Brevet FR2714479A1 — publié le 19950630

Le domaine de l'invention est celui de la veille panoramique infrarouge destinée à réaliser la détection de cibles, généralement aériennes, de façon totalement passive. Par détection passive, on entend une détection qui, contrairement à la détection de type Radar, n'utilise pas l'émission d'ondes électromagnétiques pour repérer les cibles. La veille infrarouge permet de détecter le rayonnement émis par les cibles dans le domaine des longueurs d'onde de transmission de l'atmosphère, s'étendant classiquement de 3 à 5 micromètres ou de 8 à 12 micromètres. L'objet de l'invention concerne un dispositif de veille infrarouge à couverture angulaire panoramique en gisement, c'est-à-dire à couverture angulaire de 360 degrés d'angle, et à couverture angulaire orientable en site. Les dispositifs de veille panoramique infrarouge connus associent un objectif de focalisation sur une barrette de photodétecteurs couplée à un circuit de lecture de signal, I'ensemble étant placé sur un plateau tournant entraîné en rotation uniforme en gisement. La barrette de photodétecteurs est placée suivant une direction voisine de la verticale. La couverture angulaire en site des dispositifs de veille panoramique infrarouge est déterminée par la longueur de la barrette de photodétecteurs placée au foyer de l'objectif de focalisation. Or une barrette de photodétecteurs infrarouge possède une longueur limitée en raison de problèmes technologiques de réalisation. Il en résulte une limitation à environ 5 à 10 du champ couvert en site. Pour permettre la détection de cibles aériennes à site plus élevé, il est classique de placer sur le plateau tournant en gisement, un miroir optique plan réglable en site en sorte d'obtenir une couverture angulaire panoramique à site réglable. Cette solution présente l'inconvénient de nécessiter un joint tournant électrique pour transmettre les signaux électriques d'excitation du moteur entraînant le miroir optique en site, entre la partie fixe du dispositif de veille o est située l'électronique générant lesdits signaux et la partie tournante en gisement sur laquelle est placé le moteur. Pour remédier à cet inconvénient et conserver la possibilité de réglage en site, l'invention propose d'utiliser au niveau de la partie tournante un dispositif de stockage de l'énergie électrique du type accumulateur, rechargé en permanence lors de la rotation en gisement au moyen d'un générateur électrique et permettant d'alimenter le moteur et son électronique. La transmission des signaux de commande du moteur et des signaux de recopie entre la partie fixe et la partie tournante peut alors être réalisée au moyen de sources optiques, par exemple des diodes électroluminescentes ou lasers, modulées et associées à des récepteurs optiques adaptés. Plus précisément, l'objet de l'invention concerne un dispositif de veille panoramique infrarouge à couverture angulaire orientable en site, comportant sur un bâti fixe un objectif de focalisation d'axe optique placé selon un axe de gisement pour former sur une barrette photodétectrice une image d'une zone observée par le dispositif au voisinage d'une ligne de visée orientée en élévation, et sur une structure mécanique mobile en rotation autour de l'axe de gisement, un élément réfléchissant pour orienter par réflexion la ligne de visée, un moteur d'orientation en site dudit élément réfléchissant et un dispositif de codage de la position de cet élément, caractérisé en ce que le moteur d'orientation et le dispositif de codage sont commandés par des signaux transmis par au moins une source de lumière associée à au moins un récepteur optique, et en ce qu'un dispositif de stockage d'énergie électrique solidaire de la structure mobile alimente en électricité la structure mobile, le dispositif de stockage étant rechargé au moyen d'un générateur électrique d'axe entraîné en rotation par des moyens de liaison mécanique entre le bâti fixe et la structure mobile. Selon un mode particulier de réalisation, un accumulateur est rechargé en permanence par un générateur entraîné en rotation par un dispositif de friction ou d'engrenages. L'invention sera mieux comprise, d'autres modes particuliers de réalisation et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit accompagnée des figures annexées, qui représentent respectivement: - figure 1, un dispositif de veille panoramique infrarouge selon l'art antérieur; - figure 2, un dispositif de veille panoramique infrarouge avec miroir d'orientation en site selon l'art antérieur; figure 3, un exemple de dispositif de veille selon l'invention; - figure 4, un schéma montrant un agencement des moyens de transmission des signaux de commande du moteur d'orientation en site selon un mode de réalisation particulier; - figure 5, une variante de l'agencement décrit à la figure 4; - figure 6, un schéma montrant un agencement particulier des moyens de transmission des signaux du capteurs de position de site; - figure 7, un mode de réalisation particulier du couplage des diodes émission/réception au moyen de lames semi-réfléchissantes. Afin d'illustrer l'arrière-plan technologique, la figure 1 présente un dispositif de veille panoramique infrarouge traditionnel et dont la couverture angulaire n'est pas orientable en site. Ce dispositif est principalement constitué des éléments suivants: - un miroir de tête 1 placé sur un plateau tournant 2. Ce miroir de tête coude à 90 les faisceaux optiques incidents F provenant d'une scène à observer, les faisceaux sont ainsi dirigés selon l'axe de gisement Z'Z vers une barrette 10 de détection; - un dérotateur optique 3 pour compenser la rotation de l'image induite par la rotation en gisement du miroir de tête 1 et ainsi conserver de façon constante un champ de vue vertical pour la barrette de photodétection lors de la rotation du miroir 1; ce dérotateur optique peut être réalisé selon des méthodes connues, par exemple au moyen d'un prisme optique dit de TAYLOR ou de PECHAN; il est entraîné en rotation uniforme au moyen d'un ensemble de roulements 6 par un moteur annulaire 7, autour de l'axe vertical Z' et à une vitesse de rotation égale à la moitié de la vitesse de rotation du miroir 1; - un objectif de focalisation 8 d'axe optique ZZ' vertical, disposé derrière le dérotateur 3 (ce dernier peut également être placé entre deux lentilles de l'objectif) qui projette une image de la scène observée sur la barrette de photodétection 10; la barrette est associée à un circuit 11 de multiplexage des signaux électriques fournis par chacun des photodétecteurs élémentaires de la barrette; - un cryostat 13 refroidi au moyen d'un "doigt froid" 12, le cryostat étant fermé par une fenêtre optique 9 transparente au rayonnement infrarouge, cette fenêtre étant disposée sur le trajet optique entre l'objectif 8 et le détecteur 10; - un circuit électronique de prétraitement 15 couplé au circuit de lecture 11 pour filtrer, amplifier et éventuellement numériser les signaux qu'il reçoit; - un boîtier électronique 16 d'extraction permettant la détection et la localisation des cibles; - une structure mécanique porteuse fixe formant un bâti 14 sur lequel sont fixés l'objectif 8, I'ensemble des éléments constitutifs du cryostat 13 et les circuits électroniques 15 et 16; ce bâti porte les bagues extérieures associés aux roulements 6 assurant la rotation du dérotateur 3 et le stator du moteur 7. Le plateau 2 est entraîné en rotation uniforme à environ 1 à 2 tours par seconde autour de l'axe ZZ' au moyen d'un ensemble de roulements 4 par un moteur annulaire 5 dont le stator est solidaire du bâti fixe 14. Ce mouvement de rotation permet l'analyse par la barrette 10 d'un champ de 360 degrés en gisement. Un capteur de position angulaire 17 du plateau 2 permet à chaque instant de connaître la valeur du gisement observé. Dans certaines réalisations, il est prévu d'entraîner le dérotateur 3 à vitesse moitié au moyen d'un ensemble d'engrenages. La figure 2 présente une évolution du dispositif de veille selon l'art connu permettant d'orienter selon l'axe site le champ panoramique de veille. En effet, en particulier dans le cas de cibles aériennes, il est souvent nécessaire de pouvoir centrer le champ observé plus ou moins haut au- dessus de l'horizon, ce qui n'est pas possible avec le dispositif décrit figure 1. Pour cela, il est prévu des moyens pour déplacer en site le miroir 1 afin d'orienter la ligne de visée. Sur la figure 2, représentée selon un plan de projection perpendiculaire à la figure 1, il est montré: - le miroir 1 associé dans cet exemple à deux demi-arbres de rotation 201 et 202, permettant sa rotation en site selon un axe XX' perpendiculaire à l'axe Z' (ledit axe XX' tournant lui- même dans un plan horizontal avec le plateau mobile 2 qui le porte) au moyen d'un ensemble de roulements 181 et 182; - un moteur 21 d'entraînement en rotation du miroir 1; - un capteur 19 de position angulaire du miroir 1, par rapport à la structure mécanique 2; - un joint tournant à bague interne 221 fixe, et à bague 222 externe, mobile et solidaire de la structure 2; ce joint tournant transmet au moteur 21 et au capteur de position 19 I'énergie électrique fournie par une alimentation électrique 24, et les signaux de commande du moteur 21 issus d'un circuit de commande 23. Il transmet également au circuit de commande 23 les signaux de position issus de l'ensemble 19. La présence de ce joint tournant électrique induit une contrainte importante au niveau de la conception du dispositif de veille et, par usure progressive des collecteurs électriques frottant en permanence sur les bagues lors de la rotation de l'ensemble 2, diminue fortement la fiabilité du dispositif. Le dispositif de veille, objet de l'invention, permet de s'affranchir de ces problèmes en prévoyant d'une part, la transmission des signaux électriques de commande du miroir de pointage et de position de la ligne de visée par des sources et des récepteurs lumineux et, d'autre part, la présence au niveau du plateau mobile 2 d'un dispositif de stockage d'énergie électrique couplé à un générateur électrique entraîné en rotation par le plateau tournant, pour fournir l'énergie aux ensembles électroniques en rotation (moteur, capteur de position, source lumineuse,...). La figure 3 représente un schéma illustrant à titre non limitatif un exemple de réalisation de l'invention, selon le même plan de projection que la figure 2. Les éléments décrits en regard de la figure 2 apparaissent avec les mêmes signes de référence. Sur la figure 3 apparaît notamment un générateur électrique 26 placé sur le plateau tournant 2 et dont l'axe est solidaire d'une roue a friction ou d'une roue dentée 33 entraînée en rotation par un pignon 34 solidaire du bâti fixe 14. Un accumulateur électrique 25 est alors rechargé en permanence par le générateur électrique 26 lors de la rotation du plateau 2, cet accumulateur fournissant l'énergie nécessaire aux éléments portés par le plateau tournant (moteur, capteur, circuits de commande des diodes,...). La commande en site est réalisée par une diode émettrice de lumière 29, solidaire du bâti fixe 14, qui émet des impulsions lumineuses codées en direction d'une diode réceptrice 28 qui est, elle, solidaire du plateau tournant 2. La diode 29 est pilotée par un ensemble de circuits de commande 23 en fonction de la position angulaire en site souhaitée. Un circuit électronique 32 commande le moteur 21 en fonction de la consigne reçue par la diode réceptrice 28, ce circuit étant porté par le plateau. Un autre circuit électronique 31 reçoit les informations de position angulaire du miroir 1, fournies par le capteur de position 19, et commande une diode émettrice de lumière 27, solidaire du plateau tournant 2. Une diode réceptrice 30, solidaire du bâti fixe 14, reçoit les impulsions lumineuses codées, émises par la diode 27, et un circuit de décodage 35 élabore la position de la ligne de visée en site en fonction des informations reçues par la diode 30. Cette position de la ligne de visée peut, par exemple, être utilisée par le module d'extraction de cibles 16 pour donner les coordonnées en site des cibles, les coordonnées en gisement étant obtenues de façon classique par un capteur de position du plateau tournant 2 (tel que le capteur 17 de la figure 1). La position de la ligne de visée peut également être comparée à la valeur de consigne donnée par les circuits de commande 23 afin de mieux asservir la position en site du miroir 1. Dans un mode particulier de réalisation de l'invention, qui présente l'avantage de simplifier sa mise en oeuvre, les circuits 35, la diode émettrice 27, son circuit de commande 31 et la diode réceptrice 30 sont supprimées: la position angulaire du miroir 1 donnée par le capteur de position 19 est alors directement comparée au signal de consigne au niveau du circuit électronique d'excitation du moteur 32. Cette solution présente l'avantage d'une grande simplicité. D'autre part, afin de réaliser un couplage optique sûr entre les diodes émettrice et réceptrice (29 et 28; 27 et 30). Iors de la rotation du plateau tournant 2, plusieurs modes particuliers de réalisation sont décrits ci-après. Ainsi, la figure 4 représente un agencement particulier des diodes de commande du moteur dans un plan perpendiculaire à celui de la figure 3 et passant par l'axe Z'Z. Telle qu'illustrée par la figure 4, la diode réceptrice 28 est placée à l'intersection des axes XX' et ZZ' dans un évidement pratiqué au centre du miroir 1, et est fixée sur ledit miroir. La diode émettrice 29 est placée sur la structure 14 hors de l'axe Z' et est positionné de sorte que le lobe d'émission Le de la diode 29 est incliné par rapport à l'axe ZZ', de manière à être centré sur la diode réceptrice 28, ce centrage étant alors conservé par symétrie lors de la rotation du plateau 2. En raison de la petite taille des diodes réceptrices, l'occultation du faisceau infrarouge par la diode 28 est négligeable; d'autre part, la perturbation au niveau du détecteur infrarouge 10 liée à la présence de la diode émettrice est inexistante car la longueur d'onde émise est très différente et n'est pas perçue par le détecteur 10 (par exemple autour de 0,8 micromètre alors que le détecteur 10 est classiquement sensible au rayonnement de longueur d'onde comprise entre 8 et 12 micromètres). La diode de réception 28 possède une acceptance angulaire élevée en raison du mouvement relatif de rotation de la diode 29 dans son champ de réception lors du débattement en site autour de l'axe XX' du miroir i qui porte la diode 28. Quant aux signaux délivrés par la diode 28 et destinés à I'ensemble électronique 32 d'excitation du moteur, ils peuvent transiter par un fil souple Fs, car le débattement angulaire du miroir 1 est limité (de l'ordre de + 20 dans l'exemple illustré). Une autre solution pour positionner la diode réceptrice 28 sur l'axe optique ZZ, représentée sur la figure 5 consiste à utiliser un support mécanique 37 solidaire de l'ensemble 2 pour simplifier la liaison électrique entre la diode 28 et les circuits 32 d'excitation du moteur 21. La figure 6 illustre une solution qui permet d'assurer un bon fonctionnement des diodes de recopie de position, et qui peut être mise en oeuvre indépendamment ou simultanément avec les solutions précédentes, décrites au regard des figures 4 et 5 On y distingue la diode réceptrice 30 qui est placée devant le dérotateur 3 sur l'axe optique ZZ' et est maintenue par rapport au bâti 14 au moyen d'un support mécanique 36. Ce support peut être constitué de façon classique par trois ou quatre lames tendues radialement. Le lobe d'émission L'e de la diode 27 apparaît également, de manière schématisée. L'acceptance angulaire de la diode 30 doit au moins être égale au cône de demi-angle au sommet 0 représenté sur le schéma. La figure 7 illustre un autre mode de réalisation pour le positionnement des diodes de commande et de recopie. Une première lame semiréfléchissante 38 fixée sur la structure mobile 2 de telle sorte que la normale à sa surface fasse un angle, par exemple approximativement égal à avec l'axe Z'. Cette lame est traitée optiquement pour réfléchir les rayonnements issus des diodes émettrices 27 et 29 et pour transmettre le rayonnement infrarouge. Une seconde lame 39 du même type est placée devant l'objectif 8 et est fixée dans la structure 14 selon un même angle d'inclinaison, égal à environ 45 dans l'exemple de réalisation illustré. Les diodes 27 et 28 sont placées côte à côte sur la structure 2 et sont orientées en direction du centre de la lame 38, les diodes 29 et 30 sont également placées côte à côte mais sur la structure fixe 14, et elles sont orientées en direction du centre de la lame 39. Dans ces conditions, le faisceau Fe émis par la diode 27 est ainsi réfléchi parallèlement à l'axe ZZ' par la lame 38, puis est réfléchi par la lame 39 vers la diode réceptrice 30. Le principe est le même pour le flux émis F'e par la diode 29. L'ouverture des faisceaux est choisie suffisante en sorte d'illuminer les diodes réceptrices qui ne sont pas placées au centre des faisceaux. D'autre part, afin d'éviter que la réception de la diode 28 ne soit perturbée par l'émission de la diode 27 et, de la même façon, que la diode ne le soit vis-à-vis de la diode émettrice 29, les diodes 27 et 29 émettent des flux lumineux de longueurs d'onde différentes et des filtres optiques passe-bande 40, 41 sont placés respectivement devant les diodes réceptrices 28 et 30. Le filtre 40 placé devant la diode 28 est choisi pour ne laisser passer que le flux émis par la diode émettrice 29, et arrêter le flux émis par 27 puis rétroréfléchi de façon parasite par les éléments tels que la lame 38. Le filtre 41 placé devant la diode réceptrice 30 ne laisse passer, de la même façon, que le flux émis par la diode 27. En variante de ce mode de réalisation le miroir 1 peut avantageusement être utilisé comme lame semi-réfléchissante à la place de la lame semiréfléchissante 38; dans ce cas, il est traité optiquement pour réfléchir le rayonnement infrarouge vers l'objectif 8 et pour transmettre le rayonnement issus des diodes 27 et 29. Les diodes 27 et 28 solidaires de la structure mobile 2 sont alors placées au voisinage de l'axe Z' audessus du miroir 1, pour laisser passer le rayonnement des diodes. Il est également possible de remplacer les deux lames semi- réfléchissantes 38 et 39 par deux petits miroirs, dont les dimensions sont choisies en sorte de produire une occultation des faisceaux infrarouge qui soit négligeable, et dont la surface peut s'écarter d'un plan afin d'assurer une meilleure illumination des diodes réceptrices. L'invention n'est pas limitée aux moyens qui viennent d'être décrits pour transmettre l'information de commande du moteur du miroir de tête et du capteur. D'autres moyens sont possibles pour transmettre le rayonnement émis respectivement par les diodes 27 et 29 aux diodes réceptrices 30 et 38 telles que des fibres optiques placées axialement ou selon un anneau en vis-à-vis sur les structures fixes et mobiles; des dispositifs diffusants la lumière du type "Sphère Intégratrice" bien connus de I'Homme de l'Art et pouvant être disposés en anneaux en sorte de ne pas perturber la réception du rayonnement infrarouge par l'objectif 8 peuvent également être utilisées. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de veille panoramique infrarouge à couverture angulaire orientable en site, comportant sur un bâti fixe (14) un objectif de focalisation (8) d'axe optique placé selon un axe de gisement (Z'Z) pour former sur une barrette photodétectrice (10) une image d'une zone observée par le dispositif au voisinage d'une ligne de visée orientée en élévation, et sur une structure mécanique (2) mobile en rotation autour de l'axe de gisement, un élément réfléchissant (1) pour orienter par réflexion la ligne de visée, un moteur d'orientation en site (21) dudit élément réfléchissant (1) et un dispositif de codage (19) de la position de cet élément, caractérisé en ce que le moteur d'orientation (21) et le dispositif de codage (19) sont commandés par des signaux transmis par au moins une source de lumière (29, 27) associée à au moins un récepteur optique (28, 30), et en ce qu'un dispositif de stockage d'énergie électrique (25) solidaire de la structure mobile (2) alimente en électricité la structure mobile (2), le dispositif de stockage (25) étant rechargé au moyen d'un générateur électrique (26) d'axe entraîné en rotation par des moyens de liaison mécanique entre le bâti fixe (14) et la structure mobile (2). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur (26) possède un axe solidaire d'une roue à friction ou dentée (33) entraînée en rotation par un pignon (34) solidaire du bâti (14), et en ce que les sources et les récepteurs de lumière sont des diodes émettrices (27 et 29) et réceptrices (28, 30). 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une diode émettrice (29) solidaire du bâti fixe commande l'orientation en site de l'élément réfléchissant (1) par émission d'impulsions codées en direction d'une diode réceptrice (28) solidaire de la structure mobile (2), la diode émettrice (29) étant pilotée par une consigne fournie par des circuits de commande (23) solidaire du bâti fixe (14), en fonction de la position en site souhaitée, et la diode réceptrice (28) transmettant cette consigne à un circuit de commande (32) du moteur (21) solidaire de la structure mobile (2). 4 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un circuit électronique (31) solidaire de la structure mobile (2) reçoit les informations de position angulaire de l'élément réfléchissant (1) fournies par un capteur de position (19) et commande l'émission d'impulsions codées par une diode émettrice de lumière (27) solidaire de la structure mobile (2) en direction d'une diode réceptrice (30) solidaire du bâti fixe (14) couplée à un circuit de décodage (35) de position de ligne de visée en fonction des informations reçues par la diode (30). - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la position angulaire de l'élément réfléchissant (1) donnée par un capteur de position (19) est comparée directement au signal de consigne au niveau du circuit de commande (32) du moteur (21). 6 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la diode réceptrice (28) est placée sensiblement à l'intersection des axes de site (X'X) et de gisement (Z'Z) dans un évidement pratiqué dans l'élément réfléchissant (1), en ce que la diode émettrice (29) est positionnée sur le bâti (14) de sorte que le flux lumineux émis possède un lobe (Le) incliné par rapport à l'axe de gisement (Z'Z) pour être centré sur la diode réceptrice (28), et en ce qu'un conducteur souple (Fs) assure le couplage entre la diode réceptrice (28) et le circuit d'excitation (32) du moteur (21). 7 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la diode réceptrice (28) est positionnée sur l'axe de gisement (Z'Z) à l'aide d'un support mécanique (37) solidaire de la structure mobile (2) et en ce que la diode émettrice (29) est positionnée sur le bâti (14) de sorte que le flux émis possède un lobe (Le) incliné pour être centré sur la diode réceptrice (28). 8 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la diode réceptrice (30) est placée sur l'axe de gisement (Z'Z) à l'aide d'un support (36) et en ce que la diode émettrice (27) est positionnée sur la structure mobile (2) de sorte que le flux émis possède un lobe (L'e) incliné pour être centré sur la diode réceptrice (30). 9 - Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'une première lame semi-réfléchissante (38) solidaire de la structure mobile (2) est positionnée de manière inclinée sur l'axe de gisement (Z'Z) et est traitée pour réfléchir le flux lumineux émis par les diodes émettrices (27, 29) et une seconde lame semi-réfléchissante (39) est disposée sur l'axe de gisement (Z'Z) selon un même angle d'inclinaison, de manière à conjuguer optiquement les diodes (27, 28) solidaires de la structure mobile (2) et les diodes (30, 29) solidaires du bâti fixe (14) par l'intermédiaire des lames (38, 39). - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les diodes (27, 28; 29,30) solidaires de la structure mobile (2) et du bâti fixe (14) sont disposées côte à côte et sont orientées approximativement en direction du centre de la lame correspondante (38; 39), et en ce que les lames (38;39) sont inclinées sensiblement à 45 sur l'axe de gisement (Z'Z). 11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les diodes émettrices (29, 27) émettant à des longueurs d'onde différentes des filtres optiques passe-bande (40, 41) sont disposés devant les diodes réceptrices (28, 30) pour ne laisser passer que le flux émis par la diode émettrice respectivement associée (29, 27). 12 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément réfléchissant (1) est utilisé, après traitement optique, comme lame semi-réfléchissante (38) pour réfléchir le flux infrarouge vers la barrette photodétectrice (10) et transmettre les flux émis par les diodes émettrices (27, 29), les diodes (27, 28) solidaires de la structure mobile (2) étant placées au-dessus de l'élément réfléchissant (1). 13 - Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les diodes émettrices (27, 29) et les diodes réceptrices (30, 28) sont conjuguées à l'aide de fibres optiques configurées axialement sous forme d'anneaux, en vis-à-vis sur les structures fixes (14) et mobile (2).