Brevet FR2716978A1 — publié le 19950908

La présente invention est relative à un dispositif d'observation par émission et réception d'un rayonnement. L'invention trouve avantageusement application pour le guidage de robots mobiles évoluant dans un milieu non préparé, tels que des robots mobiles militaires destinés à se déplacer en tout terrain. I1 a déjà été proposé d'équiper de tels robots d'imageurs télémétriques à balayage leur permettant une perception tridimensionnelle de l'environnement dans lequel ils se déplacent. Les imageurs télémétriques utilisés à ce jour émettent à des longueurs d'onde (0,83 ou 1,064 pm par exemple), qui assurent une bonne définition de la scène observée. Ils présentent néanmoins l'inconvénient d'être facilement détectables à des distances importantes et donc de compromètre la discrétion de ces robots mobiles. Le but principal de l'invention est de pallier cet inconvénient. A cet effet, l'invention propose principalement un dispositif d'observation du type comportant des moyens pour l'émission d'un rayonnement et des moyens pour la réception et le traitement de ce rayonnement après réflexion dans l'environnement à observer, caractérisé en ce que ce rayonnement est d'une longueur d'onde à laquelle il est atténué dans l'atmosphère, l'atténuation atmosphérique à cette longueur d'onde étant telle que ledit rayonnement est discret à une distance optique du dispositif à laquelle il est souhaitable que ledit rayonnement ne soit pas détectable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit de celle-ci. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels . la figure 1 illustre schématiquement les trajets des rayonnements de détection d'un robot mobile se déplaçant sur un terrain accidenté ; les figures 2a à 2f représentent pour une distance donnée des pourcentages de transmission atmosphérique en fonction de la longueur d'onde du rayonnement . la figure 3 est un graphe représentant la puissance détectable en fonction de la distance parcourue par le rayonnement, pour les différents trajets lumineux représentés sur la figure 1, dans le cas d'un rayonnement dont la longueur d'onde est telle qu'il n'est pas atténué dans l'atmosphère . la figure 4 est un graphe analogue à celui de la figure 3 représentant la puissance détectée pour les mêmes trajets lumineux, dans le cas d'un rayonnement dont la longueur d'onde est telle que ledit rayonnement subit une forte atténuation atmosphérique. On a représenté sur la figure 1 un mobile 1 se déplaçant sur un terrain accidenté 2. Ce mobile 1 porte à l'avant un imageur tridimensionnel 3 par lequel il observe son environnement. Les informations relevées par cet imageur 3 sont transmises à des moyens de gestion, par lesquels il est guidé sur le terrain 2, par exemple en direction d'une cible. Cet imageur tridimensionnel 3 comporte une caméra télémétrique à balayage dont la structure est classiquement connue. Cette caméra 3 comprend un module pour l'émission d'un rayonnement monochromatique modulé, une optique galvanométrique de balayage en site et azimut, ainsi qu'un module optique et électronique de réception et de traitement du rayonnement réfléchi. Ce module de réception et de traitement comporte en particulier un photorécepteur dont le signal de sortie subit, d'une part, un traitement de démodulation et, d'autre part, un traitement de mesure de phase. Ces deux traitements fournissent respectivement un signal de réflectance et un signal de distance, qui sont numdrisds et conditionnés en signaux vidéo présentés sur des moniteurs standards. On a représenté sur la figure 1 par des traits pointillés 4 les limites du balayage en azimut que réalise l'imageur tridimensionnel 3. On a également représenté sur cette figure des trajets TA, TB et TC du rayonnement émis par ledit imageur 3. Les trajets TA et TB correspondent à des trajets (émis ou réfléchis) entre l'imageur 3 et des points situés l'un dans l'environnement du mobile 1 (point A), l'autre dans une zone où le mobile 1 ne doit pas être détecté (point B). Conformément à l'invention, la source laser de limageur 3 émet à une longueur d'onde où le rayonnement est partiellement absorbé dans l'atmosphère. Cette longueur d'onde est par exemple avantageusement comprise entre 1,36 et 1,43 pm ou entre 1,77 et 2,05 pm, ce qui correspond à des fenêtres d'absorption de la vapeur d'eau et du gaz carbonique composant 1 'atmosphère. On notera que ces fenêtres correspondent à des longueurs d'onde de sécurité oculaire. Pour une longueur d'onde dans cette fenêtre, la transmission du rayonnement est d'environ 25 % sur 200 m et de 10-6 sur 2 Km. Une atténuation de 75 % est envisageable pour ce type d'application, de sorte que ces longeurs d'onde autorisent des portées d'environ 100 m et assurent la non détectabilité de l'imageur 3 à des distances de celui-ci de l'ordre du Km. De façon générale, la longueur d'onde du rayonnement émis est choisie en fonction - du bilan de transmission de puissance entre la source et le détecteur de l'imageur ; - de l'atténuation de la lumière en fonction de la distance - de la largeur de la raie de la source et de la stabilité de sa fréquence centrale - de la sensibilité de l'atténuation aux variations de condition atmosphérique - de la sécurité oculaire - des moyens de détection à longue distance envisageables; - des conditions d'utilisation (fond terrestre; éclairage solaire, etc.). En particulier, on utilise avantageusement, pour la détermination de la longueur d'onde appropriée, des courbes préalablement établies du type de celles qui ont eté représentees sur les figures 2a à 2f, sur lesquelles sont portées, pour une distance optique donnée, des pourcentages de transmission atmosphérique en fonction de la longueur d'onde du rayonnement émis. Les graphes des figures 2a à 2f correspondent à une distance optique de 0,3 Km ; les fenêtres de longueur d'onde balayée vont respectivement de 0,5 à 1,7 ym (figure 2a), de 1,7 à 3,0 m (figure 2b), de 3,0 à 4,2 pum (figure 2c), de 4,2 à 5,518 Ktm (figure 2d), de 5,5 à 7,0 m (figure 2e) et de 7,0 à 8,5 stm (figure 2f). On va maintenant détailler un exemple de critère de choix de la longueur d'onde de l'imageur 3. Au point A, la puissance Pr rétrodiffusée a pour valeur Pr = AA PO e -a dA, ou P0 est la puissance émise par le télémètre de l'imageur tridimensionnel 3, AA est l'albédo du point A, a est le coefficient d'absorption de l'atmosphère, dA est la distance séparant l'imageur 3 du point A. La puissance du rayonnement réfléchi au point A, reçue par un détecteur de surface S situé à la distance dd du point A, a pour valeur Pd = Pr S/(2 x dd2) e (- a dd), où S/(2 z dd2) correspond à l'effet de la rétrodiffusion omnidirectionnelle. Par conséquent, la puissance Pdt reçue par le détecteur du télémètre de l'imageur 3 s'écrit Pdt = PO AA St/(2 x dA2) e (-2 a dA), où St est la surface de détection du télémètre. De la même façon, pour un détecteur situé au point C, recevant le rayonnement rétrodiffusé au point B et ayant suivi les trajets TB et Tc, la puissance reçue s'écrit Pde = PO AB Se/(2 z dc2) e - a (dg+ dc), où AB est l'albédo du point B, et où Se est la surface du détecteur ennemi situé au point C et dont on cherche à ne pas être vu. Le rapport entre la puissance incidente sur l'imageur tridimensionnel 3 et la puissance incidente sur le détecteur situé au point C s'écrit - adA [(dB + dC)/dA -2] R=Pde/Pdt=(ABsedA2)(AAstdc2) e Dans le cas maintenant où le détecteur ennemi est atteint directement, le rapport R s'écrit - R = Pde/Pdt = (Se 8 dA2)/(AA St 6 dB2) e où 6 est la divergence du faisceau laser émis. On se place dans l'hypothèse où les deux détecteurs (celui de l'imager 3 et celui situé au point B) sont de même sensibilité. Il s'agit là d'une hypothèse pessimiste. On peut en effet supposer que le détecteur de l'imageur 3 est plus sensible, étant donné qu'il connait la longueur d'onde et la modulation qu'il recherche. Si dA est la portée que présente l'imageur 3, dB la distance à laquelle il ne doit pas être détectable, la longueur d'onde du rayonnement émis est choisie, de façon que le rapport R soit inférieur à 1. Le rayonnement est notamment choisi d'une longueur d'onde à laquelle il présente un coefficient a d'absorption atmosphérique vérifiant l'équation 8 (dA2/A b dB2) e - [adA (dB/dA - 2)] A est l'albédo moyen de l'atmosphère environnante, 6 est la divergence du faisceau émis. On a représenté sur les figures 3 et 4 les puissances détectables en fonction de la distance à l'imageur 3, dans le cas d'un rayonnement à une longueur d'onde à laquelle son atténuation atmosphérique est négligeable (Figure 3) et à laquelle son atténuation atmosphérique est importante (Figure 4). On voit sur ces figures qu'en choisissant pour le faisceau une longueur d'onde correspondant à une forte atténuation atmosphérique (figure 4), la puissance détectable diminue fortement avec la distance par rapport à l'imageur 3. Un exemple d'ajustement de longueurs d'onde est le suivant. On se place dans l'hypothèse des valeurs de paramètres suivantes AB =AA = , 1 = valeur moyenne d'albédo de l'atmosphère environnante Se/St = 1 6 = 10-3 dA = 100 m dB = 1000 m Pour que l'imageur 3 ne soit pas détectable à 1 km, l'imageur 3 ayant une portée maximale de 100 m, il est nécessaire que la transmission atmosphérique e -adA soit inférieure à 43 % sur 100 m. La longueur d'onde de 1,38 Ltm convient. Avec une transmission atmosphérique de 100 %, l'imager 3 pourrait être détecté à 26 km. RgVgNDICATIOls 1. Dispositif d'observation (3) du type comportant des moyens pour l'émission d'un rayonnement et des moyens pour la réception et le traitement de ce rayonnement après réflexion dans l'environnement à observer, caractérisé en ce que ce rayonnement est d'une longueur d'onde à laquelle il est atténué dans l'atmosphère, l'atténuation atmosphérique à cette longueur d'onde étant telle que ledit rayonnement est discret à une distance optique (dB) du dispositif à laquelle il est souhaitable que ledit rayonnement ne soit pas détectable. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayonnement est d'une longueur d'onde à laquelle il présente un coefficient a d'absorption atmosphérique vérifiant l'équation 8 dA2/A 6 dB2 e - adA (dg/dA - 2) A est l'albédo moyen de l'atmosphère environnante, ô est la divergence du faisceau émis. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur d'onde du rayonnement est comprise entre 1,36 et 1,43 pm. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur d'onde du rayonnement est comprise entre 1,77 et 2,05 ym. 5. Dispositif télémétrique (3) selon lune des revendications précédentes. 6. Imageur tridimensionnel comportant un dispositif télémétrique à balayage selon la revendication 5. 7. Robot mobile (1) comportant les moyens de téléguidage, caractérisé en ce que ces moyens de téléguidage comprennent un imageur tridimensionnel (3) selon la revendication 6.