Brevet FR2914769A1 — publié le 20081010

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne une tête de veille active d'un environnement, comportant : - un bloc d'émission d'un faisceau d'illumination apte à balayer une zone de 5 l'environnement ; et - un bloc de réception d'un rayonnement reçu en retour. Elle concerne également un système de veille comportant la tête précitée et un procédé de mise en oeuvre de la tête et du système. ETAT DE L'ART 10 Une tête de veille active a pour fonction de détecter des objets diffusants et/ou des points particuliers d'un environnement, à fort coefficient de rétrodiffusion. Les objets ou les points sont caractérisés par leur SEL (Surface Equivalente Laser) élevée. Ainsi, un des buts d'une tête de veille active est de détecter par 15 exemple des optiques pointées appartenant à des appareils ou à des projectiles menaçant un porteur, afin que le porteur puisse les esquiver par exemple ou mettre en oeuvre des contre-mesures. A cet effet, les têtes de veille active connues comportent un boîtier monté sur un porteur, un bloc d'émission d'un faisceau d'illumination des 20 optiques pointées et un bloc de réception d'un rayonnement reçu en retour. En général, le bloc d'émission est mobile par rapport au boîtier, et est adapté pour permettre le balayage en site et en gisement d'un environnement à surveiller. Le faisceau d'illumination est préférentiellement peu divergent (couvrant par exemple un secteur angulaire de 25 l'environnement typiquement de l'ordre de 3 x3 ), de sorte que l'énergie par unité d'angle solide soit très importante, ce qui assure une grande portée du faisceau dans l'environnement. Le bloc de réception est également en général mobile par rapport au boîtier et suit le bloc d'émission dans son balayage en site et en gisement. 30 Une telle tête comporte cependant des inconvénients. Tout d'abord, l'inertie du bloc d'émission et du bloc de réception pénalise la cadence d'analyse du champ de veille et par conséquent la détection précoce des optiques pointées. 2 Ensuite, du fait du caractère mobile du bloc de réception, la position angulaire du bloc de réception par rapport au boîtier n'est pas connue précisément. Cette imprécision sur la position angulaire du bloc de réception peut provoquer une erreur dans l'estimation de la position des optiques pointées détectées, et par conséquent peut rendre moins performantes les contre-mesures. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, on propose selon l'invention une tête de veille active d'un 10 environnement, comportant : - un bloc d'émission d'un faisceau d'illumination apte à balayer une zone de l'environnement ; et - un bloc de réception d'un rayonnement reçu en retour ; caractérisée en ce que : 15 - le bloc de réception comporte au moins un détecteur fixe. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : -chaque détecteur : 20 - comprend une matrice de détection, apte à être éclairée sur une partie par le rayonnement reçu, et - est adapté pour : -définir une fenêtre de détection autour de la partie éclairée de la matrice, et 25 - déplacer ladite fenêtre pour suivre un déplacement de la partie éclairée de la matrice ; - chaque détecteur comporte en outre un synchroniseur apte à synchroniser le déclenchement des périodes d'intégration du rayonnement reçu en retour par rapport aux pulsations d'émission du faisceau d'illumination ; 30 - le bloc d'émission comporte un bloc optique comprenant un actionneur apte à permettre le balayage de l'environnement par le faisceau d'illumination ; 3 - l'actionneur est apte à être commandé pour faire varier la vitesse de balayage avec laquelle le faisceau d'illumination balaie la zone de l'environnement ; - le bloc optique comporte au moins un élément mobile et relié à 5 l'actionneur, l'actionneur étant adapté pour déplacer ledit élément, éventuellement avec une vitesse de déplacement variable ; - le bloc optique comprend un dispositif de mise en forme du faisceau d'illumination; - la tête comporte un corrélateur apte à corréler d'une part un signal de 10 détection issu du détecteur éclairé par le rayonnement reçu lors du balayage avec d'autre part un signal issu du détecteur non éclairé par le rayonnement reçu ; et - la balayage est effectué selon un axe, correspondant par exemple au gisement de l'environnement. 15 L'invention concerne également un système de veille comportant la tête précitée et un procédé de mise en oeuvre de la tête et du système. L'invention présente de nombreux avantages. La fréquence de détection par le bloc de réception est importante, à savoir de l'ordre de grandeur de la fréquence de pulsation d'illumination. 20 Du fait de la position fixe des détecteurs, notamment par rapport à une pièce d'appui ou à un éventuel boîtier, la précision angulaire de détection est améliorée par rapport à l'art antérieur. De plus, seul un balayage, en gisement, limité au faisceau d'illumination, est nécessaire, ce qui est facilement réalisable 25 techniquement. Le système est rapide, et peu onéreux. La vitesse de balayage en gisement est de plus réglable. La possibilité de réglage de la vitesse de balayage permet à un utilisateur de la tête de veille d'adapter ladite vitesse de balayage au type de menace. Si la menace est représentée par des projectiles présentant une vitesse de défilement en 30 gisement faible, la vitesse de balayage en gisement peut être relativement faible. La vitesse de balayage peut être plus rapide si le projectile présente une vitesse de défilement en gisement plus importante. Dans le cas de projectiles à SEL modulable par exemple, il est possible, grâce à d'une part 4 une vitesse de balayage en gisement adaptée et d'autre part une fréquence de détection élevée, d'obtenir un nombre d'informations relatives à l'optique pointée suffisant pour distinguer la modulation de ladite SEL. Dans le cas de SEL non modulées, le nombre d'informations peut être réduit pour augmenter la cadence de rafraîchissement de l'environnement par les détecteurs. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit 10 être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un système comportant une tête de veille selon l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement une vue en perspective d'un bloc d'émission et un bloc de réception selon l'invention ; 15 - la figure 3 représente schématiquement le principe de balayage en gisement dans un bloc selon la figure 2 ; - les figures 4 et 5 représentent schématiquement un bloc de réception selon l'invention, comportant avantageusement une pluralité de détecteurs ; - la figure 6 représente schématiquement le principe de la définition d'une 20 fenêtre de détection autour d'une partie éclairée d'une matrice de détection d'un détecteur d'une tête selon l'invention. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE 25 La figure 1 montre schématiquement une tête 1 de veille active d'un environnement en site et en gisement. On rappelle que le site est l'une des coordonnées verticales. Le site correspond à l'angle de la demi-droite passant par la tête 1 et dirigée vers l'objet repéré, avec sa projection sur le plan horizontal passant par la 30 tête 1. Cet angle est compté positivement quand l'objet repéré est au- dessus du plan horizontal indiqué, négativement dans le cas contraire. Le gisement est quant à lui l'angle de deux demi-plans limités par la verticale de la tête 1, l'un étant dirigé vers l'objet repéré et l'autre étant un demi-plan vertical de référence spécifié, le sens positif de rotation étant le plus souvent celui des aiguilles d'une montre. La tête de veille 1 est montée sur un carter 2, le carter étant par exemple solidaire d'un porteur. 5 Le carter 2 comporte un ensemble électronique 21, une source d'illumination 22 et un poste de commande 23, reliés entre eux et à la tête 1. L'ensemble électronique 21 comporte toutes les cartes électroniques de commande et de traitement. Ces éléments sont connus en eux-mêmes par l'homme du métier et ne sont pas décrits en détails dans la suite de la présente description. La source 22 comporte également un banc optique pour fournir le faisceau d'illumination. La source 22 est très avantageusement pulsée et sera décrite plus en détails dans la suite de la présente description. Le poste de commande 23 comporte principalement des dispositifs de dialogue avec un système extérieur et/ou un opérateur, pour commander l'ensemble 21, la source 22 et la tête 1, ainsi que des dispositifs de visualisation de l'environnement. Le poste de commande 23 sera décrit plus en détails dans la suite de la présente description. La tête 1 peut comporter un boîtier 10 fixe par rapport au carter 2, et comporte un bloc d'émission 11 d'un faisceau d'illumination 63, le faisceau 63 étant apte à balayer une zone de l'environnement, selon au moins un axe, et un bloc de réception 12 d'un rayonnement reçu 84 en retour. La tête comporte également une pièce d'appui 14 destinée à former un appui pour le bloc de réception 12. Préférentiellement, la pièce d'appui 14 est fixe par rapport au carter 2, et fixe par rapport au boîtier 10 lorsque la tête en comporte un. Dans la suite de la présente description, on prend comme exemple non limitatif un axe de balayage correspondant au gisement de la tête. Le bloc de réception 12 est très préférentiellement situé à proximité du bloc 11 d'émission, pour minimiser l'effet hors d'axe d'un rayonnement reçu rétrodiffusé par une optique pointée. La distance entre le bloc 11 et le bloc 6 12 est par exemple inférieure à 0,5 fois le lobe de diffraction de l'optique pointée. Comme le montrent les figures 1 à 3, le bloc 11 d'émission comporte un dispositif de mise en forme adapté pour mettre en forme le faisceau d'illumination 63, sous forme par exemple d'un rectangle d'illumination de l'environnement. Le rectangle peut avoir une couverture angulaire de 3 x3 par exemple. Le fait que la dimension du rectangle est relativement faible par rapport au champ de veille en gisement permet une portée importante du faisceau; car cette dernière est liée à l'énergie d'illumination par unité d'angle solide. Le balayage en gisement par le faisceau 63 permet d'explorer un secteur angulaire panoramique ou non, par exemple de l'ordre de 90 . Comme le montrent les figures 2, 4 et 5, le bloc 12 de réception comporte au moins un détecteur 7 fixe. Le détecteur est ainsi fixe par rapport au boîtier 10 et/ou par rapport à la pièce d'appui 14 par exemple. Le nombre de détecteurs 7 peut être quelconque, et dépend du champ de détection en gisement de chaque détecteur 7 par rapport au secteur angulaire total de l'environnement à surveiller. Avec des détecteurs 7 pouvant couvrir par exemple un champ de 15 en gisement, le bloc 12 de réception comporte six détecteurs 7 dont les champs contigus couvrent le secteur angulaire total souhaité en gisement, à savoir par exemple 90 . Un exemple de valeur de couverture en site de détecteurs connus est de l'ordre de 18 . Afin d'optimiser le bilan photométrique, le nombre d'ouverture est faible. Les détecteurs 7 peuvent être de tout type, mais sont par exemple du type CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Dans ce cas, ils comportent une matrice 75 de détection (visible à la figure 6) comportant un nombre très important de pixels, lue à une cadence de 1 kHz par exemple. Les détecteurs 7 sont préférentiellement rendus monochromes par filtrage et de grande dimension. Tous les pixels de la matrice intègrent le flux optique au même moment. La division du secteur en champs élémentaires de plus petite taille permet d'utiliser un filtre optique passe-bande particulièrement étroit (environ 7 nm) sur la voie de réception, ce qui est très favorable à la réjection du flux solaire, réjection qui est indispensable pour obtenir des performances de détection compatibles d'une portée importante, de jour comme de nuit, et par temps ensoleillé comme par temps couvert. La source 22 est préférentiellement pulsée. Chaque détecteur 7 comporte en outre un synchroniseur 77 (visible à la figure 6) apte à synchroniser d'une part le déclenchement des périodes d'intégration du rayonnement reçu en retour 84 par la matrice 75, avec d'autre part les pulsations d'émission de la source 22 d'illumination. Il faut préférentiellement une fréquence de détection du rayonnement reçu élevée pour obtenir une tête 1 de veille performante. A cet effet, le synchroniseur 77 permet d'obtenir une détection du rayonnement reçu 84 synchronisée avec l'émission du faisceau d'illumination 63. La fréquence de pulsation de la source 22 est préférentiellement de l'ordre du kHz (par exemple 1 kHz), et la fréquence de détection est également de l'ordre du kHz. La source 22 peut être quelconque et émettre un faisceau sur des domaines visibles ou infrarouges. La source 22 peut émettre également plusieurs longueurs d'onde différentes simultanément. Les détecteurs sont alors bien entendu capables 20 de détecter les différentes longueurs d'onde. On souhaite en particulier pouvoir effectuer une détection à une longueur d'onde en bande visible. Cette longueur d'onde permet en effet l'emploi des détecteurs 7 extrêmement courants, à base de silicium, précités. 25 Cependant, l'utilisation de tels détecteurs pour des applications de veille active impose une intégration synchrone de tous les pixels de la matrice 75 dans la zone de détection. Etant donné que la matrice 75 de détection du détecteur 7 est de grande dimension mais n'est éclairée que sur une partie 76 par le rayonnement 84 reçu, chaque détecteur est adapté 30 pour définir une fenêtre 72 de détection autour de la partie 76 éclairée de la matrice 75 et pour déplacer le cas échéant ladite fenêtre 72 pour suivre un déplacement de la partie 76 éclairée de la matrice 75. On dit alors que le détecteur est fenêtrable . Le fenêtrage permet de réaliser l'intégration 8 des pixels de la fenêtre 72 à la fréquence de la source 22, soit de l'ordre du kHz. En d'autres termes, le fait de n'utiliser qu'une partie des pixels compris dans la fenêtre 72 de détection autour de la partie éclairée 76 de la matrice 75, permet l'intégration du flux optique, par le détecteur 7, sur ladite partie des pixels, et à une fréquence compatible avec la fréquence de pulsation de la source 22. Chaque détecteur est capable de déplacer la fenêtre 72 de détection pour que la partie éclairée 76 soit toujours située dans la fenêtre 72 de détection. Avantageusement, la définition et le déplacement de la fenêtre 72 de 10 détection sont commandés par le synchroniseur 77. Très préférentiellement, la source 22 d'illumination est une source de type laser. La source laser émet un faisceau, par exemple en bande visible, avec un diamètre de l'ordre de 15 mm et avec une divergence inférieure à 0,8 mrad, pour une puissance moyenne variant de 3 à 50 watts. La source 15 22 comporte un laser de pompe par exemple de type Nd :YLF, pompé par des diodes et refroidi par une circulation d'eau. Le choix du YLF, comme matrice hôte, permet d'obtenir des performances optimisées pour une fréquence de pulsation de l'ordre du kHz. La fréquence de balayage du secteur total en gisement (également 20 appelée cadence de rafraîchissement ) peut varier de 1 Hertz environ à plusieurs dizaines de Hertz. La fréquence de pulsation du laser peut avantageusement, selon la vitesse de balayage, permettre un recouvrement entre les zones successives d'analyse. 25 On comprend que la dimension du faisceau 63 d'illumination joue également un rôle dans la valeur du taux de recouvrement. La vitesse de balayage en gisement et la dimension du faisceau 63 sont réglables, comme expliqué ci-dessous. Comme le montrent les figures 2 et 3, le bloc 11 d'émission comporte 30 un bloc optique 4 comprenant un actionneur 43 apte à permettre le balayage de l'environnement en gisement par le faisceau d'illumination. L'actionneur 43 est apte à être commandé pour faire varier la vitesse de balayage avec laquelle le faisceau d'illumination balaie l'environnement en gisement. Le bloc optique 4 permet d'adapter la divergence du faisceau issu de la source 22. L'actionneur 43 peut actionner plusieurs types de dispositifs pour permettre le balayage de la zone de l'environnement par le faisceau d'illumination. Cependant, avantageusement, le bloc optique 4 comporte au moins un élément 41 mobile, par exemple par rapport au boîtier 10 et/ou à la pièce 14 d'appui, transversalement à l'axe optique 44 du bloc optique 4 comme le montre la flèche 410. L'élément 41 est relié à l'actionneur 43 qui est adapté pour déplacer l'élément 41 pour effectuer le balayage en gisement par le bandeau 63 selon la flèche 411. L'élément 41 peut ainsi tourner en gisement sur 360 par exemple. On 15 peut ainsi disposer quatre blocs de réception couvrant chacun un secteur de 90 pour avoir une vision panoramique de l'environnement. Une orientation en site de l'élément 41 peut également être envisagée. L'élément 41 peut être par exemple un prisme, un miroir, ou tout autre moyen réfléchissant pour effectuer un renvoi optique. 20 Le dispositif de mise en forme 42 permet notamment de faire varier légèrement la dimension et/ou la forme du faisceau 63. La conception optoùmécanique de la tête de veille est simple. L'élément 41 est de petite dimension, et par conséquent déplaçable aisément, notamment sur une rotation continue en gisement. 25 La tête comporte avantageusement un corrélateur 45 apte à corréler d'une part un signal de détection issu du détecteur 7 éclairé par le rayonnement reçu 84 lors du balayage avec d'autre part un signal issu du détecteur non éclairé par le rayonnement reçu. On peut ainsi obtenir des informations statistiques sur l'environnement (signal issu du détecteur non 30 éclairé), ce qui améliore encore le traitement des informations issu du détecteur éclairé. On peut par exemple améliorer la distinction entre une menace (qui n'apparaît que lorsque le détecteur est éclairé par le rayonnement reçu) et le soleil (qui apparaît également lorsque le détecteur n'est pas éclairé par le rayonnement reçu) par exemple, et diminuer ainsi le taux de fausses alarmes. Comme le montre la figure 2, la source laser 22 émet un faisceau 61, par exemple verticalement vers le bloc d'émission 11 et placé au-dessus du carter 2, à une hauteur d'environ 2,5 mètres. Pour des raisons de sécurité et pour éviter toute dispersion du faisceau, un tube 220 entoure le faisceau 61 issu de la source 22. Le faisceau 61 arrive sur l'élément de renvoi 41 qui permet d'envoyer un faisceau 62 orienté par exemple à 90 par rapport au faisceau 61. Le faisceau 62 entre ensuite dans le dispositif de mise en forme 42. Le faisceau 63 en sortie du dispositif de mise en forme est envoyé vers l'environnement. Comme le montre la figure 1, le système comportant une tête de veille selon l'invention comporte également un variateur 25 pour faire varier l'énergie d'illumination de la source 22 pendant le balayage en gisement du faisceau d'illumination. Le variateur 25 fait avantageusement partie du poste de commande 23. On peut ainsi prendre en compte, lors du balayage, la proximité par exemple d'un porteur ami que l'on ne veut pas aveugler par le faisceau d'illumination. De façon générale, on peut faire varier la puissance d'illumination en fonction de la position de la zone illuminée, afin de tenir compte de conditions opérationnelles d'utilisation du système. Le champ en site des détecteurs, égal par exemple à 18 , correspond à un champ compatible avec une application au domaine maritime, notamment pour compenser une partie des mouvements d'un bâtiment en cours de navigation. La disposition des détecteurs est imposée par la géométrie du fenêtrage du type de capteurs utilisé. D'autres configurations sont bien entendu possibles en fonction des détecteurs et de leurs possibilités de fenêtrage. Les développements qui précèdent prévoient un balayage selon un axe correspondant au gisement de la tête. L'axe peut avoir une direction quelconque, lors d'un suivi de crête par exemple. On comprend que le balayage peut être également effectué en site. REVENDICATIONS 1. Tête (1) de veille active d'un environnement, comportant : - un bloc d'émission (11) d'un faisceau d'illumination (63) apte à balayer une 5 zone de l'environnement ; et - un bloc de réception (12) d'un rayonnement (84) reçu en retour ; caractérisée en ce que : - le bloc (12) de réception comporte au moins un détecteur (7) fixe. 10 2. Tête selon la revendication 1, dans laquelle chaque détecteur (7) : -comprend une matrice (75) de détection, apte à être éclairée sur une partie (76) par le rayonnement (84) reçu, et - est adapté pour : - définir une fenêtre (72) de détection autour de la partie (76) éclairée 15 de la matrice (75), et - déplacer ladite fenêtre (72) pour suivre un déplacement de la partie (76) éclairée de la matrice (75). 3. Tête selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle chaque 20 détecteur (7) comporte en outre un synchroniseur (77) apte à synchroniser le déclenchement des périodes d'intégration du rayonnement reçu en retour par rapport aux pulsations d'émission du faisceau d'illumination. 4. Tête selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le bloc (11) 25 d'émission comporte un bloc optique (4) comprenant un actionneur (43) apte à permettre le balayage de l'environnement par le faisceau d'illumination (63). 5. Tête selon la revendication 4, dans laquelle l'actionneur (43) est apte à 30 être commandé pour faire varier la vitesse de balayage avec laquelle le faisceau d'illumination (63) balaie la zone de l'environnement. 6. Tête selon l'une des revendications 4 ou 5, dans laquelle le bloc (4) optique comporte au moins un élément optique (41) mobile et relié à l'actionneur (43), l'actionneur étant adapté pour déplacer ledit élément optique (41), éventuellement avec une vitesse de déplacement variable. 7. Tête selon l'une des revendications 4 à 6, dans laquelle le bloc (4) optique comprend un dispositif (42) de mise en forme du faisceau (63). 8. Tête selon l'une des revendications 1 à 7, comportant un corrélateur (45) 10 apte à corréler d'une part un signal de détection issu du détecteur (7) éclairé par le rayonnement (84) reçu lors du balayage avec d'autre part un signal issu du détecteur non éclairé par le faisceau. 9. Tête selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle le balayage se 15 fait selon un axe. 10. Système de veille active d'un environnement, comportant une source (22) d'illumination pulsée, caractérisé en ce qu'il comporte une tête selon l'une des revendications 1 à 9. 11. Système selon la revendication 10, comportant un variateur (25) pour faire varier l'énergie d'illumination de la source (22) pendant le balayage de la zone de l'environnement. 25 12. Système selon l'une des revendications 10 ou 11, comportant un filtre optique passe-bande étroit. 13. Procédé de veille active d'un environnement, grâce à une tête (1) de veille comportant un bloc d'émission (11) d'un faisceau d'illumination et un 30 bloc de réception (12) d'un rayonnement reçu ; le procédé comportant les étapes : - d'émission du faisceau d'illumination (63) par le bloc d'émission ; et - de balayage d'une zone de l'environnement par le faisceau (63) ; 20 le procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte une étape : - de réception d'un rayonnement (84) reçu en retour, par au moins un détecteur (7) du bloc de réception, chaque détecteur étant fixe. 14. Procédé selon la revendication 13, comportant les étapes : - de définition d'une fenêtre (72) de détection autour d'une partie (76) éclairée d'une matrice (75) de détection du détecteur, la partie (76) étant éclairée par le rayonnement (84) reçu, et - de déplacement de ladite fenêtre (72) pour suivre un déplacement de la 10 partie (76) éclairée de la matrice (75). 15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, comportant une étape de synchronisation, par un synchroniseur (77) du détecteur (7), du déclenchement des périodes d'intégration du rayonnement reçu en retour 15 par rapport aux pulsations d'émission du faisceau d'illumination. 16. Procédé selon l'une des revendications 13 à 15, comportant une étape de variation, grâce à un actionneur (43) du bloc d'émission (11), de la vitesse de balayage avec laquelle le faisceau d'illumination (63) balaie la 20 zone de l'environnement. 17. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16, comportant une étape de mise en forme du faisceau (63), grâce à un dispositif (42) de mise en forme du faisceau (63). 25 18. Procédé selon l'une des revendications 13 à 17, comportant une étape de variation, grâce à un variateur (25) d'un système de veille comportant une source d'illumination pulsée et une tête selon l'une des revendications 1 à 9, de l'énergie d'illumination de la source (22) pendant le balayage de la 30 zone de l'environnement. 19. Procédé selon l'une des revendications 13 à 18, comportant une étape de corrélation, grâce à un corrélateur (45), d'une part d'un signal de 14 détection issu du détecteur (7) éclairé par le rayonnement (84) reçu lors du balayage avec d'autre part un signal issu du détecteur non éclairé par le faisceau. 20. Procédé selon l'une des revendications 13 à 19, dans lequel le balayage de l'environnement s'effectue selon un axe. 21. Procédé selon la revendication 20, dans lequel l'axe est le gisement de la tête.10