FR2571149A1 - Dispositif d'acquisition de cible pour missiles - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF D'ACQUISITION DE CIBLE 3 POUR MISSILE 1, COMPORTANT UN ELEMENT DETECTEUR 11 TOURNANT AUTOUR DE L'AXE LONGITUDINAL 10 DERRIERE UN SYSTEME OPTIQUE SUR LE TRAJET DES RAYONS, DU TYPE CONNU, PAR EXEMPLE, COMME FUSEE DE PROXIMITE OPTO-ELECTRONIQUE, ET CONCU POUR CONSTITUER UN CAPTEUR DE GUIDAGE DE POURSUITE. POUR CELA, LE SYSTEME OPTIQUE COMPORTE UN OBJECTIF A FOCALE VARIABLE 8, POUR POUVOIR MODIFIER L'ECART ANGULAIRE 14 ENTRE L'AXE 10 ET UN POINT-IMAGE DE DETECTEUR 22 DANS LE PLAN DE DISTANCE 21 DE LA CIBLE, DONC LE RAYON DU CERCLE DE RECHERCHE DE POINT-IMAGE 23 AUTOUR DE LA CIBLE VISEE, PENDANT L'APPROCHE DE LA CIBLE.

Description

Dispositif d'acquisition de cible pour missiles.

La présente invention concerne un dispositif d'acqui-

sition de cible pour missiles comportant un axe de détection incliné vers l'avant suivant un angle aigu par rapport à l'axe longitudinal du missile, et un système optique situé sur le

trajet optique de l'axe de détection vers un élément détec-

teur en particulier opto-électronique, décalé radialement de

l'axe longitudinal d'un certain intervalle de détection.

On connaît un dispositif d'acquisition de ce type en tant que fusée de proximité à micro-ondes par le brevet US

N 41 85 560, et en tant que fusée de proximité opto-électro-

nique à infrarouge par le brevet français N 1.464.783.

L'invention a pour objet de réaliser, tout en prenant les mesures de réalisation pour de telles fusées de proximité et en utilisant les composants fonctionnels nécessaires, un

dispositif d'acquisition permettant, au prix d'un invertisse-

ment relativement réduit dans la technique de l'appareillage, une commande de poursuite efficace, en plus ou au lieu de la

fonction du transmetteur de signaux de détonation de proxi-

mité.

Pour atteindre cet objectif, selon l'invention, le système optique est réalisé sous la forme d'un objectif à focale variable ou zoom, et l'élément détecteur envoie ses signaux de sortie dans le montage de traitement de signaux d'un dispositif de guidage de poursuite pour délivrer des

instructions de guidage.

Selon cette solution, on fait tourner un point-image

d'un élément détecteur, tournant autour de l'axe longitudi-

nal, dans le plan de distance de la cible, autour de l'em-

placement, déterminé ou supposé, d'une cible sur laquelle on doit diriger le missile. Dès que la cible quitte ce cercle de recherche, sa position par rapport à l'axe longitudinal

du missile est détectée par le point-image et, par l'élé-

ment détecteur, donc son écart angulaire par rapport à l'axe

longitudinal de déplacement instantané du missile est détec-

té, de sorte que l'on peut obtenir des commandes de guidage

pour ramener l'axe longitudinal du missile dans cette direc-

tion décalée et, par suite, le diriger sur la cible.

De façon appropriée, lorsque la proximité de la cible augmente, l'objectif à foyer variable se règle de façon que le cône d'ouverture de l'axe de détection du missile à la cible, diminue de plus en plus le pointage sur la cible devenant donc de plus en plus précis. Si, au lieu d'une simple poursuite de la cible, on

veut effectuer une navigation à dérivation et proportion-

nelle (comme par exemple, il est expliqué dans le brevet

allemand 15 31 717 pour un autre cas de réalisation déter-

miné), on prévoit, de façon appropriée, au moins deux élé-

ments détecteurs décalés radialement qui décrivent deux

cercles de recherche concentriques autour de l'axe longitu-

dinal du missile. Cela permet de détecter vectoriellement le mouvement de dérive d'une cible maintenue entre ces deux

cercles de recherche et d'en déduire la manoeuvre de guida-

ge pour la navigation proportionnelle dans chaque cas. Lors-

que leurs points-images déterminant des cercles de recher-

che sont également décalés périphériquement, mais coïncident

radialement, on obtient des possibilités d'exploitation par-

ticulièrement simples du fait que le critère de détection centrale de la cible entre les deux cercles de recherche est

simplement une même intensité des signaux de sortie des dé-

tecteurs qui alternent.

Pour obtenir une vitesse de balayage élevée dans le

plan de distance de la cible suivant les cercles de recher-

che, sans qu'on ait besoin d'un fort cinétique élevé du mis-

sile avec des éléments détecteurs de bord ou une vitesse de rotation élevée des éléments détecteurs à l'intérieur du

missile, il convient de placer, pour chaque cercle de recher-

che, plusieurs éléments détecteurs avec décalage périphéri-

que mutuel dans le plan des détecteurs.

Des éléments détecteurs placés à l'intérieur du mis-

sile de façon à tourner par rapport à lui autour de l'axe longitudinal ont pour avantage de permettre de prédéterminer

ou de modifier la vitesse de balayage dans le plan de dis-

tance de la cible suivant les cercles de recherche, indépen-

damment d'un moment cinétique instantané éventuel du missile,

ce qui donne par suite, en même temps, la possibilité d'in-

troduire, déjà avant le lancement d'un missile, la position

relative de la cible à poursuivre déterminée de façon ex-

terne, par exemple au moyen d'un dispositif de déclenchement de tir, dans le dispositif d'acquisition et de poursuivre la détection au moyen des éléments détecteurs rotatifs, donc d'optimiser la distance angulaire initiale au moyen de la

position de l'objectif à foyer variable correspondante.

Par suite, le dispositif d'acquisition selon l'in-

vention convient particulièrement pour des missiles devant être utilisés comme projectiles à haute vitesse pour attaquer des objectifs situés à basse altitude ou des hélicoptères sur de grandes distances. Le cercle de recherche détecte certes également dans le cas d'une trajectoire plane proche de la terre, des sources de signaux parasites situées à la surface de la terre. Cependant, on peut facilement éliminer ces fausses cibles et d'autres informations erronées dans

le montage de traitement des signaux du dispositif d'acqui-

sition relativement facilement avant l'obtention de la com-

mande de guidage, du fait que le bruit de fond émanant du sol est autrement significatif que le bruit de fond d'une

cible visée devant le demi-espace au-dessus de l'horizon.

D'autres variantes, caractéristiques, modes de réa-

lisation et avantages de la solution selon l'invention res-

sortiront de la description détaillée qui va suivre d'exem-

ples de réalisation non limitatifs de l'invention, représen-

tés sur le dessin annexé fortement simplifié qui en donne une représentation limitée à l'essentiel, dont: La figure 1 représente un dispositif d'acquisition

de cible situé dans la tête chercheuse d'un missile, en te-

nant compte des données de l'optique géométrique de son dis-

positif de détection; La figure 2 représente une variante du dispositif d'acquisition de cible représenté sur la figure 1; La figure 3 représente le dispositif de détection

de la figure 1 ou 2, mais placé devant un dispositif de dé-

viation de faisceau.

Z571149

La figure 1 représente, en coupe longitudinale axia-

le, la zone antérieure d'un missile de poursuite ou guidé en phase finale 1, comportant un dispositif d'acquisition

de cible 3 placé dans sa tête chercheuse 2, destiné à alî-

menter le montage de traitement des signaux 4 d'un disposi- tif de guidage de poursuite de cible 5, conçu pour envoyer

des commandes de guidage de tangage et de lacet 6 à des élé-

ments de pilotage de missile (non représentés sur le dessin), qui peuvent être, par exemple, des générateurs d'impulsions

transversales ou des surfaces de gouvernail à effet aérody-

namique. Le dispositif d'acquisition 3 comporte, sur le tra-

jet 7 du rayonnement incident, derrière un système optique réalisé sous la forme d'un objectif à foGale variable 8, dans un plan de détection 9 orienté perpendiculairement à l'axe longitudinal 10 du missile qui passe par le centre de

l'objectif à focale variable 8, au moins un élément détec-

teur 11 à petite surface frontale, décalé par rapport à cet

axe 10.

Pour l'élément détecteur (ou chaque élément détec-

teur) 11, l'optique géométrique de l'objectif à focale varia-

ble 8 détermine, en fonction de la distance de détection 12 à l'axe longitudinal 10 dans le plan de détection 9 et de la distance focale instantanée 13 du système optique, un écart

angulaire 14 de l'axe de détection de cible 15 à l'axe lon-

gitudinal 10 et, pour une projection de la distance de détec-

tion déterminée de cible 16 au centre optique 17 sur l'axe longitudinal 10, un diamètre de détection 19 déterminé de son point-image 22 correspond à la surface frontale active (donc au diamètre 18) d'un élément détecteur 11. Selon les lois de l'optique géométrique relatives aux rayons lumineux,

le rapport du diamètre de détection 19 au diamètre de l'élé-

ment détecteur 18 est égal au rapport de la longueur de base de détection 20 (c'est-à-dire à la distance de détection de cible 16 devant l'objectif 8) à la distance de détection 12

(c'est-à-dire de l'élément détecteur 11 à l'axe longitudi-

nal 10, derrière l'objectif 8).

La tangente de l'angle 14 est égale au rapport de cette longueur de base de détection 20 à la distance de

détection de cible 16, et aussi égale au rapport de la dis-

tance de détection 12 à la distance focale 13. Cela montre que le nombre d'éléments détecteurs contigus 11 placés dans le plan de détection 9 et/ou leurs dimensions superficielles

permettent de déterminer avec quels intervalles les diamè-

tres de détection 19 sont situés en positions contig es à une distance de détection de cible 16 donnée, donc quelle est la dimension minimale des cibles intéressantes, pour qu'elles soient détectées dans le plan de la cible 21 par au moins un diamètre de détection 19 (et, par suite, dans les

les plans de détection 9 par au moins l'un des éléments dé-

tecteurs qui s'y trouvent). D'autre part, les relations géo-

métriques indiquées montrent qu'une variation de la distance focale 13 par déplacement de l'objectif à focale variable 8 le long de l'axe longitudinal 10 produit une variation de l'angle 14 pour chaque élément détecteur 11 et, par suite,

dans un plan de distance 21 déterminé, une variation corres-

pondante de la longueur de base de détection 20.

Chaque point-image 22 de diamètre de détection 19 décrit un cercle de recherche 23 de rayon égal à la longueur

autour de l'axe 10, lorsque l'élément détecteur 11 corres-

pondant au trajet des rayons décrit également, dans le plan de détection 9, une trajectoire circulaire autour de l'axe

longitudinal 10 (que ce soit en raison d'un mouvement de ro-

tation par rapport au missile 1, ou en raison d'une disposi-

tion géométriquement rigide dans un missile 1 tournant autour

de son axe longitudinal 10).

Le dispositif d'acquisition de cible 3 peut fonction-

ner dans la gamme des ondes millimétriques ou avec une éner-

gie de rayonnement dans la gamme visible ou dans la gamme

spectrale infrarouge et selon un fonctionnement actif (détec-

tion de l'énergie réfréchie sur une cible) ou un fonctionne-

ment passif (détection et traitement de l'énergie rayonnée ou diffusée par une cible). Il s'agit de préférence, dans

l'exemple de réalisation représenté, d'un dispositif d'acqui-

sition de cibles 3 comportant des éléments détecteurs à

infrarouge 11 pour fonctionnement passif.

Du fait qu'en raison de l'optique géométrique, il correspond à chaque point-image 22 dans le plan de distance 21 de la cible un élément détecteur 11 déterminé dans le plan de détection 9, un signal déterminé parmi les signaux de sortie 24 des détecteurs indique o (à quel pointimage 22) dans le plan 21 une cible a éventuellement précisément

été détectée, dans quelle direction (suivant l'axe de détec-

tion des cibles 15 correspondant au point-image 22) la di-

rection de déplacement et, par suite, l'axe longitudinal 10 du missile 1 peut donc pivoter, pour se diriger sur la cible suivant cet axe 10 constituant la ligne de mire. On agit sur la direction de déplacement correspondante au moyen d'une commande de guidage 6 qui est obtenue dans le dispositif de guidage 5 au moyen du montage de traitement des signaux 4 à partir du signal de sortie des détecteurs 24 correspondant en prévoyant, dans le cas d'éléments détecteurs 11 tournant par rapport au missile 1 (figure 2), un transmetteur d'angles de roulis 25 qui indique l'angle de chaque élément détecteur

11 respectif par rapport au missile 1 et, par suite, la di-

rection correspondant à la commande de guidage 6.

Selon la durée de vol du missile 1 ou la diminution de la distance de détection 16 déterminée en valeur absolue ou relative, un déplacement correspondant de l'objectif à focale variable 8 le long de l'axe longitudinal 10 augmente la distance focale 13 et, par suite, l'écart angulaire 14, donc la distance de base de détection 20 dans le plan 21, diminuent, pour diriger de plus en plus précisément l'axe de

vol 10 sur la cible demeurant à l'intérieur du cercle de re-

cherche 23. Au total, le dispositif d'acquisition 3 assure

donc une poursuite de la cible suivant une courbe de déca-

lage ou une courbe du chien.

L'inconvénient de ce mode de poursuite simple selon

une courbe du chien réside dans le fait que, lorsqu'on s'ap-

proche de plus en plus d'une cible qui manoeuvre elle-même,

il peut être nécessaire de procéder à des manoeuvres de di-

rection de plus en plus marquées pour toucher au but. De tels

effets directionnels du missile 1 peuvent cependant entraî-

ner une instabilité de la trajectoire et, en particulier pour une vitesse d'approche élevée on court le risque que l'aérodynamique ne permette plus du tout les changements de direction rapides et marqués nécessaires, et que le missile de poursuite 1 manque donc la cible visée. De plus, lorsqu'on s'approche fortement de la cible, en raison de la réception d'une forte énergie de rayonnement en provenance de la cible,

les éléments détecteurs 11 se saturent et, par suite, ne peu-

vent plus fournir d'informations de correction de course au

cours de la phase finale de la poursuite de la cible.

En conséquence, on peut souhaiter, non plus de détec-

ter (comme on l'a décrit jusqu'à présent) l'apparition d'une cible dans le plan de distance 21 avec le décalage d'un angle 14 prédéterminé par rapport à l'axe longitudinal 10, mais, après la détection de cible, de la maintenir sur un cercle de poursuite 26 dans le plan de distance 21 et d'observer, pour cela, comment la cible tend à quitter ce cercle 26, en ce qui

concerne la direction et le déroulement en fonction du temps.

Cela entraine une poursuite de la cible selon la navigation a'cap de collision ou proportionnelle (appelée poursuite avec

dérive ou courbe du chien avec déport), o l'on évite la né-

cessité d'agir de plus en plus fortement sur le cap lorsqu'on se rapproche de plus en plus de la cible et o, sur la base d'un déplacement préalable extrapolé du point d'impact, la saturation des détecteurs lorsqu'on s'approche tout près de

la cible n'est pas critique.

Pour cela, il est en principe possible de superposer au déplacement mécanique de l'objectif à focale variable 8

(pour modifier en fonction de l'approche de la cible la lon-

gueur 20 du diamètre du cercle de recherche 23) un mouvement

vibratoire, pour déduire la valeur et la direction du mouve-

ment de dérive de la cible à partir de la suite de détections

de la cible avec sur le cercle de recherche 23 élargi cycli-

quement.

Plutôt qu'une telle superposition vibratoire mécani-

que pour moduler le cercle de recherche 23, et, par consé-

quent, de réalisation compliquée et relativement sensible aux perturbations, il convient mieux, comme on l'a représenté

sur la figure 1, de disposer au moins un autre élément dé-

tecteur 11 à une distance de détection 12 de l'axe longitu-

dinal 10, différente (de celle envisagée précédemment) dans le plan de détection 9, à laquelle correspond donc dans le plan-image 21 de la cible un autre cercle de recherche 23,

lors de la rotation autour de l'axe longitudinal 10. Lors-

que les éléments détecteurs 11 (et les points-images 22), décalés radialement entre eux, le sont aussi angulairement, une cible qui, en raison de sa dimension, est détectée dans

le plan de distance 21, par chacun des points-images 22 dé-

calés radialement, est aussi détectée, lors de la rotation des détecteurs, successivement dans le temps par le cercle de recherche extérieur et le cercle de recherche intérieur

23 des points-images 22.

On peut donc tirer, de la variation avec le temps de

l'intensité des signaux de sortie 24 des détecteurs corres-

pondants, le mouvement radial de la cible, donc déterminer l'information, nécessaire pour la navigation proportionnelle, sur le mouvement de dérive vectoriel de la ligne de mire 33

du missile 1 à la cible.

Lorsque (comme on l'a supposé dans la représentation

schématique en perspective de la figure 1), le décalage ra-

dial et le diamètre 19 des points-images 22 se superposent en direction radiale sur les deux cercles de recherche 23, on obtient une possibilité particulièrement simple d'effectuer

la poursuite de la cible selon la navigation proportionnelle.

En effet, la cible est alors précisément à égale distance des deux cercles de recherche 23 et, par suite, maintenue sur le cercle de poursuite 26 de la ligne de mire 33, jusqu'à ce

que les éléments détecteurs 11 identiques entre eux détermi-

nant le cercle de recherche intérieur et le cercle de recher-

che extérieur ?3 présentent une même intensité d'excitation

pour leurs signaux de sortie 24. Une dérive radiale de la li-

gne de mire 33 par rapport à la cible, donc une modification de l'azimut 34 de la ligne de mire (par exemple, en raison de manoeuvres de la cible) entraîne un niveau élevé des signaux de sortie 24 correspondant au cercle de recherche

intérieur ou extérieur 23, ce qui est exploité dans le cir-

cuit de traitement des signaux 4 pour obtenir la commande de guidage 6 d'orientation correspondante, pour ramener la direction de la trajectoire du missile 1 à l'azimut 34 an-

térieur, auquel la cible a été détectée (lors de la recher-

che de la cible par variation de la distance focale 13 de

l'objectif à focale variable).

Lorsque la vitesse de rotation des éléments détec-

teurs 11 autour de l'axe longitudinal 10 est trop faible, on risque que la cible quitte, dans le plan de distance 21, la zone des cercles de recherche 23 pendant la durée d'un tour

de point-image, sans pouvoir exploiter le mouvement de dé-

rive pour obtenir une information de poursuite correspon-

dante. Pour ne pas, d'autre part, exiger de vitesses de ro-

tation trop élevées du missile 1 lui-même ou des éléments détecteurs 11 qui y sont placés de façon à pouvoir tourner, il convient, comme on l'a supposé sur le dessin, de disposer dans le plan de détection 9,pour chaque cercle de recherche 23, plusieurs éléments détecteurs 11 à intervalles égaux suivant un cercle dont le rayon est égal à la distance de détection 12. On dispose ainsi d'une série de points-images 22 se déplaçant suivant le cercle de recherche 23 correspondant pour l'exploration rapide séquentielle du cercle dans le

plan de distance 21.

Dans l'exemple de réalisation selon la figure 2, pour réaliser un trajet spécial des rayons afin d'obtenir une

structure du dispositif d'acquisition 3 particulièrement com-

pacte axialement, on prévoit un objectif à focale variable 8 à trois lentilles, dont la lentille centrale biconcave 27 peut être déplacée parallèlement à l'axe longitudinal 10 au moyen d'un moteur linéaire 28 pour faire basculer l'axe de

détection de cible 15 de l'angle 14 par rapport à l'axe lon-

gitudinal 10. Dans cet exemple de réalisation, on prévoit,

en outre, un moteur 29 monté sur le missile pour faire tour-

ner coaxialement le dispositif d'acquisition 3 dans son ensemble, ou au moins les détecteurs 11 dans leur plan de détection 9, par rapport au missile 1. La position relative

entre les éléments détecteurs 11 et le missile 1 est mesu-

rée par le transmetteur d'angle de roulis 25 et envoyée au circuit de traitement des signaux 4 (figure 1), en plus des signaux de sortie 24 des détecteurs (ce dont on n'a pas tenu

compte sur la figure 2).

Selon les données géométriques dans la tête cher-

cheuse 2 et l'exigence balistique de la conformation géomé-

trique de son ogive 31, il peut convenir, comme on l'a sup-

posé sur la figure 3, de disposer, contrairement aux condi-

tions de la figure 1 ou de la figure 2, le plan de détection 9, non derrière (dans la direction de déplacement), mais devant l'objectif à focale variable 8, et d'orienter l'axe de détection de cible 15 au moyen d'un miroir réflecteur 30 disposé vers l'arrière. D'une part, le mode de réalisation

de la figure 3 permet d'obtenir une tête chercheuse 2 allon-

gée effilée et, par suite, un missile 1 particulièrement rapide et, d'autre part, on peut obtenir ainsi des angles 14

particulièrement petits, comme il en faut lorsqu'on a trans-

mis au dispositif de guidage de poursuite 5, déjà avant le lancement du missile 1 (avec en son intérieur des éléments rotatifs 11 selon la figure 2, par exemple) des paramètres

de position de la cible très précis, à une très grande dis-

tance de détection 16 de la cible, à partir d'une installa-

tion de repérage ou de déclenchement de tir extérieure.

La surface latérale de la tête chercheuse 2 ou de son ogive 31 est alors constituée par des fenêtres allongées

de façon correspondante 32 en des matières qui sont particu-

lièrement transparentes aux composantes spectrales concer-

nees par lesquelles les éléments détecteurs 11 sont excités.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'acquisition de cible (3) pour missi-

le (1) comportant un axe de détection de cible (15) incliné suivant un angle aigu (14) vers l'avant par rapport à l'axe longitudinal (10) du missile, et un système optique situé sur le trajet des rayons de l'axe de détection de la cible

(15) vers un élément détecteur (11), en particulier opto-

électronique, décalé radialement de l'axe longitudinal (10) d'une distance de détection (12), caractérisé en ce que le système optique est réalisé sous la forme d'un objectif à focale variable (8), et en ce que l'élément détecteur (11)

envoie ses signaux de sortie (24) dans le circuit de traite-

ment de signaux (4) d'un dispositif de guidage de poursuite,

pour délivrer des commandes de guidage (6).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des éléments détecteurs (11) sont disposés dans un

plan détecteur (9) orienté perpendiculairement à l'axe lon-

gitudinal (10), à des distances de détection (12) différen-

tes.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments détecteurs (11) sont décalés entre

eux angulairement radialement de telle façon qu'ils se su-

perposent partiellement en direction radiale.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que plusieurs éléments détecteurs (11) sont disposés dans le plan de détection (9) avec décalage mutuel à intervalles égaux suivant un cercle

centré sur l'axe (10).

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que les éléments détec-

teurs (11) sont, en ce qui concerne leur disposition dans le plan de détection (9), disposés de façon à pouvoir tourner concentriquement autour de l'axe longitudinal (10) dans le missile (1), et sont couplés à un transmetteur d'angle de

roulis (25).

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que l'objectif à focale

variable (8) comporte un moteur linéaire (28) pour une len-

tille (27) mobile suivant l'axe (10).

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que le plan de détection (9) est, par rapport au sens de déplacement du missile (1),

disposé derrière l'objectif à focale variable (8).

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 6, caractérisé en ce que le plan de détection (9) est place, par rapport au sens de déplacement du missile (1),

devant l'objectif à focale variable (8) qui comporte un mi-

roir déflecteur (30) derrière la lentille mobile (27).

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des élé-

ments détecteurs (11) réagissant au rayonnement infrarouge.

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce qu'on prévoit dans le circuit de traitement des signaux (4) une élimination des

signaux de sortie (24) des détecteurs présentant des carac-

téristiques de bruit prédéterminées.