FR2775074A1 - Appareil d'identification et de telemetrie pour engins, fusees et aeronefs a reaction - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un télémètre passif destiné à détecter des objets qui émettent un rayonnement.Elle se rapporte à un télémètre qui comprend un miroir (20) de balayage et un système optique (22, 73, 74, 77, 29) destiné à former une image sur un réseau de diffraction (24). Un arrangement détecteur (25) reçoit le rayonnement diffracté dans plusieurs bandes de longueurs d'onde étroites du flanc de l'aile rouge d'une bande d'absorption atmosphérique. D'autres détecteurs de l'arrangement (25) détectent la pointe bleue du rayonnement. Le rayonnement est modulé par un disque (75).Application à l'identification et à la mesure de distance d'engins, de fusées et d'aéronefs.

Description

La présente invention concerne un appareil passif d'identification et de

télémétrie, permettant l'iden-

tification et la détermination de la distance d'un objet tel qu'un aéronef à réaction, une fusée ou un engin, d'après 5 des mesures spectrophotométriques infrarouges.

Un appareillage passif d'identification et de télémétrie pour engins et aéronefs, en milieu militaire, fonctionnant d'après le rayonnement présenté pendant le vol de l'engin ou de l'aéronef, a des avantages évidents.10 La possibilité de la détermination de la distance d'un aéronef par mesure de son rayonnement infrarouge

est décrite dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n 3 103 586 et 3 117 228. Ces documents décrivent des arrangements dans lesquels le rayonnement infrarouge total15 recu en provenance d'un aéronef est comparé à la proportion de rayonnement reçu à travers un filtre qui coupe le rayon-

nement des bandes d'absorption de l'anhydride carbonique et de l'oxyde d'azote de l'atmosphère. Lorsque l'aéronef est à une distance relativement faible, de l'ordre de20 1 km ou moins, ces mesures présentent une différence importante car une certaine proportion du rayonnement émis dans la bande d'absorption atteint le point d'observation malgré l'absorption atmosphérique. Dans l'hypothèse o le rayonnement émis initialement a la répartition spectrale du rayonnement du. corps noir à une température particulière, ces documents décrivent des procédés et appareils destinés à déduire une mesure de distance de la différence entre les mesures. Cependant, aux distances plus grandes, l'absorption atmos- phérique devient très semblable à celle qui est donnée30 par le filtre, la différence entre les mesures devient relativement faible et insensible à une augmentation de distance. Dans le cas des engins, fusées ou aéronefs à réaction modernes,il est très souhaitable d'effectuer des identifications et des mesures de distance à des distances bien supérieures à 1 km. La présente invention concerne un dispositif passif de télémétrie convenant aux engins, fusées ou aéronefs et-pouvant- donner des indications utiles 2 de distance bien au delà de 1km. Dans de telles mesures, il est important de noter que le rayonnement vu dans une observation quelconque d'un engin, d'une fusée ou d'un aéronef à grande vitesse placé à distance est la résultante 5 de plusieurs contributions et a donc une répartition spectrale

qui diffère notablement de la simple courbe du rayonnement de Planck. Les inventeurs ont constaté que, avec des consi-

dérations détaillées et compte tenu des complications de l'application décrite, il est possible d'effectuer10 des mesures utiles de distance sur des engins, des fusées ou des aéronefs à des distances bien supérieures à 1 km, par des mesures de radiométrie passive, comprenant plusieurs mesures dans des bandes particulières étroites et bien choisies de longueurs d'onde. Les mesures peuvent aussi15 être utilisées pour l'identification de divers types d'engins,

de fusées ou d'aéronefs.

L'invention concerne plus précisément un appareil passif de télémétrie destiné à determiner la distance d'un objet tel qu'un aéronef, une fusée ou un engin qui20 émet un rayonnement infrarouge et ayant des caractéristiques sous forme d'une pointe bleue et d'une aile rouge, comme indiqué dans la suite et comprenant: - un dispositif optique destiné à former une image réelle d'un champ de vision, - un dispositif sepctrophotométrique qui comprend une ouverture d'entrée disposée afin qu'elle reçoive une partie au moins de l'image réelle,un dispositif dispersif destiné à séparer le rayonnement infrarouge à différentes longueurs d'onde et un détecteur destiné à mesurer le30 rayonnement reçu dans des parties distinctes de l'ouverture d'entrée et dans plusieurs bandes étroites de longueurs d'onde, sur le flanc d'une bande d'absorption atmosphérique du spectre infrarouge, et - un dispositif de traitement de données destiné à recevoir les signaux de mesure du rayonnement du détecteur et à identifier un rayonnement localisé d'aéronefs, de

fusées ou d'engins et à donner des signaux d'indication de distance à partir des signaux de mesure du rayonnement.

De préférence, le spectrophotomètre comporte un dispositif de mesure du rayonnement de la lueur solaire dans une bande de longueurs d'onde comprise au dessous de 2,9 g et le dispositif de traitement de données comporte un dispositif destiné à soustraire les corrections de

la lueur solaire des signaux de mesure du rayonnement.

Le rayonnement de la lueur solaire est de préférence mesuré dans le second ordre de diffraction du dispositif dispersif dans une bande de longueurs d'onde telle que ladiffractiondu second ordre se trouve dans la bande d'absorption atmosphérique du rayonnement diffracté du premier ordre. De préférence, le spectrophotométre comporte un dispositif de mesure du rayonnement dans une bande de longueurs d'onde qui se trouve dans la pointe bleue et du rayonnement d'une bande de longueurs d'onde adjacente à la pointe bleue, le dispositif de traitement de données comprenant un dispositif destiné à former des signaux

d'identification à partir de ces mesures.

Le détecteur peut comprendre une rangée d'éléments détecteurs disposés afin qu'ils reçoivent le rayonnement d'une ou de plusieurs parties de l'aile rouge, à distance du flanc de la bande d'absorption, et plusieurs rangées d'éléments détecteurs disposés de manière qu'ils reçoivent le rayonnement d'étroites bandes de longueurs d'onde du flanc de la bande d'absorption, chaque rangée ayant plusieurs

éléments détecteurs disposés afin qu'ils reçoivent le rayonnement de parties distinctes de l'ouverture d'entrée.

Il peut aussi comprendre une rangée d'éléments détecteurs30 destinés à recevoir le rayonnement de la lueur solaire, à une longueur d'onde inférieure à 2,9 g, une rangée d'éléments détecteurs destinés à recevoir le rayonnement de la pointe

bleue et une rangée d'éléments détecteurs disposés afin qu'ils reçoivent le rayonnement d'une bande de longueurs35 d'onde adjacente à la pointe bleue.

Un engin, une fusée ou un aéronef en vol en grande vitesse émet un rayonnemnet infrarouge à partir des surfaces qui s'échauffent aérodynamiquement, et ce - 4 rayonnement a une répartition spectrale correspondant sensiblement à la courbe de rayonnement du corps noir pour la température considérée de surface. Il produit aussi un rayonnement infrarouge considérable à partir 5 des gaz d'échappement de la fusée ou du moteur de propulsion; la plus grande partie peut être formée du rayonnement

du corps noir dû auxgaz ou produitsde combustion à une température particulière différente mais, surtout dans le cas d'un engin ou d'une fusée, un rayonnement considérable10 peut être émis sous une forme caractéristique des produits ou réactionschimiquesparticuliers, dans les gaz d'échappement.

Ainsi, le spectre est au moins une combinaison d'au moins deux courbes de rayonnement du corps noir et il peut être très complexe; il diffère beaucoup du rayonnement du15 corps noir à une seule température. Le spectre observé dépend de l'attitude de l'engin par rapport à l'axe de vision de l'observateur puisque, pour diverses attitudes, des partiesdu corps de l'engin peuvent cacher en partie le panache des gaz d'échappement (ou ce panache peut cacher20 le corps). Dans toute observation d'un objet très éloigné, le rayonnement observé comprend probablement une certaine quantité due à l'éclairement du ciel ou d'un autre fond continu au voisinage de l'objet; il peut aussi comprendre une contribution importante de la lumière solaire réfléchie25 par l'objet vers l'observateur. Ces deux contributions, lorsqu'elles sont importantes, ont le spectre de la lumière

solaire modifiée par la transmission sur une très grande distance dans l'atmosphère; on les appelle donc rayonnement de la lueur solaire. La proportion de ce rayonnement observé30 dépend des directions relatives du soleil et de l'observateur ainsi que des conditions ambiantes.

L'anhydridecarbonique et l'oxyde d'azote présents dans l'atmosphère forment une bande d'absorption intense allant d'environ 4,1 à 4,3 A. Dans la plupart35 des cas, le panache des gaz d'échappement d'un engin, d'une fusée ou d'un aéronef comporte une zone centrale contenant de l'anhydridecarbonique chaud qui émet fortement dans la région de cette bande d'absorption ou à proximité; cependant, le rayonnement dans cette bande est fortement absorbé par l'anhydride carbonique plus froid des régions marginales du panache et présent dans l'atmosphère entre l'aéronef et l'observateur. En conséquence, le spectre 5 observé pour un engin ou aéronef à grande vitesse éloigné a une pointe nette, appelée pointe bleue, du côté des

courtes longueurs d'onde de la bande d'absorption précitée et très près de celle-ci, et un spectre beaucoup plus large, appelé aile rouge, du côté des grandes longueurs10 d'onde d'absorption.

Les inventeurs ont constaté que, compte tenu d'une étude détaillée et de la prise en considération de la complexité de la situation, des mesures utiles de distance pouvaient être effectuées pour des engins, fusées15 ou aéronefs, jusqu'à des distances bien supérieures à 1 km, par spectrophotométrie infrarouge passive comprenant plusieurs mesures dans des étroites bandes particulières

de longueurs d'onde convenablement choisies, comme décrit dans la suite. Ces mesures permettent l'identification20 de divers types d'engins par exemple et la distinction entre les engins et les aéronefs à grande vitesse.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va

suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels25 - la figure 1 est un graphique représentant des exemples de spectres du rayonnement de la lueur solaire avec les observations d'un engin placé à distance, les abcisses représentant la longueur d'onde en microns et les ordonnées l'intensité;30 - - la figure 2 est une perspective schématique représentant les caractéristiques essentielles d'un mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est un graphique représentant la caractéristique de transmission (en ordonnée) d'un filtre qui peut être utilisé éventuellement dans des modes de réalisation de l'invention, en fonction de la longueur d'onde (portée en abcisse); - la figure 4 est une vue en plan représentant 6 un arrangement de détecteurs infrarouges utilisés dans le mode de réalisation de la figure 2; - la figure 5 est un graphique représentant l'absorption due à la vapeur d'eau de l'atmosphère et des exemples de spectres observés à différentes distances pour un engin éloigné, en fonction de la longueur d'onde (portée en abcisse en échelle linéaire), les ordonnées reprsentant l'atténuation ou l'intensité; - la figure 6 est un graphique représentant des exemples de réponses reçues lors de la mesure de rayon- nement provenant d'un engin éloigné, à plusieurs longueurs d'onde particulières en fonction de la distance, portéeen abcisse (avec une échelle logarithmique), la réponse étant portée en ordonnée, avec une échelle logarithmique;15 - la figure 7 est une coupe schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention; et

- les figures 8, 9 et 10 représentent d'autres détails du mode de réalisation de la figure 7.

Sur la figure 1, la courbe 1 en traits interrompus représente un exemple de spectre du rayonnement de la lueur solaire, comprenant deux bandes d'absorption 2 et 3. La courbe en traits pleins représente un exemple de spectre provenant d'un engin éloigné, comprenant une pointe bleue 4 et une aile rouge 5. Les bâtonnets du trait placé25 sous la figure indiquent des étroites bandes de longueurs d'onde qui sont utilisées en particulier dans les modes de réalisation de l'invention décrits dans la suite du présent mémoire. Le bâtonnet 7 désigne une bande de longueurs d'onde utilisée pour la mesure du rayonnement de la lueur30 solaire, le bâtonnet 8 une bande adjacente à la pointe bleue, vers les courtes longueurs d'onde et les bâtonnets 9 des bandes utilisées pour la mesure de la pointe bleue; les bâtonnets 10 représentent des bandes se trouvant sur le flanc de l'aile rouge, près de la bande d'absorption35 3, le bâtonnet 11 désigne une bande se trouvant au centre de l'aile rouge. Les symboles X1 à >4 désignent les longueurs d'onde des bandes individuelles de longueurs d'onde du groupe 10, et la référence >11 représente la longueur

d'onde de la bande 11.

La figure 2 est une perspective schématique représentant les caractéristiques essentielles d'un télémètre passif selon l'invention. Un miroir réglable de balayage 20 est disposé afin qu'il reçoive le rayonnement infrarouge 21 d'un champ distant de vision et le dirige dans un télescope infrarouge 22. Celui-ci forme une image réelle du champ

de vision dans le plan de la fente d'entrée 23 d'un spectropho-

tomètre qui comporte un élément dispersif sous forme d'un réseau 24 de diffraction et d'un arrangement d'éléments détecteurs infrarouges 25. Les signaux de cet élément

parviennent à un appareil 26 de traitement de données.

Le spectrophotomètre est naturellement protégé contre la lumière parasite éventuelle par une enceinte 27. Une addition éventuelle mais souhaitable à cet appareil est constituée par un filtre 28 qui se trouve juste au dessus ou au dessous de la fente 23. Le spectrophotomètre comporte aussi une lentille achromatique 29 qui collimate la lumière provenant de la fente 23 et une lentille achromatique20 30 qui focalise la lumière diffractée provenant du réseau

24 sur la plan de l'arrangement 25.

La figure 3 représente la caractéristique de transmission du filtre souhaitable mais éventuel 28.

Il a une étroite bande passante comprise entre 2,1 et25 2,2 y, il retient le rayonnement aux longueurs d'onde inférieures à 2,1 A et aux longueurs d'onde comprises entre

2,2 et 3,0 g, et il a une caractéristique passe-haut uniforme entre 4 et 5 g.

La figure 4 représente sous forme agrandie un

arrangement 25 qui comporte des éléments détecteurs infra-

rouges sous forme d'un arrangement rectangulaire de rangées et de colonnes. L'appareil de la figure 2 est disposé de manière que le rayonnement qui passe par la fente 23 d'entrée provienne d'une bande verticale formée dans le champ de vision, et le rayonnement provenant à différentes hauteurs apparait à différentes positions transversalement à l'arrangement, dans la direction de la flèche 50 de la figure 4. L'effet dispersif du reseau 24 de diffraction est perpendiculaire à cette direction si bien que le rayonnement des différentes bandes de longueurs

d'onde est étalé le long de l'arrangement dans la direc-

tion de la flèche 51 de la figure 4. L'arrangement comporte une rangée de détecteurs 40 disposés de manière qu'ils reçoivent le rayonnement dans la bande de longueursd'onde indiquée par le bâtonnet 8 sur la figure 1. L'arrangement comporte au moins une rangée 41 de détecteurs disposés afin qu'ils reçoivent une des bandes 9 de longueursd'onde;

ils comportent au moins deux telles rangées et celles-

ci doivent être assez étroites pour assurer une mesure satisfaisante de la crête de la pointe bleue. Une rangée de détecteurs 43 est disposée de manière qu'ils reçoivent le rayonnement diffracté du second ordre dans la bande indiquée par le bâtonnet 7 de la figure 1. La rangée 43

est entourée par les rangées 42 et 44 qui doivent norma-

lement recevoir très peu de rayonnement; elles sont placées à un endroit o elles ne peuvent recevoir que le rayonnement diffracté du second ordre à des fréquences qui se trouvent en dehors de l'étroite bande passante du filtre 28 ou du rayonnement diffracté du premier ordre dans la bande 3 d'absorption, mais émis thermiquement par les constituants de l'atmosphère ou par des objets qui se

trouvent dans le champ de vision à une distance relati-

vement faible de 1 km ou moins, pouvant être appelé rayonnement du premier-plan. Un certain nombre de rangées de détecteurs 45 à 49 sont disposées à des emplacements tels qu'elles reçoivent des signaux des bandes de longueurs d'onde de l'aile rouge représentées en 10 et 11 sur la figure 1. Le nombre réel de rangées et de colonnes de détecteurs est arbitraire, et on peut utiliser un plus grande nombre de rangées, dans le but décrit dans

le présent mémoire.

Les réponses des détecteurs sont mesurées

à intervalles réguliers de temps, mises sous forme numé-

rique et conservées par l'appareil 26 de traitement de données. Les signaux des détecteurs des rangées 42 et 44 représentent le rayonnement du premier plan, les interférences électriques probablesaffectant également tous les canaux des signaux, les signaux étant soustraits de toutes les réponses correspondantes. En particulier,

ils sont soustraits des réponses des détecteurs correspon-

dants de la rangée 43 afin que les signaux obtenus repré-

sentent le rayonnement de la lueur solaire dans la bande 7 de la figure 1. Si l'on considère que ces signaux sont une mesure du rayonnement de la lueur solaire et une fois connu son spectre, compte tenu des effetsdes conditions météorologiquessur la forme du spectre de la lueur solaire, des estimations de la contribution du rayonnement de la lueur solaire aux réponses dans toutes les bandes mesurées peuvent être effectuées. La mesure à la longueur d'onde la plus grande 11 risque de présenter le meilleur rapport signal/bruit et peut être utilisée préférentiellement pour l'identification des objets intéressants qui peuvent se révéler être des engins ou un aéronef. En consequence, les réponses des détecteurs de la rangée 49 sont étudiées afin que des réponses élevées isolées ou des petits groupes de réponses de valeur supérieure à la moyenne, adjacentes en hauteur ou dans le temps, soient déterminées. Comme le miroir 20 de la figure 2 analyse normalement en azimut, les réponses détectées à des moments différents proviennent de directions différentes en azimut. Les largeurs des détecteurs individuels. dans la direction 50, compte tenu du système optique et du réglage du miroir 20 de "10 balayage en hauteur, déterminent les éléments de hauteur, et les instants des mesures, compte tenu du balayage en azimut du miroir 20, déterminent les éléments en azimut, dans lesquels chaque objet éloigné intéressant peut apparaître; cependant, lorsque l'objet éloigné recoupe les limites de tels éléments entre les instants de mesure, son rayonnement peut être réparti entre les réponses adjacentes dans le temps ou en position de détection dans l'arrangement 25. Les phénomènes naturels qui créent

ou réfléchissent un rayonnement détectable par l'arran-

gement le font normalement sur une surface relativement grande donnant des séquences plus longues de réponses élevées adjacentes. Des objets tels que les crêtes des vagues qui réfléchissent la lumière du soleil, peuvent être distingués car ils ont le spectre du rayonnement de la lueur solaire et ils ne présentent pas de réponse plus grande dans les canaux de l'aile rouge que celle qui peut être prévue d'après une correction tirée de la réponse des détecteurs des canaux de la lueur solaire

dans la rangée 43, à la même hauteur.

Ainsi, certaines réponses peuvent être choisies par divers algorithmes comme indiquant la possibilité de la présence d'objets intéressants, garantissant une considération plus importante des réponses correspondantes dans d'autres bandes de fréquences. Pour chaque objet intéressant, la réponse reçue a la valeur de crête de la pointe bleue (dans la bande de longueursd'onde 9 mesurée par les détecteurs 41) et les réponses dans la bande adjacente 8 (mesurées par les détecteurs 40) sont corrigées chacune par soustraction du rayonnement du premier plan et estimation des contributions du rayonnement

de la lueur solaire, et leur rapport est déterminé. Lors-

que l'objet paraît donner une seule réponse isolée, celle-

ci est considérée pour les mesures mais, lorsque le rayon-

nement provenant de l'objet intéressant paraît être étalé sur n réponses adjacentes, ces réponses peuvent être ajoutées et la correction de lueur solaire multipliée par n est soustraite du total, dans les mesures à chacune des bandes de longueursd'onde. Le rapport précité des signaux corrigés du canal 9 et du canal 8 forme une mesure de la hauteur de la pointe bleue, et on a constaté qu'il constituait un signal utile d'identification d'ob- jets, ayant des valeurs différentes pour différents

types d'engins et d'aéronefs.

Lorsque l'objet a été ainsi identifié comme étant un engin ou un aéronef de type connu, les signaux de l'aile rouge mesurés par les détecteurs des rangées à 49 incluses peuvent en outre être examinés afin que la distance soit déterminée. Dans la gamme des longueurs d'onde intéressantes (entre >1 et 11), la radiance d'un objet peut être représentée par la formule:

S = A1 [1 + A2 ( - / 11)]

dans laquelle A1 et A2 sont des constantes convenant au

type particulier d'objet concerné.

Un coefficient de transmission représentant la proportion du rayonnement transmis dans une plage R, soumis à l'absorption par l'anhydride carbonique et l'oxyde nitreux atmosphérique, est donnée approximativement par la formule: t = a exp(-bR) (2) dans laquelle a, b et c sont des paramètres qui dépendent de la longueur d'onde, de la pression atmosphérique et des conditions atmosphériques, variant aussi lentement

avec la distance. La vapeur d'eau présente dans l'atmos-

phère a des effets relativement faibles et insensibles sur le spectre qui peuvent être pris en compte par un coefficient supplémentaire de transmission t' = (1-wR) exp(-w oR) (3) w étant une constante mais w variant légèrement avec la longueur d'onde comme indiqué par la courbe 55 en

traits interrompus de la figure 5.

La réponse observable à une longueur d'onde quelconque \ dépend du produit de ces trois facteurs Stt' et, si l'on considère le rapport de la réponse à une première longueur d'onde x et de la réponse à une autre longueur d'ondeA y, on doit prévoir que ce rapport est: 1+A ( 1-W R axC C =stt'X xl t+21 x- 11 t -xRta xC - xl 4 Txy Stt'(yx) = (1+A2( - (1-W R) a p(byR Y-b xR (4) dans lequel les suffixes x et y sont utilisés pour la détermination des valeurs convenant aux longueurs d'onde x et y. Sur la figure 5, les croix de repères de la courbe 55 indiquent qu'il est possible de choisir des

longueurs d'onde particulières >1' 2' 2 3' /4 pour les-

quelles le paramètre w a une même valeur; il est aussi possible de choisir de nombreuses paires de longueurs d'onde pour lesquelles wX = wy. Ainsi, les longueurs d'onde peuvent être choisies de manière que le terme

dû à l'absorption par la vapeur d'eau puisse être négligé.

Le paramètre A2 dépend du type d'objet observé et une

valeur convenable peut être choisie d'après l'identifica-

tion de l'objet en fonction du rapport précité des signaux corrigés des réponses de la pointe bleue. Des valeurs convenables des paramètres ax ay, by, bx, c et xy sont choisies d'après les conditions météorologiques existantes et peuvent être réglées par adaptation après une première estimation de la distance. En consequence, les valeurs théoriques des rapports des diverses réponses peuvent être calculées pour diverses distances, et elles peuvent

être comparées aux rapports des observations expérimen-

tales réelles après correction des effets notables éven-

tuels du rayonnement de la lueur solaire; une valeur de la distance R peut être déterminée par des techniques connues d'adaptation de courbe qui donnent la meilleure

corrélation entre les résultats théoriques et expérimen-

taux, pour chaque objet intéressant. L'appareil 26 de

traitement de données effectue ces opérations.

Au lieu d'utiliser l'équation 1 décrite précédem-

ment, l'appareil 26 peut utiliser des jeux de valeurs mémorisées de la fonction 1 + A2 (> - \11) pour diverses longueurs d'onde > et divers types d'objets. Le jeu qui donne la meilleure corrélation peut alors être choisi et être pris comme confirmation ou comme indication

plus spécifique du type de l'objet observe.

La nature des effets de la distance sur les réponses aux diverses longueurs d'onde est indiquée

par les courbes en traits pleins des figures 5 et 6.

Sur la figure 5, ces courbes en traits pleins représentent la variation des réponses d'un exemple d'engin à diverses longueurs d'onde lorsque l'engin est à une distance relativement courte (courbe 56), moyenne (courbe 57) et plus grande (courbe 58). Sur la figure 6, les courbes , 61, 62 et 63 représentent respectivement les réponses reçues d'un exemple d'engin à quatre fréquences 1, 2 3 et 4 des bandes 10 représentées sur la figure 1, en

fonction de la distance, en échelles logarithmiques.

Ces figures montrent clairement que, lorsqu'un objet est d'abord observé à distance relativement grande, son

rayonnement a des longueurs d'onde 1 et k2 et probable-

ment insignifiant ou indétectable, mais le rapport de la réponse à la longueur d'onde '4 divisée par la réponse à la longueur d'onde 4 est une indication sensible et utile de la distance. Lorsque l'objet se rapproche, la réponse à la longueur d'onde >2 augmente et le rapport de la réponse à la longueur d'onde \3 divisée par la

réponse à la longueur d'onde 2 devient alors une indica-

tion sensible et utile sur la distance. Lorsque l'objet s'approche encore plus, la réponse à la longueur d'onde N1 augmente et le rapport des réponses aux longueurs d'onde \2 et 1 devient alors une indication sensible de la distance. Ceci suggère un arrangement plus simple

et différent de l'appareil 26 de traitement de données.

Après soustraction des corrections correspondant au rayonnement du premier plan, aux interférences électriques et au rayonnement de la lueur solaire, l'appareil 26 peut être programmé afin qu'il détermine le nombre de réponses corrigées significatives dans l'aile rouge, puis qu'il sélectionne et calcule le rapport convenable comme indiqué précédemment, et qu'il donne ensuite une estimation sur la distance de l'objet par comparaison du rapport

choisi à des resultats empiriques memorises correspon-

dants d'observations effectuées sur un objet de type semblable. Lorsque le filtre 28 est omis, les corrections nécessitées par la lueur solaire doivent tenir compte des effets des rayons diffractés dans le second ordre entre 2,0 et 2,5 microns, si bien que les corrections

peuvent être relativement grandes et moins certaines.

Certains détecteurs peuvent être cachés afin qu'ils ne reçoivent pas de rayonnement si bien que leurs signaux indiquent alors les interférences électriques. Lorsque le filtre 28 est utilisé, il est préférable qu'il soit placé dans une partie du système optique dans laquelle les rayons sont parallèles (par exemple sous la lentille

29 de la figure 2), car ces caractéristiques de transmis-

sion peuvent être notablement affectées par l'angle d'incidence du rayonnenment, mais ceci peut nécessiter

un filtre de plus grande surface.

Le nombre d'éléments détecteurs nécessaire dans l'arrangement peut être réduit par obtention d'une couverture totale en hauteur uniquement dans la rangée

49 ou d'autres rangées qui sont utilisées pour l'identi- fication des objets intéressants. Les autres rangées peu-

vent être réduites afin qu'elles donnent des mesures sur une gamme limitée de hauteurs lorsqu'un système automatique assure le réglage en hauteur du miroir 20 de balayage de manière que l'image d'un objet quelconque

intéressant soit placée sur l'axe central de l'arran-

gement 25. La conservation d'une couverture modérée en hauteur dans les rangées utilisées pour la mesure de la pointe bleue et à la longueur d'onde la plus grande de mesure 4 peut être avantageuse afin que les signaux d'identification de l'objet et les mesures à grande

distance puissent être obtenus avant optimisation du ré-

glage en hauteur. Les autres rangées de l'arrangement peuvent être réduites considérablement dans l'hypothèse o

le réglage en hauteur est optimisé avant que leur utilisa-

tion soit nécessaire. D'autre part, l'ensemble de l'arran-

gement a une plus grande capacité d'observation d'un objet qui apparait simultanément dans des parties différentes

du champ de vision.

Comme noté précédemment, la fente d'entrée 23 doit être réalisée afin qu'elle reçoive le rayonnement d'une bande verticale dans le champ de vision. Avec l'arrangement fondamental simple représenté sur la figure 2, ceci nécessite que l'ensemble de l'appareil tourne avec le mouvement de balayage en azimut du miroir 20. Il est très souhaitable d'incorporer iun dispositif compensant la rotation de l'image, dans le système optique, en amont de l'appareil spectrophotométrique, afin d'éviter ce phénomène. Certains avantages peuvent être obtenus par utilisation d'un spectrophotomètre ayant au moins deux fentes d'entrée modulées séparément par une roue de hachage; certaines des rangées de l'arrangement de détecteurs au moins peuvent alors être placéesafin qu'elles effectuent deux ou trois opérations, par réception dans des bandes différentes de fréquences, du rayonnement provenant par des fentes d'entrée différentes, les réponses correspondantes étant distinguées par leur diagramme différent de modulation. Lorsqu'une fente particulière d'entrée est utilisée pour les mesures de la lueur solaire dans la bande 7, elle peut comporter un filtre qui ne transmet que les longueurs d'onde comprises entre 2,1 et 2,2 microns, les autres fentes pouvant avoir un filtre transmettant le rayonnement entre 4,0 et 5,0 microns, à la place d'un filtre spécial ayant les caractéristiques

représentées sur la figure 3.

La figure 7 est une coupe schématique en éléva-

tion représentant un appareil télémétrique ayant ces variantes. Sur la figure, les éléments ayant des références allant de 20 à 30 correspondent aux éléments de références correspondantes de la figure 2. Le miroir 20 de balayage est représenté monté sur un pivot horizontal 70 placé dans un boîtier 71 qui peut tourner sur un palier 72 lors

du balayage en azimut. Il faut noter que, alors que le téles-

cope 22 et les lentilles 29 et 30 sont représentés sché-

matiquement sous forme de simple lentilles, des lentilles multiples déjà connues peuvent être utilisées. Des rayons provenant du télescope 22 sont réfléchis par un miroir incliné 73 dans un dispositif 74 destiné à compenser

la rotation. Ce dispositif 74 a deux surfaces réfléchis-

santes en forme de V, placées sur un montage rotatif et

commandées afin qu'elles tournent d'une quantité corres-

pondant à la moitié de la rotation de réglage du boîtier 71 sur le palier 72; il est de préférence commandé par un ensemble asservi destiné à stabiliser l'image (non représenté) et qui est aussi commandé par les mouvements de l'appareil entier placé sur une plate-forme mobile telle

qu'un navire ou un aéronef. Après réflexion par le dispo-

sitif 74, les rayons passent par une ouverture formée dans le miroir incliné 73 et forment une image réelle dans le plan de la surface arrière d'une roue 75 de

découpage qui est entraînée en rotation par un moteur 76.

La figure 8 représente une partie de la roue , vue depuis le dispositif 74, par l'intermédiaire de l'ouverture dans le miroir 73. Les zones hachurées de la figure 8 sont opaques en réalité. La roue 74 a trois pistes totalement translucides 80, 81 et 82, et un certain nombre de pistes de modulation 83 à 88 inclus, ayant chacune un dessin ou diagramme distinctif de parties opaques et translucides. Comme représenté, chacune des pistes a un dessin formé d'arcs égaux alternativement translucideset transparentessi bien que chaque piste transmet le rayonnement modulé à une fréquence distincte de découpage. La rotation du dispositif 74, par rapport à celle du boîtier 71, est telle que chaque piste de la roue 75 reçoit et transmet le rayonnement provenant d'une bande sensiblement verticale et légèrement courbe du champ de vision. Lorsque l'horizon se trouve dans le champ de vision analysé, il apparaît dans l'image formée par le système optique sous forme d'une ligne transversale aux pistes de découpage comme représenté par la référence

89 sur la figure 8. Comme toutes les pistes sont circu-

laires, elles sont légèrement courbes, mais avec des rayons bien supérieurs à la largeur de l'image. Les ajustements du balayage en hauteur qui provoquent un pivotement du miroir 20 autour du pivot 70 provoquent

un déplacement de l'image du champ de vision sur l'ouver-

ture du spectrophotomètre comme indiqué par la flèche 18 de la figure 8; les réglages du balayage en azimut

par rotation du boîtier 71 déplacent l'image sur l'ouver-

ture dans la direction de la flèche 19 de la figure 8.

Le rayonnement transmis par les parties translu-

cides du disque 75 de découpage est renvoyé par un prisme 77 sur la lentille collimatrice achromatique 29. Celle-ci transmet le rayonnement au réseau réfléchissant 24, et les rayons diffractés sont focalisés par la lentille dans le plan de l'arrangement des éléments détecteurs 25. Un filtre infrarouge 78 qui transmet le rayonnement - entre 4,0 et 5,0 microns est formé soit par dépôt à la face avant du prisme 77 soit par montage sur cette face, très près des pistes du disque 75, et il est disposé de manière qu'il intercepte le rayonnement provenant

des pistes 80 à 87 inclus, mais non celui de la piste 88.

La figure 9 représente les connexions électriques

d'exemples d'éléments détecteurs 90 de l'arrangement 25.

Chaque détecteur 90 est relié par un filtre séparé 91 à plusieurs ensembles de filtrage 92 qui sont accordés afin qu'ils soient sensibles à des signaux ayant les diverses fréquences de découpage f1 à f6' produites

par la rotation des pistes 83 à 88 inclus de la roue 75.

Les signaux des filtres 92 sont mis sous forme numérique,

mémorisés et utilisés pour la formation de signaux d'iden-

tification d'objets et de signaux de distance comme décrit précédemment, dans l'appareil 26 de traitement

de données. Comme les pistes différentes 83 à 88 trans-

mettent le rayonnement de différentes bandes de l'image du champ de vision, les réponses par un objet éloigné quelconque apparaissent dans le signal de sortie provenant des différentes pistes avec divers retards relatifs dans le temps, dépendant de la séparation des pistes et du mouvement de balayage azimutal du boîtier 71. Les signaux des détecteurs peuvent ête resynchronisés avec des retards convenables ou ils peuvent être mémorisés à des emplacements qui correspondent à l'emplacement des parties du champ de vision dont ils proviennent afin que réponses d'un objet éloigné particulier soient convenablement corrélées. A cet effet, l'appareil 26 de traitement de signaux peut être réalisé afin qu'il puisse

recevoir par des lignes 93 et 94 des signaux de transduc-

teurs non représentés qui sont destinés à indiquer les réglages en azimut et en hauteur du miroir 20, et, par

l'intermédiaire de lignes 95 et 96, des signaux représen-

tant les ajustements du dispositif 74 de compensation de rotation d'image et de stabilisation d'image. Lorsqu'il

attribue les réponses des emplacements de mémoire, l'appa-

reil utilise les signaux des transducteurs avec des décalages afin que le déplacement relatif des pistes par

lesquelles le rayonnement a été reçu, soit pris en considé-

ration. Ainsi, lorsque le signal du transducteur azimutal représente la direction en azimut de la partie du champ de vision qui forme une image sur le trajet de la piste 83 et lorsque cette piste donne une fréquence de découpage fl, les réponses mesurées à la sortie des filtres accordés à la fréquence f1 sont conservées à des emplacements qui dépendent du signal du transducteur en azimut avec un décalage nul, mais, si f6 représente la fréquence de découpage correspondant à la piste 88, la réponse

reçue des filtres raccordés à la fréquence f6 est conser-

vée à des emplacements choisis avec un décalage représen-

tant le déplacement azimutal relatif de la région du

champ de vision qui forme une image sur la piste 88.

Le fait que différentes pistes voient des parties différentes du champ de vision est une complication considérable et un inconvénient dû a l'utilisation de plusieurs pistes ou fentes d'entrée; il implique par exemple que, lorsque l'appareil est utilise en mode

passif ou en poursuite pour l'examen d'un objet particu-

lier intéressant, un mouvement résiduel de balayage de l'image en direction azimutale doit être conservé afin que l'image de l'objet choisi balaie toutes les pistes utilisées pour l'obtention de réponses de mesures

de sa distance.

La figure 10 représente l'arrangement des détecteurs utilisés en réalité dans l'arrangement 25 du mode de réalisation de la figure 7. L'arrangement est placé de manière que le rayonnement dans différents éléments de hauteur du champ de vision soit réparti transversalement à l'arrangement dans la direction de la flèche 100; le rayonnement aux différentes longueurs d'onde est dispersé transversalement à l'arrangement dans la direction de la flèche 101. Les directions 100 et 101 de la figure 10 correspondent aux directions 50

et 51 respectivement de la figure 4. Les détecteurs repré-

sentés forment huit rangées 110 à 117 représentées sur la figure 10. La rangée la plus longue 110 a une région centrale de vingt détecteurs 118 entourés de deux sections d'extrémités comprenant chacune cinq détecteurs allongés 119. Cette rangée de détecteurs 110 est placée de manière qu'elle reçoive le rayonnement diffracté du premier ordre des trois pistes translucides continues 80, 81 et 82 du disque 75 à trois longueurs d'onde différentes de la région de l'aile rouge 5 du spectre d'un exemple d'engin. Ils sont utilisés lorsque le dispositif est en moide surveillance dans lequel le boîtier 71 et le miroir 70 tournent de façon continue à une vitesse relativement grande. Ce balayage continu provoque un balayage de l'image d'un objet éloigné sur les trois pistes 80, 81 et 82 rapidement. Lorsque l'objet est un engin éloigné, son rayonnement a tendance à former trois pointes successives dans la réponse de l'un quelconque des détecteurs ou dans deux détecteurs adjacents de la rangée 110. Les sources naturelles d'un rayonnement de l'aile rouge qui ont tendance a être moins localisées, forment plutot un pic étendu unique au lieu de trois pics successifs. Lorsqu'un engin ou un aéronef est présent, cette réponse caractéristique à trois pics doit se répéter pour chaque tour du boîtier 71; les détecteurs de la rangée 110 sont reliés à des circuits numériques qui sont réalisés de manière qu'ils détectent les pics triples répétés et qu'ils donnent alors une réponse. Deux, quatre ou cinq pistes analogues peuvent évidemment être utilisées à la place de trois. La distance séparant les pistes et/ou la vitesse de balayage en azimut peuvent être réglées de manière que la période de la réponse multiple obtenue soit égale à l'une des fréquences de découpage f1 à f6, permettant à un circuit détecteur correspondant d'être utilisé afin que la détection des réponses soit facilitée. Ainsi, les objets intéressants qui peuvent

être des engins ou des aéronefs sont identifiés et l'appa-

reillage est automatiquement commuté en mode de vérifica-

tion dans lequel le mouvement de balayage passe à une vitesse plus faible lorsqu'il se rapproche d'une position quelconque dans laquelle un objet intéressant a été identifié et lorsqu'il balaie cette position. Dans ce mode, les pistes interrompues 83 à 88 de la roue de découpage sont utilisées avec les autres détecteurs de l'arrangement 25 représenté sur la figure 10. Une autre rangée 111 comprend vingt détecteurs placés afin qu'ils reçoivent les longueurs d'onde diverses de l'aile rouge par l'intermédiaire des pistes 83, 84 et 85 et qu'ils reçoivent le rayonnement diffracté du second ordre à la

longueur d'onde de 2,15 microns transmis par la piste 88.

Quatre rangées comprennent chacune deux détecteurs 112, 113, 114 et 115, et deux rangées 116 et 117 de détecteurs sont placées afin qu'elles reçoivent le rayonnement de la pointe bleue provenant des pistes 86 et 87 de la _ * _. _1 i _ K. figure 8. Ces pistes 86 et 87 et les détecteurs de la rangée 116 et 117 sont plus étroits que le reste des pistes des autres détecteurs afin que la résolution spectrale soit plus fine dans la mesure de la pointe bleue. Comme représenté, huit détecteurs sont placés dans la rangée 116 et dix dans la rangée 117, mais le nombre de détecteurs utilisés dans une rangée quelconque est évidemment arbitraire. Il faut noter que les figures

8 et 10 ne sont pas à l'échelle.

Les signaux des détecteurs des rangées 111 à 117 incluses, représentant le rayonnement reçu à diverses

longueurs d'onde, sont distingués par des circuits repré-

sentés sur la figure 9, et ces signaux sont utilisés comme décrit précédemment en référence aux figures 4

à 6 pour la formaiton de signaux d'identification represen-

tant le type d'objet identifié et les estimations de distance. Bien que les pistes modulées de la roue 75

de découpage soit représentées avec des arcs égaux alter-

nativement transparents et opaques, elles peuvent aussi avoir des séquences distinctes ou des dessins codés de parties transparentes et opaques, et dans ce cas les circuits 92 de filtrage de la figure 9 sont remplaces par des circuits de corrélation. A la place des parties opaques, on peut utiliser des parties réfléchissantes

ou émettrices d'un rayonnement continu tel que le rayon-

nement du corps noir, à la température de l'appareil.

Des arrangements comprenant des miroirs de focalisation ou des combinaisons de lentilles ou de miroirs peuvent

être utilisés à la place des lentilles.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1. Télémètre passif, destiné à la détermination de la distance d'un objet tel qu'un aéronef, une fusée ou un engin qui émet un rayonnement infrarouge, le rayonne- ment reçu ayant une caractéristique (4) sous forme d'une 5 pointe bleue du côté des courtes longueurs d'onde d'une bande d'absorption atmosphérique (3) et une caractéristique sous forme d'une aile rouge du côté des grandes longueurs d'onde de la bande d'absorption atmosphérique, ledit télémètre comprenant un dispositif optique destiné à former une10 image réelle d'un champ de vision (20, 22) et étant caractérisé en ce qu'il comporte: - un spectrophotomètre comportant une ouverture d'entrée (23) disposée afin qu'elle reçoive une partie au moins de l'image réelle, un dispositif dispersif (24) destiné à séparer le rayonnement infrarouge à différentes longueurs d'onde, et un détecteur (25) destiné à mesurer le rayonnement provenant de parties différentes de l'ouverture d'entrée et dans plusieurs étroites bandes de longueurs d'onde distinctes sur un flanc de la bande d'absorption20 atomosphérique du spectre infrarouge et - un dispositif (26) de traitement de données destiné à recevoir des signaux de mesure de rayonnement du détecteur (25) et à identifier le rayonnement localisé d'un aéronef, d'une fusée ou d'un engin et à former des

signaux représentatifs de distance à partir des signaux de mesure du rayonnement.

2. Télémètre passif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le spectrophotomètre comporte un dispositif (28, 78, 88) de mesure du rayonnement de la lueur solaire (7), dans une bande de longueurs d'onde inférieure à 2,9 A et en ce que le dispositif de traitement de données comporte un dispositif destiné à soustraire des corrections dues à la lueur solaire, des signaux de mesure de rayonnement.35

3. Télémètre passif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de mesure de la lueur solaire comporte un dispositif (43, 28) de mesure du rayonnement de la lueur solaire dans le faisceau diffracté du second ordre du dispositif dispersif, dans une bande de longueurs d'onde telle que cette diffraction

du second ordre existe dans la région de la bande d'absorp-

tion atmosphérique (3) du rayonnement du faisceau diffracté

du premier ordre.

4. Télémètre passif selon l'une des revendica-

tions 1 et 2, caractérisé en ce que le spectrophotomètre comporte un dispositif (41) de mesure du rayonnement dans une bande de longueurs d'onde incluse à la pointe bleue et le rayonnement dans une bande de longueurs d'onde adjacente à la pointe bleue (40) et le dispositif de traitement de données comporte un dispositif destiné à former des signaux d'identification à partir de ces

mesures.

5. Télémètre passif selon la revendication

1, caractérisé en ce que le détecteur comporte un arran-

gement d'éléments détecteurs (40, 49), chaque élément ayant une position telle qu'il reçoit le rayonnement d'une partie distincte de l'ouvertue d'entrée, dans

une étroite bande particulière de longueurs d'onde.

6. Télémètre passif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'arrangement des éléments détecteurs comporte une rangée d'éléments détecteurs (49) disposés de manière qu'ils reçoivent le rayonnement d'une ou plusieurs parties de l'aile rouge du flanc de la bande d'absorption, et plusieurs rangées de détecteurs (45, 48) disposées de manière qu'ils reçoivent le rayonnement d'étroites bandes de longueurs d'onde du flanc de la bande d'absorption, chaque rangée comprenant plusieurs eléments détecteurs disposés afin qu'ils reçoivent le

rayonnement de parties distinctes de l'ouverture d'entrée.

7. Télémètre passif selon l'une des revendica-

tions 5 et 6, caractérisé en ce que l'arrangement comporte [35 une rangée d'éléments détecteurs (43) disposés de manière qu'ils reçoivent le rayonnement de la lueur solaire à

une longueur d'onde inférieure à 2,9 microns.

8. Télémètre passif selon l'une des revendica-

tions 5 et 6, caractérisé en ce que l'arrangement comprend une rangée d'éléments détecteurs disposés de manière qu'ils reçoivent un rayonnement provenant de l'intérieur de la pointe bleue (41) et une rangée d'éléments détecteurs disposés de manière qu'ils reçoivent le rayonnement d'une bande de longueurs d'onde adjacente à la pointe

bleue (40).

9. Télémètre passif selon l'une des revendica-

tions 1 et 2, caractérisé en ce que le spectrophotomètre comporte plusieurs ouvertures d'entrée sous forme de

pistes translucides ou partiellement translucides (80-

88) formées sur une roue rotative de modulation (75).

10. Télémètre passif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif optique comporte un dispositif rotatif (20) destiné à balayer le champ de vision et à balayer l'image de ce champ sur l'ouverture

ou les ouvertures d'entrée du spectrophotomètre.

11. Télémètre passif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la roue de modulation (75) a plusieurs pistes totalement translucides (80-88) et le dispositif de traitement de données (26) comporte des circuits (91-96) réalisés spécialement de manière qu'ils distinguent les réponses formées lorsqu'une source localisée d'un rayonnement est balayée transversalement

aux pistes.

12. Télémètre passif selon la revendication 9,

caractérisé en ce que la roue de modulation (75) a plu-

sieurs pistes ayant chacune un dessin distinct de parties translucides et opaques, et en ce que certains au moins

des éléments détecteurs sont reliés à des circuits sensi-

bles spécifiquement aux modulations produites par ces dessins afin que des signaux distincts de mesure du rayonnement représentant les quantités de rayonnement reçu par lesdits éléments par l'intermédiaire des pistes

soient formés.

13. Télémètre selon la revendication 10, caracté-

risé en ce qu'il comporte un dispositif destiné à réduire la vitesse de balayage du dispositif optique chaque fois que la surface de l'objet suspecté est balayée

sur l'ouverture ou les ouvertures d'entrée du spectropho-

tomètre.