Brevet FR2944593A1 — publié le 20101022

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne une tête autodirectrice pour un missile, 5 comportant au moins deux voies de détection de faisceaux lumineux dans deux bandes de rayonnement distinctes l'une de l'autre. L'invention concerne également un missile comportant une telle tête. ETAT DE L'ART La figure 1 représente schématiquement un exemple classique d'emploi 10 d'un missile 1 de combat terrestre comportant une tête 10 autodirectrice bimode. La tête 10 comporte par exemple une voie SAL (� Semi Active Laser � ou laser semi actif) et une voie infrarouge, connues en soi de l'homme du métier. La voie SAL peut classiquement fonctionner sur les longueurs d'onde comprises entre 1.06 pm et 1.54pm (on parle alors de 15 proche infrarouge ou de bande 1), et la voie infrarouge (IR) peut quant à elle fonctionner sur la bande 2 (3pm-5pm) ou la bande 3 (8pm-12pm). Comme représenté sur la figure 1, le missile 1 est lancé à l'instant to à partir d'un lanceur 2. Le missile 1 part en navigation inertielle vers une cible 3 sur une trajectoire T. La cible 3 n'est pas visible par le missile 1 au 20 moment du lancer du missile 1. Lorsqu'à l'instant t1, le missile 1 arrive proche de la cible 3 (cette distance correspond à la portée moyenne de la voie SAL), un illuminateur 4 externe désigne la cible 3 par une illumination. La voie SAL de la tête 10 détecte alors la cible 3 ainsi illuminée et 25 détermine l'écartométrie de la cible 3. L'écartométrie est utilisée en final pour diriger le missile 1 sur la cible 3 (on parle alors de mode SAL) Si la cible 3 est visible depuis le lancer, le mode SAL est également possible pour la détection et la détermination de l'écartométrie de la cible à des fins de guidage du missile 1 sur la cible 3 sans phase préliminaire de 30 navigation inertielle. Un mode infrarouge est également possible, où seule la voie IR est utilisée, depuis le lancer jusqu'à l'impact sur la cible 3, pour la détection et l'écartométrie de la cible à des fins de guidage terminal du missile 1 sur la cible 3. On a représenté schématiquement sur la figure 2 un exemple d'une tête 10 autodirectrice connue et située à l'avant d'un missile 1. Elle comporte principalement un dôme 101 d'entrée, en général hémisphérique et transparent dans la bande proche IR (bande 1), pour la voie SAL, et la bande 3 (ou la bande 2), pour la voie IR. La tête 10 comporte également une plateforme 102 orientable selon deux axes Y (en site) et Z (en gisement). L'orientation de la plateforme 102 a pour effet de stabiliser la ligne V de visée et de l'orienter, typiquement sur un débattement angulaire de plusieurs dizaines de degrés selon chaque axe. La tête 10 comporte également un module optique 103 catadioptrique. Un module catadioptrique est un système optique fonctionnant à la fois avec des lentilles et des miroirs. Le module 103 comporte ainsi classiquement notamment un miroir primaire 104 renvoyant un flux lumineux F vers un miroir secondaire 105 (induisant une occultation centrale du miroir primaire 104), pour faire passer le flux F au travers du centre percé du miroir primaire 104. L'utilisation du miroir primaire 104 est imposée, en particulier dans le cas bi-mode SAL (bande 1) et IR (bande 3), car l'étendue des longueurs d'onde d'utilisation (1 pm-12pm) rendrait difficile l'achromatisation avec une solution de type dioptrique (c'est-à-dire sans miroir). Le module 103 comporte de plus une lame dichroïque 106 en aval du miroir secondaire 105, derrière le miroir primaire 104 comme le montre la figure 2. Le flux F est d'une part transmis par la lame 106 pour former un flux F1 et pour atteindre un capteur IR 107 (éventuellement après une focalisation par une lentille 109). Le dôme 101, le module 103 et le capteur 107 forment ainsi la voie IR. Le flux F est d'autre part réfléchi par la lame 106 pour former un flux F2 et pour atteindre un capteur SAL 108. Le dôme 101, le module 103 et le capteur 108 forment la voie SAL. La tête 10 connue présente des inconvénients. Tout d'abord, le dôme 101 est commun aux deux voies, et sa transmission n'est pas optimale pour chacune des voies, du fait du choix restreint de matériaux transparents large bande (pour un fonctionnement à la fois en bande 1 (pour la voie SAL) et en bande 2 ou voire 3 (pour la voie IR)), et des traitements associés qui sont complexes. Le choix du matériau pour le dôme étant restreint, des limitations sur la vitesse du missile peuvent donc être induites, du fait de la faible dureté du matériau (le dôme 101 doit pouvoir résister à la pluvio-érosion). De plus, le miroir primaire 104 qui possède une occultation centrale, a un diamètre réel plus grand que la pupille utile du système. Ce grand diamètre conduit à augmenter la taille du dôme 101, et donc sa complexité de réalisation et son coût. Il est difficile d'obtenir de grands champs optiques avec un module catadioptrique en entrée de la tête. Enfin, l'utilisation de la lame 106 oblige d'une part au déport latéral, perpendiculairement à la ligne de visée V, d'une des deux voies (la voie SAL sur la figure 2), et d'autre part à l'allongement de la plateforme 102 selon la direction de la ligne de visée V pour l'autre voie (la voie SAL sur la figure 2), ce qui augmente l'encombrement de la plateforme 102, alors qu'il est souhaitable que la tête ait un encombrement minimal, pour des contraintes de calibre et d'aérodynamique du missile. PRESENTATION DE L'INVENTION On propose selon l'invention de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, on propose selon l'invention une tête autodirectrice pour un missile, comportant au moins deux voies de détection de faisceaux lumineux dans deux bandes de rayonnement distinctes l'une de l'autre, caractérisée en ce que chaque voie de détection comporte, pour chaque bande - une fenêtre d'entrée transparente pour ladite bande de rayonnement, 30 - un capteur pour détecter les faisceaux dans ladite bande, et - un module dioptrique situé entre ladite fenêtre et ledit capteur, chaque fenêtre, chaque capteur et chaque module étant respectivement distinct de la fenêtre, du capteur et du module des autres voies. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques 5 suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - la tête comporte une voie IR et une voie SAL distinctes, la fenêtre transparente à la bande SAL, le capteur SAL et le module SAL étant respectivement distincts de la fenêtre transparente à la bande IR, du 10 capteur IR et du module IR ; - le module IR et le capteur IR sont montés sur une plateforme orientable en site et en gisement par rapport à la fenêtre d'entrée transparente à la bande IR ; - le module SAL et le capteur SAL sont fixes par rapport à la fenêtre 15 d'entrée transparente à la bande SAL ; - au moins une fenêtre est en forme de dôme hémisphérique ; et - au moins une fenêtre est en forme de plaque plane. L'invention concerne également un missile comportant une telle tête. L'invention présente de nombreux avantages. 20 Chaque voie, IR ou SAL par exemple, possède sa propre fenêtre d'entrée, ce qui permet de choisir, pour chaque fenêtre d'entrée, le matériau et le traitement adapté, sans la contrainte de large bande de transmission du dôme connu du mode de la figure 2. Il en résulte une bonne transmission pour chacune des voies. 25 Les deux voies étant indépendantes, le choix du matériau pour chaque fenêtre d'entrée devient plus large (en particulier pour la bande 3), ce qui permet d'optimiser sa dureté. On a donc la possibilité d'obtenir des vitesses de missile plus élevées. La dimension de la fenêtre IR est minimale, grâce à la possibilité 30 d'utilisation d'un module optique dioptrique sur la voie IR (et non catadioptrique comme dans l'art antérieur), sans occultation, ce qui conduit à une de taille de pupille utile IR minimale. La taille de la fenêtre IR, et donc son coût de production, notamment en cas de dôme hémisphérique, sont ainsi réduits. L'absence de module catadioptrique permet également d'avoir un champ optique plus important pour chacune des voies (de l'ordre de 10°, par opposition à des champs de l'ordre de 5° dans l'art antérieur). Il n'y a plus de lame dichroïque, et donc plus de déport latéral d'une voie optique, ni d'allongement d'une autre voie optique comme dans l'art antérieur, et donc l'encombrement de la tête est encore réduit. En outre, dans le mode de réalisation comportant des fenêtres sous forme de plaque planes, chaque fenêtre pouvant être inclinée, à partir d'une arête, par rapport à l'écoulement d'air, il n'y a tout d'abord pas de point d'arrêt comme sur un dôme, ce qui intrinsèquement favorise la tenue à la pluvio-érosion par rapport à un dôme pour un matériau identique. Les fenêtres planes sont de plus moins coûteuses que leur équivalent en forme de dôme. Enfin, la plateforme n'a dans ce cas pas besoin d'un positionnement précis de ses axes d'orientation par rapport à la fenêtre. 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 20 être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà discutée, représente schématiquement un exemple classique d'emploi d'un missile de combat terrestre comportant une tête autodirectrice bi-mode ; - la figure 2, déjà discutée également, représente schématiquement un 25 exemple d'une tête autodirectrice connue et située à l'avant d'un missile ; - la figure 3 représente schématiquement un premier mode de réalisation possible d'une tête autodirectrice selon l'invention, et - la figure 4 représente schématiquement un deuxième mode de réalisation possible d'une tête autodirectrice selon l'invention. 30 Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Les figures 3 et 4 montrent chacune un mode de réalisation possible d'une tête 10 autodirectrice pour un missile 1. La tête 10 comporte au moins deux voies de détection de faisceaux lumineux dans deux bandes de rayonnement distinctes l'une de l'autre, à savoir par exemple une voie SAL, dans la bande 1, et une voie IR, dans la bande 2 ou la bande 3. L'invention peut également s'appliquer à d'autres bandes de détection, et la tête peut par exemple comporter une voie visible. Les figures 3 et 4 notamment montrent que chaque voie de détection comporte, pour chaque bande, une fenêtre d'entrée transparente pour ladite bande de rayonnement, un capteur pour détecter les faisceaux dans ladite bande, et un module dioptrique situé entre ladite fenêtre et ledit capteur. Un module dioptrique, par opposition à un module catadioptrique, est un module n'utilisant que des lentilles de transmission et ne comportant pas de miroir réfléchissant. Pour chaque voie, chaque fenêtre, chaque capteur et chaque module est respectivement distinct de la fenêtre, du capteur et du module des autres voies. En d'autres termes, sur les figures 3 et 4, la tête 10 comporte une voie IR et une voie SAL, à savoir, pour la voie IR, une fenêtre 1051 d'entrée transparente à la bande IR (bande 2 ou bande 3), un capteur 107 pour détecter les faisceaux dans la bande IR et former, à partir d'un flux lumineux F1, une image IR grâce à des moyens de traitement connus et non représentés, et un module 2031 dioptrique situé entre la fenêtre 1051 et le capteur 107 IR pour la formation de l'image sur le capteur 107. Le module 2031 comporte par exemple deux lentilles convergentes 110 et 111, mais on comprend que le nombre et la conformation des lentilles peut varier en fonction de l'encombrement souhaité, et de la nature du capteur 107. Par ailleurs, la tête 10 comporte, pour la voie SAL, une fenêtre 1052 d'entrée transparente à la bande SAL, un capteur 108 pour détecter, à partir d'un flux F2, les faisceaux dans la bande SAL, et un module 2032 dioptrique situé entre la fenêtre 1052 et le capteur 108 SAL, pour la formation de l'image sur le capteur 108. Le module 2032 comporte par exemple une lentille convergente 112 pour obtenir un grand champ comme explicité dans la suite, mais on comprend que le nombre et la conformation des lentilles peut varier en fonction de l'encombrement souhaité, et de la nature du capteur 108. Le capteur 108 SAL peut être de type rétine (matrice de détecteurs), PSD (Positionning Sensing Device), ou quatre quadrants (voire n quadrants). Le capteur 107 IR peut être du type matriciel, du type bande II refroidi, ou bande III non refroidi ou refroidi. La fenêtre 1052, le capteur 108 et le module 2032 sont respectivement distincts de la fenêtre 1051, du capteur 107 et du module 2031. Chaque fenêtre 1051 ou 1052 peut être transparente pour sa bande uniquement, ce qui permet d'augmenter le choix du matériau pour chaque fenêtre. On peut ainsi prévoir les matériaux suivants : - pour la voie IR bande 2 (fenêtre 1051) : Saphire, MgF2, ZnS, ZnSe, 15 Germanium - pour la voie IR bande 3 (fenêtre 1051) : ZnS, ZnSe, Germanium - pour la voie SAL (fenêtre 1052) : Verre du type BK7 par exemple. Pour la voie IR, le module 2031 (comportant éventuellement les lentilles 110 et 111) et le capteur 107 sont montés sur une plateforme 102 20 orientable selon l'axe Y (en site) et selon l'axe Z (en gisement). La plateforme 102 est donc orientable par rapport à la fenêtre 1051. L'orientation de la plateforme 102 a pour effet de stabiliser la ligne V1 de visée de la voie IR, et de l'orienter, typiquement sur un débattement angulaire de plusieurs dizaines de degrés selon chaque axe Y ou Z. 25 Sur la figure 3, chaque fenêtre 1051 et 1052 est en forme de dôme hémisphérique. Dans ce cas, le centre O, intersection des axes Y et Z et centre de rotation de la plateforme 102 autour desdits axes, doit être situé au centre géométrique du dôme hémisphérique IR avec une bonne précision (de 30 l'ordre de quelques dizaines de microns), afin de conserver la qualité des images formées sur le capteur 107 lors du débattement angulaire de la plateforme 102, car le dôme 1051 possède une puissance optique faible, mais non nulle. En revanche, la voie SAL est fixe, c'est-à-dire que le module 2032 SAL et le capteur 108 SAL sont fixes et immobiles par rapport à la fenêtre 1052. Bien que la voie SAL ne soit pas stabilisée, compte tenu des durées très brèves des impulsions laser de l'illuminateur externe 4 (10 à 20 ns), et des vitesses de rotation du missile 1 sur sa trajectoire, le flou introduit reste négligeable. Grâce au module 2032 comportant la lentille convergente 112, la voie SAL présente un champ d'observation très grand (typiquement plusieurs dizaines de degrés), pour être du même ordre que les débattements angulaires de la voie IR décrits plus hauts et rendus possibles par la plateforme 102. La ligne de visée V2 de la voie SAL peut être inclinée de quelques degrés par rapport à un axe X longitudinal du missile 1, pour privilégier le champ d'observation vers le bas lorsque le missile 1 est sur sa trajectoire T, et obtenir une meilleure détection de la cible 3 terrestre. La fenêtre de la voie SAL peut être sous forme de dôme hémisphérique (cas de la figure 3) ou sous forme de plaque plane (cas de la figure 4). Dans le cas d'un dôme hémisphérique pour la voie SAL, il n'y a pas de contrainte forte sur le positionnement du module 2032 par rapport au dôme 1052 (comme c'est le cas pour la voie IR de la figure 3), ladite voie n'étant pas orientable. Comme le montre la figure 4, la fenêtre de la voie IR peut être sous forme de plaque plane. Dans ce cas, la plateforme 102 n'a pas besoin d'un positionnement précis de son centre O de rotation par rapport à la fenêtre 1051, cette dernière ne possédant pas de puissance optique. La tête peut comporter toute combinaison de fenêtres, c'est-à-dire une fenêtre sous forme de dôme pour une des deux voies, et une fenêtre sous forme de plaque plane pour l'autre voie. Dans le cas de la figure 4 cependant, chaque fenêtre pouvant être inclinée, à partir d'une arête 1053, par rapport à l'écoulement d'air, il n'y a tout d'abord pas de point d'arrêt comme sur un dôme, ce qui intrinsèquement favorise la tenue à la pluvio- érosion par rapport à un dôme pour un matériau identique. Les fenêtres REVENDICATIONS1. Tête (10) autodirectrice pour un missile, comportant au moins deux voies (SAL, IR) de détection de faisceaux lumineux dans deux bandes de rayonnement distinctes l'une de l'autre, caractérisée en ce que chaque voie de détection comporte, pour chaque bande - une fenêtre (1051, 1052) d'entrée transparente pour ladite bande de rayonnement, - un capteur (107, 108) pour détecter les faisceaux dans ladite bande, et 10 - un module (2031, 2032) dioptrique situé entre ladite fenêtre (1051, 1052) et ledit capteur (107, 108), chaque fenêtre (1051, 1052), chaque capteur (107, 108) et chaque module (2031, 2032) étant respectivement distinct de la fenêtre, du capteur et du module des autres voies. 15 2. Tête (10) selon la revendication 1, comportant une voie IR et une voie SAL, et comportant ainsi - une fenêtre (1051) d'entrée transparente à une bande IR, un capteur (107) IR pour détecter les faisceaux dans la bande IR, et un module 20 IR (2031) dioptrique situé entre ladite fenêtre (1051) et ledit capteur (107) IR ; et - une fenêtre (1052) d'entrée transparente à une bande SAL, un capteur (108) SAL pour détecter les faisceaux dans la bande SAL, et un module (2032) dioptrique SAL situé entre la fenêtre (1051) et le capteur 25 (108) SAL, la fenêtre (1052) transparente à la bande SAL, le capteur (108) SAL et le module (2032) SAL étant respectivement distincts de la fenêtre (1051) transparente à la bande IR, du capteur (107) IR et du module (2031) IR. 30 3. Tête (10) selon la revendication 2, dans laquelle le module (2031) IR et le capteur (107) IR sont montés sur une plateforme (102) orientable en site et en gisement par rapport à la fenêtre (1051) d'entrée transparente à la bande IR. 4. Tête selon l'une des revendications 2 ou 3, dans laquelle le module (2032) SAL et le capteur (108) SAL sont fixes par rapport à la fenêtre (1052) d'entrée transparente à la bande SAL. 5. Tête selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle au moins une fenêtre (1051, 1052) est en forme de dôme hémisphérique. 6. Tête selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle au moins une 10 fenêtre (1051, 1052) est en forme de plaque plane. 7. Missile, comportant une tête selon l'une des revendications 1 à 6. 15