Brevet FR2881841A1 — publié le 20060811

SYSTEME INTEGRE OPTRONIQUE ET RADAR POUR AVION DE COMBAT La présente invention concerne un système intégré optronique et radar, pour avion de combat, destiné à détecter, poursuivre, localiser, désigner, ou identifier une cible aérienne ou terrestre; ou pour l'aide à la navigation. Pour remplir ces fonctions, il est classique d'installer un système radar multifonctions dans la pointe avant de l'avion, et d'installer un système optronique optionnel en divers endroits de l'avion, ou bien dans une nacelle fixée à l'extérieur de l'avion, par exemple sous une aile. Cette disposition classique découle du fait que le système optronique est considéré comme optionnel et venant en supplément du système radar. Elle a pour premier inconvénient: une multiplication des équipements auxiliaires, appelés "conditionnement", tels que les systèmes de gestion et de protection des alimentations électriques, les systèmes de refroidissement, les interfaces avec le bus de l'avion, etc Cette multiplication des équipements de conditionnement est inutilement coûteuse en volume et en poids. D'autre part, un système optronique installé sous une seule aile ou sous le fuselage n'a pas une visibilité de tout l'espace situé à l'avant de l'avion, à cause de la pointe avant de l'avion. Or, il est souhaitable, pour améliorer l'efficacité opérationnelle d'avoir une visibilité améliorée. Elle a pour second inconvénient: une imprécision de l'harmonisation des directions de pointage du système radar avec les lignes de visée du système optronique. Le radar via une antenne, pointe une ou plusieurs directions dans l'espace, alors que chaque ligne de visée du système optronique est orientée par un dispositif optomécanique. L'harmonisation d'une ligne de visée du système optronique et d'une direction de pointage radar consiste à les rendre 15 20 25 30 2881841 2 rigoureusement parallèles. Elle est faite classiquement en visant une même cible au moyen du système radar et au moyen du système optronique; et en compensant électroniquement l'écart angulaire constaté. Malheureusement cette harmonisation n'est pas maintenue lorsque la structure de l'avion se déforme élastiquement pendant ses évolutions. La déformation de la structure de l'avion entre le point où est située l'antenne radar et le point où est situé le dispositif optomécanique est d'autant plus importante que la distance est grande entre ces deux points. Le but de l'invention est de proposer un système qui remédie à ces inconvénients de l'art antérieur, tout en procurant des performances au moins égales à celles des systèmes radar et des systèmes optroniques de types connus, notamment en ce qui concerne leur sensibilité. L'objet de l'invention est un système comportant un capteur intégrant un sousensemble radar et un émetteur-récepteur optronique, placé dans la pointe avant de l'avion. Selon une autre caractéristique, le système selon l'invention comporte des moyens de calcul communs, pour traiter des signaux radars et des signaux optroniques, et des moyens cryogéniques communs pour le refroidissement d'un récepteur radar et pour le refroidissement d'un récepteur optronique. Selon l'invention, un système intégré optronique et 25 radar, pour avion de combat, est caractérisé en ce qu'il comporte: - un capteur placé à l'avant de l'avion et qui comporte un sous-ensemble radar comportant une antenne radar, un dispositif de pointage, et un récepteur hyperfréquence, ce sous-ensemble ayant une face active dirigée vers l'avant et une face inactive dirigée vers l'arrière; et qui comporte au moins un émetteurrécepteur optronique placé contre la face inactive du sous-ensemble radar et ayant au moins une tête émergeant à l'extérieur de l'avion; 2881841 3 un émetteur radar, un pilote-récepteur radar, des moyens communs de conditionnement, et des moyens communs de calcul pour traiter des signaux radars et des signaux optroniques, en vue de détecter, localiser, poursuivre, désigner, ou identifier une cible aérienne ou terrestre; ou en vue d'une aide à la navigation; placés dans le volume délimité par les longerons et le premier cadre constituant la structure de l'avion, en arrière du capteur. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails 10 apparaîtront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant: - la figure 1 représente schématiquement la pointe avant d'un avion de combat comportant un système radar installé selon l'art antérieur; - la figure 2 représente schématiquement un exemple de réalisation envisageable pour installer indépendamment un système radar et un système optronique dans la pointe avant d'un avion; - la figure 3 représente schématiquement un exemple de réalisation du système selon l'invention; - la figure 4 représente une autre vue de cet exemple de réalisation du système selon l'invention; - la figure 5 représente une variante de cet exemple de réalisation du système selon l'invention. La figure 1 représente l'installation classique d'un système radar multifonctions dans la pointe avant d'un avion de combat. Ce système radar comporte un ensemble avant 1 et derrière lui trois coffrets démontables 5,6,7 appelés unités remplaçables en ligne. L'ensemble avant 1, est constitué par une antenne et les circuits électroniques qui doivent être à proximité immédiate de l'antenne, notamment: un dispositif de pointage; et un récepteur hyperfréquence fournissant un signal radar à fréquence intermédiaire. L'unité 5 est constituée par un émetteur radar. L'unité 7 est constituée par un pilote-récepteur 25 30 2881841 4 radar. L'unité 6 est constituée par un dispositif de calcul pour traiter les signaux radar. La structure de l'avion est constituée de longerons horizontaux, tels que les longerons 18 et 19, et de cadres qui sont des cloisons plus ou moins ajourées. Une double enveloppe métallique 4, est fixée sur ces cadres et ces longerons. Le premier cadre à partir de l'avant, est noté 17. Il est situé au voisinage du pied de la verrière 3. La pointe avant de l'avion est enveloppée par un radome 16. Elle est séparable du reste de l'avion selon un plan vertical perpendiculaire à l'axe de l'avion, appelé plan d'ouverture et noté 15. Les longerons horizontaux 18 et 19 s'étendent vers l'avant au-delà du premier cadre 17, jusqu'au plan d'ouverture 15. L'ensemble du système radar, 1,5,6,7 et le radome 16 sont fixés sur le plan d'ouverture 15 par des moyens de fixation qui transmettent toutes les forces aux extrémités des longerons 18 et 19. Comme le montre la figure 2, il est envisageable de juxtaposer un système optronique classique, 13-14 et 20-21, derrière un système radar classique, 11, 12, à l'avant de l'avion. Cependant, il apparaît des difficultés dues au faible volume disponible. La solution consistant à avancer l'ensemble du système radar 11,12 conduit à réduire le diamètre de l'antenne 11, pour pouvoir décaler vers la pointe du radome 16, l'antenne 11 et le coffret 12 qui sont solidaires. Les longerons 18, 19, sont plus longs, entre le plan d'ouverture 15 et le premier cadre 17, pour avancer le plan d'ouverture 15 qui supporte l'ensemble du système radar, et dégager de la place pour un émetteurrécepteur optronique 14 et deux coffrets 20, 21 contenant des circuits de traitement de signaux optroniques. Ces coffrets peuvent dépasser en arrière du cadre 17, en passant dans des ouvertures pratiquées dans le cadre 17. Le système optronique comporte, au-dessus de 35 l'émetteur-récepteur 14, une tète 13 dépassant à l'extérieur de 2881841 5 l'avion. Le démontage du système optronique consiste à tirer verticalement, vers le haut, l'émetteur-récepteur optronique 14 qui a une largeur égale à la largeur entre le longeron 18 et un longeron homologue situé dans le même plan horizontal. Les boîtiers 20 et 21 sont extraits par le bas, ou latéralement, au moyen d'une trappe ménagée dans l'enveloppe 4, et non représentée. Cette solution présente quatre graves inconvénients: un gaspillage de volume dû à la multiplication des équipements 10 et des volumes d'accès; une réduction du diamètre de l'antenne radar, qui réduit la portée du radar; un déplacement du centre de gravité de l'avion vers l'avant, qui modifie de façon significative ses caractéristiques de vol; et une mauvaise accessibilité pour la maintenance, puisque la séparation de la pointe avant, au niveau du plan d'ouverture 15, permet de démonter facilement le système radar 11-12, mais ne permet pas de démonter le système optronique. En outre, le volume disponible n'est pas pleinement utilisé parce que la largeur de l'émetteur-récepteur optronique 14 doit être inférieur ou égale à l'écartement des longerons horizontaux pour permettre le coulissement vers le haut; et parce qu'il faut un certain volume libre derrière les boîtiers 20 et 21 pour les faire coulisser horizontalement vers l'arrière, puis les descendre vers une trappe basse ou les sortir par une trappe latérale. Enfin, les moyens de conditionnement étant indépendants pour les deux systèmes, ils occupent deux fois plus de volume que pour un système radar seul. La solution consistant en une juxtaposition d'un système optronique classique derrière un système radar classique n'est donc pas satisfaisante. La figure 3 représente schématiquement un premier exemple de réalisation du système selon l'invention. Les éléments de la structure de l'avion comportent les mêmes références numériques que sur la figure 1. Cet exemple de réalisation comporte un capteur 30 constitué d'un sousensemble 20 25 30 35 2881841 6 du radar, 31, et d'un émetteur-récepteur optronique 32 muni d'une tête 33 dépassant à l'extérieur de l'avion. Le système comporte en outre un émetteur radar 35, un pilote-récepteur radar 37, et un dispositif de calcul 36, situés respectivement dans trois coffrets placés derrière l'émetteur-récepteur optronique 32. Ce dispositif de calcul 36 est commun pour traiter des signaux radars et pour traiter des signaux optroniques, en vue de détecter, localiser, poursuivre, désigner, ou identifier une cible. La tête 33 comporte un dispositif optomécanique qui oriente la ligne de visée de l'émetteur-récepteur optronique 32. Le sous-ensemble du radar, 31, comporte une antenne radar, un dispositif de pointage, et un récepteur hyperfréquence, fournissant un signal radar à fréquence intermédiaire. L'antenne radar peut être d'un type à balayage mécanique ou d'un type à balayage électronique. Dans tous les cas, le sous-ensemble 31 comporte une face active dirigée vers l'avant, et une face inactive dirigée vers l'arrière de l'avion. L'émetteur-récepteur optronique 32 et sa tête 33 sont placés le plus le plus près possible de la face inactive du sous-ensemble 31. L'émetteur-récepteur optronique 32 est solidaire du sous-ensemble 31, et ils sont fixés ensemble, à l'extrémité des longerons horizontaux 18 et 19, au niveau du plan d'ouverture 15. Ainsi, la liaison mécanique entre le sous-ensemble 31 et l'émetteur-récepteur optronique 32 est la plus rigide possible, pour éviter des déformations préjudiciables à l'harmonisation de la ligne de visée de l'émetteur-récepteur optronique 32 et de la direction de pointage du sous-ensemble radar 31. Les trois boîtiers 35 à 37 sont mis en place en les 30 faisant coulisser horizontalement, à travers l'ouverture du plan d'ouverture 15. L'équipement commun de conditionnement n'est pas représenté. Il comporte une interface de bus commune, des alimentations électriques communes, des boîtes à filtres communes, un système commun de surveillance des alimentations 2881841 7 et de gestion des alimentations de secours, un système commun de refroidissement général, et un système commun de refroidissement cryogénique. Un récepteur optronique comporte généralement un capteur refroidi au moyen d'un dispositif cryogénique. Ceci est envisageable aussi pour améliorer, dans une moindre mesure, les performances d'un récepteur hyperfréquence, mais n'est pas réalisé en pratique, à cause de l'encombrement et de la complication d'un système de refroidissement cryogénique. L'intégration d'un système radar et d'un système optronique en un seul système permet d'utiliser un dispositif cryogénique commun pour refroidir le récepteur hyperfréquence du sous-ensemble 31 et le capteur de l'émetteur-récepteur optronique 32. En effet, le facteur de bruit du récepteur radar est amélioré sensiblement. Une comparaison des figures 2 et 3 fait apparaître que le gain de volume ainsi réalisé permet de reculer la position du sous-ensemble radar 31, par rapport à la position du système radar classique 11-12, dans la solution consistant en une juxtaposition. Finalement, le sous-ensemble 31 a presque la même position que l'antenne radar 1 du système radar seul, représenté sur la figure 1. L'antenne peut donc avoir un diamètre à peine inférieur à celui de l'antenne 1 d'un système radar seul. 11 est à remarquer aussi que les boîtiers 35 à 37 n'empiètent pas sur le volume situé derrière le premier cadre 17, alors que cela est nécessaire pour loger un système conforme à la solution représentée sur la figure 2. Le tableau ci-dessous donne des estimations des réductions de masse et de volume obtenues dans un exemple de réalisation du système selon l'invention, tel que représenté sur la figure 3, par rapport à la juxtaposition d'un système radar et d'un système optronique, indépendants, telle que représentée sur la figure 2. Masse pour la fonction radar Masse pour la fonction optronique 5 Masse radar + optronique Volume pour la fonction radar Volume n n n optronique 22$ Volume radar + optronique -13$ La figure 4 représente cet exemple de réalisation lorsque la pointe avant est séparée du reste de l'avion au niveau du plan d'ouverture 15, afin d'accéder aux boîtiers 35 à 37 et à l'ensemble du capteur 30. Cet ensemble 30 reste relié au reste de l'avion par une charnière amovible 38 ayant un axe vertical et permettant de séparer le capteur 30 du plan d'ouverture 15, tout en soutenant le capteur 30. La figure 5 représente une variante de réalisation du système selon l'invention. Selon cette variante le capteur du système comporte: un sousensemble du radar 41 et deux émetteurs-récepteurs optroniques 42 et 44, munis respectivement de deux têtes, 43 et 45, dépassant à l'extérieur de l'avion, au-dessus de la pointe avant. Elles sont placées l'une derrière l'autre, la tête 45 étant un peu plus haut que la tête 43 pour avoir de la visibilité vers l'avant. L'émetteur-récepteur optronique 42 est placé contre la face inactive du sous-ensemble 41. Il n' occupe qu'une partie du volume situé en dessous de la tête 43; le reste de ce volume est occupé par un boîtier 46. L'émetteur-récepteur optronique 44 est placé derrière l'émetteur-récepteur optronique 42. Il n'occupe qu'une partie du volume situé en dessous de la tête 45; le reste de ce volume est occupé par deux boîtiers 47 et 48, l'un au-dessous de l'autre. Les dispositifs: émetteur radar, pilote-récepteur Réduction 0$ -28$ -10% 0% 20 30 35 2881841 9 radar, et dispositif de calcul commun, sont répartis dans les boîtiers 46,47,48. Le plan d'ouverture 15 permet de séparer, d'une part: le sous-ensemble radar 41, la tête 43, l'émetteur-récepteur optronique 42, et le boîtier 46; et d'autre part: la tête 45, l'émetteur-récepteur optronique 44, et les boîtiers 47 et 48. L'invention ne se limite pas aux exemples décrits ci-dessous et de nombreuses variantes de réalisations sont à la portée de l'homme de l'art. Il est possible, notamment, de disposer la tête 33 de l'émetteurrécepteur optronique 32 en dessous de ce dernier, pour des applications particulières. REVENDICATIONS 1. Système intégré optronique et radar, pour avion de combat, caractérisé en ce qu'il comporte: - un capteur (30) placé à l'avant de l'avion et qui comporte un sous-ensemble radar (31) comportant une antenne radar, un dispositif de pointage, et un récepteur hyperfréquence, ce sous-ensemble (31) ayant une face active dirigée vers l'avant et une face inactive dirigée vers l'arrière; et qui comporte au moins un émetteur-récepteur optronique (32) placé contre la face inactive du sous-ensemble radar (31) et ayant au moins une tête (33) émergeant à l'extérieur de l'avion; - un émetteur radar (35), un pilote-récepteur radar (37), des moyens communs de conditionnement, et des moyens communs de calcul (36) pour traiter des signaux radars, et des signaux optroniques, en vue de détecter, localiser, poursuivre, désigner, ou identifier une cible aérienne ou terrestre, ou pour une aide à la navigation; placés dans le volume délimité par les longerons (18, 19) et le premier cadre (17) constituant la structure de l'avion, en arrière du capteur (30). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens communs de conditionnement comportent des moyens cryogéniques communs pour le récepteur hyperfréquence du sous-ensemble radar (31) et pour le capteur de l'émetteur-récepteur optronique (32). 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble du capteur (30) est fixé sur la face avant du plan d'ouverture (15) de la structure de l'avion; et en ce qu'il peut être muni d'une charnière amovible (38) ayant un axe vertical, et permettant de séparer le capteur (30), du reste de l'avion, tout en soutenant le capteur (30).