FR2653895A1 - Dispositif d'essai pour installations de radar a laser. - Google Patents
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Abstract
Le dispositif est connecté au radar à laser et lors de l'opération d'essai: le scanner (21) est arrêté; un écho de cible (13a) simulé est envoyé dans la partie réceptrice (22a) du radar à laser; l'écho de cible (13a) simulé n'est produit et émis que lorsque les positions de scanner momentanées coïncident avec les coordonnées angulaires d'une mesure d'essai effectuée préalablement avec une cible d'essai, stockées dans la mémoire (11a) de position de cible;pour l'évaluation du fonctionnement du radar à laser, la réaction de celui-ci à l'écho de cible (13a) simulé est comparée aux réactions stockées dans la mémoire (11e) de réaction lors de la mesure d'essai.
Description
L'invention concerne un dispositif d'essai pour installations de radar à
laser présentant un capteur laser, un scanner x-y et un calculateur d'écart pour déterminer les coordonnées angulaires d'un
écho de cible.
Pour l'essai de fonctionnement d'un radar à laser, on déplaçait jusqu'à présent une cible réfléchissante, par exemple un rétroréflecteur avec affaiblisseur, sur un banc x-y en temps réel, suivant l'écart latéral de la trajectoire de cible à simuler. De tels dispositifs d'essai exigent une importante dépense mécanique et ne provoquent pas de décalage Doppler de l'écho du radar à laser. Ce décalage est produit le cas échéant de manière très compliquée par le remplacement du rétroréflecteur par un disque réflecteur tournant
à une vitesse correspondante.
La présente invention a pour but de créer un dispositif d'essai du type cité au début, qui puisse simuler quasiment toutes les propriétés importantes de la cible, exige une dépense mécanique sensiblement inférieure et intervienne aussi peu que possible dans
le radar à laser.
Ce but est atteint par le fait que le dispositif d'essai est connecté électroniquement et optiquement au radar à laser et lors de l'opération d'essai a) le scanner est arrêté du point de vue optique, b) un écho de cible simulé entre le scanner et la partie réceptrice du radar à laser est envoyé dans ladite partie réceptrice avec une direction de rayonnement fixe et une section de rayonnement fixe, c) l'écho de cible simulé n'est produit et émis que lorsque les positions de scanner x(t), y(t) momentanées coïncident avec une précision suffisante avec les coordonnées angulaires XT(t), yT(t) d'une mesure d'essai effectuée préalablement avec une cible d'essai, stockées dans la mémoire de position de cible du calculateur de l'instrument d'essai du dispositif d'essai, d) pour l'évaluation du fonctionnement du radar à laser, la réaction de celui-ci à l'écho de cible simulé, notamment les signaux émis par le calculateur d'écart ou par les organes montés derrière celui-ci, est comparée aux réactions stockées dans la mémoire de réaction lors de la mesure d'essai. Selon des modes de réalisation et aspects particuliers non limitatifs de l'invention: 1) pour l'évaluation du fonctionnement du radar à laser 20, les signaux des éléments 25 montés derrière le calculateur d'écart 24 peuvent être envoyés à un simulateur 26 d'engin volant, qui inscrit les coordonnées angulaires de la cible, modifiées par les signaux des éléments 25, à la place des coordonnées correspondantes de la mesure d'essai dans la mémoire lla de position de cible; 2) l'écho de cible 13a simulé peut être produit de telle manière que ses paramètres caractéristiques coïncident avec les paramètres de la cible résultant de la mesure d'essai et stockés dans la mémoire lla de position de cible et dans la mémoire 12 de paramètres de cible du dispositif d'essai 10; 3) un ou plusieurs des paramètres ci-après peuvent servir de paramètres caractéristiques: intensité de l'écho de cible 13a, - vitesse radiale de la cible et donc la fréquence Doppler de l'écho de cible 13a avec une réception superhétérodyne, - grandeur apparente de la cible (angle solide de la taille de la cible et de la distance), - bruit d'intensité de l'écho de cible 13a; 4) l'écho de cible 13a simulé peut être envoyé, au moyen du laser d'essai 22 et du modulateur 14 et, le cas échéant, de miroirs de déviation 15, 16, dans la partie réceptrice 22a du radar à laser 20 de manière telle que la section de rayonnement et la direction de rayonnement correspondent aux valeurs respectives en service opérationnel, en position neutre du scanner 21; ) on peut utiliser en tant que laser d'essai le laser 22 du radar à laser 20, en découplant une partie du rayonnement laser à l'aide d'une lame de division 15; 6) dans un radar à laser comprenant un système de compensation de temps de parcours, les variations d'angle, dépendant du temps de parcours, de la direction de réception peuvent être produites, pour l'écho de cible 13a simulé, par un scanner à petits angles, se trouvant entre le modulateur 14 et le télescope d'essai 23; 7) dans un radar à laser 20 se présentant sous la forme d'un goniomètre à laser Doppler, ledit dispositif peut être utilisé pour déterminer l'écart d'un engin volant guidé FK, équipé d'un rétroréflecteur, par rapport à la ligne de visée, les signaux du calculateur d'écart 24 étant envoyés à l'élément 25, formant régulateur de vol, et à un simulateur 26 d'engin volant qui simule la réaction de l'engin volant guidé aux ordres de guidage du
régulateur de vol 25.
La description ci-après explique un exemple de réalisation
illustré par les figures du dessin, sur lequel la figure I représente un schéma-bloc d'un exemple de réalisation sous forme d'un goniomètre à laser Doppler pour déterminer l'écart latéral d'un engin volant guidé, équipé d'un rétroréflecteur, par rapport à la ligne de visée, avec en plus un dispositif d'essai, la figure 2 représente un schéma-bloc de la structure du goniomètre à laser Doppler, la figure 3 représente un schéma- bloc de la structure du
dispositif d'essai.
Partant du principe que l'écart de cible ne doit plus être provoqué par le mouvement mécanique d'éléments optiques, il est proposé à cet effet un instrument d'essai électronique qui intervient avec deux composants 15, 16 dans le passage des rayons du radar à laser 20: d'une part entre le laser 22 et le duplexeur (lame de division) 22a, au moyen du diviseur d'essai 15 (lame de division, lame sous incidence brewstérienne etc.), afin de produire un faisceau laser 13a d'écho de cible avec la cohérence et la longueur d'onde nécessaires à la réception superhétérodyne, et d'autre part, afin d'envoyer le faisceau laser 13a, transformé de manière appropriée, par l'intermédiaire du miroir d'essai 16 (en tant que deuxième composant), entre le télescope émetteur-récepteur 23 et le scanner 21, dans la direction de réception en tant que écho de cible simulé. Un radar à laser est constitué par un capteur laser, qui émet un faisceau laser et reçoit et traite l'écho de laser réfléchi par la cible, et par un scanner x-y qui dévie le faisceau laser de la ligne de visée, en fonction des coordonnées angulaires x(t), y(t) respectives. Un tel instrument est désigné comme goniomètre à laser, lorsqu'il est utilisé pour mesurer les coordonnées angulaires de
l'écart d'un engin volant guidé par rapport à la ligne de visée.
Dans un régulateur de vol, des ordres de guidage sont produits à partir des signaux d'écart et transmis à l'engin volant, de manière
à ce que celui-ci soit guidé pour revenir à la ligne de visée.
L'exemple de réalisation décrit ci-après concerne l'utilisation d'un radar à laser 20 en tant que goniomètre à laser Doppler, dans lequel on exploite en plus, au moyen de l'effet
Doppler, la vitesse d'un engin volant équipé d'un rétroréflecteur.
Dans la mémoire lla du calculateur 11 de l'instrument d'essai sont stockées les données de vol, notamment les écarts dépendant du temps (coordonnées angulaires) x(t) et y(t), d'un ou de plusieurs vols d'engin volant effectués conformément aux plans et enregistrés auparavant. Dans le calculateur 11 de l'instrument d'essai, les valeurs réelles x-y 21b du scanner 21 sont comparées avec ces données. Lorsqu'elles coïncident avec une précision suffisante pendant le mouvement de balayage, cela est interprété de telle manière qu'à cet instant, une cible, à savoir le rétroréflecteur de l'engin volant, se trouve dans la direction x-y. Cela signifie qu'à cet instant, un écho de cible 13a correspondant doit être produit et envoyé au télescope émetteur-récepteur 23. Cet écho est produit à partir du faisceau laser, découplé par le diviseur d'essai 15, qui est introduit au télescope émetteur-récepteur 23 du goniomètre à laser Doppler 20, en passant par un modulateur acousto-optique 14 commandé par le calculateur 11 de l'instrument d'essai, un système optique d'élargissement (télescope d'essai) 17 et un système optique de déviation (miroir d'essai) 16. Le décalage Doppler, correspondant à la distance de vol simulée ou au temps de vol, et l'intensité de l'écho sont alors imprimés au faisceau laser, en tenant compte du recouvrement géométrique momentané du profil du faisceau et du rétroréflecteur. Cela permet, malgré la suppression de la simulation mécanique dispendieuse du mouvement de l'engin volant vers la cible, d'essayer tous les éléments du goniomètre à laser Doppler 20, y compris le scanner 21, avec le dispositif proposé. Seule l'harmonisation des axes entre le scanner 21 et le goniomètre à laser Doppler 20 est exclue. Pendant l'opération d'essai, le scanner 21 est certes déplacé de manière habituelle par voie mécanique, mais il est arrêté du point de vue optique, car l'écho de cible simulé passe pour ainsi dire "à côté" de lui, c'est-à-dire entre le scanner 21 et la partie réceptrice 23, 22a etc. du radar à laser 20, pour être envoyé avec une direction de rayonnement fixe dans le radar 20. Comme mentionné, l'écho de cible 13a simulé n'est cependant produit et émis que lorsque les écarts de scanner x(t) et y(t) momentanés coïncident avec une précision suffisante au moment t avec les écarts xT(t) et yT(t) d'un vol effectué préalablement avec une cible d'essai d'engin volant, stockés dans la mémoire lia de position de cible du dispositif d'essai 10. Pour évaluer le fonctionnement du radar à laser 20, on compare ensuite la réaction de celui-ci à l'écho de cible 13a simulé avec les ordres de guidage (réactions) stockés dans la mémoire 12 d'ordres d'engin volant (mémoire de réaction) lors du
vol d'essai antérieur.
L'écho de cible 13a simulé est maintenant produit de manière telle que ses paramètres caractéristiques coïncident avec les paramètres du vol d'essai, stockés dans la mémoire lia de position d'engin volant et la mémoire 12 de paramètres d'engin volant du dispositif d'essai 10. Les paramètres caractéristiques sont, en tant que fonction du temps de vol t, après le tir de l'engin volant, la position de l'engin volant xT(t) et yT(t), la vitesse de l'engin volant et donc la fréquence Doppler f(t), ainsi que l'intensité I(t) de l'écho laser, qui diminue à mesure que la distance de l'engin
volant du radar à laser 20 augmente.
Ici on tient compte du fait que, en raison de la divergence prédéterminée du faisceau laser émis vers l'engin volant, on obtient, même avec des positions du scanner 21 s'écartant légèrement de la position exacte de l'engin volant, un écho réduit à partir du rétroréflecteur, à savoir aussi longtemps que le faisceau laser rencontre le rétroréflecteur, à l'intérieur de sa largeur de faisceau. Afin de simuler cet état, un facteur de poids est calculé dans l'unité lic en vue du calcul de g(t,Ax, Ay). Ce facteur est le rapport entre l'intensité de réflexion du rétroréflecteur dans la position x(t), y(t) momentanée, indiquée par le scanner 21, et l'intensité de réflexion maximale qui a été obtenue avec une position de scanner xT(t), yT(t). Le facteur de poids se calcule par conséquent à partir de la divergence et de la section du faisceau laser, de la taille et, le cas échéant, de la forme du rétroréflecteur, de la distance de celui-ci, qui est dérivée par exemple avec le profil de vitesse connu de l'engin volant, à partir du temps de vol, et des écarts Ax et Ay des coordonnées angulaires momentanées du scanner x(t), y(t) et du vol d'essai de l'engin volant xT(t), yi(t). Le facteur de poids contient en outre un multiplicateur oscillant statistiquement dans le temps, qui simule le bruit d'intensité typique de l'écho de cible, dont le spectre de bruit a été déterminé par exemple lors de vols d'essai antérieurs de l'engin volant. Dans le multiplicateur analogique l1d, l'intensité I(t) stockée de l'écho est multipliée avec ce facteur de poids g(t,Ax,y) et envoyée au circuit d'attaque 14a de modulateur pour le modulateur acousto-optique 14, de sorte que finalement le faisceau laser découplé par le diviseur d'essai 15 est modulé de manière
correspondante en tant qu'écho de cible simulé.
Les valeurs d'intensité I(t) stockées dans la mémoire 12 de paramètres d'engin volant correspondent aux valeurs maximales respectives, c'est-àdire aux valeurs du vol d'essai antérieur de l'engin volant, lors duquel le centre du faisceau laser rencontrait exactement le rétroréflecteur. Etant donné que cela ne se produit toujours qu'à des instants précis, il faut déterminer les valeurs d'intensité des instants manquants par interpolation, avant de stocker la fonction I(t) dans la mémoire 12 de paramètres d'engin volant. L'écho de cible 13a simulé est envoyé, au moyen du télescope
d'essai 17 et du miroir d'essai 16 dans le télescope émetteur-
récepteur 23 de manière telle que la section de faisceau et la direction de faisceau correspondent aux valeurs respectives en service opérationnel, en position neutre du scanner 21. Le filtre de polarisation 14b et une plaque 1/4 empêchent de manière connue
d'éventuelles rétroactions sur le laser 22.
De préférence on utilise, à la place d'un laser d'essai séparé, une partie du rayonnement laser du laser 22 en découplant une partie du rayonnement laser avec le diviseur 15 et en l'orientant sur le modulateur 14. Lorsque le radar à laser 20 utilisé est un instrument pourvu d'une installation de compensation de temps de parcours, les faibles variations d'angle, dues au temps de parcours, de la direction de réception sont produites, pour l'écho de cible 13a simulé, par un scanner à petits angles supplémentaire se trouvant entre le modulateur 14 et le télescope
d'essai 23.
Comme déjà mentionné, pour évaluer le fonctionnement du goniomètre à laser Doppler 20, on compare la réaction de celui-ci à l'écho de cible 13a simulé avec les réactions du vol d'essai antérieur, stockées dans la mémoire 12 de réaction. A cet effet, on emploie le régulateur de vol 25, utilisé en cas opérationnel, du goniomètre à laser Doppler 20. Celui-ci calcule, à partir des signaux d'écart d'engin volant du calculateur d'écart 24 du goniomètre laser Doppler 20, les ordres de guidage nécessaires pour diriger l'engin volant sur la ligne de visée, c'est-àdire sur la cible de l'engin volant. Le calculateur 1il de l'instrument d'essai possède à cet effet une unité l1e pour la comparaison des ordres, qui compare les ordres de guidage de l'engin volant générés par le régulateur de vol 25 avec les ordres de guidage du vol d'essai
antérieur, stockés dans la mémoire llb d'ordres d'engin volant.
Lorsque les écarts sont suffisamment petits, le bon fonctionnement
du goniomètre à laser Doppler 20 est considéré comme démontré.
Une méthode d'essai encore plus percutante utilise un simulateur 26 d'engin volant qui calcule, au moyen d'un modèle de simulation d'engin volant, à partir des ordres de guidage du régulateur de vol 25, la réaction de l'engin volant, c'est-à-dire ses coordonnées angulaires x(t), y(t) modifiées par les ordres de guidage, pour des instants ultérieurs, ainsi que d'autres données éventuellement importantes. Généralement, il en résulte une autre trajectoire de l'engin volant, c'est-à-dire que la trajectoire de l'engin volant qui se développe maintenant s'écartera de plus en plus sensiblement de la trajectoire d'essai stockée de l'engin volant. Par conséquent, il ne faut pas continuer de façon permanente à calculer la fonction de poids g(t,Ax,iy) sur la base des coordonnées du vol d'essai stocké. Au contraire, il faut mettre aussi tôt que possible, par exemple immédiatement après la phase dite "de captage" de l'engin volant, les nouvelles coordonnées angulaires de l'engin volant, calculées dans le simulateur 26 d'engin volant, à la place des coordonnées stockées pour les instants correspondants dans la mémoire lia de position d'engin volant. Ainsi on obtient un circuit d'asservissement fermé, et le bon fonctionnement du goniomètre à laser Doppler 20 est considéré comme étant démontré, lorsque la simulation conduit à un coup au but. Les figures du dessin sont si détaillées qu'après la
description qui précède, des explications supplémentaires ne
paraissent pas nécessaires.
1. Dispositif d'essai pour installations de radar à laser présentant un capteur laser, un scanner x-y et un calculateur d'écart pour déterminer les coordonnées angulaires d'un écho de cible, caractérisé par le fait que le dispositif d'essai (10) est connecté électroniquement et optiquement au radar à laser (20) et lors de l'opération d'essai a) le scanner (21) est arrêté du point de vue optique, b) un écho de cible (13a) simulé entre le scanner (21) et la partie réceptrice (22a) du radar à laser (20) est envoyé dans ladite partie réceptrice avec une direction de rayonnement fixe et une section de rayonnement fixe, c) l'écho de cible (13a) simulé n'est produit et émis que lorsque les positions de scanner x(t), y(t) momentanées coïncident avec une précision suffisante avec les coordonnées angulaires xT(t), yT(t) d'une mesure d'essai effectuée préalablement avec une cible d'essai, stockées dans la mémoire (11a) de position de cible du calculateur (11) de l'instrument d'essai du dispositif d'essai (10), d) pour l'évaluation du fonctionnement du radar à laser (20), la réaction de celui-ci à l'écho de cible (13a) simulé, notamment les signaux émis par le calculateur d'écart (24) ou par les organes (25) montés derrière celui-ci, est comparée aux réactions stockées dans la mémoire (lie) de réaction lors de la
mesure d'essai.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour l'évaluation du fonctionnement du radar à laser (20), les signaux des éléments (25) montés derrière le calculateur d'écart (24) sont envoyés à un simulateur (26) d'engin volant, qui inscrit les coordonnées angulaires de la cible, modifiées par les signaux des éléments (25), à la place des coordonnées correspondantes de la
mesure d'essai dans la mémoire (lia) de position de cible.
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou
2, caractérisé par le fait que l'écho de cible (13a) simulé est produit de telle manière que ses paramètres caractéristiques coïncident avec les paramètres de la cible résultant de la mesure d'essai et stockés dans la mémoire (11la) de position de cible et dans la mémoire (12) de paramètres de cible du dispositif d'essai
(10).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que un ou plusieurs des paramètres ci-après servent de paramètres caractéristiques: - intensité de l'écho de cible (13a), - vitesse radiale de la cible et donc la fréquence Doppler de l'écho de cible (13a) avec une réception superhétérodyne, - grandeur apparente de la cible (angle solide de la taille de la cible et de la distance),
- bruit d'intensité de l'écho de cible (13a).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé par le fait que l'écho de cible (13a) simulé est envoyé, au moyen du laser d'essai (par exemple 22) et du modulateur (par exemple le modulateur acousto-optique 14) et, le cas échéant, de miroirs de déviation (15, 16), dans la partie réceptrice (22a) du radar à laser (20) de manière telle que la section de rayonnement et la direction de rayonnement correspondent aux valeurs respectives en
service opérationnel, en position neutre du scanner (21).
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que l'on utilise en tant que laser d'essai le laser (22) du radar à laser (20), en découplant une partie du rayonnement laser à
l'aide d'une lame de division (15).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé par le fait que dans un radar à laser comprenant un système de compensation de temps de parcours, les variations d'angle, dépendant du temps de parcours, de la direction de réception sont produites, pour l'écho de cible (13a) simulé, par un scanner à petits angles, se trouvant entre le modulateur (14) et le
télescope d'essai (23).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé par le fait que dans un radar à laser (20) se présentant sous la forme d'un goniomètre à laser Doppler, ledit dispositif est utilisé pour déterminer l'écart d'un engin volant guidé (FK), équipé d'un rétroréflecteur, par rapport à la ligne de visée, les signaux du calculateur d'écart (24) étant envoyés à l'élément (25), formant régulateur de vol, et à un simulateur (26) d'engin volant qui simule la réaction de l'engin volant guidé aux
ordres de guidage du régulateur de vol (25).
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