Brevet FR2865533A1 — publié le 20050729

Procédé de régulation adaptative du faisceau d'armes laser à moyenne énergie L'invention concerne un procédé de régulation adaptative de la puissance du faisceau laser d'armes laser à moyenne énergie utilisées pour neutraliser des détecteurs électrooptiques et des fenêtres de vision, un laser à moyenne énergie et un dispositif de régulation comprenant un appareil d'imagerie thermique, un calculateur et un régulateur de la puissance laser, étant associés à l'arme laser à moyenne énergie. Les armes laser à moyenne énergie sont utilisées contre des détecteurs électro-optiques et des fenêtres de vision, par exemple d'hélicoptères de combat. Une arme de ce type est connue par exemple sous le nom de "MELAS" et est par exemple décrite dans l'article "Mittelenergielaserwaffe MELAS gegen Hubschrauber-/Flugzeugkanzeln und elektrooptische Sensoren, G. Sepp, R. Protz, 2. deutsch/franzôsisches Kolloquium über Hubschrauberbekmpfung, ISL, Saint-Louis, F, 19-20.09.1995, Tagungsband". Avec des armes de ce type, il faut en règle générale, illuminer une surface de petit diamètre dans le cas de détecteurs électro-optiques et de grand diamètre dans le cas de fenêtres de vision avec un rayonnement d'intensité suffisamment élevée et pendant un laps de temps suffisamment long afin de neutraliser le détecteur ou de rendre opaque la fenêtre de vision. La puissance laser émise nécessaire pour cela et au bout du compte la durée d'illumination qui en dépend ne peut être déteiniinée avec précision que moyennant une prise en compte suffisante sur le plan quantitatif du phénomène connu de "divergence thermique" du faisceau d'un laser à moyenne énergie (phénomène également connu sous le nom de "thermal bloorning") - résultant du chauffage par absorption du canal de propagation -. 2865533 2 La théorie de la "divergence thermique" a été décrite par exemple dans l'article "F.G. Gebhard, High power laser propagation, Appl. Opt. 15, 1479 (1976)". Faute d'une méthode adaptée permettant de tenir compte de ce problème dans le processus de combat, l'arme laser, jusqu'à présent, est équipée d'un dispositif de régulation de l'intensité du rayonnement dont l'action se limite à régler dans toutes les situations une puissance de rayonnement maximale ou tout au moins une puissance de rayonnement laser suffisamment élevée pour obtenir à coup sûr l'effet de combat recherché à la distance actuelle de la cible. En règle générale, lorsque le laser est exploité à la puissance maximale ou, pour des raisons de sécurité, avec une puissance beaucoup plus élevée qu'effectivement nécessaire, la consommation en énergie primaire (par exemple dans un laser à circulation de gaz, le milieu chimiquement actif consommé dans l'enceinte laser) est supérieure à la quantité d'énergie qui serait réelle- ment nécessaire pour obtenir l'effet souhaité. A cet inconvénient des dispositifs de régulation connus s'ajoute un inconvénient supplémentaire. Cette méthode, lorsque l'arme est utilisée contre des détecteurs (de petite surface), peut conduire à une diminution néfaste d'efficacité, l'intensité du rayonnement laser qui atteint le détecteur, du fait du phénomène de "divergence thermique" mentionné, étant inférieure lorsque la puissance laser émise est trop élevée à ce qu'elle serait avec une puissance laser émise plus faible. Le but de la présente invention est d'indiquer un procédé du type décrit en introduction dans lequel une telle "marge de sécurité" pour la puissance laser émise n'est plus nécessaire, de sorte que la consommation en énergie primaire nécessaire pour obtenir l'action recherchée de l'arme laser sur la cible soit très faible. En outre il doit être possible de régler la puissance laser émise permettant d'obtenir sur la cible l'intensité laser maximale possible au centre du faisceau. Enfin le procédé doit permettre de régler une puissance laser émise telle qu'en tenant compte de l'ouverture du faisceau du laser à moyenne énergie due au phénomène de "divergence thermique", on obtienne au niveau de la cible le diamètre de faisceau laser adapté recherché pour combattre efficacement la cible désignée. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que 2865533 3 a) au cours d'une phase de mesure, on dirige d'abord le faisceau laser du laser à moyenne énergie sur la cible, avec au début une faible puissance laser émise (L(t)), puis le calculateur du dispositif de régulation augmente progressivement à l'aide du régulateur de puissance laser la puissance de faisceau laser (L(t)) jusqu'à la puissance de faisceau (Lmax) maximale possible, la puissance laser (LG(t)) rétro-réfléchie par un point brillant de la cible, mesurée par l'appareil d'image-rie thermique, étant enregistrée par le calculateur qui détermine alors sa valeur maximum (LG max), b) au cours d'une phase de calcul, le calculateur, sur la base de grandeurs d'influence entrées dans ledit calculateur, qui déterminent la divergence thermique du faisceau laser, calcule la puissance laser critique (Lc), l'intensité laser critique (IG), le diamètre de faisceau laser (D(t)) sur la cible et le maximum (LG max(t)) de puissance laser (Lg(t)) rétro-réfléchie mesurée par l'appareil d'imagerie thermique, c) au cours d'une phase de combat, le calculateur, sur la base des résultats de la phase de calcul, règle la puissance laser émise (L) à l'aide du régulateur de puissance laser, de manière à obtenir au niveau de la cible le diamètre souhaité (D) de faisceau laser. Selon une caractéristique préférée de l'invention, dans la phase de combat, le calculateur règle la puissance laser critique (Le) au niveau du laser à moyenne énergie. L'invention est décrite de manière détaillée dans ce qui suit à l'aide d'un exemple de réalisation représenté sur les dessins. Ceux-ci 25 montrent: figure 1, un schéma montrant la disposition des composants dans le procédé proposé pour une opération de combat, figure 2, un diagramme en fonction du temps de la puissance laser L(t) (en watts) émise pendant la phase de mesure, figure 3, un diagramme en fonction du temps de la puissance laser LG(t) (en watts) rétro-réfléchie en direction d'un appareil d'imagerie thermique par un point brillant de la cible et figure 4, un diagramme en fonction du temps de l'intensité laser I(t) (en watts/cm2) calculée au cours de la phase de calcul. Dans le but de régler le diamètre D voulu de la tache d'illumina- tion d'une arme laser à moyenne énergie sur la cible, le dispositif de régulation 10 selon l'invention, au cours d'une phase de mesure, procède tout d'abord à une mesure afin de déterminer l'incidence de la "divergence thermique". Pour cela on dirige sur la cible 2 le faisceau laser la (focalisé en fonction de la distance de la cible et de la dimension du détecteur ou de la fenêtre de vision à combattre) du laser à moyenne énergie 1 (MEL). Un calculateur 11 associé au dispositif de régulation 10, qui pilote l'ensemble de l'opération, règle tout d'abord une faible puissance d'illumination laser L (puissance laser émise) à l'aide d'un moyen de réglage de puissance laser 13 subordonné. Au moyen d'un appareil d'imagerie thermique 12 (WBG) associé au dispositif de régulation 10, on mesure la puissance laser LG qui est rétro-réfléchie en direction de l'arme laser à moyenne énergie par un point brillant 3 de la cible 2 situé le plus près possible du point visé sur la cible (détecteur, fenêtre de vision) (figure 1). Etant donné qu'un point brillant 3 de ce type se comporte en source lumineuse ponctuelle, la puissance LG mesurée par l'appareil d'imagerie thermique 12 est proportionnelle à l'intensité laser I qui frappe la cible 2. Puis le calculateur 11 augmente la puissance L(t) du rayonnement laser progressivement jusqu'à la puissance Lm maximale pouvant être atteinte avec le laser à moyenne énergie 1 (figure 2), par exemple en augmentant le débit-masse de milieu actif dans le laser à moyenne énergie 1. On continue à mesurer la puissance laser rétro-réfléchie LG(t) (figure 3) et on la mémorise dans le calculateur 11 à des fins de traitement. A la phase de mesure succède une phase de calcul. La théorie connue de la "divergence thermique" décrit comment on obtient au niveau de la cible 2, suite à l'ouverture du faisceau par chauffage du canal de propagation avec des puissances laser émises L(t) élevées, une intensité laser I(t) qui croît de manière de plus en plus sous-proportionnelle pour attein- dre, à la puissance laser dite critique L(t)=Lc, l'intensité laser I(t) =Lc maximale possible, dite intensité laser critique. Lorsque la puissance laser émise L(t) augmente encore, l'intensité laser I(t) au niveau de la cible 2 décroît (figure 4) du fait de la forte augmentation de la "divergence thermique". Comme conséquence de ce qui précède, l'intensité laser LG(t) 2865533 5 rétro-réfléchie mesurée par l'appareil d'imagerie thermique 12 croît de manière sous-proportionnelle lorsque la puissance laser émise L(t) augmente, atteint un maximum IG max (tc) correspondant à l'instant t=tc puis décroît de nouveau comme indiqué sur la figure 3. La théorie de la "divergence thermique" permet de calculer la puissance laser critique LC, l'intensité laser critique I(t)=Ic et le diamètre résultant D(t) de la tâche d'illumination ou du faisceau laser la d'un laser à moyenne énergie 1 sur la cible 2 et ainsi le maximum LGmax(tC) correspondant; les valeurs de certaines grandeurs d'influence sont nécessaires pour cela. Les grandeurs d'influence les plus importantes sont les propriétés de l'atmosphère (absorption et extinction du rayonnement laser, vent, turbulence, etc.), les paramètres système de l'arme laser à moyenne énergie utilisée (puissance du laser, diaphragme, qualité du faisceau laser, etc.) et les conditions actuelles d'utilisation (distance de la cible, déplacement du faisceau résultant de la poursuite de la cible lorsque celle-ci est mobile, etc.). Ce calcul est effectué dans le calculateur 11, les grandeurs d'influence mentionnées étant mesurées, estimées ou fixées d'une manière quelconque et entrées dans le calculateur 11. Comme résultat du calcul, on obtient l'intensité laser I(t) au niveau de la cible 2 ainsi que le diamètre de faisceau laser D(t) correspondant en fonction de la puissance laser émise L(t). Sur la base de ces résultats le calculateur 11 du dispositif de régulation 10 adaptative règle pendant la phase de combat consécutive la puissance laser émise L de manière à obtenir, à la distance de la cible, sur la cible 2, le diamètre de faisceau laser D souhaité. Comme indiqué plus haut, il s'agit dans le cas de détecteurs électro-optiques d'une surface de petit diamètre (par exemple 0,15m) et dans le cas de fenêtres de vision, d'une surface de grand diamètre (par exemple 0,5 m). Lorsqu'on utilise le procédé décrit en liaison avec des armes laser à moyenne énergie, il est conseillé de régler le diaphragme pour une focalisation au diamètre de faisceau D minimal souhaité (lutte contre des détecteurs) à la portée nominale du système d'armes, sans tenir compte de l'ouverture du faisceau résultant du phénomène de "divergence thermique". La puissance laser nécessaire pour combattre le détecteur est alors réglée pendant la phase de combat, laquelle puissance est au maximum égale à la puissance laser critique L(t)=Lc et donne, comme indiqué, l'intensité laser I(t)=Ic maximale pouvant être obtenue au niveau de la cible 2. Pour obtenir des diamètres de faisceau D plus grands (combat de fenêtres de vision) on utilise de manière ciblée le phénomène décrit de "divergence thermique", la règle étant, comme indiqué, que plus la puissance laser est élevée, plus la divergence du faisceau laser est grande. Par ces mesures on obtient un procédé de régulation adaptative de systèmes d'armes laser à moyenne énergie qui permet de régler avec précision le diamètre D du faisceau laser la sur la cible 2 et ainsi d'appliquer l'énergie laser de manière précise à la surface souhaitée de la cible, sans déborder par rapport à cette surface, la dépense en énergie primaire laser pour l'opération de combat minimale. 7 REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation adaptative du faisceau laser d'armes laser à moyenne énergie utilisées pour combattre des détecteurs électrooptiques et des fenêtres de vision, un laser à moyenne énergie et un dispositif de régulation comprenant un appareil d'imagerie thermique, un calculateur et un régulateur de puissance laser, étant associés à l'arme laser à moyenne énergie, caractérisé par le fait que pour régler le diamètre de faisceau laser (D) sur la cible 2 a) au cours d'une phase de mesure, on dirige d'abord le faisceau laser (la) du laser à moyenne énergie (1) sur la cible (2), avec au début une faible puissance laser émise (L(t)), puis le calculateur (11) du dispositif de régulation (10) augmente progressivement à l'aide du régulateur de puissance laser (13) la puissance de faisceau laser (L(t)) jusqu'à la puissance de faisceau (Lmax) maximale possible, la puissance laser (LG(t)) rétro-réfléchie par un point brillant (3) de la cible (2), mesurée par l'appareil d'imagerie thermique (12), étant enregistrée par le calculateur (11) qui détermine alors sa valeur maximum (LG,max), b) au cours d'une phase de calcul, le calculateur (11), sur la base de grandeurs d'influence entrées dans ledit calculateur, qui déterminent la divergence thermique du faisceau laser, calcule la puissance laser critique (Lc), l'intensité laser critique (IG), le diamètre de faisceau laser (D(t)) sur la cible(2) et le maximum (LG max(t)) de puissance laser (Lg(t)) rétro-réfléchie mesurée par l'appareil d'imagerie thermique (13), c) au cours d'une phase de combat, le calculateur (11), sur la base des résultats de la phase de calcul, règle la puissance laser émise (L) à l'aide du régulateur de puissance laser (13), de manière à obtenir au niveau de la cible (2) le diamètre souhaité (D) de faisceau laser. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans la phase de combat, le calculateur (11) règle la puissance laser critique (Lc) au niveau du laser à moyenne énergie (1).