FR2751756A1 - Procede et dispositif d'aide a la detection de projectile - Google Patents

Abstract

Le dispositif comprend une source de rayonnement électromagnétique (2) de caractéristiques choisies, un détecteur (7) de caractéristiques choisies pour fournir des échos dus à la rétrodiffusion du rayonnement émis par la source, et des moyens de traitement (9) couplés au détecteur et à la source et propres, d'une part, à faire fonctionner la source et le détecteur dans des secteurs angulaires respectifs choisis et en des temps choisis de sorte que la perturbation locale due à un éventuel projectile se traduise par un écho capté, et d'autre part, à rapprocher le rayonnement émis du rayonnement capté, pour déterminer au moins une donnée de distance radiale pour chaque éventuel écho capté, rapportée à un temps d'émission.

Description

Procédé et dispositif d'aide à la détection de projectile
L'invention concerne un procédé d'aide à la détection de la trajectoire d'un projectile, et un dispositif associé.

On entend par projectile, tout type d'objet lancé avec force dans une direction déterminable. Il s'agira plus particulièrement de balles tirées par des armes sophistiquées ou non, ou de projectiles d'artillerie comme par exemple des obus de mortier.

On connaît déjà des procédés d'aide à la détection de coups de feu qui utilisent des techniques de détection de type acoustique. Par ailleurs, on connaît des procédés d'aide à la détection de balles qui utilisent des techniques de detection de type hyperfréquence ou infrarouge. Ainsi, la détection infrarouge repose sur l'analyse de la couche limite d'air qui entoure une balle en mouvement.

On connaît également, d'après l'article "Claribel - a new radar for sniper detection", DEFENCE, Vol 10, n05, P.340-341, 1979, un procédé d'aide à la détection de tireurs embusqués ("snipers" en anglais), dans lequel quatre émetteurs microonde continus, couplés chacun à deux récepteurs micro-onde homodynes, effectuent une surveillance d'un secteur angulaire choisi, de façon à déterminer par analyse Doppler la direction instantanée des projectiles qui pénètrent dans ce secteur angulaire.

Ces techniques présentent des inconvénients divers, dans la mesure où, par exemple, elles ne permettent pas d'obtenir une précision suffisante de localisation de l'origine du projectile, ou bien elles ont un rayon d'action faible, ou bien encore elles ne permettent pas de déterminer l'origine du projectile après son passage.

Un but de l'invention est donc de procurer un procédé d'aide à la détection de la trajectoire d'un projectile, et le dispositif associé, qui ne présentent pas les inconvénients des procédés et dispositifs de l'art antérieur, ou bien pouvant être associés à ceux-ci.

L'invention propose à cet effet un procédé comprenant les étapes suivantes a) prévoir d'une part, une source de rayonnement électromagnétique, préférentiellement de type laser et impulsionnel, de caractéristiques spectrales (longueur d'onde d'émission), de puissance (portée) et de champ choisis (divergence), de sorte que le rayonnement émis admette un marquage temporel, et d'autre part, un capteur ayant des caractéristiques spectrales (intervalle de longueurs d'onde de détection) et un champ semblables à ceux de la source, pour fournir des échos dus à la rétrodiffusion du rayonnement émis par la source, b) faire fonctionner la source dans un secteur angulaire choisi et en des temps choisis, c) faire fonctionner le capteur sur une partie au moins du champ illuminé par la source, de sorte que la perturbation locale due à un éventuel projectile se traduise par un écho capté, dit "écho de projectile", d) rapprocher le rayonnement émis du rayonnement capté, pour déterminer au moins une donnée de distance radiale (distance séparant le capteur du lieu d'intersection entre le rayonnement émis et la perturbation locale) pour chaque éventuel écho de projectile, rapportée à un temps d'émission.

Un tel procédé permet de faciliter la détermination de la trajectoire du projectile, par analyse de la perturbation locale que celui-ci crée en se déplaçant.

On entend ici par perturbation locale, aussi bien le projectile lui-même que le sillage (projectile subsonique et supersonique) et/ou l'onde de choc (projectile supersonique) et/ou les particules de poudre et/ou les gaz qui sont entraînés le long de la trajectoire dudit projectile.

Selon une autre caractéristique de l'invention, on procède à l'étape d) à une analyse spatiale, par sous-champs angulaires, de la géométrie de chaque écho. Cela améliore notablement la résolution de la détermination de la distance radiale. Cette amélioration peut encore être renforcée par une analyse temporelle dtécho lors de cette même étape d).

De façon particulièrement avantageuse, on peut prévoir d'autres étapes, comme par exemple e) recommencer au moins une fois les étapes b) à d) pour obtenir plusieurs données de distance radiale associées à un même écho de projectile; et f) estimer la trajectoire du projectile ainsi que son lieu de départ à partir desdites données de distance radiale et des temps d'émission associés.

Cette estimation peut être effectuée à l'aide d'une fonction de transfert prédéfinie, ou bien par comparaison entre les données de distance radiale déterminées et une table de correspondance comportant une pluralité de multiplets comprenant chacun des coordonnées représentatives de données de distance radiale associées à une trajectoire de projectile et un lieu de départ.

Préférentiellement, l'étape f) comprend la détermination d'une donnée de vitesse du projectile au niveau de la perturbation locale détectée, celle-ci pouvant être réalisée par analyse Doppler d'échos, ou bien par une comparaison entre au moins deux données de position déterminées en correspondance de deux temps d'émission consécutifs.

Il peut être également particulièrement avantageux de prévoir, toujours à l'étape f), une détermination du type du projectile par comparaison entre sa trajectoire, sa vitesse et son lieu de départ estimés, et une seconde table de comparaison mémorisée.

Une telle détermination peut permettre de prévoir une riposte adaptée au type et au lieu de départ du projectile détecté, ce qui est particulièrement important en zone urbaine.

L'invention propose également un dispositif d'aide à la détection de la trajectoire d'un projectile adapté à la mise en oeuvre du procédé décrit ci-avant.

Préférentiellement, mais de façon non limitative, un tel dispositif comprend a) une source laser impulsionnelle, comme par exemple un laser CO2 ou YAG, de caractéristiques spectrales, de puissance et de champ choisis, cette source peut être couplée à un miroir divergeant pour délivrer un faisceau sous un angle solide choisi (d'ouverture au moins égale à 100, et de préférence supérieure à 30 ), ou bien à des moyens de balayage propres à délivrer le faisceau dans des secteurs angulaires choisis, b) un capteur ayant des caractéristiques spectrales et un champ semblables à ceux de ladite source, pour fournir des échos dus à la rétrodiffusion du rayonnement émis par la source, et c) des moyens de traitement couplés au capteur et à la source, et propres, d'une part, à faire fonctionner la source et le capteur dans des secteurs angulaires respectifs choisis et en des temps choisis de sorte que la perturbation locale due à un éventuel projectile se traduise par un écho capté, dit "écho de projectile", et d'autre part, à rapprocher le rayonnement émis du rayonnement capté, pour déterminer au moins une donnée de distance radiale pour chaque éventuel écho de projectile, rapportée à un temps d'émission.

Avantageusement, le capteur comprend une multiplicité d'éléments de détection qui subdivisent le champ de détection en sous-champs angulaires et sont agencés pour fournir aux moyens de traitement une partie au moins de l'écho de projectile détecté en référence au sous-champ qu'ils définissent respectivement. Dans ce cas, il est nécessaire que les moyens de traitement comprennent un premier module propre à analyser spatialement la géométrie de chaque écho en fonction des sous-champs angulaires fournis par les éléments de détection touchés par le rayonnement rétrodiffusé formant écho.

Le dispositif pourra comprendre également, de façon séparé ou en combinaison - des moyens de mémorisation pour stocker les données de distance radiale en correspondance de leur temps d'émission, - un second module propre à affiner une donnée de distance radiale par une analyse temporelle d'écho, - des moyens d'estimation de la trajectoire du projectile ainsi que de son lieu de départ à partir de plusieurs données de distance radiale, - un troisième module pour estimer la donnée de vitesse du projectile au niveau de la perturbation locale détectée; cela pourra être notamment un analyseur d'écho par effet Doppler, - un filtre pour déterminer la cohérence d'une donnée de distance radiale courante avec au moins une autre donnée de distance radiale précédente (par exemple mémorisée par les moyens de mémorisation).

Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les moyens de détection et les moyens de traitement font partie d'un dispositif de type LIDAR comprenant de préférence des moyens d'affichage permettant la visualisation de la trajectoire du projectile et de son lieu de départ dans un repère tridimensionnel.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins sur lesquels - les figures 1A et 1B illustrent respectivement des trajectoires subsonique et supersonique d'un projectile; - la figure 2 illustre, sous forme de diagramme bloc, un dispositif d'aide à la détection selon l'invention, dans un premier mode de réalisation; - la figure 3 illustre une variante d'une partie du dispositif de la figure 1; - la figure 4 illustre schématiquement un récepteur à résolution bidimensionnelle; - la figure 5 illustre schématiquement une décomposition dite en "fenêtre-distance" d'un écho; - la figure 6 est un algorithme de détermination de trajectoire; et - la figure 7 illustre, sous forme de diagramme bloc, un dispositif d'aide à la détection selon l'invention, dans un second mode de réalisation.

La détection de la trajectoire d'un projectile revêt une grande importance, notamment en milieu urbain où il est particulièrement difficile de détecter son lieu de départ (ou d'origine).

Cette détection est d'autant plus difficile à réaliser que le projectile est de petite taille. C'est par exemple le cas des balles tirées par des tireurs embusqués dans des locaux, comme par exemple des immeubles. De tels tireurs sont plus connus sous le nom anglais de "snipers".

Les procédés et dispositifs associés utilisés jusqu'à présent ne donnent pas entière satisfaction, soit parce que le lieu de départ du projectile n'est pas visible du lieu de détection, soit parce que la détection ne peut être effectuée que sur le projectile lui-même, ou bien sur la couche limite d'air qui entoure ce dernier, soit encore parce que la distance maximale de détection du projectile est petite.

Or, la Demanderesse s'est aperçue qu'il était possible de détecter de nombreux types de perturbations locales de l'atmosphère liées au passage d'un projectile, et d'en déduire la trajectoire dudit projectile depuis son lieu de départ O. En fait, on entend par perturbation locale aussi bien le matériau formant le projectile que le sillage, l'onde de choc, ou les particules de poudre et/ou les gaz qui sont entraînés le long de la trajectoire dudit projectile.

Dans le cas d'une onde de choc ou d'un sillage, la perturbation locale dépend principalement de la vitesse du projectile. Deux régimes notablement différents existent selon que la vitesse est supersonique ou subsonique.

Lorsque le régime est subsonique (voir figure 1A), la perturbation locale (matérialisée en trait continu) générée par la balle est assimilable à un sillage de forme générale conique, dont l'angle d'ouverture dépend sensiblement de la vitesse du projectile. Un tel sillage consiste en fait en une perturbation de la couche d'air traversée par la balle, qui s'éloigne sensiblement radialement par rapport à la trajectoire T.

Il est clair que la propagation radiale de la perturbation, et par conséquent de la modification locale de la couche d'air, devient de plus en plus ténue au cours du temps. Il est cependant possible de modéliser à l'aide de formules approchées semi-empiriques un sillage de projectile subsonique.

Dans le régime supersonique, la perturbation locale est en fait une onde de choc accompagnée d'un sillage (voir figure 1B) dont les caractéristiques, bien connues de l'homme de l'art, peuvent être modélisées à l'aide de formules établies de longues date.

Dans la suite de la description, on entendra par "subsonique" une vitesse inférieure à 330 m/s, par exemple de l'ordre de 200 m/s, et par "supersonique" une vitesse supérieure à 330 m/s, par exemple de l'ordre de 500 m/s.

On se réfère maintenant à la figure 1 pour décrire un premier mode de réalisation d'un dispositif d'aide à la détection de la trajectoire d'un projectile, que l'on assimilera à une balle à titre d'exemple.

Le dispositif comprend, tout d'abord, une alimentation 1 apte à alimenter en énergie une source de rayonnement électromagnétique 2 qui délivre un faisceau dont les caractéristiques spectrales, la puissance, la divergence et la section sont choisies. Ce faisceau F est ensuite mis en forme par de premiers moyens optiques 3, de type lentille, puis, une fois mis en forme, émis dans un secteur angulaire choisi centré sur une direction choisie par un module d'émission 4.

Le module d'émission 4 est réalisé préférentiellement sous la forme d'un miroir divergent (comme illustré sur la figure 3), ou sous la forme d'un module de balayage bidimensionnel.

Bien entendu, le dispositif pourra utiliser un module d'émission comprenant une lentille permettant de générer un faisceau divergent dans un plan donné, éventuellement couplée à des moyens de balayage dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan de divergence.

Lorsque l'on utilise un unique miroir divergent, le faisceau émis FE est délivré sous forme d'un cône centré sur une direction choisie. De préférence, on choisit un miroir capable de délivrer le faisceau sous un angle solide d'ouverture au moins égale à 10 , et plus préférentiellement supérieure à 30". Un angle de divergence de 300 permet ainsi d'obtenir une zone (ou champ) de détection approximativement circulaire dont le rayon est d'environ 100 m, à 400 m de l'émetteur.

Bien entendu, dans ce mode de réalisation, le miroir divergent peut être, soit fixe, soit orientable pour permettre d'effectuer des détections dans des zones différentes.

Lorsque le module d'émission est un module de balayage bidimensionnel, le faisceau émis FE est focalisé, et par conséquent très peu divergent. Dans ce cas, la surface de la zone de détection peut être adaptée selon l'environnement de détection, par exemple par reprogrammation du mode de balayage.

Le module de balayage est constitué, de préférence, d'un micromoteur asservi capable de déplacer un miroir plan selon deux directions de rotation différentes, afin de quadriller un espace sensiblement bidimensionnel.

Lorsque la perturbation locale générée par une balle ou bien de tout autre projectile) intersecte le faisceau émis FE (dans l'exemple illustré, la perturbation locale est une onde de choc ou un sillage), une partie de ce dernier se rétrodiffuse, et par conséquent revient, sous la forme d'un faisceau rétrodiffusé FR, en direction du module d'émission 4, et à proximité de celui-ci. Il est donc possible de le collecter au voisinage de son lieu d'émission.

Dans l'exemple illustré sur la figure 2, le module de réception 5 destiné à recevoir une partie du faisceau rétrodiffusé FR est positionné à côté du module d'émission 4; bien entendu, on peut prévoir un mode de réalisation dans lequel le module de réception entoure le module d'émission.

Le faisceau rétrodif fusé FR arrive sur le module de réception 5 sous un angle O par rapport à sa normale, cet angle8 dépendant, d'une première part, de l'orientation du module de réception 5, d'une seconde part, de la trajectoire T de la balle par rapport à l'emplacement au sol dudit module de réception 5 et, d'une troisième part, de l'orientation du faisceau émis FE par rapport à la normale définissant l'orientation du module de réception 5.

Le faisceau rétrodif fusé FR, qui arrive au niveau du module de réception 5, est mis en forme par de seconds moyens optiques 6, puis délivré au niveau d'un détecteur 7 qui présente un champ semblable à celui de la source, et est préférentiellement réalisé sous la forme d'une matrice bidimensionnelle de capteurs 8 (comme illustré sur la figure 4). Bien entendu, le détecteur 7 peut être constitué d'un unique capteur.

Lorsque le détecteur comprend une matrice (ou multiplicité) de capteurs, ceux-ci subdivisent respectivement le champ (ou zone) de détection en sous-champs angulaires.

Les capteurs 4 sont, par exemple, des capteurs photo-électriques capables de détecter un rayonnement électromagnétique dans une plage de longueurs d'onde centrée sur la longueur d'onde du faisceau émis, et de fournir un signal électrique (courant ou tension) proportionnel à l'intensité du rayonnement électromagnétique qu'ils collectent respectivement.

Chaque capteur 4 est couplé à un module de traitement 9, sur lequel on reviendra plus loin.

Entre le détecteur 7 et le module de traitement 9, on peut prévoir un ou plusieurs modules de filtrage 10, qui seront décrits plus loin, ainsi qu'un module de traitement du signal (de type amplificateur).

En raison de la vitesse importante de déplacement d'une balle, le type de rayonnement électromagnétique choisi pour effectuer la détection revêt une importance particulière.

La source la mieux appropriée pour ce genre de détection est une source laser, comme par exemple un laser à CO2 ou un laser de type YAG.

De tels lasers ont déjà fait leurs preuves dans le domaine météorologique, pour étudier des variations, par exemple d'indices, dans les différentes couches atmosphériques.

Le laser à CO2 est tout particulièrement indiqué, dans la mesure où il offre des puissances importantes, tout en assurant une bonne sécurité oculaire, ce qui est très important en milieu urbain. Ces raisons sont encore renforcées par le fait que le dispositif selon l'invention peut être couplé à d'autres modes de détection pouvant faire appel à ce même type de source laser à CO2.

Afin que l'on puisse réellement déterminer le lieu d'intersection I entre le faisceau émis FE et la perturbation locale générée par la balle, ou par la balle elle-même, il est préférable que ledit faisceau émis soit de type pulsé, et que la largeur temporelle de l'impulsion formant ledit faisceau T1 soit relativement courte, typiquement 10 ns, ou quelques dizaines de ns.

Dans les deux régimes de vitesse, il sera souvent utile d'effectuer plusieurs mesures, par exemple au moins trois, pour reconstituer avec précision la trajectoire d'un projectile et/ou déterminer son origine.

De plus, étant donné que, dans certaines circonstances (tirs intensifs, par exemple), il est impératif d'effectuer une détection permanente, il est particulièrement intéressant que la source de rayonnement électromagnétique, ici un laser, soit de type impulsionnel, c'est-à-dire qu'elle délivre une impulsion de façon répétitive selon une période TR.

Pour ce faire, on peut prévoir entre l'alimentation 1 et le laser 2 un module de stockage d'énergie 11 qui délivre à la source laser 2 la quantité d'énergie nécessaire à l'impulsion toutes les périodes TR.

La durée de cette période TR va fixer les limites en distance de la détection. En effet, pour éviter toute complication de traitement, ainsi que des échos parasites, il est préférable que le temps mis par le faisceau émis FE pour aller du laser 2 au lieu d'intersection I additionné au temps mis par le faisceau rétrodif fusé FR pour aller de ce même lieu d'intersection au détecteur 7 soit strictement inférieur à la période TR.

Compte tenu du fait que la vitesse de la lumière vaut environ 3 x 108 m/s, si le dispositif doit détecter des balles situées à environ 1 500 mètres, il faut que la période TR soit supérieure à 10 ps. En revanche, si la balle à détecter se trouve à environ 75 mètres, cette période TR doit être supérieure à 0,5 ps.

Préférentiellement, on prévoit une source laser de type impulsionnel dont la période de répétition TR est adaptable entre environ 0,1 Hs et 20 ps.

Bien entendu, on pourra choisir des périodes de répétition TR beaucoup plus grandes, ou plus petites. Cependant, cette période de répétition ne doit pas être trop longue, de sorte que la balle n'ait pas le temps de parcourir une distance importante entre deux impulsions.

Une période TR de 10 ps est bien appropriée dans ce cas, puisqu'elle n'autorise qu'un déplacement de la balle de l'ordre du centimètre entre deux impulsions consécutives.

De tels déplacements centimétriques ne permettent pas une évolution significative de la perturbation locale entre deux impulsions consécutives. Par conséquent, on peut confirmer une première mesure par une ou plusieurs mesures suivantes.

La Société Raytheon Company propose un laser CO2 dont les caractéristiques conviennent pour un dispositif selon l'invention (largeur d'impulsion de quelques dizaines de ns, portée d'environ 5 km, puissance de 5 watts, et longueur d'onde de 10,6 hum). Les capteurs appropriés à la détection de ce type de longueur d'onde utilisent, par exemple, des semiconducteurs refroidis à 770K.

Bien évidemment, d'autres types de sources pourraient être envisagés. Le choix du laser dépend en fait essentiellement de la longueur d'onde utilisée, laquelle dépend de critères tels que, d'une part, le non-endommagement des yeux des personnes qui évoluent dans la zone de détection, et d'autre part, l'optimisation de la diffraction (ou diffusion) du rayonnement électromagnétique par la perturbation locale.

Cette optimisation peut être calculée à partir de logiciels existants (connus de l'homme de l'art), tels que, par exemple, celui commercialisé par la Demanderesse sous le nom "SIGNATURE". Les paramètres d'optimisation sont notamment l'épaisseur de la couche "de choc" ou les caractéristiques du sillage.

La détermination du lieu d'intersection I reposant sur une mesure de durée, il est impératif de définir une référence temporelle pour chaque impulsion. Pour ce faire, on prélève en sortie de la source laser 2 une partie du faisceau F qu'elle délivre. Il en résulte un faisceau prélevé FP qui est orienté, de préférence, sur un photodétecteur 12 qui délivre, à réception de chaque impulsion, un courant au module de traitement 9. Ce courant fournit au module de traitement 9 un temps de référence (ou origine) à partie duquel est comptée la durée mise par le faisceau émis FE puis le faisceau rétrodiffusé FR pour partir de cette même source laser 2 et parvenir jusqu'au module de traitement 9. C'est ce temps d'aller retour qui permet de déterminer la distance qui sépare le lieu d'intersection I du module de réception 5.

Puis, connaissant cette distance, l'angle d'incidence du faisceau rétrodif fusé par rapport à la normale au module de réception 5, l'angle d'émission du module d'émission 4 par rapport à la normale au module de réception 5, ainsi que la position du ou des capteurs 8, de la matrice de détection du détecteur 7, touchés par le faisceau rétrodif fusé FR, on peut en déduire précisément la position tridimensionnelle (ou distance radiale) du lieu d'intersection I entre le faisceau émis FE et la perturbation locale générée par la balle, ou par la balle elle-même.

Par définition, on appellera écho de projectile un signal optique véhiculé par le faisceau rétrodiffusé FR et détecté par un capteur entre deux impulsions successives.

Si besoin est, la position déterminée peut être rapportée par un changement de référentiel à un second référentiel.

Préférentiellement, le module de détection 7 et/ou de réception 5 sont agencés pour effectuer une mesure de vitesse relative à la perturbation locale au lieu d'intersection I.

Bien que cette mesure de vitesse puisse être effectuée par comparaison entre des mesures de position successives, il est particulièrement avantageux qu'elle soit réalisée par une analyse de Doppler (détermination du décalage entre la longueur d'onde émise et la longueur d'onde rétrodiffusée).

Préférentiellement, le module de traitement 9 comprend une mémoire 13 pour mémoriser chaque mesure de position du point d'intersection I en correspondance du temps d'émission de 1 'impulsion associée.

un tel dispositif peut être réalisé à partir d'un "LIDAR" (dispositif radar à laser) utilisé dans d'autres domaines d'application, et notamment la météorologie.

Préférentiellement, le module de traitement 9 est connecté à un moniteur, de sorte qu'une fois la position du point d'intersection I déterminée, on puisse la matérialiser par rapport à un référentiel tridimensionnel pouvant également contenir une représentation des différents immeubles et/ou obstacles entourant le dispositif de détection. Cela permet de matérialiser la position de la perturbation locale, ou de la balle, à l'instant de la mesure, dans le lieu géographique faisant l'objet de la détection.

La Demanderesse s'est aperçue qu'il était possible de mettre les données relatives à un très grand nombre de trajectoires théoriques différentes, associées éventuellement à des lieux de départ différents, sous la forme d'une table de correspondance.

Ainsi, afin de pouvoir estimer la trajectoire complète T de la balle qui a causé la perturbation locale en le lieu d'intersection I, le module de traitement 9 comprend de préférence une table de correspondance stockée dans une zone de mémoire 14, et dans laquelle se trouve mémorisée une pluralité de multiplets comprenant chacun des coordonnées représentatives de données de distances radiales associées chacune à une trajectoire de projectile, un temps d'émission correspondant, et éventuellement un lieu de départ et une vitesse.

En variante de cette table de correspondance, on peut prévoir une fonction de transfert prédéfinie permettant d'estimer la trajectoire T du projectile ainsi que son lieu de départ O à partir de la donnée de distance radiale et de son temps d'émission associé, ainsi que, de préférence, la vitesse déduite par l'analyse Doppler.

Lorsque le module de traitement comprend la table de correspondance, lestimation de la trajectoire s'effectue par comparaison entre le couple formé par la donnée de distance radiale qui vient d'être déterminée et le temps d'émission associé, et l'un des multiplets mémorisés. Une fois le multiplet déterminé, on en déduit immédiatement la trajectoire T de la balle ainsi que son lieu de départ O, lesquels peuvent être ensuite matérialisés sur l'écran du moniteur 15, dans le référentiel associé au lieu géographique de détection.

Il est clair que la détermination du lieu de départ O de la balle est grandement facilité lorsque le module de traitement 9 possède une carte tridimensionnelle de l'espace qui l'environne.

Afin d'améliorer la précision de l'estimation de la trajectoire, il est préférable de recommencer plusieurs fois, au moins trois, la mesure de position (ou distance radiale) de la perturbation locale, en effectuant sur les mesures qui suivent la première mesure un filtrage temporel et/ou spatial.

En effet, une fois la première position (ou distance radiale) déterminée, on connaît la fenêtre temporelle pendant laquelle on doit détecter l'écho de projectile résultant de l'interaction entre qui va être émise et la perturbation locale qui vient d'être détectée.

Il est alors possible, à l'aide d'un module de filtrage 10 approprié d'effectuer un filtrage temporel sur les seuls signaux électriques délivrés par le détecteur 7 pendant cette fenêtre temporelle.

Le filtrage temporel est en fait un équivalent de ce que l'on appelle dans le domaine des radars une "fenêtre-distance" (voir figure 5).

Sur cette figure 5 se trouve illustrée une réponse en intensité de courant d'un capteur 8 appartenant à une ligne et une colonne particulières de la matrice de détection du détecteur 7, en fonction du temps écoulé depuis l'émission de la dernière impulsion.

On peut également effectuer un filtrage spatial sur la cohérence du ou des signaux électriques délivrés par le ou les capteurs 4 ayant été touchés par le faisceau rétrodiffusé
FR.

Le filtrage spatial consiste, par exemple, en une comparaison entre la position du ou des capteurs 8 de la matrice de détection du détecteur 7 touchés par le faisceau rétrodiffusé
FR suite à une impulsion référencée, et la position du ou des capteurs ayant fait l'objet de la détection lors de l'impulsion précédente. Ainsi, lorsque les capteurs touchés diffèrent notablement d'une mesure à l'autre, on en déduit que les deux échos détectés ne correspondent pas à la même perturbation locale, et la dernière mesure peut alors être rejetée.

Bien entendu, le filtrage spatial peut être effectué par le module de traitement 9, par comparaison entre la position déterminée précédemment et celle qui vient de l'être.

Un module de filtrage 10 assurant à la fois un filtrage temporel et un filtrage spatial peut également être envisagé.

Il est clair que l'on peut ne prévoir que l'un ou l'autre des deux filtrages. Mais il est également clair que l'affinage de la donnée de distance radiale mesurée sera d'autant meilleur que le filtrage sera complet.

Les différentes étapes de procédé permettant de déterminer la trajectoire d'un projectile sont résumées sur la figure 6, sous forme d'un algorithme. Cette détermination comprend - une première étape 100 dans laquelle on émet une première impulsion; - une seconde étape 110 dans laquelle on procède à la détection d'un écho corrélé à l'émission de l'impulsion; - une troisième étape 120 dans laquelle on détermine la position du lieu d'intersection I entre le faisceau émis FE et la perturbation locale, ainsi qu'éventuellement la vitesse de cette perturbation locale en I; - une éventuelle quatrième étape 130 dans laquelle on effectue un filtrage spatial et/ou temporel, cette étape peut être également réalisée avant l'étape 120, et peut être complétée par un filtrage de vitesse; - une cinquième étape 140 dans laquelle on procède à la mémorisation dans la zone de mémoire 14 de la position du lieu d'intersection I déterminée (ou distance radiale), associée au temps d'émission de l'impulsion correspondante et éventuellement à la vitesse associée si celle-ci a été déterminée à l'étape 120; et - une sixième étape 150 dans laquelle on estime la trajectoire du projectile détecté.

Deux cas se présentent alors - soit la donnée de distance radiale est cohérente, et par conséquent on peut estimer la trajectoire; - soit cette donnée de distance radiale n'est pas cohérente et par conséquent il faut tenter d'obtenir d'autres données de distances radiales.

Lorsque l'estimation est possible, on passe à une étape 160 dans laquelle on détermine le lieu de départ O du projectile, puis éventuellement on visualise la trajectoire complète du projectile depuis son lieu de départ O.

Dans le cas contraire (impossibilité d'estimer la trajectoire), on retourne à la première étape 100 afin d'effectuer de nouveau les étapes 100 à 150 autant de fois que cela s'avère nécessaire à l'estimation de la trajectoire de la balle, puis on passe à l'étape 160, ce qui ramène au cas ci-dessus.

Lorsque l'estimation de la trajectoire s'effectue à laide d'une table de correspondance, celle-ci peut également comprendre dans chacun de ses multiplets une donnée indiquant le type de projectile correspondant aux autre données dudit multiplet.

On se réfère maintenant à la figure 7 pour décrire un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention.

Le premier mode de réalisation illustré figure 2 décrivait un dispositif à détection dite "incohérente", dans la mesure où l'impulsion émise par le laser ne comportait comme seul marquage temporel que sa largeur temporelle. Par conséquent, la détection effectuée sur l'écho de projectile (faisceau rétrodiffusé FR) ne portait que sur la valeur de longueur d'onde dudit faisceau rétrodiffusé.

Dans ce second mode de réalisation, on effectue une détection dite "cohérente".

Pour ce faire, le dispositif comprend une source de rayonnement électromagnétique, de caractéristiques sensiblement identiques à celles décrites en référence au premier mode de réalisation, qui délivre au niveau d'un interféromètre 32 un faisceau modulé par un modulateur 31. Une première partie du faisceau F entrant dans cet interféromètre 32 est mis en forme par des moyens optiques 33 de type lentille, puis adressée à un module d'émission 34.

Comme dans le premier mode de réalisation, les caractéristiques du faisceau émis FE dépendent du type de module d'émission 34 choisi (lentille divergente et/ou module de balayage.

Le faisceau rétrodiffusé FR qui est réceptionné, est sensiblement colinéaire à la direction principale d'émission du faisceau émis FE, et par conséquent suit un trajet inverse à celui suivi par FE. Il traverse donc le module de balayage 34, puis le module de mise en forme optique 33, puis l'interféromètre 32.

En raison du traitement interférométrique réalisé, seul le faisceau rétrodif fusé FR qui possède une modulation sensiblement identique à la modulation du faisceau émis FE est adressé au module de réception 35, qui l'adresse alors à un module de traitement 36 après traversée d'un module de traitement du signal 37. Dans ce mode de réalisation, le module de réception 35 peut comprendre le second module optique 6, le module de détection 7 et le ou les modules de filtrage 10 dont il a été question dans la description du premier mode de réalisation (illustré sur la figure 2).

Lorsque le module d'émission 4 comprend un module de balayage, on prévoit également un module de contrôle de balayage 38 piloté par le module de traitement 36.

Par ailleurs, tout comme dans le premier mode de réalisation, le module de traitement 36 peut être connecté à un moniteur 39 pour visualiser les résultats (trajectoire, lieu de départ, lieu d'intersection).

L'interféromètre 32 permet également de fournir au module de traitement 36 une référence temporelle pour chaque impulsion, dans la mesure où une seconde partie du faisceau F qui est émise par la source 30 est prélevée à chaque impulsion et dirigée directement vers le module de réception 35.

Un tel interféromètre 32 permet d'effectuer directement une mesure de vitesse par analyse Doppler.

Pour le reste, le fonctionnement de ce second mode de réalisation est sensiblement identique à celui du premier mode de réalisation décrit précédemment.

L'algorithme illustré sur la figure 6 peut par conséquent lui être appliqué moyennant de très légères modifications accessibles à l'homme de l'art. Il est donc inutile de revenir dessus.

Le choix entre la détection cohérente et la détection incohérente dépendra, en particulier, du rapport estimé entre les flux cohérent et incohérent renvoyés par la perturbation locale, et/ou du degré de complexité souhaité pour le dispositif et par conséquent du degré de précision.

L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits précédemment, ainsi qu'aux procédés associés, mais elle embrasse toutes les variantes que pourra développer l'homme de l'art dans le cadre des revendications ci-après.

Ainsi, on a décrit un exemple dans lequel on effectue la détection sur une perturbation locale de type onde de choc ou sillage, mais il est clair que cette détection peut aussi bien s'effectuer sur le projectile lui-même ou sur les particules de poudre et/ou les gaz qui sont entraînés par celui-ci.

Par ailleurs, il est clair que les dispositifs décrits précédemment, pourront être associés à un ou plusieurs autres types de détection complémentaire, comme par exemple une détection acoustique, ou infrarouge, ou encore hyperfréquence.

Ainsi, on pourra coupler un dispositif selon l'invention à un dispositif de pré-alerte capable de détecter l'émission d'un projectile, par exemple de façon acoustique, ledit dispositif selon l'invention détectant ensuite la perturbation locale dans la région d'origine de l'émission après passage du projectile. Ainsi, on pourra utiliser comme dispositif de pré-alerte un micro agencé pour déclencher le dispositif selon l'invention, ou bien un module capable de faire une première estimation de l'origine de l'émission (ou tir), laquelle estimation sera ensuite affinée par le dispositif selon l'invention.

Enfin, on peut envisager de coupler le dispositif selon l'invention à des moyens de riposte propres à être placés dans une configuration calculée à partir du lieu de départ déterminé et éventuellement du type de projectile déterminé, de sorte qu'ils puissent atteindre la région contenant le lieu de départ.

Claims (28)

Revendications

1. Procédé d'aide à la détection de la trajectoire d'un projectile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) prévoir une source de rayonnement électromagnétique de caractéristiques spectrales, de puissance et de champ choisis, de sorte que le rayonnement émis admette un marquage temporel, ainsi qu'un détecteur ayant des caractéristiques spectrales et un champ semblables à ceux de ladite source, pour fournir des échos dus à la rétrodiffusion du rayonnement émis par la source, b) faire fonctionner la source dans un secteur angulaire choisi et en des temps choisis, c) faire fonctionner le détecteur sur une partie au moins du champ illuminé par la source, de sorte que la perturbation locale due à un éventuel projectile se traduise par un écho capté, dit "écho de projectile", d) rapprocher le rayonnement émis du rayonnement capté, pour déterminer au moins une donnée de distance radiale pour chaque éventuel écho de projectile, rapportée à un temps d'émission, ce qui facilite la détermination de la trajectoire du projectile.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape a) la source de rayonnement électromagnétique est de type impulsionnel.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à l'étape a), la source de rayonnement électromagnétique est un laser.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape d) on procède à une analyse spatiale, par sous-champs angulaires, de la géométrie de chaque écho.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape d) on procède à un affinage en distance radiale par une analyse temporelle de chaque écho.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes e) recommencer au moins une fois les étapes b) à d) pour obtenir plusieurs données de distance radiale associées à un même écho de projectile; et f) estimer la trajectoire du projectile ainsi que son lieu de départ à partir desdites données de distance radiale et des temps d'émission associés.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'estimation effectuée à l'étape f) résulte d'un calcul effectué à l'aide d'une fonction de transfert prédéfinie.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'estimation effectuée à l'étape f) résulte d'une comparaison entre les données de distance radiale déterminées et une table de correspondance comportant une pluralité de multiplets comprenant chacun des coordonnées représentatives de données de distance radiale associées à une trajectoire de projectile et un lieu de départ.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape f) on détermine également une donnée de vitesse du projectile au niveau de la perturbation locale détectée.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la détermination de vitesse est réalisée par analyse Doppler d'échos.

11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la détermination de vitesse résulte d'une comparaison entre au moins deux données de position déterminées en correspondance de deux temps d'émission consécutifs.

12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que l'étape f) comprend une détermination du type du projectile par comparaison entre sa trajectoire, sa vitesse et son lieu de départ, et une autre table de comparaison mémorisée.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la perturbation locale détectée est une onde de choc et/ou un sillage.

14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'à l'étape a) on prévoit en outre un module de pré-alerte capable de détecter l'émission d'un projectile et de provoquer le fonctionnement de la source de rayonnement électromagnétique en cas d'une telle détection.

15. Dispositif d'aide à la détection de la trajectoire d'un projectile, caractérisé en ce qu'il comprend a) une source de rayonnement électromagnétique de caractéristiques spectrales, de puissance et de champ choisis, de sorte que le rayonnement émis admette un marquage temporel, b) un détecteur ayant des caractéristiques spectrales et un champ semblables à ceux de ladite source, pour fournir des échos dus à la rétrodiffusion du rayonnement émis par la source, et c) des moyens de traitement couplés au détecteur et à la source, et propres, d'une part, à faire fonctionner la source et le détecteur dans des secteurs angulaires respectifs choisis et en des temps choisis de sorte que la perturbation locale due à un éventuel projectile se traduise par un écho capté, dit "écho de projectile", et d'autre part, à rapprocher le rayonnement émis du rayonnement capté, pour déterminer au moins une donnée de distance radiale pour chaque éventuel écho de projectile, rapportée à un temps d'émission, de sorte que la détermination de la trajectoire du projectile soit facilitée.

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la source de rayonnement électromagnétique est de type impulsionnel.

17. Dispositif selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que la source de rayonnement électromagnétique est un laser.

18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le laser est de type laser à CO2.

19. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 18, caractérisé en ce que le détecteur comprend une multiplicité d'éléments de détection subdivisant le champ de détection en sous-champs angulaires et propres à fournir aux moyens de traitement une partie au moins de l'écho de projectile détecté en référence au sous-champ qu'ils définissent respectivement, et en ce que les moyens de traitement comprennent un premier module propre à analyser spatialement la géométrie de chaque écho en fonction des sous-champs angulaires fournis par les éléments de détection touchés par le rayonnement rétrodiffusé formant écho.

20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent, d'une part, des moyens de mémorisation propres à stocker une donnée de distance radiale en correspondance de son temps d'émission, et d'autre part, un second module propre à affiner une donnée de distance radiale par une analyse temporelle d'écho.

21. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 20, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont agencés pour estimer la trajectoire du projectile ainsi que son lieu de départ à partir de plusieurs données de distance radiale.

22. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 21, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent également un troisième module propre à estimer la donnée de vitesse du projectile au niveau de la perturbation locale détectée.

23. Dispositif selon la revendication 22, caractérisé en ce que le troisième module est un analyseur d'écho par effet

Doppler.

24. Dispositif selon l'une des revendications 22 à 23, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent également un filtre propre à déterminer la cohérence d'une donnée de distance radiale courante avec au moins une autre donnée de distance radiale précédente.

25. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 24, caractérisé en ce que les moyens de détection et les moyens de traitement font partie d'un dispositif de type LIDAR.

26. Dispositif selon l'une des revendications 21 à 25, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'affichage propres à permettre la visualisation de la trajectoire du projectile et de son lieu de départ dans un repère tridimensionnel.

27. Dispositif selon l'une des revendications 15 à 26, caractérisé en ce que la source comporte un miroir divergeant propre à délivrer le rayonnement émis sous un angle solide d'ouverture au moins égale à 10 , et de préférence supérieure à 300.

28. Dispositif selon l'une des revendications 17 à 26, caractérisé en ce que la source comporte des moyens de balayage propres à délivrer le rayonnement émis dans des secteurs angulaires choisis.