Brevet FR2747481A1 — publié le 19971017

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de stabilisation de ligne de visée sur une cible. Elle permet notamment d'asservir la ligne de visée de senseurs optroniques tels que caméra thermique ayant des champs faibles et des grandes résolutions, de telle manière que la qualité de stabilisation soit compatible de la résolution desdits senseurs. Il est connu, pour réaliser une stabilisation d'une ligne de visée sur une cible, des dispositifs de stabilisation directe et des dispositifs de stabilisation indirecte. Un dispositif de stabilisation directe comporte une plate-forme, articulée suivant un axe de site et un axe de gisement, qui supporte un senseur optronique. L'ensemble est en configuration inertielle, c'est-à- dire qu'à une déviation d'un angle 0 du faisceau des rayons lumineux incidents correspond la même déviation 0 de la plate-forme pour stabiliser l'axe optique suivant le faisceau des rayons lumineux incidents. Ce dispositif classique a pour inconvénient d'être limité par les perturbations introduites par les couples de frottement sur les axes de suspension, et par des balourds résiduels. Habituellement, une amélioration est apportée par l'ajout de miroirs dits "de stabilisation fine" qui dévient la ligne de visée d'angles correspondant à l'erreur de pointage mesurée. Cette méthode permet de réduire les erreurs de stabilisation primaire, mais ses performances restent limitées par la qualité de la stabilisation primaire, par la bande passante des gyroscopes qui mesurent l'erreur de stabilisation primaire, et par la bande passante des asservissements qui contrôlent les miroirs dits "de stabilisation fine". Dans le cas d'un dispositif de stabilisation indirecte, la plate-forme est fixe, liée au porteur, et un miroir assure la déviation de la ligne de visée. Ce dispositif permet d'atteindre une meilleure précision de visée mais nécessite la mise en oeuvre d'un compensateur d'inertie qui est une technique délicate et onéreuse. Les performances sont dans ce cas limitées par des phénomènes de résonance mécanique. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. 2 2747481 A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de stabilisation de ligne de visée d'un dispositif optronique sur une cible composé d'un ensemble optronique comprenant un système afocal, orientable et asservi suivant un axe de site, monté sur une structure elle-même orientable et asservie suivant un axe de gisement caractérisé en ce qu'il consiste à dévier le faisceau des rayons lumineux ayant traversé le système afocal par deux miroirs parallèles en position nominale, dont l'un est fixe et l'autre mobile autour d'un axe perpendiculaire à l'axe du faisceau des rayons lumineux traversant le système afocal à dévier, à ramener suivant la ligne de visée le faisceau optique, en faisant tourner le miroir mobile suivant son axe par l'intermédiaire d'un asservissement piloté par une consigne à atteindre et contrôlé par une mesure effectuée par un gyromètre solidaire du miroir mobile, et à ramener l'axe optique de l'ensemble optronique suivant la ligne de visée par un asservissement piloté par la position angulaire du miroir 1 5 mobile. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité. L'invention sera bien comprise et ses avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante présentée à titre d'illustration non limitative et faite en regard des figures annexées qui représentent: - la figure 1, un mode de réalisation d'une plate- forme de stabilisation d'une ligne de visée d'un ensemble optronique selon l'invention, - la figure 2, un mode de réalisation d'un bloc optique simplifié composant l'ensemble optronique de la figure 1, - la figure 3, des modes de réalisation de dispositifs de commande des déplacements du miroir mobile et de la plate-forme de stabilisation d'une ligne de visée selon l'invention, - les figures 4 et 5, des modes de réalisation de blocs optiques simplifiés composants les ensembles optroniques de variantes d'un dispositif de stabilisation d'une ligne de visée selon l'invention. La figure 1 représente la structure générale d'un dispositif de stabilisation de ligne de visée comprenant un ensemble optronique 1 orientable suivant un axe de site 2 monté sur une structure 3 elle-même orientable suivant un axe de gisement 4. Le tout est supporté par une 3 2747481 plate-forme 5. Des moteurs couples 6 et 7 solidaires respectivement de la structure 3 et de la plate-forme 5 assurent les déplacements en rotation d'une part, de l'ensemble optronique 1 autour de l'axe de site 2 et d'autre part, de la structure autour de l'axe de gisement 4. L'ensemble optronique 1 comprend un objectif 8, un bloc gyromètre- miroirs 9 et un bloc optique de sortie-senseur 10. Dans le mode de réalisation de la figure 2, o les éléments homologues à ceux de la figure 1 sont représentés avec les mêmes références, l'objectif 8 se compose d'un système optique afocal comportant un groupe de lentilles de tête L1 convergent et un groupe de lentilles L2 de sortie divergent. Le bloc gyromètre-miroirs 9 comporte un premier miroir plan 11 et un deuxième miroir plan 12 juxtaposés l'un au-dessus de l'autre et disposés entre la lentille L2 de sortie et le bloc optique de sortiesenseur 10. La direction du plan du premier miroir 11 est inclinée sur l'axe optique xx' de i 5 l'objectif 8 d'un angle déterminé ct de 45 par exemple, alors que celle du deuxième miroir 12 est mobile en rotation autour d'un axe 13 perpendiculaire à l'axe xx'. La mise en rotation du deuxième miroir 12 autour de l'axe 13 est assurée par un moteur couple 14 et est contrôlée par un gyromètre 15. Le bloc optique de sortie senseur 10 se compose d'une lentille L3 placée devant un détecteur d'imagerie 16. Suivant cette disposition, un faisceau 17 de rayons lumineux parallèles en entrée de l'objectif 8 sort parallèle en sortie du système afocal. Après réflexions, deux sur le miroir mobile 12 par exemple et deux sur le miroir fixe 11 par exemple, les rayons lumineux du faisceau 18 restent parallèles entre eux. Après avoir traversé la lentille L3, le faisceau est focalisé sur le détecteur d'imagerie 16. Dans cette configuration l'axe de la ligne de visée est correctement pointé sur la cible lorsque son image apparaît au centre du détecteur d'imagerie 16. Lors d'un dépointage 0 lors d'un mouvement relatif de l'objectif 8 par rapport à la cible, le faisceau des rayons lumineux 19 en sortie du système afocal de rapport n est dévié d'un angle ne, n = 4 par exemple. Cette déviation 40 est conservée après réflexions sur les miroirs 11 et 12 lorsque ceux-ci sont dans leur configuration nominale parallèles entre eux. Après focalisation du faisceau par la lentille L3, I'image de la cible sur le détecteur d'imagerie 16 apparaît décalée du centre du détecteur d'imagerie 16. Ce décalage correspond à une direction d'arrivée du faisceau décalée d'un angle 40 relativement à 4 2747481 l'axe optique de la lentille L3 En supposant que le miroir mobile 12 tourne autour de son axe 13 d'un angle 0 dans le même sens que le faisceau des rayons lumineux 19, I'image de la cible sur le détecteur d'imagerie 16 se déplace d'un angle 2me, par exemple 40 si m le nombre de réflexions sur le miroir mobile est égal à 2. Cette disposition permet, par une rotation dans un sens convenable du miroir mobile 12 d'un angle E, de ramener la cible sur le centre du détecteur d'imagerie 16, centre qui est situé sur l'axe de la ligne de visée. Dans le mode de réalisation de la figure 3, o les éléments homologues à ceux des figures 1 et 2 sont représentés avec les mêmes références, les commandes de déplacement du miroir mobile 12 d'une part, et de l'ensemble optronique 1 d'autre part, sont issues de boucles d'asservissement représentées en 20 et 26 à l'intérieur de lignes fermées en pointillé. La boucle d'asservissement 20 du miroir mobile 12 est pilotée par une consigne de vitesse 21. Celle-ci est issue d'une télécommande, du type manette par exemple, actionnée par l'opérateur. Le détecteur d'imagerie 16 renvoit sur un écran, non représenté, disponible à l'opérateur, I'image visée par l'objectif 8. Quand l'image de la cible se décale du centre de l'écran qui correspond à l'axe de la ligne de visée, I'opérateur imprime à la manette un mouvement dans le sens inverse du déplacement. Il s'ensuit un signal traduit par la télécommande en consigne de vitesse 21 à destination de la boucle d'asservissement 20 du miroir mobile 12. La consigne de vitesse 21 est comparée dans la boucle d'asservissement 20 à la mesure 22 de la vitesse de rotation du miroir 12 effectuée par un gyromètre 15 solidaire du miroir mobile 12. Le résultat de la comparaison est filtré par un correcteur 23. Après filtrage, le signal résultant est amplifié, par un amplificateur 24. Le signal amplifié excite un moteur couple 14. Ce moteur couple 14 entraîne le miroir mobile 12 en rotation. La boucle d'asservissement 20 du miroir mobile 12 assure la stabilisation de la ligne de visée sur la cible vis-à-vis des mouvements de l'ensemble optronique 1. Pour ramener également l'axe optique de l'ensemble optronique 1 dans la direction de la cible, la boucle d'asservissement 26 de l'ensemble optronique 1 est pilotée par une consigne angulaire 27. Celle-ci est le résultat d'une intégration de la vitesse de rotation du miroir mobile 12 par un dispositif d'intégration 25, tel qu'un potentiomètre par exemple, qui mesure le déplacement angulaire du miroir 2747481 12 et qui est placé en sortie de la boucle d'aservissement 20. Dans la boucle d'asservissement 26 la consigne angulaire 27 est comparée à la position angulaire 28 de l'ensemble optronique 1. Le résultat de la comparaison est filtré par un correcteur 29. Après filtrage le signal est amplifié par un amplificateur 30. Le signal amplifié excite un moteur couple 6. Ce moteur couple 6 entraîne l'ensemble optronique 1 en rotation. La position angulaire courante 28 vient contre-réactionner l'action de la consigne angulaire 27. Dans une stabilisation de ligne de visée sur une cible suivant deux axes, le dispositif précédemment décrit au travers des figures 1, 2 et 3 est complété par: d'une part, un deuxième bloc gyromètre-miroirs identique au bloc gyromètre-miroirs 9. Il est inséré à la suite du premier 9 et devant le bloc optique de sortie-senseur 10. L'axe de rotation du miroir mobile est perpendiculaire à l'axe 13 et à la ligne de visée xx', et d'autre part, un deuxième dispositif de commande identique à celui décrit suivant la figure 3. La boucle d'asservissement du deuxième miroir mobile assure la stabilisation de la ligne de visée sur la cible vis-à-vis des mouvements de la structure 3. La boucle d'asservissement 26 de l'ensemble optronique 1 et la boucle d'asservissement du même type de la structure 3 ont pour but d'obliger l'axe optique du système afocal d'entrée 8 à suivre la ligne de visée stabilisée par les boucles d'asservissement de type 20 de chacun des miroirs mobiles. Etant donné qu'il ne s'agit que d'une fonction de suivi, les performances de stabilisation de la ligne de visée sur la cible sont entièrement définies par le dispositif interne à miroirs, et plus précisément par l'asservissement gyrométrique des miroirs mobiles internes. Des variantes à ce dispositif de stabilisation de ligne de visée sur une cible peuvent être imaginées. Une première variante, non représentée, consiste à utiliser un dispositif afocal inverseur. La première réflexion sur le bloc gyromètre-miroirs sera alors effectuée sur le miroir fixe et non sur le miroir mobile. En effet, lors d'un dépointage O produit par un mouvement relatif de l'objectif par rapport à la cible, le faisceau des rayons lumineux en entrée du système afocal tourne d'un angle 0, dans le sens horaire par exemple. En sortie du système afocal la rotation est dans le sens inverse, trigonométrique 6 2747481 par conséquent. Après traversée du système afocal, la 1ère réflexion sur un miroir inverse de nouveau le sens de la rotation du faisceau des rayons lumineux; le faisceau des rayons lumineux après la 1ère réflexion tourne ainsi dans le sens horaire, de même sens qu'en entrée du système afocal. L'utilisation du miroir fixe pour réaliser la 1ère réflexion permet de faire tourner le miroir mobile, qui n'intervient qu'à partir de la 2ième réflexion, d'un angle 0 dans le même sens que le faisceau des rayons lumineux en entrée du système afocal pour ramener la cible suivant la ligne de visée. Une deuxième variante, représentée à la figure 4, peut être utilisée pour deux voies optiques séparées et inversées entre elles, une voie réception inverseuse 31 et une voie d'émission laser non inverseuse 32 par exemple. Comme représenté sur la figure 4, elle est caractérisée par une configuration associant deux miroirs fixes 33 et 34 et un miroir mobile 35 utilisé sur ses deux faces et disposé entre les deux miroirs fixes 33 et 34. Comme décrit dans la précédente variante, la 1 ère réflexion de la voie inverseuse 31 s'effectue sur le miroir fixe 33. Une autre de ces variantes, représentée à la figure 5, est caractérisée par une configuration de stabilisation deux axes 36 et 37 n'utilisant qu'un seul dispositif de stabilisation interne à bloc gyromètre- miroirs représenté en 38 à l'intérieur d'une ligne fermée en pointillé. La stabilisation du second axe 37 est alors réalisée par un miroir 39 en configuration inertielle situé en amont du système afocal 40. Comme il va de soi, I'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, mais elle est bien au contraire susceptible d'être réalisée sous d'autres formes équivalentes utilisant le même principe. 7 2747481 REVENDICATIONS 1. Procédé de stabilisation de ligne de visée d'un dispositif optronique sur une cible composé d'un ensemble optronique (1) comprenant un système afocal (8), orientable et asservi suivant un axe de site (2), monté sur une structure (3) elle-même orientable et asservie suivant un axe de gisement (4) caractérisé en ce qu'il consiste à dévier le faisceau des rayons lumineux (19) ayant traversé le système afocal (8) par deux miroirs parallèles en position nominale, dont l'un (11) est fixe et l'autre mobile (12) autour d'un axe (13) perpendiculaire à l'axe du faisceau des rayons lumineux traversant le système afocal (8) à dévier, à ramener suivant la ligne de visée le faisceau optique, en faisant tourner le miroir mobile (12) suivant son axe (13) par l'intermédiaire d'un asservissement (20) piloté par une consigne (21) à atteindre et contrôlé par une mesure (22) effectuée par un gyromètre (15) solidaire du miroir mobile (12), et à ramener l'axe optique de l'ensemble optronique (1) suivant la ligne de visée par un asservissement (26) piloté par la position angulaire (27) du miroir mobile (12). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le déviateur de faisceau réalisé par les deux miroirs parallèles (12) et (13) du bloc gyromètre-miroirs (9) est dans le rapport de grossissement du système afocal (8). 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le système afocal (8) est un système inverseur et en ce que la 1ère réflexion sur le bloc gyromètre-miroirs (9) s'effectue sur le miroir fixe. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le miroir mobile (35) est réfléchissant sur ces deux faces et est commun à un deuxième bloc gyromètre-miroirs disposé en sortie d'une voie non inverseuse (32) et en entrée d'un bloc optique de sortie-senseur. 8 2747481 5. Procédé selon l'une quelconque des revendication 1 et 2 caractérisé en ce que le bloc gyromètre-miroirs (9) est à 1ère réflexion sur le miroir mobile (13) et à dernière réflexion sur ce même miroir (13). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la démultiplication d'angle est effectuée suivant deux axes perpendiculaires entre eux par l'ajout d'un deuxième bloc gyromètremiroirs identique au premier (9) et dont l'axe du miroir mobile est perpendiculaire au 1er miroir mobile (13) et à l'axe de la ligne de visée. 7. Dispositif de stabilisation de ligne de visée d'un dispositif optronique sur une cible comprenant un ensemble optronique (1) orientable et asservi suivant un axe de site (2) monté sur une structure (3) elle-même orientable et asservie suivant un axe de gisement (4) caractérisé en ce que l'ensemble optronique (1) comprend deux blocs gyromètre-miroirs insérés en cascade entre le système optique d'entrée (8) et l'objectif du senseur (10); chaque bloc comporte deux miroirs parallèles (11) et (12) dont l'un (12) est mobile autour d'un axe (13) perpendiculaire à la direction du faisceau optique à dévier, les deux axes étant perpendiculaires entre eux, chaque miroir mobile (12) est solidaire d'un gyromètre (15) et piloté en rotation par un asservissement (20) pour asservir l'axe de visée (xx') sur la cible. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'un des deux blocs gyromètre-miroirs est remplacé par un miroir mobile (39) placé en amont du système afocal (40).