Brevet FR2726643A1 — publié le 19960510

Le domaine de la présente invention est celui des dispositifs d'observation aérienne d'une zone. De tels dispositifs sont utilisés dans le domaine militaire pour réaliser une reconnaissance de terrain avant une action militaire ou encore pour évaluer les dommages après une attaque. Ces dispositifs sont également utilisés dans le domaine civil pour effectuer des relevés de terrains difficiles d'accès ou encore pour évaluer les dommages après une catastrophe naturelle. On connaît aujourd'hui des dispositifs lourds mettant en oeuvre par exemple des satellites d'observation géostationnaires, mais ces dispositifs sont d'un emploi délicat et complexe et ne permettent pas d'obtenir un niveau de détail suffisant d'une zone observée. De plus l'observation peut être perturbée par les conditions atmosphériques entre le sol et le satellite. I1 est connu d'utiliser des aéronefs pour effectuer des missions d'observation. Mais ces aéronefs sont d'un emploi coûteux et peuvent mettre en danger les personnes qui les pilotent, lors des missions militaires, ou lors des missions civiles au dessus de zones d'accès difficile. Si on a recours à des aéronefs télécommandés, il se pose alors dans le domaine militaire le problème de la discrétion de l'observation, notamment pour les zones à couvert. Dans le domaine civil l'observation de zones à couvert pose également des problèmes puisque l'aéronef télécommandé peut ne pas pouvoir les atteindre sans être détruit. Il se pose enfin dans tous les cas le problème de réaliser à la fois pilotage et observation à des distances importantes de la station de traitement de l'observation. I1 a été proposé de réaliser des dispositifs d'observation militaires mettant en oeuvre un obus d'artillerie. Cet obus porte au moins un capteur ayant une direction d'observation sensiblement normale à l'axe de l'obus. Un tel dispositif manque de discrétion, de plus il se trouve inadapté à l'observation de zones à couvert et il ne peut pas rester au dessus d'une zone bien définie pour réaliser une observation prolongée. C'est le but de la présente invention que de proposer un dispositif d'observation permettant de pallier de tels inconvénients. Ainsi le dispositif selon l'invention permet de réaliser des observations prolongées et discrètes de zones difficiles d'accès, même situées à des distances importantes du poste de commandement (plusieurs dizaines de km). Ainsi l'invention a pour objet un dispositif d'observation caractérisé en ce qu'il comprend au moins une sousmunition disposée à l'intérieur d'un vecteur, et destinée à être dispersée au dessus d'une zone en étant ralentie dans sa chute par un moyen de freinage aérodynamique, cette sous-munition portant des moyens d'observation de la zone ainsi que des moyens de transmission des informations recueillies, des moyens relais étant d'autre part emportés par le vecteur pour relayer vers une station de traitement les informations envoyées par la sous-munition. Selon un mode de réalisation, les moyens relais peuvent être solidaires du vecteur et rester solidaires de celui-ci après dispersion de la ou des sous-munitions d'observation. Dans ce cas, le vecteur est de préférence un drône ou un missile. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif d'observation comprend au moins deux sous-munitions disposées à l'intérieur du vecteur, au moins une première sous-munition (ou sous-munition d'observation) portant les moyens d'observation de la zone ainsi que des moyens de transmission, et au moins une deuxième sous-munition (ou sous-munition relais) portant les moyens relais. La ou les sous-munitions relais pourront être dispersées avant la ou les sous-munitions d'observation et pourront assurer leur fonction de relais une fois arrivées au sol. Suivant un autre mode de réalisation, les moyens de freinage des sous-munitions pourront être tels que la ou les sous-munition relais se trouvent en permanence à une altitude supérieure à celle de la ou des sous-munitions d'observation. Le dispositif d'observation pourra comporter au moins deux sous-munitions d'observation et au moins une sousmunition relais. Avantageusement, la sous-munition d'observation est animée au cours de sa chute d'un mouvement de rotation autour d'un axe. Le vecteur pourra être un obus d'artillerie ou une roquette. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de modes particuliers de réalisation, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels: -les figures la et lb sont des représentations schématiques de vecteurs emportant un dispositif d'observation selon l'invention, -les figures 2a et 2b sont des représentations schématiques des sous-munitions d'observation et relais respectivement, -la figure 3 montre le mode de fonctionnement d'un dispositif suivant un premier mode de réalisation de l'invention, -la figure 4 montre le mode de fonctionnement d'un dispositif suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention, -la figure 5 montre le mode de fonctionnement d'un dispositif suivant un troisième mode de réalisation de l'invention. -la figure 6 montre le mode de fonctionnement d'un dispositif suivant un quatrième mode de réalisation de l'invention. En se reportant à la figure la, un vecteur 1, qui est présenté ici sous la forme d'un obus d'artillerie, comporte une enveloppe 2, fermée à une extrémité par un culot 3 et portant à l'autre extrémité une fusée 4. Ce vecteur contient deux sous-munitions. Une première sous-munition 5, disposée du côté de la fusée, est une sous-munition d'observation. Une deuxième sous-munition 6, disposée du côté du culot est une sous-munition relais de communications. Chaque sous-munition porte un moyen de freinage aérodynamique (7 ou 8), par exemple un parachute replié, protégé et maintenu à l'intérieur du vecteur d'une façon connue, par exemple au moyen d'entretoises 9. Un piston 10 est destiné à recevoir une pression de gaz engendrée par la fusée 4 lors de l'initiation de cette dernière et à pousser les sous-munitions 5 et 6 hors de l'enveloppe 2 du vecteur. D'une façon classique, le culot 3 et le piston 10 sont liés à l'enveloppe par exemple par des goupilles cisaillables. Les vecteurs à sous-munitions (ou cargos) sont bien connus de l'homme du métier et un tel vecteur ne sera donc pas décrit ici plus en détail. D'une façon habituelle il disperse par exemple des grenades, des mines, des sous-munitions antichar guidées ou non. Le mécanisme de la dispersion des sous-munitions est également bien connu. A un instant donné sur trajectoire (déterminé par une programmation de la fusée ou encore télécommandé), la fusée provoque l'initiation d'une charge génératrice de gaz qui pousse le piston et provoque l'éjection des sous-munitions. Les brevets FR2363077 et FR2683310 décrivent de tels vecteurs cargos. Le vecteur 1 pourrait également être réalisé sous la forme d'une roquette d'artillerie ou d'un missile. Dans ce cas il devient possible d'emporter plus de deux sousmunitions. Suivant Les besoins opérationnels on pourra emporter plusieurs sous-munitions d'observation et/ou plusieurs sous-munitions relais. Différents cas de figure seront envisagés dans la suite de la description. Le vecteur pourrait également être réalisé sous la forme d'un drône ou aéronef télécommandé. La figure lb représente un vecteur 1 suivant une telle variante. Le vecteur est doté d'une voilure 11 ainsi que d'un propulseur 12. I1 emporte les sous-munitions dans un logement 13 de son enveloppe. La figure lb montre schématiquement deux panneaux 14a,14b qui permettent de libérer chaque sous-munition de façon individuelle. Les instants de libération pourront être programmés avant lancement du drône ou télécommandés. La figure 2a montre une sous-munition d'observation 5. Celle-ci comporte des moyens d'observation qui comprennent au moins un capteur 15, par exemple un capteur infra rouge, ou un capteur efficace dans le domaine visible, ou une matrice de capteurs infra-rouges ou encore une caméra électronique ou un capteur à transfert de charge efficace dans le domaine visible. Ce capteur a une direction d'observation 16 inclinée par rapport à l'axe de descente vertical 17 de la sousmunition. I1 observe la zone de terrain située en dessous de lui au travers d'une fenêtre 18 qui assure la protection du capteur et éventuellement au travers d'une optique (non représentée). Les signaux fournis par le capteur sont traités par un module électronique de traitement 19, ce dernier assure une mise en forme des signaux fournis par le capteur pour les rendre notamment moins sensibles aux brouillages. Le module électronique pourra ainsi comporter un convertisseur analogique/numérique et un calculateur comprenant des algorithmes classiques de compression de données et de codage des signaux. Le signal qui sort du module de traitement 19 est repris par un émetteur 20 qui le transforme en un signal radio (fréquence de L'ordre de quelques centaines de YIHz à quelques GHz) qui est émis au moyen d'une antenne 21. La sous-munition d'observation 5 pourra également comporter un récepteur de positionnement par satellite 22 (système connu de l'homme du métier sous l'appellation anglaise: "GPS-Global Positionning System ou GPS). Ce récepteur GPS permettra de connaître la position de la sous-munition dans l'espace. Elle pourra également comporter des moyens inertiels 23 (accéléromètres et gyromètres) qui permettront de connaître l'attitude de la sous-munition et notamment sa vitesse de rotation, ses vitesses de translation ainsi que l'orienta- tion de la direction d'observation 16 par rapport à la verticale. Le récepteur GPS 22 et les systèmes inertiels 23 sont reliés au module de traitement 19, et les informations qu'ils fournissent sont également transmises par l'émetteur 20. Le traitement d'image ne fait pas l'objet de la présente demande, il fait appel aux techniques connues de l'homme du métier et qui ont été notamment mises en oeuvre pour réaliser les obus d'observation connus dans lesquels le capteur tourne avec l'obus. La sous-munition d'observation 5 est ralentie dans sa chute -par le parachute 7. Celui-ci est conformé de façon à autoriser un mouvement de rotation de la sous-munition autour de son axe vertical 1;. Cette rotation lui a été communiquée par l'obus comme suite à sa liaison en rotation avec celui-ci sur sa trajectoire. On pourra utiliser un système de conteneur intermédiaire (non représenté) renfermant les sous-munitions et éjecté hors de l'obus pour permettre un freinage en rotation des sous-munitions. Lorsque cette vitesse de rotation a suffisamment diminué, les sous-munitions sont éjectées hors du conteneur intermédiaire. Le brevet FR2260772 décrit un obus cargo éclairant comportant un tel système de conteneur intermédiaire. D'autres moyens de freinage aérodynamique seraient possibles: par exemple un ballon gonflable, Âes ailettes déployables ou un parachute en forme d'aile. Des moyens de freinage aérodynamique de formes différentes pourront également être choisis pour chaque sous-munition et seront dimensionnés en fonction des objectifs recherchés. Dans le cas où le vecteur est non girant ou faiblement girant (tel une roquette), la rotation de la sous-munition lui sera communiquée par exemple par des ailettes déployables. La figure 2b montre une sous-munition relais 6. Celle-ci comporte une antenne de réception 24, un étage de traitement 25 (assurant notamment un filtrage passe bande et/ou une transposition de fréquences), un étage de ré-émission 26 et une antenne d'émission 27. Cette sous-munition relais 6 est elle aussi ralentie dans sa chute par un parachute 8. Chaque sous-munition 5 et 6 comportera bien évidemment une source d'énergie électrique (non représentée). Différents modes de réalisation de 1 invention sont possibles et ces modes vont être maintenant expliqués en référence aux figures 3 à 6. La figure 3 représente un premier mode de réalisation dans lequel un vecteur (obus, roquette, drône ou missile) a dispersé deux sous-munitions D, 6 au dessus d'un zone de terrain. Suivant le vecteur utilisé, la dispersion a pu être faite en séquence ou simultanément. Le dispositif est représenté après dispersion des sous-munitions et le vecteur n'apparait donc pas ici. Dans le cas d'un vecteur comme un drône ou un missile il est possible d'éjecter tout d'abord la sous-munition relais 6 puis à quelque distance la sous-munition d'observation 5. L'éjection en séquence est commandée par la fusée du vecteur ou télécommandée. Pour un drône du type de celui représenté figure lb on télécommandera tout d'abord l'ouverture de la trappe 14a puis celle de la trappe 14b. Dans le cas d'un vecteur comme un obus ou une roquette, les deux sous-munition sont éjectées l'une derrière l'autre. Il est cependant possible de maîtriser la séparation des sous-munitions en jouant sur le freinage aérodynamique qui est donné à chacune d'elle lors de sa sortie de l'enveloppe (voir par exemple les brevets FR9304302 et EP274580 qui décrivent des moyens de maîtriser l'écartement des sousmunitions) ainsi que sur la vitesse d'éjection (voir par exemple le brevet FR2683310 qui décrit un moyen de maîtriser cette vitesse). Dans tous les cas, les dimensions du parachute 8 de la sous-munition relais 6 seront choisies de telle sorte que celle-ci se trouve en permanence à une altitude supérieure à celle de la sous-munition d'observation D. On cherchera pratiquement à assurer en permanence une intervisibilité, d'une part entre la sous-munition d'observation 5 et la sous-munition relais 6, et d'autre part entre cette dernière et la station d'exploitation 29. Ainsi la sous-munition relais 6 peut recevoir les signaux envoyés par la sous-munition d'observation 5 même lorsque cette dernière se trouve dans des creux de terrain 28. Elle peut retransmettre ces signaux à la station d'exploitation 29 malgré la présence d'accidents de terrain 30 (montagnes, forêts). A titre d'exemple on peut réaliser une dispersion à une altitude d'environ 3000 m, la sous-munition d'observation descend sur son objectif à une vitesse de l'ordre de 30 m/s, et elle est animée d'une vitesse de rotation de l'ordre de 10 tours/seconde. Dans de telles conditions, l'observation du terrain est effectuée pendant une durée de l'ordre de 30 secondes. La sous-munition relais est animée d'une vitesse de descente de l'ordre de 5 à 10 m/s, elle reste à une altitude de l'ordre de 2000 m pendant l'ensemble de la mission d'observation de la sous-munition 5. I1 est possible avec une telle configuration de transmettre les informations à une station de traitement 29 située à près de 30 à DO km de la sousmunition d'observation 5 sans problèmes d'intervisibilité. Pour des distances supérieures il sera possible de prévoir un ou plusieurs relais de communication supplémentaires fixes placés au sol, ou encore ie prévoir un vecteur dispersant plusieurs sous-munitions relais à des endroits différents (dans ce cas le vecteur sera plutôt un drône ou un missile). Un des avantages de l'invention est que le traitement d'image effectué dans la sous-munition 5 peut être assez rudimentaire, les algorithmes de reconstitution d'image qui consomment une puissance de calcul importante se trouveront au niveau de la station de traitement 29. I1 est alors possible de définir une sous-munition d'observation relativement peu coûteuse et de dimensions réduites ce qui la rend plus difficilement détectable par les ennemis présents dans la zone. De plus, la dispersion des sous-munitions peut intervenir à haute altitude (supérieure à 5000 m) ce qui augmente la discrétion du dispositif. A titre de variante il est possible de prévoir un vecteur transportant plusieurs sous-munitions d'observations et une ou plusieurs sous-munitions relais. La figure 4 montre ainsi un dispositif dans lequel le vecteur a dispersé deux sous-munitions d'observations Sa et 5b et une sous-munition relais 6. Chaque sous-munition d'observation explore un creux de terrain différent 28a, 28b et elle envoie ses images à la sous-munition relais 6 qui les retransmet à la station de traitement 29 disposée à distance. Les signaux émis par chaque sous-munition d'observation le seront avec un code d'identification ou bien suivant une fréquence porteuse différente afin de permettre leur différentiation et leur traitement par la station 29. I1 sera avantageux avec une telle variante de l'invention de réaliser la dispersion au moyen d'un drône afin d'assurer de façon plus précise la mise en place de chaque sousmunition d'observation à l'emplacement souhaité. La figure 5 montre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention dans lequel Le vecteur a dispersé à intervalles réguliers deux sous-munitions relais 6a et 6b et une sous-munition d'observation 5. Suivant ce mode de réalisation les sous-munitions relais sont dispersées avant la sous-munition d'observation et elles sont destinées à assurer leur fonction de relais principalement une fois arrivées au sol. Le mode de fonctionnement est donc ici l'inverse de ceux décrits précédemment et les moyens de freinage des sous-munitions relais doivent être définis en conséquence. Un tel mode de réalisation de l'invention est adapté à la transmission des observations sur une distance importante et plutôt en terrain découvert. I1 est ainsi possible, avec deux sous-munitions relais, de placer la station de traitement 29 à une distance de l'ordre de 60 à 70 km de la zone à observer. I1 est bien entendu possible de définir les sousmunitions relais de telle sorte qu'elles puissent assurer leur fonction à la fois au cours de leur descente et après leur arrivée au sol. Ces sous-munitions relais peuvent en outre rester actives un certain temps, ou éventuellement être mises en état de veille afin d'assurer la fonction de relais pour des opérations ultérieures. La figure 6 montre un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le vecteur est un drône 1 qui assure tout d--'abord la dispersion d'une sous-munition d'observation 5 au dessus d'une zone de terrain puis se place en vol d'attente (par exemple à une altitude de 2000 à 3000 m) à une position intermédiaire entre la sous-munition et la station de traitement 29. Le drône 1 porte lui même des moyens relais de communications 31 et assure la transmission des informations recueillies par La sous-munition d'observation. Ce mode de réalisation de l'invention permet d'économiser les sous-munitions relais, le drône étant réutilisable de nombreuses fois. De plus il est alors plus facile d'assurer un maintien du relais à une altitude permettant une transmission optimale et cela quelles que soient les conditions atmosphériques. I1 est bien entendu possible dans ce dernier cas de disperser plusieurs sous-munitions d'observation à partir du drône relais. Le drône permettra de positionner ces dernières d'une façon relativement précise avant de prendre sa position de relais. REVENDICATIONS 1-Dispositif d'observation caractérisé en ce qu'il comprend au moins une sous-munition (5) disposée à l'intérieur d'un vecteur (1), et destinée à être dispersée au dessus d'une zone en étant ralentie dans sa chute par un moyen de freinage aérodynamique (7), cette sous-munition portant des moyens d'observation (15) de la zone ainsi que des moyens de transmission (20,21) des informations recueillies, des moyens relais (6,31) étant emportés par le vecteur pour relayer vers une station de traitement (29) les informations envoyées par la sous-munition (5). 2-Dispositif d'observation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens relais (31) sont solidaires du vecteur (1). 3-Dispositif d'observation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux sousmunitions disposées à l'intérieur du vecteur (1), au moins une première sous-munition (5) portant les moyens d'observation de la zone ainsi que des moyens de transmission, et au moins une deuxième sous-munition (6) portant les moyens relais. 4-Dispositif d'observation selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ou les sous-munitiolls relais (6) sont dispersées avant la ou les sous-munitions d'observation (5) et peuvent assurer leur fonction de relais une fois arrivées au sol. 5-Dispositif d'observation selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de freinage (7,8) des sousmunitions sont tels que la ou les sous-munition relais (6) se trouvent en permanence à une altitude supérieure à celle de la ou des sous-munitions d'observation (5). 6-Dispositif d'observation selon une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux sous-munitions d'observation (Da,Db) et au moins une sous-munition relais (6). 7-Dispositif d'observation selon une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la sous-munition d'observation (5) est animée au cours de sa chute d'un mouvement de rotation autour d'un axe (17). 8-Dispositif d'observation selon une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le vecteur est un obus d'artillerie. 9-Dispositif d'observation selon une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le vecteur est une roquette. 10-Dispositif d'observation selon la revendication 2, caractérisé en ce que le vecteur est un drône ou un missile.