Brevet FR2969273A1 — publié le 20120622

CONDUITE DE TIR BI-SPECTRALE POUR PROJECTILE AUTOPROPULSE L'invention concerne une conduite de tir bi-spectrale pour projectile autopropulsé et s'applique notamment aux domaines des missiles surface-air. Les missiles surface-air sont des missiles lancés depuis le sol ou la mer ou encore depuis des hélicoptères et habituellement utilisés dans le but d'atteindre une cible aérienne. Ces missiles peuvent être classés en fonction de leur portée. A titre d'exemple, les missiles de très courte portée peuvent atteindre des cibles situés à une distance allant de 2 à 5 km. Ces derniers sont légers et de petite dimension et peuvent, par exemple, être tirés à l'épaule ou à partir d'un trépied de petite taille. Ils comprennent habituellement un autodirecteur, appelé aussi tête chercheuse, ledit autodirecteur permettant au missile de s'accrocher à une cible et de le diriger automatiquement sur la trajectoire de collision pour assurer soit l'impact sur la cible ou un passage à proximité par le travers de la cible. Dans d'autres variantes le missile peut utiliser d'autres moyens de guidage par exemple élaborés par le poste de tir et un moyen de communication entre le missile et le poste de tir ou des moyens de localisation du missile par rapport à un axe de visée. La visée et le lancement du missile sont habituellement contrôlés par au moins un opérateur humain. Pour cela, un dispositif appelé conduite de tir permet à l'opérateur de préparer et de déclencher le lancement du missile. Ce dispositif comprend des moyens de visée permettant l'accrochage de l'autodirecteur sur une cible sélectionnée par l'opérateur. Une fois l'autodirecteur accroché, l'opérateur peut tirer, c'est-à-dire déclencher le lancement du missile. Des dispositifs de conduite de tir pour missiles courte et très courte portée appartenant à l'état de la technique mettent en oeuvre des moyens de détection fonctionnant dans le domaine infrarouge, en utilisant par exemple une caméra thermique. Ces détecteurs fonctionnent habituellement en bande 2 infrarouge, c'est-à-dire qu'ils permettent de détecter un rayonnement électromagnétique pour des longueurs d'onde comprises entre 3.0 et 5.5 µm. Une cible telle qu'un aéronef dégage de la chaleur, en particulier à cause de son échauffement cinétique et de ses moyens de propulsion, comme par exemple ses réacteurs et ses gaz de combustion qui de plus rayonnent dans cette même bande spectrale du fait de l'émission du gaz carbonique chaud. Une caméra thermique fonctionnant dans le domaine infrarouge permet à l'opérateur de voir, par exemple sur un écran, une signature thermique de la cible ou une trace correspondant à sa propulsion et d'évaluer la présence de cibles à une portée déterminée par la sensibilité de sa camera et la signature de la cible et des fonds, que ce soit de jour ou de nuit. Une cible peut alors être sélectionnée par l'opérateur en positionnant, par exemple, ladite cible dans un réticule apparaissant dans un écran du dispositif de conduite de tir afin que l'autodirecteur du missile puisse s'y accrocher. Cependant, les équipements de conduite de tir se basant sur l'utilisation d'un détecteur infrarouge simple sont peu efficaces dans nombre de situations. Ainsi, lorsqu'un avion cible se dirige dans la direction de l'opérateur, c'est-à-dire lorsqu'il est en présentation cible secteur plein avant, la portée de détection d'un détecteur infrarouge bande 2 est réduite car la trace de propulsion est cachée par la structure de l'aéronef et n'est pas ou peu détectée par la caméra thermique. Les capacités de détection d'un détecteur infrarouge bande 2 sont également pénalisées dans des situations de fonds nuageux diffusant la lumière solaire, en bordure de nuages, ou encore lorsque l'opérateur cherche à viser une cible en contre-jour dans le secteur solaire. La scène, c'est-à-dire la zone observée par l'opérateur, apporte alors un important bruit de paysage spatial et temporel en comparaison de l'amplitude de la signature thermique de la cible. Un but de l'invention est notamment de pallier les inconvénients précités. A cet effet l'invention a pour objet une conduite de tir bi-spectrale pour lancer un projectile autopropulsé vers une cible, ladite conduite de tir comprenant des moyens pour détecter dans une scène le rayonnement électromagnétique dans une première bande spectrale comprise dans le domaine infrarouge. Elle comporte en outre des moyens pour détecter le rayonnement électromagnétique dans une seconde bande spectrale appelée bande complémentaire, cette bande spectrale étant choisie de manière à maximiser le contraste entre des cibles visées et le fond de la scène. Selon un aspect de l'invention, la bande complémentaire est choisie de manière à minimiser le contraste entre les nuages présents dans la scène et le fond. La bande complémentaire est comprise, par exemple, dans la bande allant de 275 nm à 500 nm. Selon un autre aspect de l'invention, la bande complémentaire de détection comprend une longueur d'onde Xc correspondant au point d'intersection entre deux courbes correspondant respectivement au spectre du ciel et au spectre des nuages. Par ailleurs, l'invention prévoit une caméra thermique utilisée pour la détection dans la première bande spectrale, ladite bande correspondant à la bande 2 infrarouge. Dans un mode de mise en oeuvre, les moyens de détection en bande complémentaire correspondent à une caméra de type CMOS. Selon un aspect de l'invention, le rayonnement électromagnétique détecté en bande infrarouge est capturé dans un premier flux vidéo et le rayonnement électromagnétique détecté en bande complémentaire est capturé dans un second flux vidéo. Les deux flux vidéo sont, par exemple, affichés simultanément sur un même écran. Les images en provenance des deux flux peuvent être fusionnées par sommation pondérée des composantes RVB des pixels composant 25 lesdites images. Selon un autre aspect de l'invention, les données associées au flux vidéo du domaine infrarouge apparaissent en rouge et les données associées au flux vidéo de la bande complémentaire en négatif apparaissent en bleu sur l'écran. 30 Dans un mode de réalisation, le premier flux vidéo est affiché sur un premier écran et le second flux vidéo est affiché sur un second écran. Un des deux flux vidéo est par exemple affiché sur un écran, un utilisateur de la conduite de tir pouvant sélectionner le flux vidéo à afficher. Dans un mode de réalisation, la conduite de tir comprend un 35 télémètre fonctionnant à 1.5 µm. Dans un mode de réalisation, la conduite de tir comprend un pointeur laser. L'invention a notamment comme avantage de permettre à l'opérateur, utilisant la conduite de tir, d'observer des images ayant un aspect très proche du visible. Ainsi, il est possible d'obtenir des images faciles à interpréter. Elles peuvent en outre constituer des images preuves. Cette vision à haute performance de jour comme de nuit permet de discerner des avions civils et leurs balises et ainsi d'éviter toute confusion avec des cibles ennemies alors que de telles confusions peuvent arriver lorsqu'une camera mono-spectrale fonctionnant en bande infrarouge est utilisée, celle-ci étant essentiellement sensible à la propulsion des aéronefs. De plus, l'invention aide à la détection et à la protection contre un dispositif infrarouge de contremesure au moment de la phase d'acquisition de la cible. Avantageusement, après que le missile ait été tiré, l'opérateur a la capacité de voir le missile et la cible sans être saturé par le propulseur dudit missile. L'opérateur peut ainsi établir le compte-rendu de tir. De plus, pour un missile comprenant un autodirecteur bi-spectral ou multispectral infrarouge, visible ou encore ultraviolet, la conduite de tir selon l'invention peut délivrer une information sur la logique multispectrale du guidage de l'engin à adopter compte tenu de la scène, de la signature et du comportement de la cible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront 25 à l'aide de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 donne un exemple de missile surface-air sur trépied avant lancement ; la figure 2 illustre la manière dont peut être choisie la bande complémentaire utilisée dans le cadre de l'invention ; la figure 3 donne un exemple de moyen de visée pour la conduite de tir selon l'invention ; les figures 4a, 4b et 4c donnent des exemples d'écrans pouvant être utilisés par la conduite de tir selon l'invention. 30 35 La figure 1 donne un exemple de missile surface air sur trépied avant lancement. Le missile 100 est placé sur un trépied 101. Un opérateur 102 est en train de viser une cible à l'aide d'une conduite de tir 103 fixée au trépied 101. Le missile est doté d'un autodirecteur 104 dont l'asservissement de la ligne de visée s'accroche sur la cible visée par l'opérateur. Une fois que l'autodirecteur 104 est accroché, l'opérateur déclenche, s'il le décide, le tir du missile. Le système de conduite de tir, selon l'invention, emploie un détecteur faible bruit et de grande dynamique fonctionnant dans une seconde bande de détection en complément d'un détecteur fonctionnant dans une première bande de détection, ladite première bande correspondant à la bande 2 infrarouge. La seconde bande de détection est appelée bande complémentaire dans la suite de la description et comprend des longueurs d'onde dans le domaine visible et le proche ultraviolet. La figure 2 illustre la manière dont peut être choisie la bande complémentaire utilisée dans le cadre de l'invention. La bande complémentaire peut être choisie en prenant en compte deux critères. Un premier critère de choix de la bande complémentaire est de maximiser le contraste et le rapport signal sur bruit entre les cibles et le fond. La cible apparaissant soit en positif sur un fond brillant dans le cas où elle est blanche ou d'albédo élevé illuminé par le Soleil, soit en négatif en sombre sur fond brillant lorsque la cible est sombre ou principalement en contre jour du fait de la position relative du Soleil par exemple. Cette seconde situation sera le plus souvent rencontrée avec les menaces militaires de jour. Un second critère est de minimiser le contraste entre les nuages et le fond. Sur la figure 2 sont représentés un exemple de spectre du ciel 200 ainsi que le spectre des nuages 201 avec les longueurs d'onde exprimées en nm sur l'axe des abscisses. L'axe des ordonnées représente la luminance L. A titre de remarque, le spectre des nuages reproduit, en l'atténuant, le spectre du Soleil. La bande proche ultraviolet 202 comprend les longueurs d'ondes 35 allant de 200 nm à 380 nm. La sous-bande de lumière visible 203 allant de 380 à 482 nm comprend les longueurs d'onde associées aux couleurs violet, indigo et bleu. Les deux critères de contraste présentés ci-dessus sont considérés validés lorsque la bande complémentaire de détection est choisie de manière à ce qu'elle comprenne la longueur d'onde Xc correspondant au point d'intersection 205 entre les deux courbes de spectre 200, 201. Dans l'exemple de la figure, la longueur d'onde correspondant à ce point est égale à 395 nm. Ainsi, la bande complémentaire correspondant à la bande bleu/proche violet et comprenant les longueurs d'onde allant de 275 nm à 500 nm peut être avantageusement choisie. Les longueurs d'ondes inférieures à 275 nm ne sont pas pertinentes car elles correspondent à la bande d'absorption atmosphérique de l'ozone. Une bande plus étroite peut être choisie si celle-ci comprend la longueur d'onde Xc ou bien si celle-ci est proche de quelques dizaines de 15 nanomètres de l'une des extrémités de ladite bande. Avantageusement, la bande complémentaire peut être choisie en fonction des conditions d'observation. En effet, la valeur de Xc peut dépendre de facteurs météorologiques et des conditions de transmission atmosphérique. 20 La figure 3 donne un exemple de conduite de tir selon l'invention. La conduite de tir est usuellement solidaire du poste de tir. Dans une autre configuration possible, la conduite de tir est portée par un opérateur déporté du poste de tir comme l'illustre la figure 3. Dans cet exemple, la conduite de 25 tir est portative. Un opérateur 301 tient la conduite de tir portative 300 de manière à pourvoir appréhender les informations observées sur au moins un écran d'affichage. Cette conduite de tir comprend par exemple une caméra thermique 302 fonctionnant dans le domaine infrarouge et une caméra fonctionnant en bande complémentaire 303. A titre d'exemple, la conduite 30 peut également intégrer un télémètre fonctionnant à 1.5 µm de longueur d'onde 304 ainsi qu'un pointeur laser 305. La conduite de tir est dotée de moyens de contrôle d'orientation de la ligne de visée qui peut être transmis à l'autodirecteur du missile sur son poste de tir. Ce dernier est initialisé dans le même référentiel angulaire que celui de la conduite de tir. La conduite de tir 300 a des capacités de détection à la fois en bande infrarouge et dans la bande complémentaire. Dans cet exemple, deux détecteurs distincts 302, 303 sont employés, mais il est aussi possible d'utiliser un unique détecteur ayant des capacités de détection dans les deux bandes. La caméra permettant la détection en bande complémentaire est, par exemple, une camera de type CMOS, c'est-à-dire comprenant une matrice de capteurs reposant sur les technologies des fonderies CMOS. Les figures 4a, 4b et 4c donnent des exemples d'écrans pouvant être utilisés par la conduite de tir selon l'invention. L'exemple de la figure 4a présente un écran unique 400 sur lequel sont affichés les flux vidéo correspondant aux bandes infrarouge et complémentaire. Dans cet exemple apparaissent des informations contenues dans le flux vidéo infrarouge comme la trace de propulsion 404 d'un aéronef ainsi que des nuages 401, 402. L'affichage du flux vidéo associé à la bande complémentaire permet de voir en plus précisément la forme 403 de l'aéronef. Dans ce cas, l'affichage résulte de la fusion d'images en provenance des deux flux. Cette fusion est réalisée par exemple par soustraction ou somme des images en noir et blanc ou utilisées pour constituer les composantes RVB des pixels couleurs composant lesdites images, une pondération pouvant être avantageusement utilisée. A titre d'exemple, cette fusion peut être réalisée de manière à ce qu'apparaisse sur l'écran 400 en rouge les donnés associées au flux vidéo du domaine infrarouge et en bleu pour les données associées au flux vidéo négatif, par exemple, de la bande complémentaire. L'exemple de la figure 4b montre deux écrans adjacents 405, 406. Un premier écran 405 affiche le flux vidéo correspondant à la détection en bande infrarouge. On y voit la trace de propulsion 404 ainsi que les nuages 401, 402 présents dans la scène. Un second écran 406 affiche le flux vidéo correspondant à la détection en bande complémentaire. L'opérateur peut y voir la forme 404 de l'aéronef. L'exemple de la figure 4c représente un écran unique 407 sur 35 lequel un unique flux vidéo peut être affiché. L'opérateur a la possibilité d'afficher soit le flux vidéo correspondant à la détection en infrarouge, soit le flux vidéo correspondant à la détection en bande complémentaire. Dans cet exemple, le flux vidéo en bande infrarouge est sélectionné par l'opérateur. Un indicateur 408 lui indique quel est le flux sélectionné. II peut basculer vers l'affichage du second flux si besoin, par exemple lorsqu'il ressent le besoin de vérifier l'une des observations et d'affiner son interprétation de la situation. Le choix d'une bande complémentaire appropriée en utilisant les critères exposés précédemment a pour effet de maximiser les bilans de portée en détection sur l'enveloppe de l'aéronef visé. Pour ce qui concerne le flux vidéo correspondant à la bande complémentaire, l'enveloppe de l'aéronef visé apparaît sombre sur des fonds brillants la plupart du temps. Avantageusement, cette situation est amplifiée lorsque l'opérateur vise dans le secteur solaire, ce qui correspond dans la réalité à des scénarios classiques d'attaque avec le Soleil placé au dos de l'aéronef. Avantageusement, si une cible largue des leurres infrarouge, la voie de détection en bande complémentaire permet très simplement de faire la discrimination entre la signature de la cible et celles des leurres qui sont ambiguës dans le domaine de la bande 2 infrarouge. En outre la signature des leurres Infrarouge peut être saturante pour une camera fonctionnant en bande 2 infrarouge mais est simplement vue comme une source brillante et non saturante par une caméra fonctionnant en bande complémentaire du fait de la température de l'objet et de sa signature spectrale. De plus, la bande complémentaire permet pour une pupille donnée d'une caméra CMOS, d'avoir une résolution spatiale à la diffraction dix fois supérieure à celle obtenue en bande 2 infrarouge. Il est ainsi possible d'accéder à des informations géométriques sur la cible ou sur sa cinématique avec une précision nettement supérieure à celle obtenue à l'aide de conduites de tir existantes basées sur une détection infrarouge uniquement. En outre, les nouvelles générations de détecteurs CMOS présentent des pixels de taille réduite, par exemple de 6.5µm ou moins, ce qui permet de réaliser des caméras avec des optiques de longueurs focales réduites et à grande ouverture numérique. De plus, l'utilisation de matrices CMOS de grande taille, par exemple de 2160 par 2560 pixels, associées à des pixels de petite taille permet de répondre au besoin de couverture angulaire nécessaire à la détection. La précision de résolution permet en outre d'éviter l'utilisation d'un zoom optique ou du moins d'en limiter la dynamique de focale. Ceci permet ainsi d'obtenir une conduite de tir moins coûteuse et plus compacte. Un autre avantage lié à l'utilisation d'une caméra de type CMOS est qu'elle comprend habituellement une fonction lecture de la région d'intérêt, ladite région correspondant à un sous ensemble de pixels de la matrice de capteurs. Cette fonction permet de faire fonctionner la matrice CMOS en modes veille et détection sur l'ensemble de la matrice jusqu'à des fréquences image de 100Hz, puis de passer en mode poursuite à très haute cadence, avec un échantillonnage d'image à des cadences supérieures à 100 Hz par exemple, en limitant la lecture de la matrice à une fenêtre asservie sur les détections des trames antérieures. En d'autres termes, il est possible de passer rapidement d'une observation grand champ à une observation précise haute cadence de la région d'intérêt. Ceci permet notamment la mise en oeuvre d'un mode d'acquisition multi-cibles. Par la fusion avec l'image de la voie infrarouge ou par la décision de l'opérateur, le choix de la cible retenue permet de passer dans un mode poursuite mono-cible. La mesure de la position et de la vitesse angulaire de la cible peut être faite avec une haute précision en se basant sur la cellule , c'est-à-dire sur l'enveloppe de l'aéronef et non plus sur sa trace de propulsion et en réduisant la latence de calcul. Ces informations peuvent être délivrées à l'autodirecteur. Cette mesure est nécessaire pour régler le dépointage de l'axe 25 missile sur l'axe visée de l'autodirecteur et pour ensuite tirer ledit missile sur sa trajectoire de collision avec la cible. Grâce à la sensibilité des matrices CMOS 4T, c'est-à-dire des matrices avec des pixels actifs à quatre transistors, les avantages cités ci- dessus peuvent être obtenus pour des niveaux de nuit 1, 2, 3 correspondant 30 aux niveaux de nuits avec pleine Lune, quartier de Lune et Lune avec nuages. Pour des niveaux de nuit 4 et 5, c'est-à-dire des niveaux correspondant à une nuit stellaire avec ou sans nuages, les fonctions d'anti- leurrage sont accessibles ainsi que l'éventuelle détection de balises équipant la cible. Il faut noter que par nuit de niveau 4 a priori la bande IR2 est très 35 bien adaptée pour faire la détection. Enfin en condition de nuit de niveau 5 ici encore la bande IR 2 peut être bien adaptée si elle n'est pas pénalisée par une dégradation de la transmission atmosphérique. En conséquence il peut être avantageux de nuit de visualiser en positif les images de la bande complémentaire pour lever les ambiguïtés sur la cible pour la discriminer de leurres infrarouges ou détecter ses balises. Le choix de la bande spectrale complémentaire est à optimiser en fonction de la transmission atmosphérique et des scénarios dimensionnant les géométries de visées entre le poste de tir et la ou les cibles. Ces aspects ont un impact sur l'application des critères de sélection de la bande ~o complémentaire décrits précédemment dans la description. REVENDICATIONS1- Conduite de tir pour lancer un projectile autopropulsé vers une cible (403), ladite conduite de tir comprenant des moyens (302) pour détecter dans une scène le rayonnement électromagnétique dans une première bande spectrale comprise dans le domaine infrarouge, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens (303) pour détecter le rayonnement électromagnétique dans une seconde bande spectrale appelée bande complémentaire, cette bande spectrale étant choisie de manière à maximiser le contraste et ou le rapport signal sur bruit entre des cibles visées et le fond de la scène. 2- Conduite de tir selon la revendication 1 dans laquelle la bande complémentaire est choisie de manière à minimiser le contraste entre les nuages présents dans la scène et le fond. 3- Conduite de tir selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la bande complémentaire est comprise dans la bande allant de 275 nm à 500 nm. 4- Conduite de tir selon l'une des revendications précédentes dans laquelle la bande complémentaire de détection comprend une longueur d'onde ? correspondant au point d'intersection (205) entre deux courbes correspondant respectivement au spectre du ciel (200) et au spectre des nuages (201). 5- Conduite de tir selon l'une des revendications précédentes dans laquelle une caméra thermique (302) est utilisée pour la détection dans la première bande spectrale, ladite bande correspondant à la bande 2 infrarouge. 6- Conduite de tir selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les moyens de détection en bande complémentaire correspondent à une caméra de type CMOS (303).35 7- Conduite de tir selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le rayonnement électromagnétique détecté en bande infrarouge est capturé dans un premier flux vidéo et le rayonnement électromagnétique détecté en bande complémentaire est capturé dans un second flux vidéo. 8- Conduite de tir selon la revendication 7 dans laquelle les deux flux vidéo sont affichés simultanément sur un même écran (400). 9- Conduite de tir selon la revendication 8 dans laquelle les images en provenance des deux flux sont fusionnées par sommation pondérée des composantes RVB des pixels composant lesdites images. 10- Conduite de tir selon l'une des revendications 8 ou 9 dans laquelle les données associées au flux vidéo du domaine infrarouge apparaissent en rouge et les données associées au flux vidéo de la bande complémentaire en négatif apparaissent en bleu sur l'écran (400). Il- Conduite de tir selon la revendication 7 dans laquelle le premier flux vidéo est affiché sur un premier écran (405) et le second flux vidéo est affiché sur un second écran (406). 12- Conduite de tir selon la revendication 7 dans laquelle un des deux flux vidéo est affiché sur un écran (407), un utilisateur de la conduite de tir pouvant sélectionner le flux vidéo à afficher. 13- Conduite de tir selon l'une des revendications précédentes comprenant un télémètre à 1.5 pm (304). 14- Conduite de tir selon l'une des revendications précédentes comprenant un pointeur laser (305).