Brevet FR2727755A1 — publié le 19960607

PROCEDE D'HARMONISATION D'UN SYSTEME JOUR/NUIT DE TIR DE MIS- SILE GUIDE SUR FAISCEAU LASER L'invention concerne un procédé d'harmonisation d'un système jour/nuit de tir de missile ayant une voie de jour comportant une lunette de jour avec un réticule réel, un émetteur de guidage sur faisceau laser et un collimateur/écar- tomètre, la voie de nuit comportant de plus une caméra thermi- que fonctionnant dans une bande spectrale déterminée Ce système est destiné au guidage par alignement d'un missile. L'émetteur laser placé sur le poste de tir éclai- re un tunnel de guidage de section carrée centré sur la ligne de visée. Le procédé de l'invention a pour but d'assurer un contrôle permanent de l'harmonisation avant et pendant le tir d'un missile entre les axes du faisceau laser de guidage, de la lunette de jour et de la caméra thermique. Il permet de plus une fixation non rigide entre le poste de tir de jour et la caméra thermique ainsi que l'interchangeabilité de l'ensem- ble de la caméra thermique sans modification de l'harmonisa- tion. Ce but est atteint par le procédé de l'invention remarquable en ce que ladite lunette de jour et ledit collima- teur/écartomètre formant un sous-ensemble mécanique compact et rigide réalisé pour que leurs axes optiques respectifs soient rigoureusement parallèles et conservent ce parallélisme à long terme dans les conditions d'environnement requises, l'harmoni- sation dudit émetteur de guidage est effectuée de façon perma- nente en renvoyant une partie de son flux émis sur un récep- teur d'écartométrie au moyen de réflexions successives sur deux séparatrices formant un sous-ensemble compact en amont de l'objectif du collimateur et sur une troisième séparatrice en aval dudit objectif, un moyen d'asservissement ramenant à zéro à chaque instant l'écart lu par l'écartomètre, l'harmoni- sation de ladite caméra thermique étant de la même manière ob- tenue de façon permanente en formant dans son plan focal au moyen d'un sous-ensemble trièdre invariant l'image infra-rouge du réticule du collimateur visualisée après traitement élec- tronique sur un écran de visualisation observé à travers l'oculaire de la lunette de jour, lesdites harmonisations étant indépendantes des dérives de l'émetteur de guidage, des dérives de la caméra thermique, des dérives du tube cathodique de visualisation ainsi que de la position de la caméra thermi- que. La description suivante en dehors du dessin anne- xé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien connaître com- ment l'invention peut être réalisée. La figure unique montre le schéma de principe du système jour/nuit de tir de missile pour la mise en oeuvre du procédé d'harmonisation conforme à l'invention. Le poste de tir de jour forme un ensemble rigide composé d'une lunette de jour, d'un émetteur de guidage sur faisceau laser et d'un collimateur/écartomètre. La lunette de jour est une lunette visuelle com- portant un objectif 1, un réticule réel 2 et un oculaire 3. Le système de redressement d'image n'est pas représenté. Une séparatrice 4 permet l'observation de l'écran 5 d'un tube ca- thodique, symétrique du réticule 2. L'observateur a l'oeil si- tué en 6. L'émetteur de guidage sur faisceau laser comprend un objectif 7 représenté ici par 2 lentilles repère 7, un sys- tème 8 de codage du faisceau et un laser 9. Le collimateur/écartomètre comprend - en fonction collimateur: un objectif 10, un réticule réel 11 et une source d'éclairage 12. - en fonction écartomètre: l'objectif 10, une séparatrice 13, un récepteur d'écartométrie 14 et deux séparatrices 15 et 16 rigidement liées entre elles pour former un ensemble indé- formable. L'une de ces lames peut être un dièdre droit de telle façon que l'ensemble 15-16 soit un trièdre invariant. La lunette de visée et le collimateur forment un sous-ensemble mécanique compact et rigide réalisé de telle façon que les axes optiques définis par le centre optique de l'objectif 1 et le croisement du réticule 2, le centre optique de l'objectif 10 et le croisement du réticule 11 soient rigou- reusement parallèles et conservent ce parallelisme à long ter- me dans les conditions d'environnement requises. Cette stabi- lité est facile à obtenir car l'ensemble est compact et les pièces optiques sont de petites dimensions. La caméra thermique comprend un objectif infra- rouge 17 dont le plan focal est en 18. Les détecteurs et le système d'analyse ne sont pas représentés sur la figure. L'ob- jectif 17 est précédé d'un invariant optique formé d'une lame dichro que 19 rigidement liée à un dièdre droit 20. Une lame à faces parallèles 21 sert de hublot de fermeture et de filtre optique. Le principe de l'harmonisation repose sur la sta- bilité à long terme des sous-ensembles suivants: lunette de visée/collimateur/écartomètre, invariant 15+16 et invariant 19+20. Le guidage sur faisceau laser est effectué par exemple à la longueur d'onde À = 10,6 Une petite partie du flux émis est renvoyé sur l'icartomètre 14 par réflexion sur la lame parallèle 16. Un asservissement agissant par exemple sur le système de codage 8 (ou sur un éliment optique de déviation non représenté) ra- mène à zéro à chaque instant l'écart lu par l'écartomètre 14. L'objectif 7 de l'émetteur de guidage est de pre- férence un zoom i très grand rapport de focales dans lequel des groupes de lentilles sont mobiles pendant le tir. Le con- trÈle à chaque instant de l'axe de guidage et l'asservissement de la direction de cet axe permet d'élargir les tolérances mé- caniques de réalisation du zoom. L'axe de la camera thermique est l'axe défini par le collimateur 10+11 qui projette l'image du réticule 11 dans le plan focal 18 de la caméra thermique par le trièdre inva- riant 19+20. L'image fournie par la caméra thermique après traitement électronique est visualisée sur l'écran 5 d'un tube cathodique. Le réticule qui apparait sur cet écran est donc l'image du réticule 11. Il définit parfaitement la ligne de visée de la caméra indépendamment de toutes les dérives méca- niques, électriques, magnétiques de l'ensemble caméra mime si le réticule qui apparaît sur l'écran 5 n'est pas exactement symétrique du réticule 2 dans la séparatrice 4. Cette symétrie peut être obtenue en agissant sur les balayages du tube catho- dique lorsqu'on désire que les images visibles et IR soient superposables. La caméra thermique est généralement sensible dans la bande 8 i 12p. Le réticule 11 peut être projeté dans cette bande spectrale mais cela a les inconvénients suivants. Il est avantageux que le diamètre utile du fais- ceau émis par le collimateur soit nettement plus petit que le diamètre de la pupille de la caméra thermique afin que l'en- semble collimateur lunette de visée soit compact et que le trièdre 19+20 soit petit et facilement réalisable. Dans ce cas, l'image du réticule 11 projetée dans le plan focal 18 avec un petit diamètre de pupille est beaucoup moins précise que l'image du paysage formé avec une pupille de grand diamè- tre du fait de la diffraction dont la limite angulaire est en 1,221 effet:a =, 2D2 D étant le diamètre de la pupille et X la longueur d'onde. Le moyen pour que le réticule projeté ait une bonne définition est d'utiliser une longueur d'onde 12 plus courte de façon que D1 =22 11 et D1 se rappor- Dl D2 tant à l'imagerie de la scène, 12 et D2 se rapportant à l'ima- gerie du réticule. La bande spectrale des cameras thermiques est généralement limitée à labande 8 à 12ppour correspondre à la fenêtre de transmission atmosphérique. Un filtre interfi- rentiel coupe les longueurs d'onde inférieures i 8e tandis que le détecteur réalise la coupure à 12p. En l'absence de ce fil- tre, la caméra est sensible entre 2 et 12p, la coupure i 2p étant celle du germanium utilisé dans l'objectif. Le collima- teur peut donc projeter le réticule dans une bande étroite si- tuée aux environs de À = 2h à condition de placer le filtre 8-12. en amont de l'injection du réticule. Ce filtre sera avantageusement déposé sur le hublot 21 qui protège le sous- ensemble trièdre 19+20 fixé sur l'avant de l'objectif 17. La projection du réticule à À = 2M rencontre tou- tefois une difficulté qui est le chromatisme de l'objectif 17 de la caméra thermique. Cet objectif est normalement corrigé dans la bande 8- 12. et le chromatisme longitudinal est très important pour les objectifs dioptriques à base de germanium. Cette défocalisation à 2p est corrigée sur le collimateur. Le réticule 11 est décalé axialement de telle façon que son image se forme exactement dans le même plan 18 que l'image de la scène à 8-121. Les matériaux de la voie de projection du réticu- le sont par exemple les suivants: - source 12: lampe halogène de petite puissance, - réticule 11: lame de verre métallisée et photogravie, séparatrice 13: lame de verre avec traitement dichro que réfléchissant à À = 10,6p, - objectif 10: lentille en germanium, - séparatrice 15: lame en verre (idem lame 13), - dièdre 20: prime en toit en verre, - séparatrice 13: lame en germanium avec réflection à À = 2p, transmission i À = 8 à 12p, - hublot 21: lame à faces parallèles en germanium avec transmission de 8 à 12P, coupure de 2 à 8p. L'introduction dans l'objectif 17 du faisceau du réticule doit être faite par le centre de la pupille de cet objectif pour éviter toute erreur de parallaxe au cas o la focalisation de l'objectif ne serait pas parfaitement réalisée. Pour ne pas entrainer la chute de NTF dans l'ima- ge IR, la lame 19 doit être parfaitement parallèle et ne doit pas entratner de déphasage entre le centre et le bord de la pupille de l'objectif 17. Lorsque l'objectif 17 est bifocal, la lame 19 est dimensionnée de façon à couvrir totalement la pupille du grand champ de l'objectif. Le chromatisme longitudinal étant en général dif- férent pour les deux distances focales de l'objectif, il est avantageux d'utiliser deux réticules 11 et 11 bis, décalés axialement le long de l'axe optique du collimateur, éclairés par deux sources différentes 12 et 12 bis (11 bis et 12 bis ne sont pas représentés sur la figure). L'ouverture numérique avec laquelle le réticule est projeté en courte focale de l'objectif étant plus grand qu'en longue focale, l'éclairement du réticule est plus grand en courte focale. On dispose donc un atténuateur sur le réti- cule de la courte focale de façon à conserver la même luminan- ce de réticule pour les deux champs. Les réticules 11 et 11 bis (ce dernier n'étant pas représenté sur la figure) peuvent avoir des dessins diffé- rents de telle façon que le tireur sache s'il est en petit champ ou en grand champ. La commutation des sources 12 et 12 bis (cette dernière n'étant pas représentée sur la figure) est automati- quement commandée par la manoeuvre de changement de champ.Les deux sources sont identiques de façon a n'avoir qu'une seule commande de réglage de la luminance du réticule. REVENDICATIONS 1. Procédé d'harmonisation d'un système jour/nuit de tir de missile ayant une voie de jour comportant une lunette de jour avec un réticule réel, un émetteur de guidage sur faisceau laser et un collimateur/écartomètre, la voie de nuit comportant de plus une caméra thermique fonctionnant dans une bande spectrale déterminée, caractérisé en ce que ladite lu- nette de jour et ledit collimateur/écartomètre formant un sous ensemble mécanique compact et rigide réalisé pour que leurs axes optiques repectifs soient rigoureusement parallèles et conservent ce parallélisme à long terme dans les conditions d'environnement requises, l'harmonisation dudit émetteur de guidage est effectuée de façon permanente en renvoyant une partie de son flux émis sur un récepteur d'icartométrie au moyen de réflexions successives sur deux séparatrices formant un sous-ensemble compact en amont de l'objectif du collimateur et sur une troisième séparatrice en aval dudit objectif, un moyen d'asservissement ramenant à zéro à chaque instant l'é- cart lu par l'écartomètre, l'harmonisation de ladite caméra thermique étant de la même manière obtenue de façon permanente en formant dans son plan focal au moyen d'un sous-ensemble trièdre invariant l'image infra-rouge du réticule du collima- teur visualisée après traitement électronique sur ledit écran de visualisation observé à travers l'oculaire de la lunette de jour, lesdites harmonisations étant indépendantes des dérives de l'émetteur de guidage, des dérives de la caméra thermique, des dérives du tube cathodique de visualisation ainsi que de la position de la caméra thermique. 2. Procédé d'harmonisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obtention d'un réticule projeté dans la camera thermique avec une bonne définition malgré la compa- cité du collimateur de faible diamètre consiste à effectuer la projection à une longueur d'onde plus petite, en deça de la bande spectrale de la caméra et à disposer un filtre interfi- rentiel réalisant la coupure à la limite inférieure de ladite bande spectrale en amont du dispositif d'injection, la coupure à la limite supérieure étant réalisée par le détecteur IR. 3. Procédé d'harmonisation selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit filtre interférentiel est avanta- O geusement déposé sur un hublot protégeant ledit sous-ensemble trièdre fixé sur l'avant de l'objectif de la camera. 4. Procédé d'harmonisation selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la défocalisation due au chro- mastisme longitudinal de l'objectif de la caméra thermique i ladite longueur d'onde de projection du réticule est corrigée sur le collimateur par un décalage axial dudit réticule pour que son image se forme exactement dans le même plan que l'ima- ge de la scène. 5. Procédé d'harmonisation selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'objectif de la camera étant bifocal et le chromatisme longitudinal étant généralement dif- férent pour les deux distandes focales dudit objectif, la cor- rection de chromatisme est obtenue avantageusement au moyen de deux réticules décalés axialement sur l'axe optique du colli- mateur, éclairés par deux sources différentes et constitués de dessins différents. 6. Procédé d'harmonisation selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un atténuateur est disposé sur la source éclairant le réticule correspondant à la courte distance fo- cale de façon à conserver la même luminance de réticule pour les deux champs, lesdites sources étant identiques de façon à avoir une commande commune pour le réglage de la luminance des réticules.