Brevet FR2734897A1 — publié le 19961206

1. La présente invention concerne un système de surveillance et plus particulièrement, mais non exclusive- ment, un système avertissant de l'approche d'un missile. Les systèmes connus d'avertissement de l'approche d'un missile montés à bord ont une distance de détection relativement courte et/ou souffrent des problèmes de réjec- tion des signaux parasites. Selon la présente invention, on propose un sys- tème de surveillance destiné à détecter un rayonnement ayant une longueur d'onde comprise dans la largeur de bande d'on- de de l'ultra-violet d'absorption par l'ozone. Dans la bande spectrale de l'ultra-violet, il y a une forte absorption due à l'ozone de l'atmosphère qui est constituée de quelques bandes diffuses suivies d'un continuum très fort s'étendant entre 200 nm et 300 nm. Au- dessous de 300 nm, la radiance de l'atmosphère est négligeable par rapport au rayonnement provenant du soleil. 2. La concentration en ozone est plus petite d'un ordre de grandeur au niveau de la mer qu'à des altitudes comprises entre 15 et 20 km et par conséquent la radian- ce du soleil au niveau de la mer est grandement réduite. Si, par conséquent, le continuum d'ozone au niveau de la mer permet une transmission raisonnable à l'intérieur de la bande, un système de détection pourrait fonctionner contre un fond de photons virtuellement noir de sorte que la réjection des signaux parasites ne constituerait pas un problème important. L'irradiance des photons du spectre solaire au niveau de la mer est inférieure à 1 ph/s/m /nm pour les longueurs d'onde comprises entre 232 et 275 nm. Par conséquent, un système avec un champ de vision hémisphérique et une ou- verture de collecte de 1 m recevra moins d'un photon par seconde en provenance du soleil dans cette largeur de ban- de. Pour qu'un système de détection soit complètement aveu- gle vis-à-vis du soleil, il doit par conséquent comporter un filtre qui donne une bande d'arrêt avec une réjection -18 supérieure à 10 18 à 315 nm. De préférence, le système est destiné à détecter un rayonnement ayant une longueur d'onde comprise dans la gamme entre 232 nm et 275 nm. Dans cette bande d'onde, on peut détecter les émissions en ligne provenant des panaches d'échappement des missiles. L'irradiance solaire à une altitude quelconque dé- pend de la longueur du trajet optique. Comme la concentra- tion principale de l'ozone se produit entre 10 et 25 km, les longueurs des trajets optiques ne changeront sensible- ment pas tant que le récepteur ne dépasse pas une altitude de 10 km. Par conséquent, l'irradiance solaire ne changera sensiblement pas tant que le récepteur ne dépasse pas une altitude de 10 km, la croissance étant exponentielle au- dessus de cette altitude. Par conséquent, un plafond opéra- tionnel pour un système de détection UV sera d'environ 3. km. Un système de détection dans la bande UV sera plus sensible à la concentration des aérosols qu'un systè- me visible ou à infrarouge. C'est là une conséquence physi- que de la plus grande diffusion avec les longueurs d'ondes plus courtes. Aux altitudes supérieures au niveau de la mer et jusqu'à 10 km (o l'atmosphère est plus propre), la distance de détection augmentera. Cependant, au-dessus de 10 km, la concentration en ozone croit rapidement et la transmission tombera à une valeur inférieure à celle du niveau de la mer. Dans l'étude d'un système de détection, on doit considérer l'amplitude des sources émettrices que le sys- tème est amené à détecter. La source principale de rayonne- mment dans cette bande d'onde UV sera constituée des pro- duits de combustion chauds se produisant dans les panaches d'échappement des fusées. Leur rayonnement est avant tout d'origine moléculaire; cependant, des niveaux électroniques sont excités et donnent naissance à une émission plus fai- ble dans la région visible et dans celle de l'ultraviolet. Inversement, la zone de réaction d'un panache d'échappe- ment peut contenir des concentrations élevées d'espèces actives au milieu de l'UV, excitées électroniquement. Il est important d'avoir une coupure nette de façon que seul le rayonnement dans une bande d'onde prédé- terminée soit détecté sinon le système sera submergé par le rayonnement solaire. Par conséquent, il est préférable que le système comprenne un moyen filtrant de manière à assurer une couture nette à chaque extrémité d'une bande d'onde sélectionnée. Le moyen filtrant peut comprendre une fenêtre d'entrée, par exemple une fenêtre constituée d'une substance à base de polymère pouvant fonctionner pour fournir un filtre de coupure de courte longueur d'onde. On décrira maintenant un mode de réalisation de 4. la présente invention en liaison avec le dessin d'accompa- gnement qui est une représentationschématique d'un sys- tème de surveillance. Un système de surveillance, représenté dans ses grandes lignes par la référence 10,comprend un miroir de balayage 12 connecté à un moteur d'entraînement 14 de ma- nière à pouvoir procéder à un balayage en élévation et en azimut, un système télescopique ayant pour référence 16 et un phototube 18. Le phototube 18 comprend une cathode 20 en tungstène et une anode 22 dans une chambre sous vide. Une petite quantité de gaz inerte peut être fournie à la chambre pour assurer une amplification. La partie avant 24 de la photodiode 18 est constituée d'un verre au quartz, par exemple du verre dit Corning 9720 ou Corning 9700, de manière à former une fenêtre qui ne laissera passer que le rayonnement ayant une longueur d'onde supérieure à une cer- taine valeur, par exemple 232 nm. La cathode en tungstène répond seulement au rayon- nement ayant une longueur d'onde inférieure à une valeur sélectionnée, par exemple 275 nm, de sorte que le système fonctionnera dans la bande d'onde de l'ultraviolet entre 232 nm et 275 nm. En utilisation, lorsqu'un potentiel est appliqué entre la cathode 20 et l'anode 22 et que le rayonnement ultra-violet de cette longueur d'onde tombe sur la cathode 20,par exemple à la suite d'émissions en ligne provenant des panaches d'échappement d'un missile, des élec- trons sont émis par la cathode 20, et ceux-ci s'écoulent vers l'anode 22 établissant ainsi un signal qui est transmis à des composants (non représentés) de traitement de signal. Il y a amplification du photocourant initial par ionisation du gaz inerte. Avec une valeur correcte pour l'écartement entre les électrodes et la pression du gaz, l'ionisation par avalanche est provoquée par émission d'un seul électron; ainsi, le tube peut être configuré de maniè- re à avoir une amplification élevée. 5. La réponse spectrale à courte longueur d'onde dépend du choix du matériau de la fenêtre pour le phototu- be. De nombreux colorants et polymères et verres au quartz présentent un changement rapide de la longueur d'absorption en fonction de la longueur d'onde. La réponse spectrale du dispositif aux grandes longueurs d'onde dépend de la fonction du service du métal qui constitue la photo-cathode. La vitesse à laquelle la réponse est donnée avec l'augmentation de la longueur d'on- de dépend des distributions des électrons de valence dans les niveaux d'énergie du métal. Au zéro absolu, les élec- trons occuperont ces états jusqu'au niveau de Fermi. Dans ce cas, un électron ne sera pas émis par la surface sauf à avoir un photon incident ayant une longueur d'onde in- férieure à la longueur d'onde de coupure. Le tungstène et le cuivre avec des longueurs d'onde de coupure de 273 et 281 nm, respectivement, sont considérés comme les métaux cathodiques les plus appropriés pour cette bande passante. Les facteurs qu'on doit prendre en considération dans la réalisation de la cathode comprennent l'effet de la tempé- rature sur la réponse spectrale et son rendement quantique. Un système de surveillance de ce type peut être utilisé dans un dispositif avertisseur de l'approche d'un missile monté à bord afin de fournir une possibilité d'exa- men du champ de bataille et ne sera pas indéterminé par les signaux parasites car les sources solaires du rayonnement ultraviolet dans la bande d'onde de fonctionnement auront été absorbées par la couche d'ozone. Ce système a par con- séquent des avantages par rapport aux systèmes à infra- rouge qu'on utilise à cet effet, dans lesquels la coupure thermique soulève un problème majeur. Un système de surveillance selon la présente invention peut comporter un détecteur UV dirigé vers le bas et un détecteur infra-rouge dirigé vers le haut. La présente invention n'est pas limitée aux 6. exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 7. REVENDICATIONS 1 - Système de surveillance (10) destiné à dé- tecter un rayonnement ayant une longueur d'onde qui est comprise dans la bande d'onde de l'ultra-violet d'absorp- tion par l'ozone. 2 - Système de surveillance selon la revendica- tion 1, destiné à détecter un rayonnement ayant une lon- gueur d'onde qui est comprise entre 232 nm et 275 nm. 3 - Système de surveillance selon la revendica- tion 1 ou la revendication 2, comprenant un moyen de fil- tre (24) pour assurer une coupure nette à chaque extrémi- té d'une bande d'onde choisie. 4 - Système de surveillance selon l'une quelcon- que des revendications précédentes, comprenant un photo- tube (18). - Système de surveillance selon la revendica- tion 4, dans lequel le moyen de filtre comprend une fenê- tre d'entrée placée sur le phototube. 6 - Système de surveillance selon la revendica- tion 5, dans lequel la fenêtre d'entrée (24) est consti- tuée d'une substance à base de polymère pouvant fonctionner pour former un filtre de coupure d'une courte longueur d'onde. 7 - Système de surveillance selon la revendica- tion 4, dans lequel la cathode (20) du phototube agit en filtre de coupure de longueur d'onde de valeur élevée. 8 - Système de surveillance selon la revendica- tion 7, dans lequel la cathode est constituée de tungstène ou de cuivre.