Brevet FR2914069A1 — publié le 20080926

L'invention concerne un procédé d'acquisition de cible, dans lequel un objet cible est éclairé par un désignateur laser et dans lequel le rayonnement réfléchi par la cible est capté et analysé par un viseur pour la détermination de type, de lieu ou de mouvement. Les têtes chercheuses à laser semi-actifs (SAL) conventionnelles sont usuellement utilisées conjointement à des désignateurs laser à rayonnement laser pulsé. Ceux-ci émettent un rayonnement à puissance de crête très élevée (de l'ordre du mégawatt), avec une durée d'impulsion typique de 10 ns et une fréquence de répétition d'impulsion de l'ordre de 10 Hz. La longueur d'onde laser est de 1,06 pm. Du fait de ces caractéristiques, des avertisseurs laser même simples reconnaissent rapidement la lumière diffusée par le désignateur en cas de marquage de la cible et déclenchent des contre-mesures, telles que l'émission d'un brouillard ou une riposte. Le rayonnement laser à onde continue (cw) est par contre indétectable par les avertisseurs laser conventionnels, et il n'est que difficilement détectable dans le cas particulier d'un rayonnement de fond. L'invention vise à réaliser un viseur laser permettant de détecter et d'analyser un rayonnement de désignateur à onde continue, et qui ne soit lui-même que très difficilement détectable par des capteurs détecteurs laser déclenchant des contre-mesures. La possibilité doit en outre être simultanément présentée de transmettre des informations entre le(s) désignateur (s) et le(s) viseur(s). Selon l'invention, ceci est obtenu en ce qu'un rayonnement cohérent est généré pour l'éclairage par le désignateur, et le rayonnement réfléchi par la cible est mixé de manière cohérente dans un ou plusieurs détecteurs dans le viseur, et en ce que le signal différentiel obtenu dans le détecteur consécutif et compris dans une plage de fréquence entre 0 et 10 GHz est soumis à un filtrage à bande étroite et traité consécutivement pour une acquisition d'information. Suivant une autre forme d'exécution de l'invention, il est également possible de transmettre une information du désignateur au viseur en utilisant un procédé de modulation particulier. Par application d'un procédé hétérodyne, il est donc possible selon l'invention de réaliser un viseur SAL détectant un rayonnement cw de désignateur avec une sensibilité satisfaisante. A cet effet, des connaissances spécifiques au réglage du désignateur sont fonctionnellement exploitées, dont un avertisseur laser conventionnel ne peut pas disposer. La probabilité de détection du désignateur CW selon l'invention est sensiblement réduite par rapport à ceux à rayonnement pulsé. Les bases physiques et l'exécution technique d'un viseur SAL et du désignateur laser correspondant, fondées sur le procédé laser hétérodyne, seront décrites ci-après. Les dessins représentent : Fig. 1 la structure de principe du dispositif de détection selon l'invention, Fig. 2 un diagramme illustrant la relation signal/bruit en cas d'application de l'invention, et Fig. 3 la structure d'une forme d'exécution avec une tête chercheuse balayeuse. La fig. 1 représente la structure de principe du dispositif de détection. En l'occurrence, un désignateur DS éclaire une cible Z avec un rayonnement cw cohérent S', qui est partiellement réfléchi par la cible Z, est collimaté comme rayonnement S par l'optique de réception EO, et est transmis au détecteur D. Le désignateur peut en l'occurrence être spatialement indépendant du viseur, mais aussi être raccordé à celui-ci pour former une unité. Le rayonnement d'un laser à oscillateur local LO est hétérodyné de manière cohérente sur le détecteur D avec le rayonnement de désignateur S réfléchi par la cible Z, et cela fonctionnellement par un combineur de faisceau B. Le détecteur D fonctionne comme un mixeur générant un signal différentiel dans la plage de fréquences RF à partir de la fréquence de désignateur laser fD et de la fréquence LO LLO. Celui-ci est soumis à un filtrage à bande étroite et traité consécutivement. La relation suivante s'applique en l'occurrence : isig = flD q (2PsigPLO) 1/2 / hf où isig : courant de signal dans le détecteur 11D rendement quantique du détecteur q : charge des électrons Psig : puissance de signal reçue PLO : puissance de l'oscillateur local (LO) hf : énergie des photons Les avantages du procédé hétérodyne consistent en ce que le rapport signal/bruit S/N pouvant être obtenu dans la plage de signal faible en cas de réception cohérente hétérodyne est sensiblement supérieur à celui obtenu en cas de réception incohérente directe. L'oscillateur local LO atténue efficacement le bruit de fond et le bruit de réception. Cette relation est illustrée par la fig. 2. Le rapport S/N pouvant être obtenu est finalement déterminé par le nombre de photons reçus : S/N = 1zsig / 12N = fD Psig / hf B où isig : courant de signal dans le détecteur iN courant de bruit (spot noise) ~1D : rendement quantique du détecteur Psig : puissance de signal reçue hf : énergie des photons B : largeur de bande de filtre Pour assurer une hétérodynation efficace des fréquences lors de la réception hétérodyne, les faisceaux laser du désignateur et de l'oscillateur local doivent présenter une cohérence temporelle et spatiale satisfaisante. Les largeurs de raies du laser de désignateur (DS) et de l'oscillateur local (LO) déterminent leurs longueurs de cohérence et par conséquent la portée et la largeur de bande de filtre possibles. Les lasers à fibre dopée Erbium du commerce, non agressifs pour la vue, à lambda = 1,55 pm présentent des largeurs de bande B inférieures à 10 kHz dans la plage multiwatt et inférieures à 1 kHz dans la plage de puissances inférieures. La portée R possible pour une application SAL est R = c/B, c étant égal à 3 x 108 m/s. Si B = 10 kHz, la portée R sera de 30 km. Les exigences de stabilité de longueur d'onde du désignateur et de l'oscillateur LO peuvent être sensiblement réduites dans le désignateur DS par utilisation simultanée de deux longueurs d'onde laser f1 et f2 étroitement contiguës à espacement Af défini. Deux fréquences intermédiaires fZ1 et fz2 décalées de la fréquence LO fLo sont générées dans la détecteur à tête chercheuse SAL en cas de réception superhétérodyne, avec fzi=fi-fLo et fz2=f2-fLo• Celles-ci sont hétérodynées dans un mixeur HF, et la fréquence différentielle fzi-fz2 est générée. Celle-ci est exactement équivalente à Af et indépendante des valeurs absolues de f1 et f2, de la fréquence LO et du décalage Doppler dû au déplacement de f1 et f2. La stabilisation de longueur d'onde de Af et fLo doit être effectuée exclusivement à l'intérieur de la largeur de bande du détecteur (p. ex. dans une plage jusqu'à 10 GHz). Le signal utile peut être soumis à un filtrage à bande très étroite avec la largeur de bande du rayonnement laser. On veillera à ce que, pour ce procédé, l'amplitude du rayonnement du désignateur soit modulée à bande étroite avec Af. Avec un scanner, le champ optique du détecteur (IFOV) balaie dans le viseur le champ optique du viseur (FOV) en mode de recherche. Le champ optique du détecteur (IFOV) est p. ex. de 1 mrad, le champ optique du viseur (FOV) de 10 . Il en résulte 3 x 104 pixels par scan. Pour une durée de balayage du champ optique du viseur (FOV) de 10-1 s, il en résulte une fréquence de 10 images par seconde. Pendant la durée de balayage pour 1 pixel, un nombre 5 suffisant de photons de signal sont reçus pour la détection de la cible. Après découverte d'une cible en mode de recherche, le viseur commute sur celle-ci et la suit - éventuellement par microscan dans un premier temps. Après commutation sur la 10 cible avec une précision de stabilisation supposée du viseur La longueur d'onde de l'oscillateur local (LO) est absolument stabilisée au moyen de mesures appropriées telles que le recours à des étalons de référence connus sous le nom de wavelength-locker. Le dispositif pour l'exécution du procédé selon l'un des modes de réalisation de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un désignateur DS pour l'irradiation d'une cible par un rayonnement cohérent S', un récepteur pour le rayonnement S réfléchi par la cible, un oscillateur local pour la génération d'un rayonnement LO spatialement et temporellement cohérent, un dispositif mixeur pour la réunion des deux rayonnements S, LO et l'obtention d'un signal différentiel à basse fréquence, ainsi qu'un dispositif électronique de traitement de signal.15 REVENDICATIONS 1. Procédé d'acquisition de cible, dans lequel un objet cible est éclairé par un désignateur laser et dans lequel le rayonnement réfléchi par la cible est capté et analysé par un viseur pour la détermination de type, de lieu ou de mouvement, caractérisé en ce qu'un rayonnement cohérent (S') est généré pour l'éclairage par le désignateur (DS), et le rayonnement (S) réfléchi par la cible est mixé de manière cohérente dans un ou plusieurs détecteurs dans le viseur, et en ce que le signal différentiel obtenu dans le détecteur consécutif (D) et compris dans une plage de fréquence entre 0 et 10 GHz est soumis à un filtrage à bande étroite et traité consécutivement pour une acquisition d'information. 2. Procédé de détection de cible selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour le mixage cohérent du rayonnement dans le viseur, on utilise un oscillateur local (oscillateur local LO) disposé dans celui-ci. 3. Procédé de détection de cible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayonnement cohérent généré par le désignateur est un rayonnement dit à onde continue (CW) ou un rayonnement CW modulé. 4. Procédé de détection de cible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayonnement du désignateur est modulé afin de transmettre des informations au viseur. 5. Procédé de détection de cible selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que deux longueurs d'onde laser f1 et f2 étroitement contiguës à espacement Of défini sont simultanément générées dans le désignateur (DS), et deux fréquences intermédiaires fZ1 et fz2 décalées de la fréquence LO fLo, avec fzi=f1-fLo et fz2=f2-fLo, sont générées dans le détecteur de viseur D par un processus de mixage cohérent,hétérodynées dans un mélangeur HF, et génèrent la fréquence différentielle fzi-fz2 exactement équivalente à Of et indépendante des valeurs absolues de f1 et f2, de la fréquence LO et du décalage Doppler dû au déplacement de f1 et f2. 6. Procédé de détection de cible selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un dispositif de balayage optique est utilisé dans le viseur, au moyen duquel le champ optique d'une unité de détecteur balaie le champ optique du viseur. 7. Procédé de détection de cible selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un scanner à rosettes avec deux clavettes rotatives est utilisé en tant que dispositif de balayage optique. 8. Procédé de détection de cible selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la transmission du signal dans le viseur de l'optique au détecteur est en l'occurrence réalisée de manière non critique pour le réglage, au moyen de composants conducteurs de lumière, tels qu'une fibre à cristal photonique à grand NA et grand diamètre d'âme, et par un coupleur de fibres X. 9. Procédé de détection de cible selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des amplificateurs à fibre sont utilisés pour l'amplification de signal optique. 10. Procédé de détection de cible selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des diodes à avalanche sont utilisées comme détecteurs. 11. Procédé de détection de cible selon l'une des 35 revendications précédentes, caractérisé en ce que des diodes PIN sont utilisées comme détecteurs. 12. Procédé de détection de cible selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les longueurs d'onde du désignateur (DS) sont absolument stabilisées au moyen de mesures appropriées telles que le recours à des étalons de référence. 13. Procédé de détection de cible selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur d'onde de l'oscillateur local (LO) est absolument stabilisée au moyen de mesures appropriées telles que le recours à des étalons de référence. 14. Dispositif pour l'exécution du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un désignateur (DS) pour l'irradiation d'une cible par un rayonnement cohérent (S'), un récepteur pour le rayonnement (S) réfléchi par la cible, un oscillateur local pour la génération d'un rayonnement (LO) spatialement et temporellement cohérent, un dispositif mixeur pour la réunion des deux rayonnements (S, LO) et l'obtention d'un signal différentiel à basse fréquence, ainsi qu'un dispositif électronique de traitement de signal.