Brevet FR3129492A1 — publié le 20230526

L’invention concerne un procédé de localisation d’une cible au moyen d’un dispositif de détection comprenant un photodétecteur comprenant NxM quadrants positionné par rapport à un axe de visée du dispositif de détection, le photodétecteur étant configuré pour détecter des signaux optiques issus de la cible à détecter, ledit procédé étant mis en œuvre dans une unité de traitement dudit dispositif et comprend les étapes suivantes, la cible diffusant un signal optique : - acquisition des signaux détectés par chaque quadrant correspondant aux signaux diffusés par la cible vers les quadrants ; - traitement des signaux acquis pour déterminer une écartométrie en site et une écartométrie en gisement de la direction de la cible par rapport à l’axe de visée du dispositif ; - traitement des signaux acquis pour en déduire des indicateurs de répartition des signaux détectés par les quadrants ; - traitement des écartométries en site et gisement déterminées pour en déduire des indicateurs de la répartition théorique des signaux dans les quadrants pour ces écartométries ; - vérification de la cohérence des indicateurs de la répartition théorique aux indicateurs de la répartition issue des signaux acquis de manière à déterminer si l’écartométrie mesurée est valide. Figure pour l’abrégé : FIGURE 1 Procédé de localisation d’une cible au moyen d’un détecteur à plusieurs quadrants. L’invention concerne le domaine de la détection d’une cible au moyen d’un détecteur à plusieurs quadrants, la cible étant de préférence éclairée. L’invention trouve notamment application dans le domaine du guidage semi-actif laser d’un objet vers la cible pour le guidage automatique d’armements air/surface ou surface/surface. ETAT DE LA TECHNIQUE Un dispositif de localisation d’une cible comprenant un photodétecteur à quatre quadrants exploite un flux diffusé par la cible à détecter pour mesurer la direction de la cible dans son repère de visée. Une telle localisation permet notamment de poursuivre une cible en mouvement telle un avion, engin, missile, véhicule, char etc. Un tel dispositif peut être monté sur un système de guidage par exemple un missile autoguidé, ou sur un poste de tir permettant de poursuivre une balise portée par le missile et une cible. L’écart entre l’axe de visée et la direction de la cible est l’écartométrie ou écart angulaire ou encore dépointage angulaire. Cette écartométrie est usuellement dans le cas du guidage soit ramenée à zéro soit conservée constante pour que le système de guidage comprenant le dispositif de localisation soit correctement guidé vers la cible. La cible peut naturellement émettre de la lumière. Toutefois, dans le cadre d’un guidage semi-actif laser, un faisceau laser de forte puissance et à faible divergence émis par un désignateur marque la cible et le flux laser diffusé (rétrodiffusé) par la cible est alors exploité pour mesurer l’écartométrie. Le désignateur est par exemple intégré dans le viseur ou bien encore porté par un dispositif tiers et coopératif. On connait notamment deux catégories de systèmes de guidage ou capteurs qui exploitent un tel flux laser diffusé par la cible à localiser. Les localisateurs Laser, ou LST, de l'anglais, Laser-Spot-Tracker, sont des équipements intégrés dans un viseur dont la fonction est d'assurer que le faisceau laser émis par le désignateur est bien positionné sur la cible. Un LST est plus précisément un écartomètre qui détermine la direction angulaire du flux laser diffusé par la cible et cette direction est comparée à la direction de la cible observée dans un imageur harmonisé avec le LST. Les autodirecteurs ou Ecartomètres Semi-Actifs Lasers, désignés par le terme E-SAL, sont intégrés dans les armements et leur apportent la capacité à se guider avec précision sur le spot laser positionné sur la cible, qui peut être fixe, déplaçable ou mobile. Les principales fonctions de ces systèmes sont les suivantes : la détection d’un flux laser réfléchi par la cible pointée et associé au laser de désignation ; la poursuite de cette cible à partir de la réflexion du flux laser maintenu positionné sur celle-ci ; la fourniture d’une écartométrie de la cible dans le repère du capteur LST ou du capteur E-SAL. Pour la localisation et le guidage, une solution usuelle consiste à utiliser un photodétecteur multi-quadrants, notamment un photodétecteur de type 4-quadrants, dont la surface photo-détectrice est en en forme de disque ou de carré coupé en quatre surfaces de photodétection égales et indépendantes. Ce photodétecteur est associé à une optique collectrice de flux permettant une répartition d’énergie plus ou moins localisée, typiquement un disque homothétique de l’éclairement dans la pupille d’entrée de l’optique, sur la surface active du photodétecteur. La position de cette répartition d’énergie dépend de la direction angulaire de provenance du flux incident. Les niveaux d’énergie collectés par chacun des quadrants varient donc selon cette direction et c'est ce qui permet de déterminer l’écartométrie. Prenons en exemple un photodétecteur quatre-quadrants. Pour déterminer l’écartométrie, les opérations à effectuer avec un détecteur 4-quadrants consistent en deux comparaisons des signaux reçus sur les secteurs appairés : d’une part somme des 2 quadrants en haut vs somme des 2 quadrants en bas et d’autre part somme des 2 quadrants à gauche vs somme des 2 quadrants à droite. On effectue donc deux pesées du signal détecté selon les axes vertical et horizontal. Puis une tabulation préalablement réalisée en usine est appliquée et donne les positions angulaires vraies en site et gisement de la tache par rapport au référentiel du détecteur, en correspondance avec les valeurs de pesées haut-bas et gauche-droite. Cette étape de conversion entre pesées et écartométrie suppose que la répartition de l’énergie sur le détecteur 4 quadrants est identique dans le moyen mis en œuvre en usine et dans le contexte d’utilisation. Or ce n’est pas toujours le cas. La précision d’écartométrie est parfois dégradée, notamment en présence de phénomènes de turbulences atmosphériques ou de forte luminosité. En effet, les signaux laser générés par les quatre quadrants du photodétecteur, correspondant à l’éclairement du capteur provenant de la désignation de la cible, sont susceptibles d’être perturbés : a) des sources parasites émettent un flux photonique partiellement inclus dans la bande spectrale du filtre optique du capteur et avec une modulation qui n’est pas totalement rejetée par le filtrage électronique adapté à la modulation temporelle du laser de désignation ; ces stimuli s’ajoutent au signal laser et peuvent potentiellement modifier la réponse du système vis à vis du signal utile laser ; b) l’environnement de la scène influence la propagation du front d’onde du laser du désignateur vers la cible puis de la cible vers le capteur ; les turbulences présentes sur ces trajets génèrent des effets de type scintillation qui se traduisent par des modulations d’éclairement à l’intérieur de la pupille optique du capteur. Les perturbations de type a) résultent de la problématique décrite ci-dessous. Les chaînes électroniques, analogiques et numériques, ont pour fonctions de filtrer le signal capté par chaque voie ou quadrant du photodétecteur à 4-quadrants, pour les besoins de détection et reconnaissance du codage temporel ; et d’élaborer les informations nécessaires à mesurer les 4 portions d’énergie des impulsions laser, pour les besoins de localisation de la cible. Les éléments des chaînes électroniques doivent permettre de garantir une bonne restitution des écartométries laser y compris dans les cas de multi-échos avec 2 impulsions temporellement proches. Ces exigences imposent un compromis, lors de la conception, entre la sensibilité du capteur, sa dynamique instantanée de mesure, l’efficacité du filtrage des parasites et la fidélité dans la restitution des 4 informations énergétiques donc dans la précision écartométrique. Une distorsion ou saturation de l’un des 4 signaux utiles peut occasionnellement se produire en présence de modulations parasites intenses. Les signaux issus des quatre quadrants et exploités pour effectuer les calculs des deux pesées, se retrouvent alors biaisés par l’amputation du signal laser sur le(s) quadrant(s) distordu(s) ou saturé(s). Concernant les perturbations de type b), la problématique est la suivante. Les variations d’indice optique de l’air sur le trajet du laser se traduisent par un éclairement inhomogène sur la pupille optique du capteur, et ces inhomogénéités sont variables d’une réception d'impulsion laser à la suivante. Cette non-uniformité, variable temporellement, se répercute par des modulations dans la répartition de l’énergie sur le photodétecteur et perturbent les 2 pesées. Pour de faibles perturbations, le bruit d’écartométrie est aggravé, mais sans mettre en péril la réussite de la mission. Pour de fortes perturbations, la dispersion des mesures d'écartométrie délivrées met en échec la localisation et le guidage. L’invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients et propose notamment de diagnostiquer les deux types de fonctionnement dégradé : (a) saturation de chaîne électronique en présence de forte modulation de fond et (b) inhomogénéité d’éclairement de la pupille en présence de turbulences. A cet effet, l’invention concerne un procédé de localisation d’une cible au moyen d’un dispositif de détection comprenant un photodétecteur comprenant NxM quadrants positionné par rapport à un axe de visée du dispositif de détection, le photodétecteur étant configuré pour détecter des signaux optiques issus de la cible à détecter, ledit procédé étant mis en œuvre dans une unité de traitement dudit dispositif et comprend les étapes suivantes, la cible diffusant un signal optique : - acquisition des signaux détectés par chaque quadrant correspondant aux signaux diffusés par la cible vers les quadrants ; - traitement des signaux acquis pour déterminer une écartométrie en site et une écartométrie en gisement de la direction de la cible par rapport à l’axe de visée du dispositif ; - traitement des signaux acquis pour en déduire des indicateurs de répartition des signaux détectés par les quadrants ; - traitement des écartométries en site et gisement déterminées pour en déduire des indicateurs de la répartition théorique des signaux dans les quadrants pour ces écartométries ; - vérification de la cohérence des indicateurs de la répartition théorique aux indicateurs de la répartition issue des signaux acquis de manière à déterminer si l’écartométrie mesurée est valide. L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - les indicateurs de la répartition théorique des signaux dans les quadrants est obtenue par interpolation, de préférence bilinéaire, des écartométries avec une cartographie des indicateurs de la répartition théorique des signaux en fonction de plusieurs écartométries théoriques ; - le photodétecteur comprend des quadrants répartis selon deux axes perpendiculaires dits axes site Z et gisement Y, les indicateurs de répartition du signal dans les quadrants étant obtenue au moyen des valeurs de pesées théoriques et mesurées, lesdites pesées étant fonction des niveaux de signal détectés par des quadrant ; - les NxM quadrants du photodétecteur étant répartis selon deux axes perpendiculaires entre eux, dit axe site Z et axe gisement Y, les quadrants détectant un signal définissant une sous-matrice incluse dans la matrice NxM, de taille NixMi quadrants avec Ni inférieur ou égal à N, et Mi inférieur ou égal à M, et détectant des signaux, les indicateurs de répartition des signaux étant obtenus en comparant les signaux détectés sur des quadrants adjacents pris selon les lignes de la matrice NixMi d’une part et pris selon les colonnes de la matrice NixMi d’autre part ; - la vérification de la cohérence consiste à calculer un critère de comparaison entre une première métrique fonction des indicateurs de répartition théorique et une deuxième métrique fonction des indicateurs de répartition des signaux acquis, le critère étant comparé à un seuil pour valider les mesures d’écartométrie ; - le critère de comparaison est défini par une différence non signée entre les première et deuxième métriques, l’écartométrie étant valide si ce critère est inférieur à un seuil et invalide si ce critère est supérieur ou égal audit seuil ; - le seuil est ajusté en fonction du rapport signal à bruit mesuré sur chaque quadrant et/ou de l’écartométrie déterminée ; - le photodétecteur comprend quatre quadrants A, B, C, D, les quadrants A et B étant au-dessus de l’axe site Z, les quadrants C et D étant au-dessous l’axe Z, le quadrant C étant au-dessous du quadrant A, le quadrant D étant au-dessous du quadrant B, les critères de répartition des signaux sur les quadrants étant définis de la manière suivante : - Y 1 =(B-A)/( A+B), pesée comparant les deux signaux du haut ; - Y 2 =(D-C)/(C+D), pesée comparant les deux signaux du bas - Y=(B+D-A-C)/(A+B+C+D) pesée comparant les signaux de part et d’autre de l’axe vertical ; - Z 1 =(A-C)/(A+C), pesée comparant les deux signaux de de gauche - Z 2 =(B-D)/(B+D), pesée comparant les deux signaux de droite - Z=(A+B-C-D)/(A+B+C+D) pesée comparant les signaux de part et d’autre de l’axe horizontal. - les métriques fonction des critères de répartition théoriques ou mesurées est définie par max([abs(Y 1 -Y 2 ) ; abs(Z 1 -Z 2 ) ; abs(Y 1 -Y) ; abs(Z 1 -Z) ; abs(Y 2 -Y), abs(Z 2 -Z)]) avec max la valeur maximale et abs la valeur absolue. L’invention concerne également un dispositif de détection d’une cible comprenant un photodétecteur à plusieurs quadrants et une unité de traitement configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’invention. L’invention concerne également un système de guidage d’un missile vers une cible en mouvement, ledit dispositif comportant un dispositif de détection selon l’invention. L’invention concerne également un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’invention, lorsque celui-ci est exécuté par un ordinateur. Ainsi, l’invention permet une comparaison entre les signaux mesurés issus des quadrants du photodétecteur et des niveaux qui respectent la répartition énergétique théorique afin de valider les mesures d’écartométrie. L’invention permet d’identifier des mesures d'écartométrie erronées provoquées par un fonctionnement dégradé. L’invention permet d’augmenter la fiabilité de la fonction écartométrique par l’ajout d’un critère sur les géométries et radiométrie de la tache sur le photodétecteur. Grâce à l’invention, une analyse de la cohérence des signaux vis-à-vis de la répartition théorique (typiquement un disque) permet de déterminer que l’uniformité de l’éclairement dans la pupille optique est significativement dégradée suite à des phénomènes de scintillation sur les trajets du laser du désignateur à la cible et/ou de la cible au capteur ou encore à la dégradation à cause de la chaine électronique comme indiqué plus haut. Sachant ainsi identifier un fonctionnement dégradé, il est possible de mettre en œuvre des mesures correctives : - invalider les écartométries aberrantes ; - filtrer temporellement les écartométries bruitées avant leur exploitation par la tourelle de poursuite du système de désignation (cas du capteur LST) ou par la chaîne de guidage de l’armement (cas du capteur E-SAL) ; - mettre en place au besoin un dispositif réducteur des effets de la scintillation ; étant pénalisant pour la transmission optique et donc la sensibilité, il n’est pas souhaitable d’avoir en permanence un tel dispositif réducteur dans la voie optique ; - mettre en œuvre au besoin un réglage des chaînes électroniques de détection plus robuste vis-à-vis des modulations sous forte luminosité ; étant pénalisant pour la sensibilité, il n’est pas souhaitable d’avoir à appliquer ce réglage de manière systématique. 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 être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la illustre un dispositif de localisation d’une cible selon un mode de réalisation de l’invention ; - la illustre schématiquement un photodétecteur 4-quadrants ; - les figures 3a et 3b illustrent des configurations de détection par un photodétecteur 4-quadrants ; - la illustre une configuration de détection dégradée au moyen d’un détecteur 4-quadrants ; - la illustre un photodétecteur à seize quadrants arrangés en matrice ; - la illustre des étapes d’un procédé de localisation d’une cible selon un mode de réalisation de l’invention ; - la illustre un mode de sélection d'une configuration de ce détecteur en une matrice 4x4-quadrants pour une mesure d'écartométrie correspondante ; - la illustre plusieurs possibilités de sélection de configuration à 2x2 quadrants pour une mesure d’écartométrie correspondante de la ; - la illustre un autre exemple de répartition d'une tache sur un détecteur à 4x4-quadrants ; - la illustre plusieurs possibilités de sélection d’une matrice à plus de 4 quadrants pour une mesure d'écartométrie correspondante de la ; et - les figures 11a et 11b illustrent différents arrangements de quadrants auxquels peuvent s'appliquer l'invention. Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. Procédé de localisation d’une cible (T) au moyen d’un dispositif de détection comprenant un photodétecteur comprenant NxM quadrants positionné par rapport à un axe de visée du dispositif de détection, le photodétecteur étant configuré pour détecter des signaux optiques issus de la cible à détecter, ledit procédé étant mis en œuvre dans une unité de traitement dudit dispositif et comprend les étapes suivantes, la cible diffusant un signal optique : - acquisition (E1) des signaux détectés par chaque quadrant correspondant aux signaux (S A , S B , S C , S D ) diffusés par la cible vers les quadrants ; - traitement (E2) des signaux acquis pour déterminer une écartométrie en site (S(t)) et une écartométrie en gisement (G(t)) de la direction de la cible par rapport à l’axe de visée du dispositif ; - traitement (E3) des signaux acquis pour en déduire des indicateurs de répartition des signaux détectés par les quadrants ; - traitement (E4) des écartométries en site et gisement déterminées pour en déduire des indicateurs de la répartition théorique des signaux dans les quadrants pour ces écartométries ; - vérification (E5) de la cohérence des indicateurs de la répartition théorique aux indicateurs de la répartition issue des signaux acquis de manière à déterminer si l’écartométrie mesurée est valide. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, les indicateurs de la répartition théorique des signaux (E4) dans les quadrants est obtenue par interpolation, de préférence bilinéaire, des écartométries avec une cartographie des indicateurs de la répartition théorique des signaux en fonction de plusieurs écartométries théoriques. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le photodétecteur comprend des quadrants répartis selon deux axes perpendiculaires dits axes site Z et gisement Y, les indicateurs de répartition (E3, E4) du signal dans les quadrants étant obtenue au moyen des valeurs de pesées théoriques et mesurées, lesdites pesées étant fonction des niveaux de signal détectés par des quadrants. Procédé selon l’une des revendications 2 à 3, dans lequel les NxM quadrants du photodétecteur étant répartis selon deux axes perpendiculaires entre eux, dit axe site Z et axe gisement Y, les quadrants détectant un signal définissant une sous-matrice incluse dans la matrice NxM, de taille NixMi quadrants avec Ni inférieur ou égal à N, et Mi inférieur ou égal à M, et détectant des signaux, les indicateurs de répartition des signaux étant obtenus en comparant les signaux détectés sur des quadrants adjacents pris selon les lignes de la matrice NixMi d’une part et pris selon les colonnes de la matrice NixMi d’autre part. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la vérification de la cohérence consiste à calculer un critère de comparaison entre une première métrique fonction des indicateurs de répartition théorique et une deuxième métrique fonction des indicateurs de répartition des signaux acquis, le critère étant comparé à un seuil pour valider les mesures d’écartométrie. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le critère de comparaison est défini par une différence non signée entre les première et deuxième métriques, l’écartométrie étant valide si ce critère est inférieur à un seuil et invalide si ce critère est supérieur ou égal audit seuil. Procédé selon l’une des revendications 5 à 6, dans lequel le seuil est ajusté en fonction du rapport signal à bruit mesuré sur chaque quadrant et/ou de l’écartométrie déterminée. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le photodétecteur comprend quatre quadrants A, B, C, D, les quadrants A et B étant au-dessus de l’axe site Z, les quadrants C et D étant au-dessous l’axe Z, le quadrant C étant au-dessous du quadrant A, le quadrant D étant au-dessous du quadrant B, les critères de répartition des signaux sur les quadrants étant définis de la manière suivante : - Y 1 =(B-A)/( A+B), pesée comparant les deux signaux du haut ; - Y 2 =(D-C)/(C+D), pesée comparant les deux signaux du bas - Y=(B+D-A-C)/(A+B+C+D) pesée comparant les signaux de part et d’autre de l’axe vertical ; - Z 1 =(A-C)/(A+C), pesée comparant les deux signaux de de gauche - Z 2 =(B-D)/(B+D), pesée comparant les deux signaux de droite - Z=(A+B-C-D)/(A+B+C+D) pesée comparant les signaux de part et d’autre de l’axe horizontal. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les métriques fonction des critères de répartition théoriques ou mesurées est définie par max([abs(Y 1 -Y 2 ) ; abs(Z 1 -Z 2 ) ; abs(Y 1 -Y) ; abs(Z 1 -Z) ; abs(Y 2 -Y), abs(Z 2 -Z)]) avec max la valeur maximale et abs la valeur absolue. Dispositif de détection d’une cible comprenant un photodétecteur à plusieurs quadrants et une unité de traitement configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications précédentes. Système de guidage d’un missile vers une cible en mouvement, ledit dispositif comportant un dispositif de détection selon la revendication précédente. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 9, lorsque celui-ci est exécuté par un ordinateur.