Brevet FR2687260A1 — publié le 19930813

Procédé de transmission de données par faisceau optique entre un véhicule porteur et sa charge et dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. La présente invention concerne d'abord un procédé de transmission de données par faisceau optique entre un véhicule porteur et une charge portée par ce véhicule. Cette charge peut être fixe ou largable et être constituée, par exemple, d'un missile, d'une bombe ou d'un réservoir recevant, au moyen des données transmises par cette liaison et provenant du véhicule porteur, des ordres d'actionnement de certains des organes de cette charge, par exemple la mise à feu du missile ou la commutation d'une valve contrôlant la sortie du fluide du réservoir. On connaît déjà de tels procédés. Ainsi, le document FR 2 638 922 décrit un procédé permettant l'établis- sement d'une liaison de transmission de données entre un avion et un missile accroché à un pylône d'aile de l'avion, au moyen d'un faisceau optique traversant l'intervalle d'air séparant un émetteur optique modulé, sur l'avion, et un récepteur optique, sur le missile. Une telle liaison permet de s'affranchir des connecteurs utilisés pour une liaison filaire entre l'avion et le missile, qui déstabilisent ce missile lors de son lancement, mais elle impose d'orienter convenablement l'émetteur optique afin que le récepteur implanté sur le missile reçoive son faisceau optique qui, en général, est étroit afin qu'il transfère au récepteur une énergie optique maximale. L'émetteur optique est, en pratique, implanté sur le pylône et cette orientation est adaptée en fonction de la position relative du récepteur optique du missile par rapport à cet émetteur. Cependant, cela impose d'avoir des missiles ou autres charges ayant tous leur récepteur optique dans la même position relative par rapport à cet émetteur, ce qui est une contrainte, d'autant plus que les structures des charges peuvent être tres diverses. Par ailleurs, la liaison est susceptible d'être perturbée, en raison du risque normal de déréglage angulaire de l'orientation de cet émetteur. I1 est aussi intéressant, lorsque la charge est largable, de pouvoir maintenir la liaison le plus longtemps possible après le largage, pour assurer à cette charge une bonne orientation, ce qui, ne peut être obtenu avec les procédés connus. La présente invention vise à résoudre tous ces problèmes. A cet effet, la présente invention concerne un procédé de transmission de données émises par un véhicule porteur de charge vers la charge, au moyen d'un faisceau optique, caractérisé par le fait que le faisceau optique est entraîné dans un mouvement de balayage angulaire pour assurer son interception par la charge. Ainsi, quelle que soit la position relative de l'émetteur optique du véhicule porteur émettant le faisceau et du récepteur optique correspondant de la charge, ce dernier se trouve en liaison avec l'émetteur optique au moins à certains instants, ce qui garantit la réception de données, utilisables, par exemple, pour le pointage fin du faisceau puis pour mettre à feu un missile porte par un avion ou communiquer, à un calculateur implanté dans le missile, des informattions permettant, par exemple, de le synchroniser sur un calculateur de l'avion. Il n'y a ainsi aucun réglage angulaire à prévoir pour le pointage du faisceau optique, si bien que le récepteur, et donc la charge, peut occuper toute position, fixe ou mobile, par rapport au véhicule porteur. Avantageusement, le faisceau optique est entraîné dans son mouvement de balayage jusqu'à ce que la charge le réfléchisse en sens inverse. L'écho en résultant est ainsi reçu par l'aéronef, qui peut alors effectuer un asservissement angulaire du pointage du faisceau optique issu de l'émetteur optique, ce qui maintient en permanence la liaison avec la charge. Afin de limiter le nombre et la taille des sources d'alimentation électrique de la charge, ou les supprimer, il est préférable que le véhicule porteur puisse alimenter électriquement des circuits de la charge au moyen d'un faisceau optique de puissance, des moyens de conversion photo-voltaïques d'un récepteur optique de puissance de la charge fournissant alors l'énergie électrique à la charge. Une transmission de puissance par voie optique, associée à une transmission optique de données, est décrite dans le document US 4 091 734. Toutefois, il n'y est pas prévu de balayage des faisceaux, ce qui présente les inconvénients sus-mentionnés. Les deux faisceaux optiques émis par le véhicule porteur sont avantageusement entraînés dans des mouvements de balayage angulaire identiques, de façon à assurer un pointage optimal du faisceau optique de puissance vers le récepteur optique de puissance de la charge qui ne nécessite pas de commande de balayage supplémentaire. Afin que des informations relatives à la charge puissent parvenir au véhicule porteur, il est avantageusement encore prévu une transmission bidirectionnelle de données entre le véhicule porteur et la charge, au moyen d'un autre faisceau optique émis par la charge vers le véhicule porteur, qui peut ainsi recevoir des informations relatives à l'état ou la position des organes de la charge ainsi qu'à la qualité de la liaison optique vers la charge. Cet autre faisceau optique peut, de la même façon que le premier, être entraîné dans un mouvement de balayage angulaire afin d'assurer son interception par le véhicule porteur, ce qui permet le maintien d'une liaison en retour vers le véhicule porteur, que sa position relative vis-à-vis de la charge soit fixe ou variable. D'autres procédés existent pour faciliter l'interception par le véhicule porteur, en utilisant, par exemple, une émission d'un faisceau large par la charge. Le véhicule porteur peut, de préférence, être en liaison avec plusieurs charges. Ceci est réalisable au moyen d'un pluralité d'émetteurs et récepteurs propres à chaque liaison avec une charge, ou bien au moyen d'un nombre plus restreint d'émetteurs et récepteurs, chacun agencé pour pouvoir établir une liaison avec plusieurs charges. Ces liaisons d'un même émetteur ou récepteur peuvent être établies séquentiellement, mais elles peuvent aussi l'être simultanément si l'on prévoit que les émetteurs des diverses charges aient des caractéristiques d'émission propres à chacun, par exemple leur fréquence optique, leur fréquence de modulation ou leur type de modulation, un récepteur recevant simultanément ces émissions effectuant alors une séparation des émissions reçues de diverses charges d'après ces caractéristiques. L'invention concerne également, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, un dispositif de transmission de données émises par un véhicule porteur d'une charge vers sa charge, au moyen d'un faisceau optique, le véhicule porteur comportant un émetteur optique pour émettre un faisceau optique transmettant lesdites données et la charge comportant un récepteur optique pour recevoir ces données, dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de balayage solidaires du véhicule porteur et prévus pour défléchir ledit faisceau optique jusqu'à son inter-ception par la charge. Avantageusement, les moyens de balayage sont commandés par des moyens de commande de balayage agencés pour recevoir un signal représentatif de la position angulaire de la charge par rapport au véhicule porteur et commander en conséquence lesdits moyens de balayage afin d'assurer une poursuite de la charge. De plus, un récepteur optique de puissance peut être prévu pour fournir de l'énergie électrique à des circuits utilisés pour la transmission de données, ce qui diminue le besoin en source d'énergie de la charge et en améliore la fiabilité vis-à-vis des défaillances des sources usuelles qui ont ainsi été supprimées ou sont en nombre plus faible. Avantageusement, si un tel récepteur optique de puissance est implanté dans la charge, un émetteur optique de puissance est prévu sur le véhicule porteur pour émettre un faisceau optique de puissance utilisable par ledit récepteur optique de puissance. Pour limiter la quantité de matériels optiques nécessaires sur le véhicule porteur, l'émetteur optique de puissance et l'émetteur optique transmettant les données comportent chacun une interface optique intégrée dans une tête optique commune. Un réflecteur est avantageusement prévu pour renvoyer un faisceau optique dans la direction d'un faisceau optique incident l'atteignant, afin d'indiquer, à l'émetteur optique du faisceau incident, la qualité du pointage de l'émetteur optique vis-à-vis du récepteur correspondant, lors du balayage angulaire du faisceau émis. De plus, comme le faisceau optique renvoyé correspond au faisceau optique reçu et qui est réfléchi, aucune énergie n'est requise de la part des circuits d'alimentation d'un récepteur associé à ce réflecteur. La charge peut aussi comporter un autre émetteur optique prévu pour émettre un autre faisceau optique transmettant d'autres données, pouvant être reçu par un autre récepteur optique, solidaire du véhicule porteur, ce qui autorise l'établissement d'une liaison duplex. De préférence, cet autre faisceau optique est à une fréquence optique différente de celle du premier faisceau optique, afin d'éviter toute interférence, en particulier par le réflecteur de la charge, susceptible de renvoyer, vers le véhicule porteur, et en particulier vers le récepteur de celui-ci, une partie du faisceau issu de l'émetteur de données de ce véhicule porteur qui viendrait ainsi s'ajouter, au niveau du récepteur de ce véhicule porteur, au faisceau utile issu de l'émetteur de la charge et en perturberait la détection. De même, d'autres moyens de balayage, solidaires de la charge, peuvent être prévus pour effectuer une déflexion angulaire de l'autre faisceau optique, en vue d'assurer son interception par le véhicule porteur. En particulier, ces autres moyens de balayage peuvent être commandés par d'autres moyens de commande de balayage prévus pour recevoir un signal significatif de la position angulaire du véhicule porteur par rapport à la charge et commander en conséquence les autres moyens de balayage afin d'assurer une poursuite du véhicule porteur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante du mode de réalisaiton préféré du procédé de transmission de données de l'invention et du dispositif pour sa mise en oeuvre, en référence au dessin en annexe, sur lequel - la figure 1 est une vue générale d'un avion et d'un missile qu'il porte, comportant le dispositif de transmission de données selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective d'un pylône et d'un missile illustrant le procédé, - la figure 3 est une représentation schématique du dispositif, - les figures 4A et 4B illustrent le principe d'asservissement du pointage d'un émetteur optique et - la figure 5 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du dispositif. En référence à la figure 1, un aéronef 2, ici un avion, porte un missile 3 avec lequel une liaison optique est établie entre un premier émetteur optique 10 de cet avion 2 et un récepteur optique 15 du missile 3. Ce missile 3 est accroché à un pylône 4 situé à une certaine distance du fuselage 5 de l'avion 2 et qui est porté par une aile 6 de cet avion 2. Un calculateur 7, à bord de l'avion 2, comportant un premier codeur/décodeur d'adresse 8, commande, par une liaison filaire 9, un émetteur optique 10, porté par le pylône 4, qui émet un faisceau optique F1 focalisé, à une longueur d'onde correspondant ici à la bande de l'infrarouge. Ce faisceau optique F1 est issu d'une tête optique 11 associée à l'émetteur optique 10 (figure 3).Des micromoteurs électriques 12 liés au pylône 4, permettent d'entraîner en rotation, selon deux axes orthogonaux, la tête optique 11, d'où il s'ensuit un balayage angulaire du faisceau F1 qui peut ainsi parcourir la totalité d'un angle solide donné. Le mouvement de balayage du faisceau F1 est commandé par des circuits de commande de balayage 13 du calculateur 7, représentés par commodité à l'emplacement du pylône 4, agissant sur les micro-moteurs 12 et comportant un microprocesseur 14, pour que le faisceau optique F1 puisse balayer la totalité de l'angle solide dans lequel est situé le récepteur optique 15, porté par le missile 3, lorsque ce dernier est accroché à l'avion 2. On comprendra que, dans un but de clarté, tous les éléments représentés sur la figure 3 ne le sont pas à une même échelle. Ainsi, les diagrammes de rayonnement schématisant les faisceaux optiques ne correspondent pas obligatoirement à la réalité. Le récepteur optique 15 est disposé pour recevoir le faisceau optique F1 et faire parvenir des données, transmises au moyen de ce faisceau optique F1, à des circuits de traitement 16 d'un ensemble de commande de balayage 33. Cet ensemble 33 comporte un codeur/décodeur d'adresse 17. A proximité du récepteur optique 15 est situé un réflecteur directif 18 conçu pour renvoyer sur lui-même un faisceau optique l'atteignant, tandis qu'un récepteur optique d'écho 19 est implanté sur le pylône 4, à proximité de l'émetteur optique 10, pour détecter un tel faisceau réfléchi par le missile 3.Lorsque le récepteur optique d'écho 19 reçoit un premier écho optique, il fournit un signal traduisant l'amplitude de ce premier écho au microprocesseur 14 qui cherche alors à recevoir un premier écho d'amplitude maximale en commandant les micro-moteurs 12 de façon à ce que le faisceau optique F1 soit orienté dans la direction optimale pour laquelle il est pointé sur le récepteur optique 15, en effectuant une poursuite si nécessaire. Par ailleurs, le missile 3 comporte un récepteur optique de puissance 20, dont une cellule photo-voltaïque convertit l'énergie lumineuse reçue en énergie électrique servant à alimenter des circuits du missile 3, en particulier le récepteur optique 15. Le récepteur optique de puissance 20 reçoit la lumiere solaire et est placé de façon à être en vue du pylône 4, sur lequel est implanté un émetteur optique de puissance 21, comportant une source laser émettant un faisceau optique de puissance collimaté FP, de longueur d'onde compatible avec celles auxquelles est sensible le récepteur optique de puissance 20. L'émetteur optique de puissance 21 a une tête optique de puissance 22 mécaniquement liée à la tête optique 11 de l'émetteur optique 10, si bien que le pointage du faisceau de puissance FP est assuré par les micro-moteurs 12. Au niveau du missile 3, un émetteur optique 30, commande par les circuits de traitement 16, est prévu pour émettre un faisceau optique F2, dans l'infrarouge, vers le pylône 4. L'émetteur optique 30 est associe à une tête optique 31 portée par le missile 3 et soumise à l'action de micro-moteurs électriques 32 du missile 3 prévus pour lui faire effectuer un balayage angulaire dans la totalité d'un angle solide dans lequel se trouve le pylône 4. La description des micro-moteurs 12 et des circuits de l'ensemble de commande de balayage 13 de l'avion 2 est transposable à ces micro-moteurs 32 ainsi qu'aux circuits de l'ensemble de commande de balayage 33 du missile 3. Les circuits 33 comportent un microprocesseur 34 pour commander les circuits de traitement 16. Le pylône 4 comporte un récepteur optique 35 pour recevoir le faisceau optique F2 du missile 3, qui transmet des données. Un réflecteur optique directif 36 est implanté sur le pylône 4, à proximité du récepteur optique 35, pour renvoyer, à un récepteur optique d'écho 37 voisin de l'émetteur optique 30 du missile 3, un second écho lorsqu'il est atteint par le faisceau optique F2 venant du missile 3.Le récepteur optique d'écho 37 fournit alors un signal, traduisant l'amplitude de ce second écho, au microprocesseur 34 pour commander le pointage du faisceau optique F2 vers le recepteur optique 35 implante à proximité du réflecteur 36, sur le pylône 4, afin de recevoir un second écho d'amplitude maximale. Le fonctionnement du dispositif est exposé ci-dessous. Pour la simplicité de l'explication relative à la transmission de données, seul est decrit le fonctionnement de la liaison des données vers le missile 3, sachant que celui de la liaison des données vers l'avion 2 est semblable. Les circuits de commande de balayage 13 commandent les micro-moteurs 12 pour effectuer, au moyen de ceux-ci, le balayage du faisceau optique F1 issu de l'émetteur optique 10 dans tout l'angle solide déterminé, où se trouve le missile 3. Lorsque ce dernier intercepte le faisceau optique F1, son réflecteur 18 renvoie le premier écho qui est reçu par le recepteur optique d'écho 19, dont le signal de sortie correspondant est transmis au microprocesseur 14. Ce dernier commande alors une ou des déflexions angulaires de la tête optique 11 et de la tête optique de puissance 22, autour du pointage angulaire courant, initialement quelconque dans ledit angle solide, et détermine une direction de balayage pour laquelle croît l'amplitude de ce signal traduisant l'amplitude du premier écho. De façon à limiter le temps de recherche de ce maximum d'amplitude, le microprocesseur 14 peut effectuer systématiquement, en partant d'un pointage donné, comme le montre la figure 4A, des déflexions du faisceau optique F1 dans plusieurs directions Di nettement différentes, par exemple avec i entier de 1 à 8, soit huit directions régulièrement espacées angulairement à 45 degrés entre elles sur un cercle AC, de centre C, du plan image de l'émetteur optique ' 10, de façon à determiner, avec une bonne précision, l'orientation du gradient de l'amplitude de ce premier echo, c'est-å-dire la direction de déflexion pour laquelle l'amplitude de ce premier écho croit le plus vite pour une déflexion angulaire donnée, ce qui permet d'atteindre directement le pointage optimal.On voit, sur la figure 4B, pour chacune des huit directions D1 à D8 choisies arbitrairement, la variation de l'amplitude correspondante El à E8 de l'écho, correspondant à la longueur de la projection du vecteur relatif à la direction Di considérée sur le vecteur correspondant à la direction DO du récepteur optique 15. Ainsi, dans cet exemple, la direction optimale DO est voisine de celle de la direction D3. Le microprocesseur 14 peut même determiner avec précision cette direction optimale, en utilisant la totalité des huit amplitudes El à E8. En effet, l'amplitude venant au second rang de grandeur est E4, ce qui indique que la direction optimale est entre les directions D3 et D4 et est plus proche de D3.De plus, comme la loi de variation de l'amplitude en fonction de la direction de balayage est une loi sinusoïdale, représentée par l'enveloppe en pointillés des amplitudes El à E8, dont on connaît huit points, ou plus si nécessaire, la direction de son maximum peut être déterminée par le calcul, comme montré sur la figure 4B. Le faisceau optique F1 est alors pointé au mieux vers le récepteur optique 15 du missile 3, tandis que le faisceau optique de puissance FP issu de l'metteur optique de puissance 21 est alors pointe vers le récepteur optique de puissance 20 qui alimente les circuits concernés du missile 3. Comme indiqué précédemment, le faisceau optique F2 est pointé selon un procédé identique à celui indiqué cidessus. Si le missile 3 est lancé, le processus décrit ci-dessus se deroule en permanence, ce qui assure une poursuite maintenant les liaisons entre l'avion 2 et le missile 3 tant que la puissance des émetteurs optiques et leur angle solide de balayage le permettent. Il est à noter que l'émetteur optique et le récepteur optique de l'avion 2, ou bien du missile 3, ne sont pas nécessairement voisins, puisqu'il s'agit, au total, de deux liaisons de données monodirectionnelles. De même, dans le cas d'une liaison duplex, les circuits de commande de balayage peuvent être réunis en un même ensemble, utilisé en partage de temps et utilisant , par exemple, le microprocesseur 14 de l'avion 2, le microprocesseur 34 disparaissant physiquement et sa fonction etant déportée du missile 3 dans l'avion 2. Les données nécessaires à cette fonction deportée sont alors emises par l'émetteur 30 du missile 3, et parviennent au microprocesseur 14, tandis que les ordres du microprocesseur 14 destinés aux micro-moteurs 32 du missile 3 leur sont transmis par le premier émetteur 10 de l'avion 2. Par ailleurs, comme cela a été evoqué précédemment, le balayage angulaire des faisceaux peut aussi être effectue en utilisant des moyens statiques effectuant tout ou partie de ce balayage, la deflexion etant fonction de paramètres tels que la fréquence optique de la porteuse des faisceaux optiques, ce qui autorise l'utilisation de moyens de balayage uniques servant à plusieurs liaisons successives ou entrelacées dans le temps ou simultanées avec plusieurs missiles 3, comme le schématise la figure 5. Il peut alors être intéressant que certaines des liaisons optiques de l'avion 2, ou toutes, soient réalisées à partir de son fuselage 5 et non d'un ou plusieurs pylônes d'aile 4. De façon à permettre l'identification de chaque missile 3, nécessaire à un fonctionnement des liaisons en temps partagé, les informations échangées au moyen des liaisons contiennent un code d'adresse propre à chaque missile 3, engendré par le codeur/décodeur d'adresse 8 ou 17 lié à la logique commandant chaque émetteur et comportant une mémoire contenant l'adresse du missile 3. La partie décodeur des codeurs/décodeurs 8 ou 17, utilisée par la logique associée aux récepteurs, comporte un comparateur prévu pour comparer une adresse dans les données reçues à une adresse de missile 3 en mémoire, afin de reconnaître un code d'adresse parmi plusieurs prédéfinis et identifier ainsi un missile 3. REVENDICATIONS 1. Procédé de transmission de données par un véhicule (2) porteur de charge vers la charge (3) au moyen d'un faisceau optique (F1), caractérisé par le fait que le faisceau optique (F1) est entraîné dans un mouvement de balayage angulaire pour assurer son interception par la charge (3). 2. Procédé de transmission de données selon la revendication 1, selon lequel le faisceau optique (F1) est entraîné dans son mouvement de balayage jusqu'à ce que la charge (3) le réfléchisse en sens inverse. 3. Procédé de transmission de données selon l'une des revendications 1 et 2, selon lequel le véhicule porteur (2) alimente électriquement des circuits de la charge (3) au moyen d'un faisceau optique de puissance (FP). 4. Procédé de transmission de données selon la revendication 3, selon lequel les deux faisceaux optiques de données (F1) et de puissance (FP) émis par le véhicule porteur (2) sont entraînes dans des mouvements de balayage angulaire identiques. 5. Procédé de transmission de données selon l'une des revendications 1 à 4, selon lequel on établit une liaison de transmission de données bidirectionnelle entre le véhicule porteur (2) et la charge (3), avec un autre faisceau optique de données (F2), émis par la charge (3) vers le véhicule porteur (2). 6. Procédé de transmission de données selon la revendication 5, selon lequel l'autre faisceau optique de données (F2) est entraîné dans un mouvement de balayage angulaire pour assurer son interception par le véhicule porteur (2). 7. Procédé de transmission de données selon l'une des revendications 1 à 6, selon lequel le véhicule porteur (2) établit des liaisons de transmission de données avec plusieurs charges (3). 8. Dispositif de transmission de données (1) par faisceau optique (F1) émis par un véhicule (2) porteur d'une charge (3) vers la charge (3), pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, comportant, sur le véhicule porteur (2), un émetteur optique (10), et, sur la charge (3), un récepteur optique (15), caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de balayage (12) solidaires du véhicule porteur (2) pour défléchir ledit faisceau optique (F1) jusqu'à son interception par la charge (3). 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel les moyens de balayage (12) sont commandés par des moyens de commande (13) agencés pour recevoir un signal représentatif de la position angulaire de la charge (3) par rapport au véhicule porteur (2) et commander en conséquence lesdits moyens de balayage (12) afin d'assurer une poursuite de la charge (3). 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel un récepteur optique de puissance (20) est prévu pour fournir de l'énergie électrique à des circuits utilisés pour ladite transmission de données. 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel il est prévu un émetteur optique de puissance (21) sur le véhicule porteur (2) et un récepteur optique de puissance (20) sur la charge (3). 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel il est prévu sur la charge (3) un réflecteur (18) pour renvoyer un faisceau optique dans la direction du faisceau optique incident. 13. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, dans lequel est prévu sur la charge (3), un autre émetteur optique (30) pour émettre un autre faisceau optique (F2), transmettant d'autres données, destiné à être reçu par un autre récepteur optique (35) sur le véhicule porteur (2). 14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel il est prévu d'autres moyens de balayage (32) sur la charge (3) pour défléchir l'autre faisceau optique (F2) et qui sont commandés par d'autres moyens de commande (33) agencés pour recevoir un signal représentatif de la position angulaire du véhicule porteur (2) par rapport à la charge (3) et commander en conséquence les autres moyens de balayage (32) afin d'assurer une poursuite du véhicule porteur (2). 15. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 14, dans lequel des moyens de codage/décodage des données transmises assurent l'identification d'une charge (3) parmi plusieurs susceptibles de recevoir des données issues de l'émetteur optique (10) du véhicule porteur (2).