FR2695731A1

FR2695731A1 - Optical tracking device for air or terrestrial target - has drum shaped rotating section with several rotatable mirrors each focussing onto receiving array

Info

Publication number: FR2695731A1
Application number: FR9210843A
Authority: FR
Inventors: Eric Sauty
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1994-03-18
Anticipated expiration: 2012-09-11
Also published as: FR2695731B1

Abstract

The system receives laser radiation (9) reflected from a target and reflects the radiation via a mirror (5) to a focussing system (1) to focus onto a receiving array (4). The mirror is placed at an angle on a rotating drum section (7) and can be adjusted in the plane orthogonal to the rotation direction. Target positional movements can thus be followed. Other mirrors (8) can be placed around the drum circumference allowing laser radiation from a second (10) and further targets to be focussed onto the receiving array. ADVANTAGE - Reduces size and cost of optical equipment needed to track several targets separately.

Description

DISPOSITIF DE POURSUITE OPTJLONIQUE MUlgTICIBLE
La présente invention concerne un dispositif de poursuite optronique multicible. Elle s'applique notamment à la poursuite optronique de différents objets aériens ou terrestres, des poursuites d'aéronef s ou des suivis de déplacements terrestres à partir d'un point élevé par exemple, le dispositif pouvant être fixé au sol ou placé sur tous types de porteurs.MULTI-TARGETED OPTJLONIC TRACKING DEVICE
The present invention relates to a multi-target optronic tracking device. It applies in particular to the optronic pursuit of various aerial or terrestrial objects, pursuit of aircraft or tracking of terrestrial movements from a high point for example, the device being able to be fixed to the ground or placed on all types carriers.

Un système de poursuite optronique se compose généralement d'un système d'imagerie, d'un dispositif de pointage actionné par un opérateur ou par un système automatique d'exploitation de l'image. Le système d'imagerie comporte notamment au moins un senseur optronique sur lequel est focalisée une image par une optique associée. Pendant sa durée de sensibilisation, le senseur optronique transforme les photons reçus en signaux électriques notamment exploités par des circuits de traitement ou de visualisation. Pour un senseur optronique donné, tout autre paramètre étant fixé, la portée d'un système d'imagerie sur une cible éloignée est déterminée par sa couverture angulaire encore appelée champ optique. Plus cette couverture est petite, meilleure est la résolution de l'image.Pour une résolution d'image déterminée, en nombre de pixels par exemple, et pour une optique optimisée, notamment en ce qui concerne la tache de diffusion adaptée à la taille du pixel, la couverture anglaire est déterminée par la distance focale, bien connue de l'homme du métier. Plus cette distance focale est grande, plus la couverture angulaire, ou son champ, est petite. An optronic tracking system generally consists of an imaging system, a pointing device activated by an operator or by an automatic image processing system. The imaging system notably comprises at least one optronic sensor on which an image is focused by associated optics. During its sensitization period, the optronic sensor transforms the photons received into electrical signals notably exploited by processing or display circuits. For a given optronic sensor, any other parameter being fixed, the range of an imaging system on a distant target is determined by its angular coverage also called optical field. The smaller this coverage, the better the resolution of the image. For a determined image resolution, in number of pixels for example, and for optimized optics, in particular with regard to the diffusion spot adapted to the size of the pixel, the English coverage is determined by the focal length, well known to those skilled in the art. The greater this focal distance, the smaller the angular coverage, or its field,.

Un système de poursuite optronique classique n'est capable que de poursuivre les cibles qui demeurent dans son champ. Une bonne résolution d'image sur une longue portée nécessitant un champ petit, il en résulte qu'un tel système est essentiellement monocible. En effet, les cibles poursuivies par ce dernier peuvent se disperser au cours de la poursuite et sortir facilement de son champ. A conventional optronic tracking system is only capable of tracking targets that remain within its range. As good image resolution over a long range requires a small field, it follows that such a system is essentially single target. Indeed, the targets pursued by the latter can disperse during the pursuit and easily leave its field.

Une solution connue permettant une poursuite multicible consiste à utiliser autant de systèmes de poursuites monocibles en parallèle que de cibles à poursuivre simulta nément. Cependant, un dispositif réalisé selon cette solution est très encombrant, à cause notamment de la juxtaposition des systèmes de poursuite monocibles, et aussi coûteux, en partie encore à cause de cette juxtaposition. A known solution allowing a multi-target pursuit consists in using as many monotarget tracking systems in parallel as there are targets to be pursued simultaneously. However, a device produced according to this solution is very bulky, in particular because of the juxtaposition of the single-tracking systems, and also expensive, partly still because of this juxtaposition.

Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités, notamment en permettant d'obtenir un dispositif de poursuite optronique de résolution suffisante, capable de poursuivre plusieurs cibles simultanément dans un champ large. The object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks, in particular by making it possible to obtain an optronic tracking device of sufficient resolution, capable of tracking several targets simultaneously over a wide field.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de poursuite optronique comportant au moins une optique focalisant les rayons optiques transmis par des cibles à poursuivre sur un senseur optronique, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une pièce mécanique en rotation autour d'un axe, au moins deux miroirs orientables différemment étant fixés sur la pièce mécanique, les rayons transmis par une cible étant déviés par l'un des miroirs avant d'être focalisés par l'optique sur le senseur optronique. To this end, the subject of the invention is an optronic tracking device comprising at least one optic focusing the optical rays transmitted by targets to be tracked on an optronic sensor, characterized in that it further comprises a mechanical part rotating around an axis, at least two differently orientable mirrors being fixed on the mechanical part, the rays transmitted by a target being deflected by one of the mirrors before being focused by the optics on the optronic sensor.

L'invention a pour principaux avantages qu'elle est peu encombrante, qu'elle est simple à mettre en oeuvre et qu'elle est économique. The main advantages of the invention are that it is compact, that it is simple to implement and that it is economical.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard des dessins annexés qui représentent
- la figure 1, un mode de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention, sa ligne de visée pointant une première cible
- la figure 2, une vue différente du mode de réalisation précité
- la figure 3, une vue où l'une des pièces du dispositif selon l'invention a tourné d'un certain angle autour d'un axe pour que sa ligne de visée pointe une deuxième cible
- la figure 4, le dispositif précité pointant la deuxième cible et vu dans le même plan que la figure 1
- les figures 5 et 6, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention comportant quatre miroirs
- la figure 7, une illustration du champ global couvert par un dispositif selon l'invention.Other characteristics and advantages of the invention will become apparent from the following description, given with reference to the appended drawings which represent
- Figure 1, a possible embodiment of a device according to the invention, its line of sight pointing to a first target
- Figure 2, a different view of the above embodiment
- Figure 3, a view where one of the parts of the device according to the invention has rotated by a certain angle about an axis so that its line of sight points to a second target
- Figure 4, the aforementioned device pointing the second target and seen in the same plane as Figure 1
- Figures 5 and 6, an embodiment of a device according to the invention comprising four mirrors
- Figure 7, an illustration of the overall field covered by a device according to the invention.

La figure 1 présente un mode de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention, ce dispositif étant dans une première position. Ce dispositif comprend au moins une optique 1, une lentille par exemple, focalisant les rayons optiques 2, 3 qu'il reçoit sur un senseur optronique 4. Les rayons optiques 2, 3 sont réfléchis par un premier miroir 5. Ce dernier pourrait être remplacé par un prisme déviant les rayons optiques 2, 3. Figure 1 shows a possible embodiment of a device according to the invention, this device being in a first position. This device comprises at least one optic 1, a lens for example, focusing the optical rays 2, 3 which it receives on an optronic sensor 4. The optical rays 2, 3 are reflected by a first mirror 5. The latter could be replaced by a prism deflecting the optical rays 2, 3.

Les rayons optiques 2, 3 sont transmis par un élément d'espace contenant une première cible 6 sur laquelle est pointée la ligne de visée 9 du senseur optronique 4. Une seconde cible 10 est en dehors de ce champ. Le premier miroir 5 est orientable autour d'un axe Y, lui-même monté sur une pièce mécanique 7 en rotation en site autour d'un axe X. Les deux axes déterminent de préférence des rotations en gisement et en site, mais ils pourraient être quelconques et par exemple non perpendiculaires. La pièce mécanique 7 peut être par exemple un tambour. Le senseur optronique 4 détecte la première cible 6 par l'intermédiaire de l'optique 1 et du miroir 5. D'autres éléments optiques peuvent éventuellement être intercalés, pour stabiliser la ligne de visée du senseur optronique 4 ou pour améliorer la focalisation de la cible par exemple.The optical rays 2, 3 are transmitted by a space element containing a first target 6 on which the line of sight 9 of the optronic sensor 4 is pointed. A second target 10 is outside this field. The first mirror 5 is orientable about an axis Y, itself mounted on a mechanical part 7 in rotation in elevation around an axis X. The two axes preferably determine rotations in bearing and elevation, but they could be arbitrary and for example not perpendicular. The mechanical part 7 may for example be a drum. The optronic sensor 4 detects the first target 6 via the optics 1 and the mirror 5. Other optical elements may possibly be interposed, to stabilize the line of sight of the optronic sensor 4 or to improve the focusing of the target for example.

La figure 2 présente une vue suivant F de la figure 1 où apparaît la position en site de la première cible 6 et de la deuxième cible 10. FIG. 2 presents a view along F of FIG. 1 where the elevation position of the first target 6 and of the second target 10 appears.

La figure 3 présente le dispositif précédent où, selon l'invention, la pièce mécanique 7 est dans une position différente ayant tourné d'un angle e autour de l'angle de site
X de manière à ce que le champ optique du senseur 4 couvre Ia deuxième cible 10 et que sa ligne de visée 9 pointe cette dernière, grâce à la réflexion des rayons optiques 2, 3 et de la ligne de visée 9 sur un deuxième miroir 8, la première cible 6 n étant plus alors dans le champ du senseur 4.Figure 3 shows the previous device where, according to the invention, the mechanical part 7 is in a different position having rotated by an angle e around the elevation angle
X so that the optical field of the sensor 4 covers the second target 10 and its line of sight 9 points the latter, by virtue of the reflection of the optical rays 2, 3 and of the line of sight 9 on a second mirror 8 , the first target 6 then no longer being in the field of the sensor 4.

La figure 4 présente une vue du dispositif selon l'invention et des cibles dans le même plan que la figure 1, la ligne de visée 9 du senseur optronique 4 étant toujours pointée sur la deuxième cible 10. Un deuxième miroir 8, monté sur la pièce mécanique 7, a effectué une rotation d'un angle w autour d'un axe de gisement Y' de façon à bien réfléchir les rayons optiques 2, 3 provenant de la deuxième cible 10 sur l'optique 1 qui les focalise sur le senseur 4. La ligne de visée 9 fait alors un angle en gisement de 2 avec la position précédente. FIG. 4 shows a view of the device according to the invention and of the targets in the same plane as FIG. 1, the line of sight 9 of the optronic sensor 4 being always pointed at the second target 10. A second mirror 8, mounted on the mechanical part 7, rotated by an angle w around a bearing axis Y 'so as to reflect the optical rays 2, 3 coming from the second target 10 on the optics 1 which focuses them on the sensor 4. The line of sight 9 then makes a bearing angle of 2 with the previous position.

Le mode de réalisation du dispositif selon l'invention présenté par les figures précédentes et contenant au moins deux miroirs 5, 8 orientables autour des axes Y et Y' permet de poursuivre au moins deux cibles 6, 10. Le dispositif selon l'invention peut poursuivre au moins autant de cibles que de miroirs montés sur la pièce mécanique 7 en rotation. Cette dernière est activée par un système de motorisation non représenté mais connu de l'homme du métier. Les rotations autour des axes de gisement Y et Y', et de site X sont commandées par des circuits électroniques de commande munis d'un système d'asservissement. Ce dernier asservit la position des miroirs 5 et 8 en gisement par rapport à la position des cibles 6, 10 selon un programme prédéterminé par exemple. Ces mêmes circuits électroniques de commande peuvent être utilisés pour déclencher la sensibilisation du senseur 4 lorsque la ligne de visée 9 atteint approximativement la position en site des cibles 6,10 lors de la rotation de la pièce mécanique 7 autour de l'axe X. The embodiment of the device according to the invention presented by the preceding figures and containing at least two mirrors 5, 8 orientable around the axes Y and Y 'makes it possible to track at least two targets 6, 10. The device according to the invention can pursue at least as many targets as there are mirrors mounted on the rotating mechanical part 7. The latter is activated by a motorization system not shown but known to those skilled in the art. The rotations around the deposit axes Y and Y ', and of site X are controlled by electronic control circuits provided with a servo system. The latter controls the position of the mirrors 5 and 8 in relation to the position of the targets 6, 10 according to a predetermined program for example. These same electronic control circuits can be used to trigger the sensitization of the sensor 4 when the line of sight 9 approximately reaches the position in elevation of the targets 6,10 during the rotation of the mechanical part 7 around the axis X.

En outre et simultanément à la sensibilisation du senseur 4, la ligne de visée 9 peut être stabilisée pendant le temps où la cible 6 reste dans son champ optique, puis la pièce mécanique 7 continue sa rotation selon l'axe X de manière à ce que son champ couvre la deuxième cible 10 grâce à la réflexion de sa ligne de visée 9 sur le deuxième miroir 8. Puis de nouveau, la pièce mécanique 7 continue sa rotation autour de l'axes X, de manière à ce que la ligne de visée 9 pointe la première cible 6 par réflexion sur le premier miroir 5. Les positions antérieures des cibles sont par exemple mémorisées par les circuits de commande pour prépositionner les miroirs 5 et 8 autour des axes Y et Y' associés à chaque cible lorsque la phase de poursuite de celle-ci est engagée, le champ optique du senseur 4, ou du dispositif selon l'invention, rencontrant alors plus facilement la cible poursuivie.In addition and simultaneously with the sensitization of the sensor 4, the line of sight 9 can be stabilized during the time when the target 6 remains in its optical field, then the mechanical part 7 continues its rotation along the axis X so that its field covers the second target 10 thanks to the reflection of its line of sight 9 on the second mirror 8. Then again, the mechanical part 7 continues its rotation around the axes X, so that the line of sight 9 points the first target 6 by reflection on the first mirror 5. The anterior positions of the targets are for example memorized by the control circuits to preposition the mirrors 5 and 8 around the axes Y and Y 'associated with each target when the phase of pursuit thereof is engaged, the optical field of the sensor 4, or of the device according to the invention, then more easily meeting the target being pursued.

La pièce mécanique 7 tournante munie des miroirs 5, 8 permet en fait d'augmenter le domaine angulaire accessible par le senseur optronique 4 tout en lui conservant la résolution d'un faisceau étroit. The rotating mechanical part 7 provided with mirrors 5, 8 makes it possible in fact to increase the angular range accessible by the optronic sensor 4 while retaining the resolution of a narrow beam.

Les figures 5 et 6 présentent un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention comportant quatre miroirs orientables 5, 8, 11, 12 fixés sur la pièce mécanique 7, un tambour par exemple. Dans ce cas, le dispositif selon l'inven- tion peut poursuivre au moins quatre cibles 6, 10, 13 > 14. La figure 5 est une vue suivant F de la figure 6. Sur la figure 5, la ligne de visée 9 est à - titre d'exemple pointée sur la première cible 6 par réflexion sur le premier miroir 5. Les quatre miroirs 5, 8, ll, 12 sont par exemple disposés régulièrement sur la pièce mécanique 7, cette régularité n'est pas une obligation pour le bon fonctionnement du dispositif selon l'invention. Figures 5 and 6 show an embodiment of a device according to the invention comprising four orientable mirrors 5, 8, 11, 12 fixed on the mechanical part 7, a drum for example. In this case, the device according to the invention can track at least four targets 6, 10, 13> 14. FIG. 5 is a view along F of FIG. 6. In FIG. 5, the line of sight 9 is by way of example pointed to the first target 6 by reflection on the first mirror 5. The four mirrors 5, 8, ll, 12 are for example regularly arranged on the mechanical part 7, this regularity is not an obligation for the proper functioning of the device according to the invention.

Sur la figure 6, la ligne de visée 9 est pointée sur une troisième cible 13 par réflexion sur un troisième miroir 11. In FIG. 6, the line of sight 9 is pointed at a third target 13 by reflection on a third mirror 11.

Par rapport à sa position de la figure 5, la pièce mécanique 7 a, par exemple, tourné de s radian environ autour de l'axe de site X, le miroir il a tourné d'un angle ' autour de son axe
Y", cette orientation permettant à ce dernier de réfléchir la ligne de visée 9 vers la troisième cible 13.Relative to its position in FIG. 5, the mechanical part 7 has, for example, rotated by s radian around the site axis X, the mirror it has rotated by an angle 'around its axis
Y ", this orientation allowing the latter to reflect the line of sight 9 towards the third target 13.

La figure 7 illustre le champ global S couvert par un dispositif selon l'invention. Elle présente, à titre d'exemple, dans une fourchette de temps donnée, des positions dans ce champ global S des champs 71, 72, 73, 74 plus restreints couverts par le dispositif selon l'invention. Les champs restreints 71, 72, 73, 74 correspondent en fait au champ optique du senseur optronique 4, les éléments d'espace balayés par ces derniers se reflètent par exemple chacun sur un des miroirs 5, 8, 11, 12 fixés sur la pièce mécanique 7. Les champs 71, 72, 73, 74 sont contenus respectivement dans des couloirs 75, 76, 77, 78 dont le déplacement nécessite une rotation des miroirs 5,8,11,12 autour des axes de gisement.Le déplacement des champs 71,72, 73,74 à l'intérieur des couloirs 75, 76, 77, 78 est obtenu par la rotation de la pièce mécanique 7 autour de l'axe de site X et notamment par la variation de l'instant de déclenchement de la sensibilisation du senseur 4 et éventuellement la stabilisation simultanée de la ligne de visée 9. FIG. 7 illustrates the global field S covered by a device according to the invention. It presents, by way of example, in a given time range, positions in this global field S of the more restricted fields 71, 72, 73, 74 covered by the device according to the invention. The restricted fields 71, 72, 73, 74 actually correspond to the optical field of the optronic sensor 4, the elements of space scanned by the latter are reflected for example each on one of the mirrors 5, 8, 11, 12 fixed on the part mechanical 7. The fields 71, 72, 73, 74 are contained respectively in corridors 75, 76, 77, 78 whose displacement requires a rotation of the mirrors 5,8,11,12 around the bearing axes. The displacement of the fields 71,72, 73,74 inside the corridors 75, 76, 77, 78 is obtained by the rotation of the mechanical part 7 around the site axis X and in particular by the variation of the triggering moment of sensitization of the sensor 4 and possibly the simultaneous stabilization of the line of sight 9.

Le champ global S est défini par un angle en gisement et par un angle ss en site. L'espace maximum balayé par la rotation de la ligne de visée 9 autour des axes de gisement par réflexion sur les différents miroirs 5, 8, 11, 12 définit l'angle en gisement. De même, l'espace maximum balayé par la rotation de la ligne de visée 9 autour de l'axe X de site définit l'angle ss en site. Ainsi, le dispositif selon l'invention constitue un dispositif de poursuite optronique de résolution suffisante, capable de poursuivre plusieurs cibles simultanément dans un champ large, le champ global S. The global field S is defined by an angle in bearing and by an angle ss in elevation. The maximum space swept by the rotation of the line of sight 9 around the bearing axes by reflection on the various mirrors 5, 8, 11, 12 defines the angle in bearing. Likewise, the maximum space swept by the rotation of the line of sight 9 around the site axis X defines the angle ss in site. Thus, the device according to the invention constitutes an optronic tracking device of sufficient resolution, capable of tracking several targets simultaneously in a wide field, the global field S.

Un carré 71' relié à un des champs 71 par une ligne 79 représente sur la figure 7 un agrandissement de ce dernier permettant de visualiser la cible 80, un avion par exemple, contenue dans ce champ 71. A square 71 'connected to one of the fields 71 by a line 79 represents in FIG. 7 an enlargement of the latter making it possible to view the target 80, an airplane for example, contained in this field 71.

Les modes de réalisation du dispositif selon l'invention présentés par les figures précédentes contiennent 2 ou 4 miroirs, mais des modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre avec plus ou moins de miroirs afin de poursuivre au moins autant de cibles que la pièce mécanique 7 tournante supporte de miroirs. The embodiments of the device according to the invention presented by the previous figures contain 2 or 4 mirrors, but embodiments can be implemented with more or less mirrors in order to track at least as many targets as the mechanical part 7 rotating supports mirrors.

Les miroirs 5, 8, 11, 12 peuvent être remplacés par exemple par des prismes déviant la ligne de visée 9 du senseur optronique 4. Ce dernier peut avoir par exemple un faible temps d'intégration des charges, ce qui diminue sa durée de sensibilisation. Cela améliore notamment la qualité des images car la réflexion de la ligne de visée 9 sur les miroirs tournants rend instable cette dernière par rapport au senseur optronique 4, phénomène qui peut être compensé par un dispositif stabilisateur, par exemple un système de miroirs contrarotatifs. The mirrors 5, 8, 11, 12 can be replaced for example by prisms deviating the line of sight 9 of the optronic sensor 4. The latter can for example have a short integration time of the charges, which reduces its duration of sensitization . This notably improves the quality of the images because the reflection of the line of sight 9 on the rotating mirrors makes the latter unstable relative to the optronic sensor 4, a phenomenon which can be compensated for by a stabilizing device, for example a system of counter-rotating mirrors.

Claims

1. An optronic tracking device comprising at least one optic (1) focusing the optical rays (2, 3) transmitted by targets (6, 10, 13, 14) to be tracked on an optronic sensor (4), characterized in that 'it further comprises a mechanical part (7) rotating about an axis (X), at least two mirrors (5, 6) orientable around their axis (Y, Y') being fixed on the mechanical part (7 ), the rays (2, 3) transmitted by a target (6) being deflected by one of the mirrors (5, 6) before being focused by the optics (1) on the optronic sensor (4).

2. Device according to claim 1, characterized in that it comprises means for controlling the orientations of the mirrors (5,8,11,12) and the rotation of the mechanical part (7) as well as the instant awareness of the sensor 4 according to the position of the targets (6, 10, 13, 14) to be continued so that each target sends successively to one of the mirrors (5, 8, 11, 12) fixed on the mechanical part (7) of the optical rays (2, 3) that it reflects towards the optics (1), the optical rays (2, 3) being focused on the optical sensor (4).

3. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the mechanical part (7) is a drum.

4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that additional optical means are interposed between the optics (1) and the mechanical part (7).

5. Device according to claim 4, characterized in that it comprises between the optics (1) and the mechanical part (7) means for stabilizing the line of sight (9) of the optronic sensor (4).

6. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the optics (1) is a lens.

7. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that the mirrors (5, 8, 11, 12) are replaced by prisms.