Brevet FR2769374A1 — publié le 19990409

1d 2769374 L'invention concerne la mesure automatique, simultanée et à cadence élévée de l'éloignement, de la vitesse et de la déviation par rapport à une trajectoire théorique d'un projectile. La mesure de l'éloignement et de la vitesse d'un projectile au moyen d'un radar fait partie de l'état de l'art. Pour mesurer la position latérale d'un projectile, c'est-à-dire la déviation par rapport à une trajectoire théorique, on a développé une série de méthodes au cours des dernières années. Ces méthodes mettent en jeu des faisceaux lasers qui balaient le domaine de mesure ou génèrent un modèle localement dépendant A partir des impulsions lumineuses qui apparaissent sur le projectile, on peut alors déterminer sa position à l'intérieur du domaine de mesure. La mesure peut être effectuée dans le projectile lui- même par l'internnédiaire d'une optronique placée au culot du projectile, ou au sol grâce à un réflecteur disposé au culot du projectile. L'invention a pour but de proposer un procédé de mesure qui permet de mesurer simultanément la position latérale d'un projectile, son éloignement ou ses coordonnées spatiales dans un repère tridimensionnel donné, et sa vitesse en utilisant un seul système de mesure cohérent, à la fois en temps réel et avec une cadence de mesure élevée. Pour cela, l'invention a pour objet un procédé de mesure automatique, simultanée et à cadence élévée de l'éloignement, de la vitesse et de la déviation par rapport à une trajectoire théorique d'un projectile, caractérisé par le fait que le projectile est asservi à un faisceau laser pulsé automatique traversant deux déflecteurs acousto-optiques croisés. Le procédé de mesure automatique, simultanée et à cadence élévée de l'éloignement, de la vitesse et de la déviation par rapport à une trajectoire théorique d'un projectile équipé d'un réflecteur selon l'invention comporte la succession d'étapes suivantes a- balayage du domaine de mesure par le faisceau laser, b-réflexion d'une impulsion laser lorsque le faisceau laser rencontre le projectile, c- détermnnination des bords du faisceau, centrage du faisceau sur le projectile, d-répétition de l'étape c selon le déplacement du projectile. Dans un fonctionnement préférentiel, le procédé fonctionne en mode de recherche, le faisceau balayant le domaine de mesure, et réalise une commutation 2 2769374 automatique en mode de pointage par la détection d'une réflexion sur un objet apparaissant dans le domaine de mesure. De préférence, les déflecteurs acousto-optiques sont associés à une plate-formne asservie par un moteur. Dans une variante de réalisation, le faisceau laser est modulé en fréquence de répétition des impulsions, pour le guidage du projectile. L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de mesure ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comporte: -des moyens de balayage du domaine de mesure par le faisceau laser, -des moyens de réflexion d'une impulsion laser lorsque le faisceau laser rencontre le projectile, -des moyens de détermination des bords du faisceau, et de centrage du faisceau sur le projectile. Le faisceau d'un laser Nd-YLF pulsé traverse deux défiecteurs acoustooptiques croisés qui permettent de le dévier pratiquement sans inertie à l'intérieur d'un domaine 2o déterminé de n'importe quelle façon suivant les axes X ou Y. Si le faisceau atteint le projectile, un réflecteur placé au culot réfléchit les impulsions lasers sur un détecteur disposé à côté du laser. Dans une première phase le système est en mode de recherche: le domaine de mesure est balayé par le faisceau laser. Dès que le faisceau laser atteint le projectile, une impulsion laser est réfléchie. Le système passe alors en mode de pointage, qui permet de centrer le faisceau sur le projectile de la façon suivante: par un décalage du faisceau approprié suivant l'axe X puis l'axe Y, on peut déterminer les bords du faisceau à l'aide du critère d'absence de réflexion. En faisant la moyenne entre le bord droit et le bord gauche et entre le bord supérieur et le bord inférieur, le faisceau laser est centré sur le projectile. A la fin d'un tel processus de centrage, le projectile se trouve alors dans l'axe du faisceau laser. Par répétition cyclique de ce centrage, le faisceau laser suit le mouvement latéral du projectile, et on obtient une méthode de pointage automatique. L'utilisation d'impulsions lasers très courtes (10 ns) permet de déterminer l'éloignement du projectile à partir du temps de propagation des impulsions réfléchies. 3 2769374 Lorsque l'éloignement est connu, les déflexions du faisceau laser suivant les axes X et Y permettent d'obtenir les coordonnées x et y de la position du projectile. La vitesse du projectile est obtenue à partir du changement de position entre deux cycles de centrage, dont l'écart temporel est connu avec exactitude. L'alignement du système de mesure est effectué le plus convenablement par l'intermédiaire d'une cible fixe ou réflecteur à une distance zt,, qui sert également de référence pour la déflexion du faisceau laser; l'axe Z se trouve donc sur la ligne qui relie le système de mesure à la cible fixe. Pour la mesure, la cible fixe est enlevée ou couverte. Un projectile qui se trouve à la fin du processus de centrage dans la position xM YM, ZM donne un temps de parcours AtM de l'impulsion laser réfléchie et une déflexion de faisceau axMI suivant l'axe X et ayM suivant l'axe Y. At,, L'éloignement du projectile est alors z, = At.z AtF étant le temps de parcours de l'impulsion laser réfléchie sur la cible fixe. Les composantes latérales sont At, = Z,tgcM At tgor,,, At,' Y. = z gty =--- I2tgaL.,, La vitesse moyennée du projectile entre les positions (xMn, YMn, ZMnii) et (XM n 1, YMn r 1, ZMI+ 1) est V = / (x. l- x\x0)2 + (y,.i y_)2 + (zM., - z Ä,m)2.. r /p fy étant la firéquence de répétition des impulsions du laser et p le nombre des impulsions nécessaires pour un processus de centrage. La méthode est applicable à tous les objets en mouvement équipés d'un réflecteur monté au culot, dont le mouvement latéral se situe à l'intérieur du domaine 4 2769374 de déflexion du faisceau donné par les déflecteurs acousto-optiques. L'inconvénient du domaine de déflexion limité pourrait être contourné en combinant des déflecteurs acousto-optiques et une plateforme asservie par un moteur, les déflecteurs acousto- optiques permettant de mesurer les variations angulaires rapides et la plateforme asservie par moteur, les variations angulaires importantes. La vitesse latérale ne doit pas dépasser la vitesse de pointage du faisceau relativement élevée mais limitée par le nombre des étapes de centrage et la fréquence de répétition des impulsions. La méthode permet d'obtenir une mesure simultanée des trois coordonnées spatiales et de la vitesse avec un système de mesure cohérent, un alignement simple grâce à la cible fixe. La méthode de pointage au moyen de déflecteurs acousto-optiques fonctionne pratiquement sans inertie. La méthode fonctionne avec un faisceau laser possédant la divergence la plus faible possible, c'est-à-dire avec une intensité de faisceau maximale. C'est un avantage en ce qui concerne la poilée et la sécurité de la méthode contre le brouillage. Le système de mesure n'a pas besoin d'être synchronisé sur l'obiet de la mesure. Le domaine de mesure est balayé en mode de recherche jusqu'à ce qu'un objet surgisse. Puis le système passe en mode de pointage automatique pour effectuer la mesure. Compte tenu de la cadence de mesure élevée possible, on dispose de nombreuses valeurs de mesure; on améliore ainsi la possibilité d'augmenter leur precision par équilibrage. Le faisceau laser est pointé en permanence sur le projectile à l'exception de courtes interruptions dues au système. Il pourrait donc également être utilisé (par exemple par modulation de la fiéquence de répétition des impulsions lasers) pour transmettre des informations au projectile, ce qui présente un intérêt dans le cas par exemple des systèmes de guidage par faisceau. 2769374 REVENDICATIONS I.Procédé de mesure automatique, simultanée et à cadence élévée de l'éloignement, de la vitesse et de la déviation par rapport à une trajectoire théorique d'un projectile équipé d'un réflecteur, caractérisé par le fait que le projectile est asservi à un faisceau laser pulsé automatique traversant deux déflecteurs acousto-optiques croisés. 2.Procédé de mesure automatique, simultanée et à cadence élévée de l'éloignement, de la vitesse et de la déviation par rapport à une trajectoire théorique d'un projectile équipé d'un réflecteur selon la revendication 1, caractérisé par la succession d'étapes suivantes: a-balayage du domaine de mesure par le faisceau laser, b-réflexion d'une impulsion laser lorsque le faisceau laser rencontre le projectile, c-détermination des bords du faisceau, centrage du faisceau sur le projectile, d-répétition de l'étape c selon le déplacement du projectile. 3.Procédé de mesure automatique, simultanée et à cadence élévée de l'éloignement, de la vitesse et de la déviation par rapport à une trajectoire théoriQue d'un projectile équipé d'un réflecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il fonctionne selon deux modes successifs: un mode de recherche, le faisceau balayant le domaine de mesure, et un mode de pointage commuté automatiquement par la détection d'une réflexion sur un objet apparaissant dans le domaine de mesure. 4.Procédé de mesure automatique, simultanée et à cadence élévée de l'éloignement, de la vitesse et de la déviation par rapport à une trajectoire théorique d'un projectile équipé d'un réflecteur selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que les déflecteurs acousto-optiques sont associés à une plateforme asservie par un moteur. 5.Procédé de mesure automatique, simultanée et à cadence élévée de l'éloignement, de la vitesse et de la déviation par rapport à une trajectoire théorique s d'un projectile équipé d'un réflecteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le faisceau laser est modulé en fréquence de répétition des impulsions, pour le guidage du projectile. 6 2769374 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte: -des moyens de balayage du domaine de mesure par le faisceau laser, -des moyens de réflexion d'tme impulsion laser lorsque le faisceau laser rencontre le projectile, -des moyens de détermination des bords du faisceau, et de centrage du faisceau sur le projectile.