Brevet FR2751479A1 — publié le 19980123

PROCEDE ET SYSTEME DE PROTECTION DES EQUIPEMENTS DE VEIw OU DE POURSUITE OPTRONIQUES AU REGARD D'UNE IlLUMINATION L'invention se rapporte au domaine de la protection des équipements de veille ou de poursuite optroniques, par exemple des équipements passifs d'imagerie au moyen de détecteurs (du monodétecteur jusqu'à la mosaïque) infrarouges ou à tube à vide TV, au regard d'une illumination, en particulier d'une illumination laser provenant d'une cible. Les dispositifs mettant en oeuvre une source laser sont généralement destinés à la télémétrie, à la conduite de tir, ou à des fins de contre-mesure. Ils sont couplés le plus souvent à un système d'acquisition et de poursuite angulaire, de nature radar ou optronique, de sorte qu'un domaine de tir puis se être défini à partir des informations acquises par ces équipements (coordonnées angulaires site et gisement g et dérivées g et s, et informations radiales r et r). Ces moyens sont embarqués indifféremment à bord du chasseur, avion ou missile, ou de la cible. La cible peut avoir engagé elle-même une conduite de tir ou des contre-mesures sur le chasseur attaquant afin de décevoir sa conduite de tir : le chasseur s'expose alors à une illumination laser en provenance de la cible qu'il poursuit grâce à ses moyens optroniques. Cette illumination a des conséquences néfastes au niveau de ses équipements optroniques, lorsque la longueur d'onde de l'illumination laser hostile est dans la bande spectrale des équipements et il peut en résulter - un éblouissement des photodétecteurs pouvant aller jusqu'à leur destruction - un risque de brouillage dépendant du mode de fonctionnement de l'illuminateur - un effet catadioptrique, ou effet "oeil de chat" lorsque les équipements de poursuite passifs visent précisément le porteur de l'illumination laser, ils renvoient dans sa direction des éléments d'identification le rendant alors totalement détectable. Le chasseur peut également à travers sa signature équivalente laser, révélant son orientation par rapport au faisceau laser, fournir les caractéristiques de sa propre conduite de tir. La présente invention a pour objet un procédé destiné à protéger les équipements optroniques d'une illumination laser afin de supprimer les conséquences nuisibles d'une telle illumination, et aussi l'effet "oeil de chat" que présentent les équipements lorsque l'illumination se situe à l'intérieur de leur champ d'observation. L'invention concerne également un système pour la mise en oeuvre de ce procédé. Afin d'atteindre ces objectifs, le procédé de protection vis-à-vis d'une illumination laser pour un équipement optronique passif de veille ou de poursuite dont le champ objet du système optique de l'équipement est analysé par un capteur photosensible décrivant un balayage gisement-site, est caractérisé en ce qu il consiste à - détecter l'instant où l'impact de l'illumination laser entre dans le champ d'observation de l'équipement optronique, - déterminer l'instant où le capteur de l'équipement optronique coïncide spatialement avec l'impact de l'illumination laser dans le champ d'observation, - occulter, à l'instant déterminé précédemment, le capteur pendant une durée au moins égale au temps de passage du capteur devant l'impact laser, - suivre en position l'impact de l'illumination laser. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre en regard des figures annexées qui représentent, respectivement - la figure 1, un exemple d'équipement optronique de poursuite infrarouge - la figure 2a, le champ d'observation de l'équipement de poursuite et son balayage - la figure 2b, les lois de variation des balayages gisement et site - la figure 3, un système de protection conforme à l'invention - la figure 4a et 4b, les schémas en vues de face et de profil d'un exemple d'obturateur pour la mise en oeuvre de l'invention, - la figure 5, un diagramme pour illustrer les étapes du procédé selon l'invention - les figures 6a à 6c, les chronogrammes d'ouverture d'un obturateur selon l'invention. Le procédé selon l'invention est destiné plus particulièrement à protéger des équipements de poursuite angulaire de nature optronique. Ces équipements sont discrets ou passifs, par opposition à ceux de nature radar, car ils n exploitent que le signal optique naturel émis par la cible. Les moyens optroniques mis en oeuvre sont très variés, par exemple formés par un tube à vide, tel qu'un tube Vidicon, ou par un dispositif d'exploration infrarouge FLIR (abréviation anglosaxonne pour "Forward looking infrared"), muni par exemple d'une barrette de cellules photodétectrices comme capteur photosensible. La figure 1 représente schématiquement un exemple d'équipement de poursuite infrarouge : le champ d'observation 1 d'un tel équipement est analysé à l'aide d'un capteur 2, constitué d'une barrette de cellules photosensibles fournissant un signal de luminance par lecture successive des cellules ; la projection P de ce capteur dans le champ d'observation 1 est pilotée, à travers un système optique symbolisé par un objectif 3, par deux miroirs de balayage horizontal et vertical, respectivement 4 et 5. Des recopies de balayage horizontal en gisement g (t), et de balayage vertical en site s(t), sont effectués en temps réel à l'aide de dispositifs de recopies (non représentés) disposés sur les miroirs de déflexion. Tel qu'illustré sur la figure 2a, ce double balayage permet d'analyser le champ d'observation dans les directions gisement OG et site OS (soit le champ OG x OS) de l'équipement par bandeaux successifs b1 à b5 balayés selon la direction OG : à un instant t, le capteur voit une portion de champ & g x s, coïncidant avec l'image du capteur dans le plan objet, cette portion étant centrée sur les coordonnées de balayage g (t), s (t). Les lois de variation des balayages gisement et site, g (t) et s (t), sont déterminées par les chronogrammes représentés sur la figure 2b. Globalement, le balayage du champ d'observation est conduit selon l'axe de gisement (figure 2a), suivant des hauteurs de site s (t) discrètes définies sur la figure 2b. L'analyse du champ OG x OS est alors effectuée à une fréquence 1/T = F, avec un balayage gisement de fréquence Fg, n fois plus élevé que F, n étant le nombre de bandeaux de hauteur A s nécessaire à la couverture du champ F = n F, avec n = OS/As g Le procédé selon l'invention consiste dans une première phase, à déterminer si l'impact de l'illumination laser se trouve dans le champ d'observation de l'équipement optronique et, dans l'affirmative, à déterminer l'instant où cet impact laser va coïncider avec le centre de la projection P du capteur 2, c'est-à-dire la portion de champ vue par le capteur 2 et balayée dans le champ d'observation. La seconde phase consiste à déclencher, à l'instant déterminé par la première phase, un obturateur occultant le capteur photosensible de façon à supprimer l'effet oeil de chat pendant une durée au moins égale à celle du passage de l'image du capteur sur l'impact laser. Le dispositif de protection selon l'invention comporte, pour la mise en oeuvre du procédé, des moyens destinés à combiner des informations provenant de deux équipements, à savoir - l'équipement optronique de poursuite ou de veille à protéger - et un dispositif de détection d'alerte laser. La figure 3 représente schématiquement les moyens composant le système de protection selon l'invention : une unité de traitement U, référencée 6, couplée, d'une part, à un équipement optronique, par exemple de poursuite, 7 et, d'autre part, à un détecteur d'alerte laser 8, et un support commun 9 sur lequel sont montés les équipements 7 et 8 ; ce support commun permet l'harmonisation des axes optiques des équipements afin de combiner utilement leurs informations. Ce support commun peut être la tourelle d'une conduite de tir sol/air ou la plate-forme avion des équipements conduite de tirs air/air ou air/sol. Un moteur M et un obturateur 11, formant un système d'obturation, sont montés dans l'équipement 7 et sont reliés à l'unité de traitement 6 afin de mettre en oeuvre la phase ultérieure d'occultation du procédé. Le détecteur d'alerte laser 8 détecte et analyse, de manière connue par exemple par l'enseignement du brevet français 87 13666, au nom de la demanderesse, une émission laser dirigée dans son champ d'observation . L'analyse effectuée par cet équipement permet d'accéder à certaines caractéristiques du faisceau laser détecté, à savoir - la longueur d'onde de l'émission laser - l'instant d'apparition de cette émission tL - la fréquence de répétition de l'impulsion laser (si l'émission laser est de forme impulsionnelle) - la position en site et en gisement de l'émission laser, sL et gL avec, respectivement, une incertitude égale à d 5L et d En U fonctionnement, l'exploitation combinée et simultanée des mesures effectuées par chacun des équipements 7 et 8 nécessite la mise en place des caractéristiques suivantes - coïncidence des axes optiques des champs d'observation des équipements 7 et 8 (0 et OS x OG apparaissant sur la figure 2a) effectuée par un réglage adéquat en référence à leur support commun 9 - recouvrement du champ d'observation OG x OS de l'équipement optronique par celui e du détecteur d'alerte laser 8 : un tel recouvrement, illustré à la figure 2a, est indispensable pour repérer l'instant ou l'impact I pénètre ou émet dans le champ G x S. Cette condition est vérifiée lorsque (33 Gs2 + G2 dans le cas représenté en figure 2a. L'unité de traitement 6 reçoit l'ensemble des informations relatives à l'émission laser à partir du détecteur d'alerte 7, et les informations de recopie s (t), g (t) fournies par le dispositif de poursuite optronique 8. L'unité 6 applique des signaux de commande C1 et C2, respectivement à l'équipement optronique 7 et d'alerte laser 8 afin de ramener dans les mêmes axes de référence les informations de champ, site et gisement, délivrées par les deux équipements. A l'instant tL, où un signal laser est détecté par le détecteur d'alerte 8, un processeur 10, incorporé dans l'unité 6, estime à partir des coordonnées de l'impact laser I si, compte tenu des erreurs dgL et dsL de mesure sur sL et gLJ ainsi que des erreurs d'harmonisation entre les deux équipements, l'impact laser se trouve dans le champ G x S de l'équipement optronique de balayage. Dans l'affirmative, l'information de position de l'impact laser (SL' gL) est utilisée pour déterminer, grâce au processeur 10, l'instant où la projection P du capteur de l'équipement 7 est en coïncidence avec la direction (sLJ gL) de l'impact laser. Un suivi de position de l'impact laser I permet d'établir s'il y a déplacement relatif de l'impact par rapport à l'équipement optronique. Ce suivi de position, mis en oeuvre pas l'unité de traitement 6, consiste par exemple à mémoriser périodiquement les valeurs des coordonnées sLJ gL de l'impact laser I, puis à les comparer successivement entre elles afin d'établir un différentiel de position. Deux cas peuvent se produire : ou bien l'impact laser est apparemment immobile (sL et gL constants), ou bien l'impact laser est un mouvement relatif par rapport à l'équipement de poursuite 7. Dans le cas où l'impact laser I est supposé fixe (différentiel de position nul), la procédure suivante, décrite à titre d'exemple en référence aux figures 2a et 2b, permet de déterminer l'instant de coïncidence t c - en reportant la valeur sL sur la figure 2b, il apparaît que l'impact laser se situe spatialement dans le quatrième cycle de balayage ; la valeur gLJ reportée sur la figure 2a, fournit alors la valeur de l'instant t où la c projection P du capteur sera en coïncidence spatiotemporelle avec la direction (SL' gL) de l'illumination laser. L'instant t est repéré par rapport à une origine des temps c située à l'origine de la période du balayage complet de la trame considérée. Cet exemple illustre le cas général où l'illumination laser est de type continu ou pulsé à haute cadence et est supposé fixe, et où les positions de la projection P du capteur 2 (g, s) et de l'impact laser s, ) ne coïncident pas à l'instant tL où l'illumination laser est détectée (soit lorsque t c ç tL) Sur les figures 2a et 2b, ont été reportées les coordonnées (g, s) du capteur à l'instant tL, ainsi que l'instant tL correspondant. Lorsque la position de la cible porteuse de la source laser, encore appelée illuminateur laser, est estimée (différentiel de position non nul) en mouvement relatif par rapport à l'équipement de poursuite qu'il s'agit de protéger, le procédé selon l'invention comporte une étape de prévision de la trajectoire de la cible par une extrapolation de trajectoire calculée à partir des coordonnées devenues variables, sL (t) et gL (t), fournies par le détecteur d'alerte laser 8, et du différentiel de leurs valeurs. A partir de cette évaluation de trajectoire, il est alors possible d'estimer la valeur de l'instant te où la projection P du capteur coïncide avec l'impact laser I dans le champ d'observation. I1 faut noter que la valeur estimée t est susceptible de fluctuer en fonction e des mouvements apparents de la cible illuminatrice. Du fait de ces fluctuations, il s'avère nécessaire de procéder à une actualisation périodique de la valeur de t e (par exemple selon la période T), l'estimation de t et son actualisation e périodique étant calculées par le processeur de l'unité U. Pour la mise en oeuvre de la seconde phase du procédé de l'invention, un exemple de réalisation d'un système d'obturation est représentée en vues de face et de profil aux figures 4a et 4b. Un tel système obturateur comporte un moteur M d'entraînement en rotation selon une fréquence f, le moteur M étant commandé par l'unité de traitement 6, et un obturateur bipale 11, composé de 2 pales symétriques par rapport à l'axe de rotation et de secteur angulaire oc . Avantageusement, le bord d'attaque des pales coïncide, au tout début de l'occultation, avec un bord du capteur 2 qui, dans cet exemple de réalisation, est formé par une barrette de cellules photosensibles (comme représentée à la figure 4a). Cet obturateur est implanté, comme annoncé en référence à la figure 3, dans l'équipement de poursuite 7 ; plus précisément, cette implantation est opérée soit devant la barrette photosensible 2, soit dans un plan image intermédiaire du système optique de focalisation 3 lorsque ce dernier est conçu pour former une telle image, le moteur M étant couplé à l'unité de traitement 6. L'impact laser I étant toujours supposé fixe, l'occultation doit être périodique selon une fréquence égale à la fréquence de balayage de façon à obturer la barrette 2 périodiquement balayée, à l'endroit de l'impact laser. Par exemple, pour un système d'obturation bipale, la fréquence f de rotation du moteur M est égale à la moitié de celle du balayage (f=F/2). Le secteur angulaire 4 d'une pale du système obturateur est défini de telle sorte que, compte non tenu de l'épaisseur de la pale à son emplature, la durée , t de masquage de la barrette soit au moins égal au temps de balayage gisement d'une largeur égale à la largeur 4 g de l'image de la barrette dans le champ d'observation. Numériquement, le balayage linéaire en gisement g(t)=kt est défini par une expression de la forme g(t)= (Gn/rT).t avec r = rendement mécanique de balayage en gisement. La condition énoncée quant au temps d'occultation #t se traduit alors par tr.( g/G).T/n Or l'angle &alpha; correspondant au temps d'occultation t est tel que oC = 2nf . û t = nbt / T La condition sur la valeur de o (en radian) se traduit donc par la relation &alpha; #(#r/n). #g / G La figure 5 résume chronologiquement, sous forme d'un diagramme logique, les différentes étapes 12 à 18 assurées par l'unité de traitement U - réception, à l'étape 12, des informations quantitatives provenant du détecteur d'alerte laser 8 (positions et instant d'émission de l'impact laser : sL, gLJ tL ; nature de l'émission laser : fL' #L) et de l'équipement de poursuite 7 (recopies s(t), g(t) pour déterminer si l'illumination laser est dans le champ de l'équipement de poursuite 7) - mise en rotation, à l'étape 13, de l'obturateur périodique 11 à la fréquence initiale f = f g /2 = n/2T lorsque l'impact laser I est estimé, à l'étape 14, se trouver dans le champ de l'équipement de poursuite 7 - calcul, à l'étape 15, de l'instant de cdincidence spatio-temporelle t entre l'impact laser et l'image du c détecteur de poursuite - contrôle et réglage, à l'étape 16, de la phase initiale et de la période du système d'obturation pour que l'obturateur 11 occulte le capteur 2 à l'instant de coïncidence déterminé tc, puis périodiquement aux instants de coïncidence successifs séparés d'un temps égal à T - suivi de position de l'illumination laser à l'étape 17 estimation d'une valeur t d'un nouvel instant de coïncidence e spatio-temporelle lorsque l'unité de traitement estime qu'il y a déplacement relatif de l'illumination laser ou coupure, à l'étape 18, de l'obturateur périodique lorsque l'illumination laser a disparu (absence d'informations de position de l'impact laser). L'obturateur bipale, utilisé lorsque l'illuminateur est supposé fixe, ntest plus adapté dans le cas d'un illuminateur en mouvement relatif car il est alors nécessaire de disposer d'un système d'occultation modulable en durée et en fréquence, avec un temps de réponse extrêmement rapide. Un obturateur de type électromécanique, par exemple un obturateur à rideau, peut parfaitement convenir dans le cas de l'illuminateur mobile. Un tel obturateur permet de manière générale de gérer les principaux types de situation à savoir - illuminateur apparemment immobile (cas nominal); - illuminateur en mouvement relatif - impact disposé "à cheval" sur deux bandeaux - plusieurs impacts réels ou estimés pendant une même période T du balayage de trame (soit pendant un balayage complet de champ) - combinaison des cas précédents. Les diagrammes de commande de l'obturateur électromécanique en fonction du temps sont représentés aux figures 6a à 6c, correspondant respectivement au cas nominal, au cas d'un impact laser à cheval sur deux bandeaux, et au cas d'un illuminateur en mouvement relatif. Dans ces schémas - 1 correspond à la position obturateur ouvert - 0 correspond à la position obturateur fermé. La durée d'obturation est définie comme dans le cas de l'utilisation d'un obturateur bipale, soit ht r. ( Ag/G) . T/n Dans le cas nominal (figure 6a), l'obturation a lieu pendant t après un écoulement de temps égal à toc, avec une reproduction périodique de période égale à T ; par exemple, dans le cas déjà évoqué en référence aux figures 2a et 2b, l'obturation se produit périodiquement pendant environ 50 s au cours du balayage du 4ème bandeau b4, ce qui nécessite la mise en oeuvre d'un obturateur à rideau. Dans le cas d'un impact laser "à cheval" (figure 6b), l'impulsion d'obturation est répétée deux fois, aux instants tl et t2, à chaque période de balayage trame T, les deux impulsions étant espacées dans le temps d'une durée égale à celle du balayage d'un bandeau b (soit l/fg). Dans le cas d'un illuminateur en g mouvement relatif (figure 6c), les valeurs te1, te2, te3,..., sont les valeurs de l'instant de coïncidence t successivement estimées par une actualisation e périodique de période égale à celle d'un balayage de trame complet T. Enfin, il convient d'envisager le cas rare, mais de probabilité non nulle, où la coïncidence spatiotemporelle entre l'impact laser et la position du détecteur optronique se produit au moment précis de l'apparition de l'émission laser. Le système de protection conçu selon l'invention peut alors réagir suffisamment rapidement (par exemple 1/4000ième de seconde) pour que l'écho obtenu par l'illuminateur reste unique. Le nombre de mesures et d'informations recueillies par le chasseur porteur de l'iliuminateur à partir d'un écho isolé est, dans ces conditions, insuffisant pour mettre en oeuvre une conduite de tir ou un système de brouillage. L'invention n'est pas limitée aux moyens décrits et représentés. En particulier, l'obturateur mécanique selon l'invention, qui peut être multipales, peut avantageusement être incliné par rapport à l'axe optique de l'équipement optronique (par exemple d'un angle égal à OS/2), afin d'éviter l'effet "oeil de chat" que provoquerait la réflexion du faisceau laser sur la face avant d'une pale dans la même direction que la direction incidente. L'existence d'une telle inclinaison permet d'éviter également l'apparition d'un effet "Narcisse" vis-à-vis de la barrette photosensible en empêchant que celle-ci ne se voit par réflexion sur la face arrière des pales. Une autre solution, destinée à vaincre les mêmes effets, consiste à revêtir la face avant de l'obturateur et la face arrière des pales d'un matériau antiréfléchissant. L'implantation de l'obturateur électromécanique peut être réalisée dans un plan pupillaire intermédiaire au sein du système optique de focalisation, dans un plan image intermédiaire de ce système optique, ou devant le capteur photosensible. Concernant les types d'obturateurs utilisables, outre les obturateurs multipales ou électromécaniques déjà décrits, d'autres moyens d'occultation peuvent être adaptés, par exemple des filtres optiques ou des atténuateurs optiques (à cristaux liquides ou électrooptiques, basés sur des matériaux photoabsorbants ou photoréfractifs, etc). En ce qui concerne l'équipement de détection d'alerte laser, il peut être avantageux, en particulier lors de l'établissement d'une estimation de trajectoire en cas de mouvement relatif de l'iliuminateur, d'associer les mesures de position de cet illuminateur à d'autres mesures obtenues à l'aide d'autres moyens, par exemple à l'aide d'un radar de pointe avant, sur le porteur de la source illuminatrice. REVENDICATIONS 1. Procédé de protection vis-à-vis d'une illumination laser pour un équipement optronique passif de veille ou de poursuite muni d'un capteur dont la projection dans le plan objet décrit le champ d'observation de l'équipement selon un balayage gisement-site, caractérisé en ce qu'il consiste 8 - détecter l'instant où l'impact de l'illumination laser entre dans le champ d'observation de l'équipement optronique (étape (14)), - déterminer l'instant où la projection du capteur de l'équipement optronique coïncide avec l'impact de l'illumination laser dans le champ d'observation (étape (15)), - occulter, à l'instant déterminé précédemment, le capteur pendant une durée au moins égale au temps de passage de la projection du capteur sur l'impact laser (étape (16)), - suivre la position de l'impact de l'illuminateur laser (étape (17)). 2. Procédé de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où le suivi de position de l'illumination laser (étape (17)) le considère fixe par rapport à l'équipement optronique, l'occultation est périodique, de période égale à celle du balayage de trame du champ d'observation. 3. Procédé de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où le suivi de position de l'illumination laser (étape (17)) le considère en mouvement relatif par rapport à l'équipement optronique, la détermination de l'instant de coïncidence (étape (15)) est estimée à partir d'une extrapolation de la trajectoire de l'illuminateur, et en ce que cette estimation et cette extrapolation sont périodiquement actualisées. 4. Système de protection pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de traitement (6) destinée à combiner les informations de recopie de champ s(t) et g(t) provenant de l'équipement optronique (7) à protéger et les informations de position et de déplacement de l'ffluminateur laser fournies par un détecteur d'alerte laser (8), un processeur (10) situé dans l'unité (6) pour traiter les valeurs mesurées par les équipements (7) et (8), un obturateur (11) dont l'action est commandée par l'unité (6) en fonction des Instants de coïncidence successifs déterminés par le processeur (10), l'obturateur (ll) étant disposé soit devant le capteur photosensible, soit devant la pupille d'entrée de l'équipement optronique, soit dans le plan d'une image intermédiaire formée par le système de focalisation du champ d'observation. 5. Système de protection selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'obturateur (11) est disposé dans un plan pupillaire de l'équipement optronique (7). 6. Système de protection selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'obturateur (11) est disposé dans un plan image formé par le système optique de focalisation (3). 7. Système de protection selon les revendications 2 et 4 caractérisé en ce que l'obturateur (9) est un dispositif multipale entraîné en rotation par un moteur (M) dont la fréquence de rotation est modulable. 8. Système de protection selon les revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'obturateur est un obturateur électromécanique dont le déclenchement est modulable en fréquence. 9. Système de protection selon les revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'obturateur (11) est un atténuateur électrooptique dont le déclenchement est modulable en fréquence. 10. Système de protection selon les revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'obturateur (11) est un atténuateur optique. 11. Système de protection selon les revendications 3 et 4 caractérisé en ce que les mesures provenant du détecteur d'alerte laser sont combinées à des mesures fournies par un radar de pointe avant.