Brevet FR2733041A1 — publié le 19961018

Dispositif de visée stabilisée multivoies L'invention concerne un dispositif de visée stabilisée destiné à être monté sur une plate-forme telle qu'un véhicule terrestre, un navire ou, surtout, un hélicoptère. Dans de nombreux cas, par exemple dans les systèmes de conduite de tir ou de guidage d'engin vers une cible, le dispositif de visée doit pointer et stabiliser simultanément, en site et en gisement, les lignes de visée de plusieurs senseurs, capteurs ou sources optiques travaillant t7ns des bandes spectrales différentes. On connaît notamment (les di Cpositifs de visée associés à des senseurs et capteurs dont certains travaillent dans le domaine du visible et de l'infrarouge proche, c 'est-à-dire pratiquement dans la bande allant de 0,4 à 2,5 microns, et d'autres travaillent dans l'infrarouge thermique, c 'est-à-dire dans une bande comprise entre 3 et 13 microns (souvent entre 8 et 12 microns). On connaît déjà des dispositifs de visée stabilisée multivoies comportant un premier équipage orientable autour d'un axe extérieur (généralement un axe de qisement) par un moteur d'orientation et un second guipage monté sur le premier de façon à pouvoir être orienté autour d'un second axe (axe de site en général), orthogonal au premier axe, par un second moteur d'orientation (WO-A-82 00 515). Les moteurs peuvent être commandés par des circuits à partir de signaux fournis par un gyroscope dont l'axe sensible correspond à la ligne de visée à maintenir. Une solution plus élaborée (US-A-4 393 597) consiste à prévoir, entre le second équipage et les organes à stabiliser, des moyens d'orientation supplémentaires autour d'un axe, dit de latéral, orthogonal à l'axe intermédiaire.L'orientation autour de l'axe de latéral est alors commandée, à partir des signaux fournis par le gyroscope, par un circuit d'asservissement, tandis que le moteur d'orientation autour du premier axe est muni d'un simple système de recopie commandé par un détecteur de l'écart angulaire de l'axe de latéral par rapport à la position canonique. L'invention vise à fournir un dispositif de visée stabilisée répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'assurer un pointage et une stabilisation de toutes les voies optiques à l'aide d'un miroir de pointage unique et présente une constitution modulaire facilitant le remplacement d'un senseur ou d'une source par un autre. Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif de visée stabilisée du genre ci-dessus défini, comportant un coeur muni d'un gyroscope et monté sur le second équipage par un mécanisme d'orientation à faible débattement angulaire autour de deux axes intérieurs orthogonaux dont l'un est parallèle à l'axe intermédiaire, mécanisme commandé, à partir des signaux fournis par le gyroscope, par deux circuits d'asservissement, tandis que les moteurs d'orientation autour des axes extérieur et intermédiaire sont munis de systèmes de recopie commandés par des détecteurs de l'écart angulaire des axes intérieurs du coeur par rapport à la position canonique, le coeur étant couplé à un miroir de pointage unique par un dispositif de recopie angulaire dans un rapport de 1/2 autour d'un axe parallèle à celui des deux axes intérieurs susceptible de devenir parallèle au premier axe extérieur ; le second équipage comporte une carcasse rigide monobloc fermée à l'avant par un capot d'étanchéité muni d'un hublot en matière transparente dans l'ensemble de la plage de travail des senseurs et sources, comportant deux flancs latéraux de fixation étanche et amovible d'une part, d'une caméra fonctionnant dans l'infrarouge thermique, d'autre part, d'un boîtier étanche de réception d'organes travaillant dans une plage différente, ledit capot délimitant un espace de réception de la tête, du miroir de pointage et de stabilisation et d'une optique de séparation du faisceau pénétrant par le hublot en des voies différentes et de renvoi des faisceaux séparés vers les organes de travail correspondants. Le débattement autour des axes intérieurs restant toujours très faible (quelques degrés au plus) du fait de la recopie, le hublot unique peut avoir des dimensions faibles dans la mesure où le miroir de pointage est placé immédiatement derrière, ce qui constitue un élément extrêmement favorable, étant donné la difficulté de réaliser des hublots de grande taille en un matériau transparent dans l'ensemble du spectre de travail. Dans la pratique, on utilisera un hublot en sulfure de zinc qui permet de transmettre 1 'ensem- ble du spectre depuis le domaine visible jusqu'à l'infrarouge thermique. La caméra thermique étant simplement fixée de façon amovible sur un flanc latéral, il est facile de la remplacer, l'étanchéité de la carcasse pouvant être maintenue par un hublot de sortie. Le boîtier étanche peut être prévu pour recevoir le faisceau de lumière dans le domaine spectral correspondant le long de l'axe intermédiaire. Enfin, le dispositif peut comporter une lunette de vision directe fixe associée à des miroirs de renvoi permettant de donner au faisceau de lumière correspondant un trajet passant le long du premier axe (axe extérieur). L'invention vise également à fournir un dispositif de visée stabilisée permettant l'harmonisation de toutes les voies par des moyens qui incorporent essentiellement, en plus d'une source multispectrale collimatée, les mêmes organes que ceux servant à la séparation des voies à partir du faisceau d'entrée et à leur orientation vers les différents senseurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1 est une vue fantôme, en perspective, simplifiée, montrant une disposition possible des composants d'un dispositif donné à titre d'exemple et constituant viseur de toit pour hélicoptère, - la Figure 2 est une vue d'ensemble simplifiée, des tinée à faire apparaître la modularité du dispositif, - la Figure 3 est une vue partielle en coupe du dispositif de la Figure 1, les composants situés à l'intérieur du capot n'étant pas représentés, - la Figure 4 est une vue, en coupe suivant un plan horizontal, d'une fraction du dispositif de la Figure 1, destinée à faire apparaître le trajet optique vers le boîtier étanche, - la Figure 5 donne un schéma de principe des systèmes d'asservissement et de recopie du dispositif, - la Figure 6 est un schéma montrant les diverses voies optiques du dispositif, - la Figure 7 est un schéma de principe montrant le mode d'harmonisation commun aux différentes voies du dispositif de la Figure 1. Le dispositif de visée stabilisée représenté sur les dessins est destiné à être monté à travers le toit d'un véhicule. Il peut être regardé comme comprenant - une partie basse 10 fixe, située à l'intérieur du véhicule et se terminant par un bras porte-oculaire 12, - un premier équipage 14 monté sur la partie basse 10, rotatif autour d'un premier axe extérieur, constituant axe de gisement 15 (Figure 3), - un second équipage 16, rotatif par rapport au premier équipage autour d'un second axe extérieur perpendiculaire au premier, constituant axe de site 17 (Figure 2), placé par rapport au second équipage de façon que celui-ci soit approximativement équilibré, - un coeur ou bloc 18 stabilisé autour de deux axes, placé dans le second équipage, muni d'un gyroscope 20 (Figure 5) et associé à un miroir de pointage et de stabilisation 22. La partie basse peut avoir n'importe quelle constitution générale classique. Dans le mode de réalisation montré sur les Figures, elle comporte une pièce de fonderie 23 munie d'une plaque-support 24 de fixation sur le toit du véhicule. A cette pièce de fonderie 23 est fixé le bras porte-oculaire 12 qui contient des éléments réflecteurs de renvoi vers I'oculaire. La pièce de fonderie, prévue pour que la voie optique dans le spectre visible traverse la plaque de fixation suivant l'axe de gisement, contient un miroir de renvoi 25 et un prisme de Péchan 26. Le viseur représenté sur les Figures comprend de plus un moniteur 28 dont la fonction apparaîtra plus loin, associé à un objectif de projection, à une optique de renvoi et à une lame séparatrice 30. Le premier équipage, orientable en gisement, est constitué par une pièce de fonderie montée sur la partie basse par l'intermédiaire d'un palier de grand diamètre 31. Elle est munie, à sa partie haute, d'un hublot 32 destiné à éviter l'entrée de poussières dans cet équipage (Figure 3). La pièce de fonderie porte également un motoréducteur 34 qui engrène une couronne dentée solidaire de la partie basse pour entraîner le premier équipage en rotation autour de l'axe de gisement (Figure 5). La partie haute de la pièce de fonderie constitue une chape dont les bras portent deux paliers 36 définissant l'axe de site 17. Le second équipage mobile comporte un organe support formé par une carcasse rigide 38 formant poutre de grande rigidité. En avant de cette carcasse est fixé un capot 40 muni d'un hublot unique 42 en matériau transparent dans l'ensemble du sDectre de travail des capteurs , c'est-à-dire depuis le spectre visible jusqu'à l'infrarouge thermique, ce qui conduira généralement à le constituer en sulfure de zinc. La partie arrière de la carcasse présente deux flancs plats parallèles. L'un de ces flancs est prévu pour recevoir une caméra à infrarouge thermique 44, disposée avec son axe optique parallèle à celui du hublot. L'autre flanc est prévu pour recevoir un boîtier étanche 46 qui contiendra des capteurs de nature différente suivant les applications envisagées.On supposera, dans la suite de la description, que ce boîtier étanche contient un appareil d'écartométrie et un collimateur multispectral d'harmonisation, ainsi que leurs optiques de renvoi. Le capot est muni d'une fenêtre d'entrée 48 qui reçoit la lumière par l'intérieur d'un des tourillons 50 de montage du second équipage dans les roulements 36 portés par le premier. Dans le mode de réalisation illustré, la carcasse rigide 38 présente une cavité dans laquelle peut être inséré par le haut un télémètre laser 52 (Figure 2) ou un autre organe optique. Le second équipage constitue ainsi un ensemble étanche dont les capteurs peuvent être séparés sans rupture d'étanchéité. Cette étanchéité est garantie vers le bas par un hublot 54 et un soufflet 56 (Figure 3). Les éléments optiques contenus dans l'espace de réception délimité par la carcasse 38 et le capot 40 comprennent le miroir de pointage et de stabilisation 22 commun à toutes les voies optiques, dont le mode de commande sera décrit en détail plus loin. Ces éléments comprennent également - une lame dichroïque 58 destinée à séparer la voie infrarouge thermique de l'ensemble des voies visible et proche infrarouge, ces dernières étant réfléchies vers 1 'ar- rière (Figure 6).Le faisceau dans l'infrarouge thermique est renvoyé, à travers un miroir 60 et un hublot 62, vers la caméra thermique 44, - une seconde lame dichroïque 64 qui sépare le faisceau réfléchi par la lame 58 en un faisceau dans le visible, qui est transmis vers la lunette 12, et un faisceau réfléchi, repris par des miroirs 66 et 68 et envoyé vers le boîtier 46 qui contient un écartomètre de localisation, - enfin, une troisième lame dichroïque 70 placée à la sortie de la lame dichroïque 64 et qui permet de renvoyer le faisceau d'observation à l'aide de la lunette 12 suivant l'axe de gisement 15 en laissant passer les faisceaux incident et réfléchi du télémètre laser, qui fonctionne par exemple sur une longueur d'onde de 1,06 micron. Le coeur ou bloc stabilisé 18, situé dans l'espace ménagé dans le second équipage, est destiné au réglage fin en site et en gisement. Il est monté rotatif autour de deux axes perpendiculaires. L'axe extérieur constitue un axe de site 72, parallèle à l'axe 17. Il est défini par une chape portée par la carcasse 38. L'axe intérieur 74 qui constitue un axe de latéral, est parallèle à l'axe de gisement 15 lorsque le site est nul. Le coeur 18 porte le gyroscope de stabilisation 20 dont l'axe de spin est colinéaire à la ligne de visée. Le miroir de visée 22 est porté par un châssis appartenant à l'ensemble qui tourne autour de l'axe extérieur 72. Il est entraîné, autour d'un axe parallèle à l'axe de latéral, par un accouplement à courroie métallique 76 assurant une réduction dans un rapport 1/2. A chacun des axes 72 et 74 est associée une boucle d'asservissement de stabilisation comportant un moteur couple 78 ou 80 et un circuit d'asservissement 82 ou 84, qui tend à ramener le coeur dans une position correspondant au zéro du gyroscope. Les débattements angulaires du coeur par rapport à sa position nominale sont rendus très faibles grâce à la présence de deux boucles de recopie qui tendent à ramener à zéro les écarts angulaires autour des axes de site et de latéral 72 et 74 du coeur. La boucle de recopie en site comporte un détecteur (non représenté) des écarts en site du coeur, un circuit d'asservissement 86 et un moteur couple 88 qui engrène une couronne d'entraînement en site du second équipage 16. L'autre boucle, dont la constitution est similaire à la première, comporte un circuit d'asservissement 88 et le motoréducteur 34 qui permet de faire tourner le premier équipage 14 en gisement autour de la partie basse 10. Il n'est pas nécessaire de décrire ici en détail la constitution des circuits. On pourra d'ailleurs se reporter, pour une description plus complète, au brevet US 4 393 597 cédé à la demanderesse. Cette disposition fait que les deux axes du coeur sont toujours dans une position canonique par rapport à la ligne de visée, aux erreurs de recopie près. On obtient ainsi des performances importantes, l'inertie autour de chacun des axes 72 et 74 étant stabilisante. Au surplus, les performances restent inchangées quel que soit l'angle de site. Dispositif d'harmonisation Le dispositif qui vient d'être décrit se prête parfaitement à la mise en place d'un dispositif d'harmonisation simultanée de l'ensemble des voies de travail. Le dispositif d'harmonisation comprend une référence commune à toutes les voies, constituée par une source multispectrale 92 associée à des éléments optiques 94 de collimation à l'infini et de renvoi. L'injection de cette référence dans chacune des voies (infrarouge thermique, infrarouge proche, visible) est rendue possible grâce à une disposition associant un traitement approprié des lames dichroïques déjà nécessaires par ailleurs et des rétroréflecteurs. L'image de la référence dans certaines des voies constituera la ligne de visée ; dans d'autres voies, la référence permettra d'aligner la ligne de visée à l'aide d'éléments d'ajustage. Le dispositif d'harmonisation qui sera maintenant décrit, en faisant référence à la Figure 7, correspond à un ensemble comportant une voie optique directe, une voie de télémétrie laser, une voie infrarouge thermique et une voie d'écartométrie. L'harmonisation de la voie optique directe s'effectue en projetant l'image visible d'un réticule complet pour constituer la ligne de visée de la lunette. Le faisceau de lumière visible provenant du collimateur traverse les lames dichro ïques 68 et 64, ainsi que la partie du spectre autour de 1,6 micron correspondant à l'émission du télémètre laser 52. La lumière ayant ainsi traversé la lame 64 est renvoyée sur la face arrière de cette lame par un rétroréflecteur 96. La lame est traitée de façon à réfléchir la lumière ainsi retournée. La fraction contenue dans le visible est renvoyée, en même temps que celle provenant de la scène extérieure, à la lunette 12 par réflexion sur la lame dichroique 70. La fraction de la lumière ayant traversé la lame dichroique 70 permet l'harmonisation de la voie de télémétrie laser. L'optique de réception du télémètre 52 est couplée à une diode à quatre quadrants 98, disposée symétriquement par rapport au trou d'analyse 100 et elle est rigidement fixée à la pièce dans laquelle est ménagé ce trou. Un diasporamètre 102 placé en amont des optiques d'émission et de réception du télémètre, stables l'une par rapport à l'autre, permet de dévier à volonté l'axe de visée du télémètre laser 52. Ce diasporamètre peut être commandé manuellement ou asservi en position à partir du signal de commande délivré par la diode à quatre quadrants 98 qui provoque la rotation d'un prisme, puis de l'autre, du diasporamètre jusqu'à ce que l'axe de visée laser soit aligné sur la référence. L'harmonisation de la voie infrarouge thermique ne peut pas s'effectuer de la même façon que celle de la voie optique, car il n'est généralement pas possible de projeter directement dans la caméra thermique l'équivalent d'un réticule en lumière ayant une longueur d'onde d'environ 10 microns. On ne peut envoyer qu'un point élémentaire qui se traduit, dans le plan d'analyse de la caméra thermique, par une tache de difraction. L'harmonisation de la voie infrarouge doit s'effectuer en plaçant le réticule électronique de la caméra 44 (qui marque la ligne de visée de la caméra) sur la référence matérialisée par la tache de diffraction. Pour cela, la caméra est munie de deux commandes (non représentées) permettant de déplacer le réticule électronique dans le plan image de la caméra, suivant deux directions orthogonales. La formation de la tache de diffraction est assurée par un système optique comprenant le miroir 94, la lame dichroïque 64 fonctionnant en réflexion directe, la lame dichroique 58 fonctionnant en transmission, un rétroréflecteur 104, la lame dichroique 58 travaillant en réflexion, et le miroir 60. Un cache escamotable 106 est placé devant le rétroréflecteur 104. Il est mis en place une fois l'harmonisation effectuée, et avant le tir, pour que la tache de diffraction ne gêne pas l'observation des cibles au centre du champ de la caméra 44. L'harmonisation de l'écartomètre, servant de localisateur lors du guidage d'un engin vers sa cible par détermination de l'écart entre la ligne de visée et un traceur porté par l'arrière de l'engin, s'effectue de façon différente suivant que l'écartomètre 46 permet de déterminer l'écart entre deux sources ou non. Dans le cas le plus fréquent d'un écartomètre qui ne permet d'effectuer la poursuite que d'un seul point chaud à la fois, le dispositif d'harmonisation est utilisé uniquement pour déterminer le zéro de l'écartomètre avant le tir, par mesure de la position de la référence dans le plan d'analyse de l'écartomètre, pour déterminer le zéro à partir duquel sont mesurés les écarts, puis mémorisation. L'image de la source est formée, dans le mode de réalisation montré en Figure 7, par le miroir 94, la lame dichroique 68 travaillant en réflexion, un rétroréflecteur 108 et la lame dichroique 68 travaillant cette fois en transmission. Un cache 110 escamotable est encore prévu devant le rétroréflecteur 108.Le cache 110 est mis en place une fois le réglage de zéro de l'écarts mètre effectué, afin que l'image de la source 92 ne perturbe pas le fonctionnement de l'écartomètre de localisation. Du fait que l'écartomètre 46 et le collimateur multispectral sont rigidement liés sur une même structure mécanique, comportant le boîtier 46, on obtient une très bonne stabilité de l'axe de visée de l'écartomètre par rapport à la référence. Le dispositif représenté sur les Figures se prête à l'installation d'un moniteur 28, à l'extérieur de la pièce de fonderie 23 de façon à permettre un remplacement facile. L'image fournie par ce moniteur 28 est renvoyée dans la voie optique par un prisme réflecteur 112 et la lame semitransparente 30. Les éléments optiques du dispositif doivent être protégés contre le dépôt d'humidité ou la formation de buée, ce qui impose de rendre étanches les équipages afin d'y maintenir une atmosphère sèche de gaz neutre. Le dispositif est avantageusement constitué de deux compartiments étanches indépendants. Le premier est constitué par le capot 40, la carcasse 38 et des couvercles équipant la carcasse. Tous les capteurs sont interchangeables sans porter atteinte à l'étant chéité, du fait qu'ils reçoivent la lumière par 1 'intermé- diaire d'un hublot d'étanchéité porté par la carcasse. Le second compartiment étanche est délimité par le premier équipage et par la partie basse. L'étanchéité à la jonction entre les équipages est assurée par le hublot 32. L'étanchéité entre partie basse et premier équipage est assurée par un joint glissant (non représenté). REVENDICATIONS 1. Dispositif de visée stabilisée destiné à être monté sur une plate-forme, comportant un premier équipage (14) orientable autour d'un premier axe extérieur (15) par un moteur d'orientation et un second équipage (16) monté sur le premier de façon à être orienté autour d'un second axe extérieur (17), orthogonal au premier, par un second moteur d'orientation, caractérisé en ce qu'il comporte un coeur (18) muni d'un gyroscope (20) et monté sur le second équipage par un mécanisme d'orientation à faible débattement angulaire autour de deux axes intérieurs orthogonaux dont l'un est parallèle à l'axe intermédiaire, mécanisme commandé, à partir des signaux fournis par le gyroscope, par un circuit d'asservissement, tandis que les moteurs d'orientation autour des axes extérieurs sont munis de systèmes de recopie commandés par des détecteurs de l'écart angulaire des axes du coeur par rapport à la position canonique, le coeur étant couplé à un miroir de pointage unique par un dispositif de recopie angulaire dans un rapport de 1/2 autour d'un axe parallèle à celui des deux axes intérieurs susceptible de devenir parallèle au premier axe extérieur. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le second équipage comporte une carcasse (38) rigide monobloc fermée à l'avant par un capot d'étanchéité muni d'un hublot en matière transparente dans l'ensemble de la plage de travail des senseurs et sources, comportant deux flancs latéraux de fixation étanche et amovible d'une part d'une caméra fonctionnant dans l'infrarouge thermique, d'autre part, d'un boîtier étanche de réception d'organes travaillant dans une plage différente, ledit capot délimitant un espace de réception du coeur, du miroir de pointage et de stabilisation et d'une optique de séparation du faisceau pénétrant par le hublot en des voies différentes et de renvoi des faisceaux séparés vers les organes de travail correspondants. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le carcasse (38) et le capot (40) sont munis de hublots de façon à constituer une enceinte restant étanche en cas d'enlèvement de la caméra (44) ou du boîtier (46). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le boîtier contient un appareil de localisation par écartométrie dans l'infrarouge. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la carcasse présente un logement de réception d'un organe supplémentaire entre les flancs. 6. Dispositif suivant 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'harmonisation de toutes les voies simultanément, comprenant une source multispectrale collimatée (92) associée aux organes servant à la séparation des voies à partir du faisceau d'entrée et à leur orientation vers les différents senseurs. 7. Dispositif suivant les revendications 2 et 6, caractérisé en ce que ladite source et un appareil d'écartométrie sont montés dans le boîtier de façon à occuper une position fixe l'un par rapport à l'autre. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la source (92) est placée par rapport aux organes de séparation des voies (68, 64, 58) de façon qu'une fraction du faisceau qu'elle émet dans un domaine spectral particulier soit réfléchie et en ce que des rétroréflecteurs (108, 96, 104) sont placés de façon à recevoir la partie réfléchie du faisceau et à la renvoyer vers les capteurs correspondant à ladite partie du domaine spectral. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier axe extérieur est un axe de gisement, tandis que le second axe extérieur est un axe de site.