Brevet FR2738356A1 — publié le 19970307

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de visée à laser impulsionnel, la visée pouvant être aussi bien destinée à des mesures qu'à la destruction de cibles. On sait que l'utilisation de faisceaux laser, émis par impulsions, pour des applications de télémétrie ou la réalisation d'armes laser, nécessite une émission laser dans un angle solide réduit pour obtenir un éclairement suffisant de la cible. S'il est nécessaire d'élargir le faisceau pour être assuré de toucher la cible malgré une mauvaise précision de visée, il est nécessaire d'augmenter la puissance émise proportionnellement à l'augmentation de l'angle solide d'émission pour conserver le même bilan de liaison. Par exemple, on considère un système utilisant une source laser dont la puissance est de 1 MW, fonctionnant à une cadence de 1 Hz et émettant dans un angle de divergence de 0,5 mrd, et susceptible d'assurer un éclairement E d'une cible, suffisant pour l'application souhaitée, à une portée P. Pour bien utiliser ce système sur une cible de petites dimensions, il faut assurer une précision de visée de l'ordre de la moitié de la divergence, soit 0,25 mrd.Si la précision de visée que l'on peut obtenir en pratique --due par exemple à la rusticité du dispositif de visée, à une mauvaise harmonisation entre le système de visée et l'émetteur laser ou à des vibrations du porteur du système-- n'est que de 1 mrd, pour maintenir une bonne probabilité d'atteinte de la cible, il faudrait augmenter la divergence du faisceau à 2 mrd, ce qui abaisserait l'éclairement de la cible, toujours supposée à la distance P, au seizième de sa valeur initiale E. Pour retrouver l'éclairement E nécessaire, il faudrait pouvoir augmenter la puissance du laser d'un facteur seize, soit à 16 MW. Cependant, pour des raisons purement technologiques, une augmentation importante de puissance n'est souvent pas réalisable, de sorte qu'il est pratiquement impossible de compenser une très mauvaise précision de visée par une augmentation de puissance. La présente invention a pour objet de permettre de compenser une grande imprécision de visée d'un système laser, sans augmenter la puissance de crête d'émission du laser. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour la visée d'une cible disposée à une portée P le long d'une ligne de visée, au moyen d'un faisceau laser impulsionnel présentant une divergence lui conférant une section s à la portée P, les impulsions dudit faisceau laser ayant une fréquence f lorsque l'erreur d'alignement de l'axe dudit faisceau laser par rapport à ladite ligne de visée est au plus égale à la moitié de ladite divergence, est remarquable en ce que, lorsque ladite erreur d'alignement est supérieure à la moitié de ladite divergence de sorte que, à la portée P, la section s dudit faisceau laser se trouve dans une zone d'incertitude :: - on balaye la zone d'incertitude avec le faisceau laser de façon qu'avec n positions successives de la section s, on recouvre au moins sensiblement totalement ladite zone d'incertitude - on multiplie la fréquence f des impulsions dudit faisceau laser par ledit coefficient n ; et - on émet une impulsion laser à chaque fois que, au cours du balayage, ladite section s occupe l'une desdites positions successives. Ainsi, selon l'invention, on peut ne pas augmenter la puissance crête d'émission du laser en augmentant la cadence de fonctionnement de celui-ci et en prévoyant un balayage automatique de faible amplitude angulaire couvrant la zone correspondant à l'incertitude de visée, ce qui assure, à la fin d'une séquence de balayage, l'arrivée d'au moins une impulsion laser sur la cible. En reprenant l'application numérique précédente, on utilise une source laser émettant la même puissance de 1 MW, mais à une cadence de 16 Hz, ce qui est technologiquement plus facile à réaliser qu'une source de 16 MW à 1 Hz. On voit que, à puissance inchangée, le balayage autour d'une direction de visée moyenne permet d'utiliser un faisceau ayant une divergence inférieure à la précision de visée, en gardant une forte probabilité d'impact du faisceau sur la cible. Le balayage de la zone d'incertitude peut être effectué de toute manière connue. Toutefois, il est avantageux de mettre en oeuvre un processus de déflexion du faisceau laser combinant deux mouvements vibratoires orthogonaux assurant une figure de balayage --du type "rosette" de Lissajous-- de la zone d'incertitude. Aussi, la présente invention concerne de plus un dispositif pour la visée d'une cible disposée à une portée P le long d'une ligne de visée, ledit dispositif comportant une source laser émettant un faisceau laser impulsionnel présentant une divergence lui conférant une section s à la portée P, la précision de visée dudit dispositif étant telle que l'erreur d'alignement de l'axe dudit faisceau laser par rapport à ladite ligne de visée est supérieure à la moitié de ladite divergence, de sorte que, à la portée P, la section s dudit faisceau laser se trouve dans une zone d'incertitude. Selon la présente invention, un tel dispositif est remarquable en ce que - il comporte des moyens de déflexion agissant sur ledit faisceau laser, de façon que ladite zone d'incertitude soit balayée par ladite section s et que, avec n positions successives de la section s, on recouvre au moins sensiblement totalement ladite zone d'incerti tude ; et - la source laser émet une impulsion pour chacune desdites positions de la section s sur ladite zone d'incertitude. Lesdits moyens de déflexion peuvent être constitués par tout dispositif optique, acousto-optique, électrooptique, etc ... de déflexion d'un rayonnement laser capable de supporter un haut flux d'impulsions et n'entraînant qu'une absorption faible du faisceau laser. De préférence, lesdits moyens de déflexion comportent un agencement de miroir vibrant, animé de deux mouvements vibratoires de directions orthogonales. Un tel agencement de miroir peut comporter deux miroirs indépendants ou un seul miroir soumis aux deux mouvements sinusoïdaux. La figure de balayage peut varier selon le mode de déflexion utilisé et le nombre d'impulsions nécessaires pour couvrir la totalité de la zone d'incertitude. Avantageusement, le système comporte un dispositif inertiel destiné à assurer la stabilité de la direction d'émission de la source laser malgré les oscillations du porteur, et la commande des mouvements destinés audit balayage est superposée à la commande destinée à stabiliser le faisceau. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. Les figures 1, 3 et 5 montrent schématiquement un dispositif laser de visée, dans trois cas de précision. Les figures 2, 4 et 6 sont des sections du faisceau laser dans le plan de la cible, respectivement dans les cas des figures 1, 3 et 5. La figure 7 illustre le principe de la présente invention. La figure 8 montre schématiquement un mode de réalisation du dispositif de visée conforme à la présente invention. La figure 9 illustre une variante de l'agencement de miroir conforme à l'invention. La figure 10 illustre la combinaison du dispositif conforme à la présente invention avec un dispositif de stabilisation inertielle. Le dispositif de visée 1, représenté schématiquement sur les figures 1, 3 et 5, comporte une source laser 2 portée par un support 3 et est destiné à viser une cible T disposée à une portée P le long de la ligne de visée V-V. La source laser 2 émet un faisceau laser impulsionnel d'axe X-X en direction de la cible T et elle est associée à un système optique afocal 5 devant communiquer à ce faisceau une forme parallèle. En réalité, ledit système optique afocal 5 laisse subsister dans ledit faisceau de divergence d, de sorte que, dans le plan Tr de la cible T, ledit faisceau a une section s qui croît avec la portée P. La fréquence des impulsions laser est égale à f et la puissance de la source 2 est choisie pour que l'éclairement E de la cible T ait un niveau souhaité à la portée P. Dans le schéma de la figure 1, il est supposé que la précision du dispositif de visée 1 est parfaite et que l'axe X-X du faisceau laser 4 est rigoureusement confondu avec l'axe de visée V-V (voir la figure 2). Il en résulte que la cible T reçoit l'éclairement E, à chaque impulsion laser. Dans le schéma de la figure 3, la précision de visée est moins bonne et une erreur d'alignement E existe entre l'axe X-X du faisceau laser 4 et l'axe de visée V-V (voir la figure 4). Toutefois, l'erreur d'alignement E est inférieure à la moitié de la divergence d, de sorte que la cible T, bien que décentrée dans la section s, reçoit toujours l'éclairement souhaité E à chaque impulsion laser émise par la source 2. Enfin, dans le schéma de la figure 5, la précision de visée est très mauvaise et l'erreur d'alignement E est supérieure à la moitié de la divergence d. Par suite, la cible T se trouve à l'extérieur de la section s (voir la figure 6) et ne peut être éclairée par les impulsions laser émises par la source 2. Comme on l'a mentionné ci-dessus, pour remédier à la situation représentée par les figures 5 et 6, on pourrait élargir la section s en augmentant la divergence d, de façon à ce que la cible T se trouve de nouveau dans ladite section. Cependant, dans ce cas, l'éclairement de la cible T diminuerait suivant une fonction du second ordre de l'augmentation de la divergence d, de sorte que la valeur E souhaitée pour ledit éclairement ne pourrait être obtenue qu'en augmentant fortement (selon également une fonction du second ordre de l'augmentation de la divergence d) la puissance de la source laser 2. Pour des raisons technologiques, ceci n'est souvent pas possible. Selon l'invention, on peut, même dans le cas des figures 5 et 6, éclairer la cible T avec le niveau d'éclairement souhaité E, sans augmenter la puissance de la source 2. Le principe de base de l'invention est illustré par la figure 7. Sur cette figure, on a représenté la zone d'incertitude ZI résultant de l'erreur d'alignement E . Cette zone d'incertitude ZI représente, dans le plan s , la zone de dispersion à l'intérieur de laquelle peut se trouver la section s, du fait de l'erreur d'alignement E. Selon l'invention, on soumet le faisceau 4 à une déflexion commandée, de façon que, à des instants successifs to, tl, t2, ..., ti, tj, tk, ..., tn, la section s dudit faisceau occupe, à l'intérieur de ladite zone d'incertitude ZI, des positions so, sl, s2, ..., si, sj, sk, ..., sn successives et différentes, dont l'ensemble recouvre au moins sensiblement la totalité de ladite zone d'incertitude ZI et, à chacun desdits instants, on émet une impulsion laser. Ainsi, la probabilité qu'une impulsion laser éclaire, avec l'éclairement E souhaité, la cible T est pratiquement égale à 1, bien que la précision de visée soit très mauvaise. Dans le processus de l'invention, chaque cycle de visée implique donc l'émission de n impulsions laser, au lieu de l'unique impulsion laser prévue dans les dispositifs connus. Aussi, pour une durée constante du cycle de visée, il est nécessaire que la fréquence de la source laser utilisée conformément à l'invention soit n fois plus grande que la fréquence de la source laser des dispositifs de visée connus. Dans le cas où les différentes positions so, sl, ..., sn de la section s recouvriraient, sans chevauchements, la totalité de la zone d'incertitude ZI, on voit que le coefficient n serait égal au rapport de l'aire de cette zone d'incertitude par l'aire de ladite section s. Compte tenu des chevauchements possibles --et éventuellement souhaités-- entre positions si voisines et de l'imperfection éventuelle du recouvrement de la zone d'incertitude ZI par l'ensemble desdites positions si, la valeur du coefficient n n'est, en général, qu'approximativement égale audit rapport. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté schématiquement sur la figure 1, le générateur laser 10 comporte, outre la source laser 2 et le système optique afocal 5, un ensemble de deux miroirs 11 et 12 susceptibles d'osciller respectivement autour d'un axe vertical Z-Z et d'un axe horizontal H-H, sous l'action de moteurs respectifs 13 et 14. Le faisceau laser engendré par la source 2 se réfléchit sur les miroirs 11 et 12 avant d'être dirigé vers la cible T. Les moteurs 13 et 14 sont animés de mouvements alternatifs, de sorte que l'axe X-X décrit, dans le plan , une rosette de Lissajous. Par suite, la section s prend successivement chacune des positions so, sl, s2, si, ..., sn, comme représenté sur la figure 7. La source laser 2 et les moteurs 13 et 14 sont commandés par un dispositif de commande 15, lui-même commandé par un organe 16, à la disposition d'un opérateur. Quand cet opérateur actionne l'organe 16, le dispositif 15 déclenche simultanément l'émission en rafale de la totalité des impulsions laser d'un cycle de visée et les mouvements des miroirs 13 et 14. Par suite, aux instants successifs to, tl, ..., tn du cycle, des impulsions laser atteignent la zone d'incertitude ZI respectivement aux positions so, sl, ..., sn de la section s. Dans le cas pratique mentionné ci-dessus, le cycle dure 1 seconde et 16 impulsions sont adressées une à une aux 16 positions so à slS. Des cycles de visée successifs identiques peuvent s'enchaîner tant que l'opérateur actionne l'organe 16. Le dispositif de commande 15 et l'organe 16 peuvent être solidaires du support 3. Sur la figure 8, on a disposé les miroirs 11 et 12 entre la source laser 2 et le système optique afocal 5. Ceci n'est pas une disposition obligatoire, lesdits miroirs pouvant être disposés, au-delà dudit système optique afocal 5, du côté de la cible T. De plus, comme le montre la figure 9, au lieu d'utiliser deux miroirs 11 et 12, il est possible de ne prévoir qu'un seul miroir 17, articulé à la fois autour desdits axes H-H et Z-Z, et commandé par les deux moteurs à mouvements alternatifs 13 et 14, par exemple par l'intermédiaire d'un cadre 18. Par ailleurs, sur la figure 10, on a représenté un dispositif inertiel 19 susceptible de détecter les vibrations auxquelles est soumise la source laser 2 et d'engendrer un signal de correction adressé aux moteurs 13 et 14 pour corriger la position de l'axe X-X en fonction desdites vibrations. Dans ce cas, on prévoit un additionneur 20, recevant les signaux du dispositif inertiel 19 et ceux du dispositif de commande 15 et adressant des signaux combinés de commande aux moteurs 13 et 14. Ce dernier mode de réalisation permet, dans le cas où le support 3 est soumis à de fortes vibrations, de réduire l'erreur de visée avant de lui appliquer le traitement conforme à l'invention et illustré par la figure 7. Le dispositif inertiel 19, qui est alors porté au moins en partie par le support 3, permet de réduire l'aire de la zone d'incertitude ZI. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la visée d'une cible (T) disposée à une portée (P) le long d'une ligne de visée (V-V), au moyen d'un faisceau laser impulsionnel (4) présentant une divergence (d) lui conférant une section (s) à la portée (P), les impulsions dudit faisceau laser ayant une fréquence (f) lorsque l'erreur d'alignement (s) de l'axe (X-X) dudit faisceau laser (4) par rapport à ladite ligne de visée (V-V) est au plus égale à la moitié de ladite divergence (d), caractérisé en ce que, lorsque ladite erreur d'alignement (C) est supérieure à la moitié de ladite divergence (d) de sorte que, à la portée (P), la section (s) dudit faisceau laser peut se trouver dans une zone d'incertitude (ZI) - on balaye la zone d'incertitude (ZI) avec le faisceau laser (4) de façon qu'avec n positions successives (si) (avec i = 1, 2, ..., n) de la section (s), on recouvre au moins sensiblement totalement ladite zone d'incertitude (ZI) - on multiplie la fréquence (f) des impulsions dudit faisceau laser (4) par ledit coefficient n ; et - on émet une impulsion laser à chaque fois que, au cours du balayage, ladite section (s) occupe l'une desdites positions successives (si). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit coefficient n est au moins approximativement égal au rapport de l'aire de ladite zone d'incertitude (ZI) par l'aire de ladite section (s). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit balayage est obtenu par la déflexion dudit faisceau laser (4) au moyen de la combinaison de deux mouvements vibratoires orthogonaux. 4. Dispositif pour la visée d'une cible (T) disposée à une portée (P) le long d'une ligne de visée (V-V), ledit dispositif comportant une source laser (2) émettant un faisceau laser impulsionnel (4) présentant une divergence (d) lui conférant une section (s) à la portée (P), la précision de visée dudit dispositif étant telle que l'erreur d'alignement () de l'axe (X-X) dudit faisceau laser (4) par rapport à ladite ligne de visée (V-V) est supérieure à la moitié de ladite divergence (d), de sorte que, à la portée (P), la section (s) dudit faisceau laser (4) se trouve dans une zone d'incertitude (ZI), caractérisé en ce que - il comporte des moyens de déflexion (11 à 14 ; 17) agissant sur ledit faisceau laser (4), de façon que ladite zone d'incertitude (ZI) soit balayée par ladite section (s) et que, avec n positions successives (si) (avec i = 1, 2, ..., n) de la section (s), on recouvre au moins sensiblement totalement ladite zone d'incer titude ; et - la source laser (2) émet une impulsion pour chacune desdites positions (si) de la section (s) sur ladite zone d'incertitude (ZI). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de déflexion comportent un agencement de miroir vibrant, animé de deux mouvements vibratoires de directions orthogonales. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit agencement du miroir vibrant comporte deux miroirs (11,12), chacun animé d'un desdits mouvements vibratoires. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit agencement de miroir vibrant comporte un miroir unique (17) auquel sont appliqués les deux mouvements vibratoires. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif inertiel (19) de stabilisation de l'axe (X-X) du faisceau laser (4) délivrant un signal de correction qui est adressé auxdits moyens de déflexion (11 à 14 ; 17).