EP4505424A1 - Système de surveillance infrarouge pour aéronef militaire et aéronef militaire, notamment un missile, équipé d'un tel système - Google Patents

Système de surveillance infrarouge pour aéronef militaire et aéronef militaire, notamment un missile, équipé d'un tel système

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Publication number
EP4505424A1
EP4505424A1 EP23716595.6A EP23716595A EP4505424A1 EP 4505424 A1 EP4505424 A1 EP 4505424A1 EP 23716595 A EP23716595 A EP 23716595A EP 4505424 A1 EP4505424 A1 EP 4505424A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
optronic
sensors
aircraft
sensor
images
Prior art date
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Pending
Application number
EP23716595.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Arnaud Davenel
Emmanuel Kling
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Safran Electronics and Defense SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electronics and Defense SAS filed Critical Safran Electronics and Defense SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/10—Terrestrial scenes
    • G06V20/17—Terrestrial scenes taken from planes or by drones
    • G—PHYSICS
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    • G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
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    • G06V10/50—Extraction of image or video features by performing operations within image blocks; by using histograms, e.g. histogram of oriented gradients [HoG]; by summing image-intensity values; Projection analysis
    • G06V10/507—Summing image-intensity values; Histogram projection analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50—Context or environment of the image
    • G06V20/56—Context or environment of the image exterior to a vehicle by using sensors mounted on the vehicle

Definitions

  • the present invention relates to the field of optical monitoring of the environment of a military aircraft and more particularly of a missile or a military aircraft such as a fighter.
  • the most elaborate devices often placed at the front of the aircraft, include for example a daytime vision sensor for long-distance identification (40 km) and an infrared sensor with sensitivity in the length bands of wave 3 to 5 pm and 8 to 12 m to detect targets at long distances.
  • These frontal surveillance devices are used for self-protection of the aircraft (detection of enemy missiles for example) or for attack (target detection).
  • the images provided by the sensor are processed to search for, for example, the thermal trace of hot gases ejected by the missile at least at the time of its departure (we speak of the “feathers” of the missile) or of hot parts of the missile, more particularly on the fuselage.
  • this thermal trace takes the form of an area or spot, which can be the size of a single pixel, having an intensity greater than an alert threshold.
  • the alert threshold is relatively low for be able to detect a missile departure as far away as possible but must be significantly greater than the image noise to avoid the multiplication of false alarms. Image processing is therefore relatively delicate.
  • the invention aims in particular to provide an optronic system for improved monitoring of the environment of a missile or a military aircraft.
  • an optronic system for monitoring a space surrounding a military aircraft comprising an electronic processing unit, optronic sensors connected to the electronic processing unit and at least one measuring unit. inertial connected to the electronic processing unit.
  • the optronic sensors have a predetermined individual field and are arranged to be fixed on the aircraft so as to have an overall field corresponding substantially to the space to be monitored.
  • the electronic processing unit incorporates a processor and a memory containing a program having instructions arranged for:
  • each optronic sensor receives from each optronic sensor a plurality of image signals corresponding to images captured successively for a predetermined duration
  • the military aircraft can be a combat plane, a missile or other and the space to be monitored can be for example 360° or 180°.
  • the images of the series of images provided by each optronic sensor are offset relative to each other due to the fact that each optronic sensor is fixed relative to the aircraft and that the aircraft moved in space. This shift depends on the time interval between each image, the speed of the aircraft and the movements it has made. Therefore, the same element of the landscape scanned by a sensor, such as for example a thermal trace of missile departure in the case of infrared sensors, will not be exactly positioned in the same place in the images of the series, even if the displacement of the aircraft would be minimal between two images, which complicates the detection of this element of the landscape.
  • the inertial data are used to determine the speed of the aircraft and the movements made between the images in order to be able to register the images captured with each other in a reference point common to all the sensors and thus make the same elements of the landscape coincide with each other (including the missile thermal traces) visible on several captured images. This makes it possible to highlight the thermal traces of interest by eliminating the noise which is present randomly from one image to another. The detection is therefore more precise.
  • the invention also relates to an aircraft equipped with such an optronic system, the aircraft comprising a structure on which the optronic sensors are rigidly fixed and distributed.
  • the invention also relates to a method for monitoring a space surrounding a military aircraft provided with optronic sensors and at least one inertial measurement unit which are connected to an electronic processing unit, the optronic sensors having a predetermined individual field and being fixed on the aircraft so as to have an overall field corresponding substantially to the space to be monitored, the method comprising the steps of:
  • each optronic sensor receives from each optronic sensor a plurality of image signals corresponding to images captured successively for a predetermined duration
  • Figure 1 is a schematic view of a location device according to the invention.
  • FIG. 2 is a schematic top view of an aircraft equipped with a location device according to the invention
  • Figure 3 is a schematic bottom view of this aircraft
  • Figure 4 is a schematic side view of this aircraft.
  • the invention is described here in application to the monitoring of the space surrounding an aircraft, generally designated 100, having a structure 101 (the cell or fuselage) and wings 102, the other parts of aircraft 100 not being mentioned here.
  • the aircraft 100 carries a monitoring device according to the invention.
  • the monitoring device comprises an electronic processing unit 1 connected to six optronic sensors 2 and to six inertial measurement units 3 each arranged in the vicinity of one of the optronic sensors 2.
  • the numerical reference 2 is associated with the letters: “fu” to designate an optronic sensor 2 oriented towards the front and the top, “ru” for designate an optronic sensor 2 oriented towards the rear and the top, “fd” to designate an optronic sensor 2 oriented towards the front and the bottom, “rd” to designate an optronic sensor 2 oriented towards the rear and the bottom, “11” to designate an optronic sensor 2 positioned laterally and oriented to the left, “Ir” to designate an optronic sensor 2 positioned laterally and oriented to the right.
  • the numerical reference 3 is associated with the same letters as the optronic sensor 2 in the vicinity of which the inertial measurement unit 3 is fixed.
  • Each optronic sensor 2 is here a sensor made of a material sensitive to wavelengths between approximately 3 and 5 pm (MWIR band) and between approximately 8 and 12 pm (LWIR band). Indeed, the sensitivity to the MWIR band makes it possible to detect combustion gases (from missiles or planes and more generally from any aircraft) which include a lot of carbon dioxide emitting at the wavelength of 4.2 pm. Sensitivity to the LWIR band makes it possible to more effectively detect missiles whose engines have been stopped and missiles and aircraft approaching from the front.
  • the sensor is for example made of mercury-cadmium telluride (HgCdTe) or of a material having a periodic structure of “superlattice” type layers presenting sensitivity in the bands concerned.
  • Each optronic sensor 2 is here a focal plane matrix detector or FPA (from the English “focal plane array”), has a predetermined individual field here of 105° by 84°, and has a resolution of 2560 pixels by 2048 pixels ( we recall that an optronic sensor is composed of a plurality of elementary detectors adjacent to each other and that a pixel, from the English “picture element”, designates such an elementary detector). Each pixel is formed by a photodiode and a well accumulating electric charges according to the photons it receives. These electric charges are extracted periodically in the form of an elementary signal. All of the elementary signals extracted at a given instant from the elementary detectors of an optronic sensor 2 form an image signal.
  • the frame frequency of the optronic sensors 2 is preferably between 50 and 100 Hz.
  • the optronic sensors 2 are rigidly fixed to the cell 101 of the aircraft 100 as follows:
  • a first optronic sensor 2fu opens onto an upper surface of the structure 101, here in front of the cockpit, and is oriented towards the front of the aircraft 100;
  • a second optronic sensor 2ru opens onto the upper surface of the structure 101, here behind the cockpit, and is oriented towards the rear of the aircraft 100;
  • a third optronic sensor 2fd opens onto a lower surface of the structure 101 and is oriented towards the front of the aircraft 100;
  • a fourth 2nd optronic sensor opens onto the lower surface of the structure 101 and is oriented towards the rear of the aircraft 100;
  • a fifth sensor 211 and a sixth sensor 21r open onto opposite side surfaces of the structure 101 and are oriented on a transverse axis of the structure 101 respectively towards the left and towards the right. This positioning makes it possible to combine the individual fields of the optronic sensors 2 to obtain a global field of 4n steradians covering the entire space surrounding the aircraft 100.
  • Each inertial measurement unit 3 (commonly referred to as IMU) comprises, in a manner known in itself, accelerometers and gyroscopes or gyrometers making it possible to determine linear and angular movements relative to the axes of a reference point.
  • Each inertial measurement unit 3 is fixed to the same part of the structure 101 as one of the optronic sensors 2, in the immediate vicinity thereof, to detect the movements of the part of structure 101 to which the optronic sensor 2 is fixed .
  • each inertial measurement unit 3 is arranged to provide electrical signals, called here positioning signals, representative of inertial attitude data (orientation of the support in space around the axes of the reference frame) and inertial data of movements of the cell part 101 to which the inertial measurement unit 3 and the associated optronic sensor 2 are fixed. More precisely, inertial data has the form of quaternions.
  • the electronic processing unit 1 comprises a calculation component, such as a processor, and at least one memory containing at least one program executable by the calculation component.
  • the electronic unit can be produced in the form of an integrated circuit, an FPGA circuit, or an electronic card comprising a substrate provided with conductive tracks and electronic components connected to the conductive tracks.
  • the program contained in the electronic processing unit 1 includes instructions arranged for:
  • the processing carried out comprises, for each optronic sensor 2 and the associated inertial measurement unit 3, the steps of:
  • the processing includes the step of triggering an alert when several of the images include, after registration, the same zone having a higher intensity at a predetermined threshold.
  • each optronic sensor n provides an image denoted image_sensor (n) _instant (t); the registration of these images at each instant t in a reference point common to all the sensors provides a “macroimage” such that the processing is carried out on a series of macroimages, corresponding to successive instants, aligned with each other in the common reference frame.
  • the reference common to the optronic sensors 2 is obtained for example by designating one of the inertial measurement units 3 as “master” and by choosing the reference of this master inertial measurement unit as the common reference.
  • the other inertial measurement units 3 are aligned, in a manner known in itself, on the mark of the “master” inertial measurement unit.
  • the registration makes it possible to make the same elements of the landscape coincide with each other (including thermal missile traces) which would be visible on several captured images but at different locations of the images taking into account the movements of the aircraft 100 between captures. .
  • This registration is possible because the inertial data makes it possible to determine the difference in position in space and the difference in orientation in the space of each optronic sensor 2 between two successive images.
  • the predetermined threshold is of the order of magnitude of the noise: it is the use of several images which makes it possible to reveal that the area in question is an area of interest. The registration thus makes it possible to replace the images in the same fixed reference point which is not that of the wearer.
  • the program of the electronic processing unit 1 implements the following steps:
  • the signals corresponding to the same scene visible in the images of the series are accumulated to form a result signal.
  • the result signal will include a corresponding portion of interest whose amplitude will be the sum of the amplitudes of the portions of interest of all image signals.
  • This temporal accumulation amounts to making the optronic sensor comparable to a fictitious sensor stabilized in space and having an increased well depth.
  • the noise is random, it is attenuated relative to the portion of interest in the result signal.
  • the accumulation of image signals thus makes it possible to demonstrate that several images included, after registration, the same zone having a intensity greater than the set threshold.
  • the monitoring device according to the invention may have a structure different from that described.
  • inertial unit of the aircraft it is possible to use the inertial unit of the aircraft to register the images with each other by assuming that the cell does not deform or within acceptable limits in relation to the desired detection sensitivity.
  • the optronic sensors can be sensitive to only one of the two wavelength bands mentioned or to other wavelength bands than those mentioned.
  • Other materials than those mentioned are possible, in particular indium antimonide (InSb). It is also possible to use quantum well infrared photodetectors.
  • sensor sizes can be used and for example (in pixels): 640 by 640, 1280 by 1280, 1600 by 1600, 2000 by 2000, 2560 by 2048, 4000 by 4000, 5120 by 5120, or others.
  • the number and position of optronic sensors may differ from those indicated above.
  • the optronic sensors are n in number and each have a field substantially equal to 1/n of the space to be monitored.
  • the summation method which has been described but other known methods are possible. So, another method includes the steps of:
  • the invention is applicable to any type of aircraft, whether piloted or not.

Landscapes

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Abstract

Système optronique de surveillance d'un espace environnant un aéronef militaire (100), comprenant une unité électronique de traitement (1), des capteurs optroniques (2) infrarouges reliés à l'unité électronique de traitement (1) et au moins une unité de mesure inertielle (3) reliée à l' unité électronique de traitement (1) - L' unité électronique de traitement (1) est agencée pour : recevoir de chaque capteur optronique (2) une pluralité de signaux images correspondant à des images capturées successivement pendant une durée prédéterminée; recaler les images les unes par rapport aux autres à partir de données de positionnement inertiel fournies par l' unité de mesure inertielle (3); déclencher une alerte lorsque plusieurs des imaqes comprennent après recalage une même zone ayant une intensité supérieure à un seuil prédéterminé. Aéronef équipé d' un tel dispositif et procédé de surveillance d'un aéronef.

Description

Système de surveillance infrarouge pour aéronef militaire et aéronef militaire, notamment un missile, équipé d'un tel système
La présente invention concerne le domaine de la surveillance optique de l'environnement d'un aéronef militaire et plus particulièrement d'un missile ou un avion militaire comme un chasseur.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Il est connu d'équiper les missiles et les avions de combat de dispositifs de surveillance optroniques.
Les dispositifs les plus élaborés, souvent disposés à l'avant de l'avion, comportent par exemple un capteur de vision diurne pour l'identification à longue distance (40 km) et un capteur infrarouge ayant une sensibilité dans les bandes de longueurs d'onde 3 à 5 pm et 8 à 12 m pour détecter des cibles à longues distances. Ces dispositifs de surveillance frontaux sont utilisés pour l'autoprotection de l'avion (détection des missiles ennemis par exemple) ou pour l'attaque (détection de cible) .
Pour l'autoprotection, les images fournies par le capteur sont traitées pour y rechercher par exemple la trace thermique des gaz chaud éjectés par le missile au moins au moment de son départ (on parle des « plumes » du missile) ou de parties chaudes du missile, plus particulièrement sur le fuselage. Dans l'image, cette trace thermique prend la forme d'une zone ou tache, qui peut avoir la taille d'un seul pixel, ayant une intensité supérieure à un seuil d'alerte. Le seuil d'alerte est relativement bas pour pouvoir détecter un départ de missile le plus loin possible mais doit être significativement supérieur au bruit de l'image pour éviter la multiplication des fausses alertes. Le traitement des images est donc relativement délicat.
OBJET DE L'INVENTION
L' invention a notamment pour but de fournir un système optronique de surveillance améliorée de l'environnement d'un missile ou d'un avion militaire.
RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention un système optronique de surveillance d'un espace environnant un aéronef militaire, comprenant une unité électronique de traitement, des capteurs optroniques reliés à l'unité électronique de traitement et au moins une unité de mesure inertielle reliée à l'unité électronique de traitement. Les capteurs optroniques ont un champ individuel prédéterminé et sont agencés pour être fixés sur l'aéronef de manière à avoir un champ global correspondant sensiblement à l'espace à surveiller. L'unité électronique de traitement incorpore un processeur et une mémoire contenant un programme ayant des instructions agencées pour :
- recevoir de chaque capteur optronique une pluralité de signaux image correspondant à des images capturées successivement pendant une durée prédéterminée ;
- recaler ensemble les images les unes par rapport aux autres, dans un repère commun à tous les capteurs, à partir de données de positionnement inertiel fournies par l'unité de mesure inertielle ; - déclencher une alerte lorsque plusieurs des images comprennent après recalage une même zone ayant une intensité supérieure à un seuil prédéterminé.
L'aéronef militaire peut être un avion de combat, un missile ou autre et l'espace à surveiller peut être par exemple sur 360° ou 180°. Ainsi, lorsque l'aéronef est en mouvement, les images de la série d'images fournie par chaque capteur optronique sont décalées les unes par rapport aux autres du fait que chaque capteur optronique est fixe par rapport à l'aéronef et que l'aéronef s'est déplacé dans l'espace. Ce décalage dépend de l'intervalle temporel entre chaque image, de la vitesse de l'aéronef et des mouvements qu'il a effectués. Dès lors, un même élément du paysage balayé par un capteur, comme par exemple une trace thermique de départ de missile dans le cas de capteurs infrarouges, ne sera pas exactement positionné au même endroit dans les images de la série, quand bien même le déplacement de l'aéronef serait minime entre deux images, ce qui complique la détection de cet élément du paysage. Les données inertielles sont utilisées pour déterminer la vitesse de l'aéronef et les mouvements effectués entre les images pour pouvoir recaler entre elles les images capturées dans un repère commun à tous les capteurs et faire coïncider ainsi entre eux les mêmes éléments du paysage (dont les traces thermiques de missile) visibles sur plusieurs images capturées. Ceci permet de faire ressortir les traces thermiques d'intérêt en éliminant le bruit qui, lui, est présent de manière aléatoire d'une image à l'autre. La détection est de la sorte plus précise. L' invention concerne également un aéronef équipé d' un tel système optronique , l ' aéronef comprenant une structure sur laquelle les capteurs optroniques sont rigidement fixés et répartis .
Par « rigidement fixés », on entend que les capteurs optroniques ne sont pas orientables par rapport à la structure de l ' aéronef , ce qui simplifie l ' agencement des capteurs et augmente la vitesse d' acquisition puisque les images ne sont pas obtenues par un mouvement de balayage des capteurs optroniques .
L' invention porte également sur un procédé de surveillance d' un espace environnant un aéronef militaire pourvu de capteurs optroniques et d' au moins une unité de mesure inertielle qui sont reliés à une unité électronique de traitement, les capteurs optroniques ayant un champ individuel prédéterminé et étant fixés sur l ' aéronef de manière à avoir un champ global correspondant sensiblement à l ' espace à surveiller, le procédé comprenant les étapes de :
- recevoir de chaque capteur optronique une pluralité de signaux images correspondant à des images capturées successivement pendant une durée prédéterminée ;
- recaler ensemble les images des différents capteurs les unes par rapport aux autres , dans un repère commun à tous les capteurs , à partir de données de positionnement inertiel fournies par l ' unité de mesure inertielle ;
- déclencher une alerte lorsque plusieurs des images comprennent, après recalage dans le repère commun à tous les capteurs , une même zone ayant une intensité supérieure à un seuil prédéterminé . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier et non limitatif de 1' invention .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de localisation selon l'invention ;
La figure 2 est une vue schématique de dessus d'un aéronef équipé d'un dispositif de localisation selon l'invention ; La figure 3 est une vue schématique de dessous de cet aéronef ;
La figure 4 est une vue schématique de côté de cet aéronef.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION
En référence aux figures 2 à 4, l'invention est ici décrite en application à la surveillance de l'espace environnant un avion, généralement désigné en 100, ayant une structure 101 (la cellule ou fuselage) et des ailes 102, les autres parties de l'avion 100 n'étant pas mentionnées ici. L'avion 100 embarque un dispositif de surveillance conforme à 1' invention .
En référence également à la figure 1, le dispositif de surveillance conforme à l'invention comprend une unité électronique de traitement 1 reliée à six capteurs optroniques 2 et à six unités de mesure inertielle 3 disposées chacune au voisinage d'un des capteurs optroniques 2. Sur les figures, la référence numérique 2 est associé aux lettres : « fu » pour désigner un capteur optronique 2 orienté vers l'avant et le haut, « ru » pour désigner un capteur optronique 2 orienté vers l ' arrière et le haut , « fd » pour désigner un capteur optronique 2 orienté vers l ' avant et le bas , « rd » pour désigner un capteur optronique 2 orienté vers l ' arrière et le bas , « 11 » pour désigner un capteur optronique 2 positionné latéralement et orienté vers la gauche , « Ir » pour désigner un capteur optronique 2 positionné latéralement et orienté vers la droite . Sur les figures , la référence numérique 3 est associée aux mêmes lettres que le capteur optronique 2 au voisinage duquel l ' unité de mesure inertielle 3 est fixée .
Chaque capteur optronique 2 est ici un capteur en un matériau sensible aux longueurs d' ondes comprises entre 3 et 5 pm environ (bande MWIR) et entre 8 et 12 pm environ (bande LWIR) . En effet, la sensibilité à la bande MWIR permet de détecter les gaz de combustion (de missile ou d' avion et plus généralement de tout aéronef ) qui comprennent beaucoup de dioxyde de carbone émettant à la longueur d' onde de 4 , 2 pm . La sensibilité à la bande LWIR permet de détecter plus efficacement les missiles dont le moteur a été arrêté et les missiles et aéronefs venant de face . Le capteur est par exemple en tellurure de mercure- cadmium (HgCdTe ) ou en un matériau ayant une structure périodique de couches de type « superlattice » présentant une sensibilité dans les bandes concernées . Chaque capteur optronique 2 est ici un détecteur matriciel à plan focal ou FPA (de l ' anglais « focal plane array ») , a un champ individuel prédéterminé ici de 105 ° par 84 ° , et a une résolution de 2560 pixels par 2048 pixels (on rappelle qu' un capteur optronique est composé d' une pluralité de détecteurs élémentaires adj acents les uns aux autres et qu'un pixel, de l'anglais « picture element », désigne un tel détecteur élémentaire) . Chaque pixel est formé par une photodiode et un puits accumulant des charges électriques en fonction des photons qu'il reçoit. Ces charges électriques sont extraites périodiquement sous la forme d'un signal élémentaire. L'ensemble des signaux élémentaires extraits à un instant donné des détecteurs élémentaires d'un capteur optronique 2 forme un signal image. La fréquence de trame des capteurs optroniques 2 est de préférence comprise entre 50 et 100 Hz.
Les capteurs optroniques 2 sont fixés rigidement à la cellule 101 de l'avion 100 comme suit :
- un premier capteur optronique 2fu débouche sur une surface supérieure de la structure 101, ici en avant du cockpit, et est orienté vers l'avant de l'aéronef 100 ;
- un deuxième capteur optronique 2ru débouche sur la surface supérieure de la structure 101, ici en arrière du cockpit, et est orienté vers l'arrière de l'aéronef 100 ;
- un troisième capteur optronique 2fd débouche sur une surface inférieure de la structure 101 et est orienté vers l'avant de l'aéronef 100 ;
- un quatrième capteur optronique 2rd débouche sur la surface inférieure de la structure 101 et est orienté vers l'arrière de l'aéronef 100 ;
- un cinquième capteur 211 et un sixième capteur 21r débouchent sur des surfaces latérales opposées de la structure 101 et sont orientés sur un axe transversal de la structure 101 respectivement vers la gauche et vers la droite. Ce positionnement permet de combiner les champs individuels des capteurs optroniques 2 pour obtenir un champ global de 4n stéradians couvrant la totalité de l ' espace environnant l ' avion 100 .
Chaque unité de mesure inertielle 3 (couramment dénommée IMU de l ' anglais « inertial measurement unit ») comprend, de façon connue en elle-même , des accéléromètres et des gyroscopes ou gyromètres permettant de déterminer des mouvements linéaires et angulaires relativement aux axes d' un repère de référence . Chaque unité de mesure inertielle 3 est fixée à la même partie de la structure 101 qu' un des capteurs optroniques 2 , au voisinage immédiat de celui-ci , pour détecter les mouvements de la partie de structure 101 à laquelle le capteur optronique 2 est fixé . Le fait de fixer une unité de mesure inertielle 3 sur la même partie de structure 101 que le capteur optronique 2 associé et au voisinage immédiat de celui-ci permet de limiter les déplacements relatifs possibles de l ' unité de mesure inertielle 3 du capteur optronique 2 associé qui pourraient résulter par exemple d' une déformation élastique de la structure 101 . Chaque unité de mesure inertielle 3 est agencée pour fournir des signaux électriques , appelés ici signaux de positionnement, représentatifs de données inertielles d' attitude (orientation du support dans l ' espace autour des axes du repère de référence ) et de données inertielles de mouvements de la partie de cellule 101 à laquelle sont fixés l ' unité de mesure inertielle 3 et le capteur optronique 2 associé . Plus précisément, les données inertielles ont la forme de quaternions .
L' unité électronique de traitement 1 comprend un composant de calcul , tel qu' un processeur, et au moins une mémoire contenant au moins un programme exécutable par le composant de calcul . L' unité électronique peut être réalisée sous la forme d' un circuit intégré, d' un circuit FPGA, ou d' une carte électronique comprenant un substrat pourvu de pistes conductrices et de composants électroniques reliés aux pistes conductrices . Le programme contenu dans l ' unité électronique de traitement 1 comprend des instructions agencées pour :
- commander l ' acquisition de signaux image par chaque capteur optronique 2 et plus généralement commander chaque capteur optronique 2 ;
- récupérer les données inertielles contenues dans les signaux de positionnement provenant de chaque unité de mesure inertielle 3 et effectuer des calculs sur ces données inertielles ;
- associer les données inertielles de chaque unité de mesure inertielle 3 aux signaux image du capteur optronique qui lui est associé pour qu' à chaque instant de capture correspondent une image et des données inertielles de positionnement,
- effectuer un traitement des signaux images fournis par chaque capteur optronique 2 .
Plus précisément , le traitement effectué comprend, pour chaque capteur optronique 2 et l ' unité de mesure inertielle 3 associée, les étapes de :
- commander l ' acquisition de signaux image par chaque capteur optronique 2 pendant une durée prédéterminée
- recaler les images les unes par rapport aux autres , dans un repère unique et commun à tous les capteurs optroniques , à partir des données inertielles fournies par l ' unité de mesure inertielle 3 associée au capteur optronique 2 ayant fourni lesdites images à recaler .
Enfin, pour l ' ensemble des capteurs optroniques et sur les images assemblées dans le repère unique et commun à tous les capteurs optroniques , le traitement comprend l ' étape de déclencher une alerte lorsque plusieurs des images comprennent après recalage une même zone ayant une intensité supérieure à un seuil prédéterminé .
A titre d' illustration, avec un nombre N de capteurs optroniques 2 : à chaque instant t chaque capteur optronique n fournit une image notée image_capteur (n) _instant ( t ) ; le recalage de ces images à chaque instant t dans un repère commun à tous les capteurs fournit une « macroimage » telle que le traitement est réalisé sur une série de macroimages , correspondant à des instants successifs , recalées les unes par rapport aux autres dans le repère commun .
Le repère commun aux capteurs optroniques 2 est obtenu par exemple en désignant une des unités de mesure inertielle 3 comme « maître » et en choisissant le repère de cette unité de mesure inertielle maître comme repère commun . Les autres unités de mesure inertielle 3 sont alignées , de manière connue en elle-même , sur le repère de l ' unité de mesure inertielle « maître » .
On rappelle que le recalage permet de faire coïncider entre eux les mêmes éléments du paysage (dont les traces thermiques de missile ) qui seraient visibles sur plusieurs images capturées mais à différents endroits des images compte-tenu des mouvements de l ' avion 100 entre les captures . Ce recalage est possible car les données inertielles permettent de déterminer la différence de position dans l ' espace et la différence d' orientation dans l'espace de chaque capteur optronique 2 entre deux images successives. Le seuil prédéterminé est de l'ordre de grandeur du bruit : c'est l'utilisation de plusieurs images qui permet de révéler que la zone en question est une zone d'intérêt. Le recalage permet ainsi de replacer les images dans un même repère fixe qui n'est pas celui du porteur.
En pratique, le programme de l'unité électronique de traitement 1 met en œuvre les étapes suivantes de :
- sommer les signaux image obtenus pendant la durée prédéterminée en les recalant à partir des données de positionnement inertiel de manière à obtenir un signal résultat ;
- rechercher dans le signal résultat une ou plusieurs portions d' intérêt ayant une amplitude supérieure au seuil prédéterminé.
Ainsi, lors du fonctionnement du dispositif de l'invention, les signaux correspondant à une même scène visible dans les images de la série sont accumulés pour former un signal résultat. Même si la portion d'intérêt de chaque signal image, représentative de la présence d'une trace thermique, est de faible amplitude, le signal résultat comprendra une portion d'intérêt correspondante dont l'amplitude sera la somme des amplitudes des portions d'intérêt de tous les signaux images. Cette accumulation temporelle revient à rendre le capteur optronique assimilable à un capteur fictif stabilisé dans l'espace et ayant une profondeur de puits augmentée. En outre, le bruit étant lui aléatoire, il est atténué par rapport à la portion d' intérêt dans le signal résultat. L'accumulation des signaux images permet ainsi de mettre en évidence que plusieurs images comportaient, après recalage, une même zone ayant une intensité supérieure au seuil fixé.
On notera que dans le cas d'un missile visant l'avion 100, le missile est sur une trajectoire de collision si bien qu'il apparaît pendant l'essentiel de sa course au même cap par rapport à l'avion. C'est la raison pour laquelle il est possible d'utiliser un seuil de détection relativement bas et plusieurs images pour le détecter de manière performante. On se trouve sensiblement dans le même cas avec un avion lointain.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications .
En particulier, le dispositif de surveillance selon l'invention peut avoir une structure différente de celle décrite .
Il est possible de ne pas avoir une unité de mesure inertielle par capteur. De préférence, on fera en sorte de ne pas avoir de capteur éloigné de plus d'un mètre d'une unité de mesure inertielle.
Dans un mode de réalisation moins performant que celui décrit, il est possible d'utiliser la centrale inertielle de l'avion pour recaler les images entre elles en faisant l'hypothèse que la cellule ne se déforme pas ou dans des limites acceptables par rapport à la sensibilité de détection recherchée.
Les capteurs optroniques peuvent être sensibles à une seule des deux bandes de longueurs d'onde mentionnées ou bien à d'autres bandes de longueurs d'onde que celles mentionnées. D'autres matériaux que ceux mentionnés sont envisageables et notamment l' antimoniure d'indium (InSb) . Il est aussi possible d'utiliser des photodétecteurs infrarouges à puits quantique.
On peut utiliser les quaternions dans les données inertielles mais aussi les angles d'Euler et les matrices de rotation.
Il est en outre possible d'associer des capteurs du domaine infrarouge et des capteurs du domaine visible.
D'autres tailles de capteur sont utilisables et par exemple (en pixels) : 640 par 640, 1280 par 1280, 1600 par 1600, 2000 par 2000, 2560 par 2048, 4000 par 4000, 5120 par 5120, ou autres .
Le nombre et la position des capteurs optroniques peuvent être différentes de ceux indiqués ci-dessus. De préférence, les capteurs optroniques sont au nombre de n et ont chacun un champ sensiblement égal à 1/n de l'espace à surveiller. Pour sortir le signal du bruit, il est possible d'utiliser la méthode de sommation qui a été décrite mais d'autres méthodes connues sont envisageables. Ainsi, une autre méthode comprend les étapes de :
- mettre un seuil relativement bas sur chaque image, ce qui engendre un nombre élevé de plots dont une grande part correspond à du bruit ;
- filtrer les plots « bruit » par rapport aux plots « cible » en utilisant la statistique. Selon l'approche statistique, si dans une zone restreinte de quelques pixels autour d'un plot d'intérêt dans une image, il y a, dans un premier nombre prédéterminé d'images suivantes, un deuxième nombre prédéterminé de nouveaux plots qui dépassent le seuil, alors le plot d'intérêt est vraisemblablement un plot « cible ». Par exemple, on considère que si dans une zone restreinte de quelques pixels autour d'un plot, il y a, dans les 5 prochaines images, au moins 3 nouveaux plots qui dépassent le seuil, alors le plot initialement considéré est vraisemblablement un plot « cible ». On dit couramment que l'ensemble des plots est mis en piste ici en 3/5 (3 plots détectés sur 5 acquisitions) .
L'invention est applicable à tout type d'aéronef, piloté ou non.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système optronique de surveillance d'un espace environnant un aéronef militaire (100) , comprenant une unité électronique de traitement (1) , une pluralité N de capteurs optroniques (2) reliés à l'unité électronique de traitement (1) et au moins une unité de mesure inertielle (3) reliée à l'unité électronique de traitement (1) , les capteurs optroniques (2) ayant un champ individuel prédéterminé et étant agencés pour être fixés sur l'aéronef de manière à avoir un champ global correspondant sensiblement à l'espace à surveiller, l'unité électronique de traitement (1) incorporant un processeur et une mémoire contenant un programme ayant des instructions agencées pour :
- recevoir de chaque capteur optronique (2) une pluralité de signaux images correspondant à des images capturées successivement pendant une durée prédéterminée ;
- recaler ensemble les images des différents capteurs les unes par rapport aux autres, dans un repère commun à tous les capteurs, à partir de données de positionnement inertiel fournies par l'unité de mesure inertielle (3) ;
- déclencher une alerte lorsque plusieurs des images comprennent, après recalage dans le repère commun à tous les capteurs, une même zone ayant une intensité supérieure à un seuil prédéterminé ; de telle manière que : à chaque instant t chaque capteur optronique n fournit une image image_capteur (n) _instant ( t ) ; ces images sont recalées à chaque instant t dans un repère commun à tous les capteurs pour fournir une macro-image telle que macro mage nstant(t) = Si image_capteur(n)_instant(t) ; les macro-images d' une série de macro-images , correspondant à des instants successifs , sont recalées les unes par rapport aux autres dans le repère commun pour y détecter la zone ayant une intensité supérieure à un seuil prédéterminé .
2 . Système selon la revendication 1 , dans lequel le programme comprend les étapes de :
- sommer les signaux image obtenus pendant la durée prédéterminée en les recalant à partir des données de positionnement inertiel de manière à obtenir un signal résultat ;
- rechercher dans le signal résultat une portion d' intérêt ayant une amplitude supérieure au seuil prédéterminé .
3 . Système selon la revendication 1 , dans lequel le programme comprend les étapes de :
- mettre un seuil prédéterminé sur chaque image pour engendrer un ou des plots ;
- filtrer les plots correspondant à du bruit par rapport à des plots correspondant à une cible en utilisant une approche statistique .
4 . Système selon la revendication 3 , dans lequel , selon l ' approche statistique , si dans une zone restreinte autour d' un plot d' intérêt dans une image, il y a, dans un premier nombre prédéterminé d' images suivantes , un deuxième nombre prédéterminé de nouveaux plots correspondant à des pixels dépassant le seuil prédéterminé, alors le plot d' intérêt est vraisemblablement un plot correspondant à une cible.
5. Système selon la revendication 1, dans lequel les capteurs optroniques (2) sont au nombre de n et ont chacun un champ sensiblement égal à 1/n de l'espace à surveiller.
6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les capteurs optroniques (2) ont l'une des résolutions approximatives suivantes (pixels) :
- 640 par 640,
- 1280 par 1280,
- 2000 par 2000,
- 2560 par 2048,
- 4000 par 4000.
7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les capteurs optroniques (2) sont sensibles aux longueurs d'ondes de la bande MWIR.
8. Système selon la revendication 7, dans lequel les capteurs optroniques (2) sont sensibles aux longueurs d'ondes de la bande LWIR également.
9. Aéronef militaire (100) équipé d'un système optronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, l'aéronef comprenant une structure (101) sur laquelle les capteurs optroniques (2) sont rigidement fixés et répartis.
10. Aéronef militaire (100) selon la revendication 9, dans laquelle les capteurs optroniques (2) sont positionnés comme suit :
- un premier capteur optronique (2fu) débouchant sur une surface supérieure de la structure (101) et orienté vers l'avant de l'aéronef (100) ;
- un deuxième capteur optronique (2ru) débouchant sur la surface supérieure de la structure (101) et orienté vers l'arrière de l'aéronef (100) ;
- un troisième capteur optronique (2fd) débouchant sur une surface inférieure de la structure (101) et orienté vers l'avant de l'aéronef (100) ;
- un quatrième capteur optronique (2rd) débouchant sur la surface inférieure de la structure (101) et orienté vers l'arrière de l'aéronef (100) ;
- un cinquième capteur (211) et un sixième capteur (21r) qui débouchent sur des surfaces latérales opposées de la structure (101) et qui sont orientés sur un axe transversale du fuselage.
11. Aéronef militaire (100) selon la revendication 10, dans lequel le dispositif de surveillance comprend autant d'unités de mesure inertielle (3) que de capteurs optroniques (2) et chaque unité de mesure inertielle (3) est fixée à la structure (101) au voisinage de chaque capteur optronique (2) .
12. Procédé de surveillance d'un espace environnant un aéronef militaire (100) pourvu de capteurs optroniques (2) et d'au moins une unité de mesure inertielle (3) qui sont reliés à une unité électronique de traitement (1) , les capteurs optroniques (2) ayant un champ individuel prédéterminé et étant fixés sur l'aéronef de manière à avoir un champ global correspondant sensiblement à l'espace à surveiller, le procédé comprenant les étapes de :
- recevoir de chaque capteur optronique (2) une pluralité de signaux images correspondant à des images capturées successivement pendant une durée prédéterminée ;
- recaler ensemble les images des différents capteurs les unes par rapport aux autres, dans un repère commun à tous les capteurs, à partir de données de positionnement inertiel fournies par l'unité de mesure inertielle (3) ;
- déclencher une alerte lorsque plusieurs des images comprennent, après recalage dans le repère commun à tous les capteurs, une même zone ayant une intensité supérieure à un seuil prédéterminé.
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