé sur un objet allié. Le dispositif de désignation optronique 1 est un viseur ou une caméra. L'interrogateur 2 comprend une voie d'émission 21 comportant une source laser 20 émettant dans un champ ôe; une voie de réception 22 comportant une ma- trice de détecteurs M dont le champ total est Oc Le champ élémentaire associé à un détecteur vaut d. Ed est le pouvoir de discrimination du système IFF Le champ d'interrogation ô est choisi supérieur e au champ 8 c analysé en réception La visualisation du champ d'analyse et des domaines discriminants définis par les détecteurs élémentaires de la matrice est re- il présentée en surimpression sur l'écran 11 du disposi- tif de désignation optronique 1 de type caméra thermi- que par exemple. Le répondeur 3 est un dispositif permettant de fournir une réponse à une illumination laser et peut être par exemple un dispositif répondeur du type dé- crit par les brevets: FR-A-2 378 404, FR-A-2 602 346, FR-A-91 11049 ou FR-A-92 07809. L'invention n'est pas limitée au premier mode de réalisation décrit et représenté Par exemple, la source laser d'émission peut être constituée d'une matrice d'émetteurs émettant chacun dans un champ élé- mentaire ôd et couvrant, ensemble, le champ d'interro- gation de Cette solution est équivalente à la solu- tion décrite ci-dessus si ce n'est que la puissance nécessaire est alors répartie entre plusieurs sources. En ce qui concerne la solution mise en oeuvre pour résoudre le problème de la discrimination, la matrice de détecteurs peut être remplacée par un sys- tème fonctionnellement équivalent, et notamment par une voie réception comportant deux optiques cylindri- ques Lxi Ly perpendiculaires suivant deux axes (X, Y) respectivement associées à deux barrettes de détec- teurs DX, Dy de réception également perpendiculaires, comme représenté sur la figure 4 Le seuil de détec- tion des détecteurs élémentaires des barrettes devra être inférieur à celui des détecteurs élémentaires d'une matrice Dans cette solution, l'addition des signaux issus d'un détecteur d'une barrette à ceux issus d'un détecteur de l'autre barrette donne pour une combinaison X, Y la détection attendue, sans avoir à assurer un pointage précis et un maintien de la di- rection de détection, comme dans le mode de réalisa- tion mettant en oeuvre une matrice de détecteurs. D'autre part, dans les différents modes de réali- sation les détecteurs, barrettes ou matrices, peuvent être des détecteurs à transfert de charges CCD. REVENDICATIONS 1 Système d'identification ami-ennemi protégé contre les intrusions et discriminant comportant: d'une part, une station interrogatrice dispo- sant d'un dispositif de désignation optronique ( 1), d'un interrogateur ( 2) ayant un émetteur émettant en direction d'un objet désigné par un faisceau laser impulsionnel codé et directif, et un détecteur optique détectant en retour un faisceau laser provenant de 1 ' objet désigné s'il est allié, et d'autre part, sur un objet allié un répon- deur ( 3), pour répondre activement à un faisceau d'in- terrogation reçu par un faisceau laser impulsionnel codé et directif en direction de l'interrogateur, caractérisé en ce que le détecteur optique de l'interrogateur comporte plusieurs détecteurs élémen- taires indépendants pour couvrir ensemble un champ de réception 8,' mais ayant chacun un champ élémentaire 0 d sous multiple du champ total 8 ci déterminant le pouvoir de discrimination du système. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur optique de l'interrogateur est formé d'une matrice de détecteurs ayant chacun le champ élémentaire O d et la matrice couvrant le champ de réception total 8 c, la direction d'un objet allié étant donnée par la position dans la matrice du détec- teur activé en réception. 3 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le détecteur optique de l'interrogateur ( 2) comporte deux lentilles cylindriques (Lx et L y) d'axes perpendiculaires, respectivement associées à deux bar- rettes de détecteurs (Dx et D y) d'axes perpendiculai- res, pour former sur chacune des barrettes une image du champ de réception c', la direction de l'objet al- lié étant donnée par les coordonnées des deux détec- teurs respectivement activés en réception sur les bar- rettes (Dx et D). 4 Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les détecteurs de l'interroga- teur sont des détecteurs à transfert de charges de type CCD. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'émetteur comporte une source laser cou- vrant un champ total d'interrogation ô supérieur au e champ de réception Oc 6 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur comporte une matrice de sources laser couvrant chacune un champ élémentaire ôd et l'en- semble couvrant le champ d'interrogation Se.