FR2888333A1 - Laser radiation source detection and localization device for e.g. military field , has cross network disposed between laser radiation source and imaging optical apparatus, such that diffraction orders of network are reproduced on detector - Google Patents

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Abstract

The device has a detector (1) e.g. charge-coupled device camera, sensitive to a laser radiation, disposed in an image field of an imaging optical apparatus (2), and an electronic signal processing unit connected to the detector. A cross network (3) is disposed between a laser radiation source and the apparatus, such that the diffraction orders of the network are reproduced on the detector. A spectral filter (4) is placed upstream of the detector. An independent claim is also included for a method of detecting and localizing laser radiation source using a laser radiation source detection and localization device.

Description

Dispositif de détection et de localisationDetection and localization device

de sources de rayonnement laser La présente invention concerne un dispositif pour la détection et la localisation de sources de rayonnement laser, comprenant un détecteur sensible au rayonnement disposé dans le champ d'image d'une optique de reproduction et un moyen électronique de traitement du signal lié au détecteur. L'invention concerne également un procédé de détection et de localisation de sources de rayonnement laser faisant usage d'un tel dispositif.  The present invention relates to a device for detecting and locating laser radiation sources, comprising a radiation-sensitive detector disposed in the image field of a reproduction optic and an electronic signal processing means. linked to the detector. The invention also relates to a method for detecting and locating laser radiation sources making use of such a device.

Etant donné que dans le domaine militaire les appareils laser sont utilisés à des fins très diverses, des moyens de détection suscepti- bles de découvrir de telles sources laser sont nécessaires pour la protection vis-à-vis de menaces et pour le déclenchement de contre-mesures à l'encontre de celles-ci. Des dispositifs de ce type sont connus par exemple par le brevet DE 33 23 828 C2 ou le brevet DE 35 25 518 C2. Ces dispositifs sont utilisés pour détecter et locali- ser des sources laser pulsées, telles qu'on en utilise par exemple dans des illuminateurs de cibles ou dans des télémètres. Le rayonnement laser utilisé en pareil cas se situe le plus souvent dans le domaine infra-rouge proche et, de ce fait, n'est pas perceptible par l'oeil humain. Les dispositifs dits d'alerte laser connus présupposent que les impulsions laser très courtes arrivent directement sur le détecteur, de sorte qu'ils présentent une sensibilité suffisante pour une ouverture de balayage de quelques millimètres seulement.  Since in the military field laser devices are used for a wide variety of purposes, detection means capable of discovering such laser sources are necessary for the protection against threats and for the triggering of counterfeits. measures against them. Devices of this type are known for example from DE 33 23 828 C2 or DE 35 25 518 C2. These devices are used for detecting and locating pulsed laser sources, as used, for example, in target illuminators or rangefinders. The laser radiation used in such cases is most often in the near infra-red domain and, therefore, is not perceptible by the human eye. The so-called known laser warning devices presuppose that the very short laser pulses arrive directly on the detector, so that they have a sufficient sensitivity for a scanning aperture of only a few millimeters.

Dans un autre type d'application, des armes telles que des obus et des missiles sont guidées à l'aide d'un rayon laser qui, au départ, n'est pas dirigé directement sur la cible, mais sur l'obus ou sur 2888333 2 le missile, à l'intérieur duquel est placé un détecteur de laser. Le guidage du vol est réalisé au moyen de ce détecteur le long de l'axe du rayon, le tireur, par un pointage adapté du rayon, amenant l'obus ou le missile jusqu'à la cible, sur une trajectoire choisie par lui. Ce type de guidage est connu sous le nom de guidage par alignement (beam-rider). Le rayon laser, dans ce type d'application, n'étant dirigé directe-ment sur la cible que dans la phase terminale, le rayonnement laser, vu depuis la cible, pendant la phase d'approche du projectile concerné, ne peut être détecté que de manière indirecte en tant que rayonnement diffusé ou en tant que rayonnement réfléchi. Ces fractions de rayonne-ment indirect, cependant, sont considérablement plus faibles que le rayonnement direct lui-même. Par ailleurs, les lasers employés étant le plus souvent des lasers continus de faible puissance ou des lasers pulsés à fréquence d'impulsions élevée mais à faible puissance d'impul- sion de crête, la sensibilité des détecteurs d'alerte laser connus, très souvent, est insuffisante pour une détection de la menace. Cette situation est encore aggravée par le fait que l'on doit détecter le rayonne-ment laser de faible puissance en plein air, sur le fond de rayonnement puissant de la lumière du jour ou parmi la lumière brillante délivrée par des sources de lumière artificielle.  In another type of application, weapons such as shells and missiles are guided by a laser beam that initially is not directed directly at the target but at the shell or 2888333 2 the missile, inside which is placed a laser detector. Guiding the flight is performed by means of this detector along the ray axis, the shooter, by a suitable pointing radius, bringing the shell or missile to the target on a path chosen by him. This type of guidance is known as beam-rider guidance. The laser beam, in this type of application, being directed directly to the target only in the terminal phase, the laser radiation, seen from the target, during the approach phase of the projectile concerned, can not be detected only indirectly as scattered radiation or as reflected radiation. These indirect radiation fractions, however, are considerably lower than the direct radiation itself. Moreover, the lasers employed being most often low-power continuous lasers or pulse lasers with a high pulse frequency but with low peak pulse power, the sensitivity of the known laser warning detectors very often , is insufficient for a threat detection. This situation is further aggravated by the need to detect low power laser radiation in the open air, on the strong background of daylight radiation or among the bright light delivered by artificial light sources.

Partant de là, le but de la présente invention est de proposer un dispositif ainsi qu'un procédé de détection et de localisation de sources de rayonnement laser qui détecte de manière sûre, non seule-ment la lumière directe d'un laser pulsé ou d'un laser continu, mais également la lumière indirecte, diffractée, réfléchie ou diffusée provenant de la pupille de sortie du laser ou d'objets illuminés par le laser, l'isole, en tant que lumière laser, de la lumière du jour ou d'autres sources de rayonnement et le cas échéant indique avec une grande précision la direction de la source laser.  From this point of view, the object of the present invention is to propose a device as well as a method for detecting and locating sources of laser radiation which surely detects not only the direct light of a pulsed laser or a laser beam. a continuous laser, but also indirect light, diffracted, reflected or scattered from the exit pupil of the laser or objects illuminated by the laser, isolates it, as laser light, from the light of day or from other sources of radiation and where appropriate indicates with great precision the direction of the laser source.

Ce but est atteint à l'aide d'un dispositif de détection et de localisation tel que décrit en introduction, en disposant un réseau en croix entre la source de rayonnement laser et l'optique, de telle sorte que les ordres diffractés du réseau en croix soient reproduits sur le détecteur. Le réseau en croix peut être conformé en réseau à transmission ou en réseau à réflexion, en réseau d'amplitude ou en réseau de phase.  This goal is achieved by means of a detection and localization device as described in the introduction, by arranging a cross-network between the laser radiation source and the optics, so that the diffracted orders of the network in crosses are reproduced on the detector. The cross network may be in the form of a transmission network or a reflection network, an amplitude network or a phase network.

2888333 3 Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le réseau en croix peut tourner autour de l'axe optique de l'optique de reproduction, la rotation pouvant avoir lieu de manière continue avec une vitesse de rotation prédéfinissable.  According to an advantageous characteristic of the invention, the cross network can rotate around the optical axis of the reproduction optics, the rotation being able to take place continuously with a predefinable rotational speed.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on utilise un réseau en croix qui génère uniquement l'ordre 0 et l'ordre un, par exemple un réseau sinus.  According to another advantageous characteristic of the invention, a cross network is used which generates only the order 0 and the order one, for example a sine network.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, un intensificateur de lumière résiduelle est disposé entre le réseau en croix et l'optique de reproduction. Un filtre spectral peut également être placé devant le réseau en croix.  According to another advantageous characteristic of the invention, a residual light intensifier is arranged between the cross network and the reproduction optics. A spectral filter can also be placed in front of the cross network.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, une optique de déviation, en particulier un miroir convexe, est disposée devant le réseau en croix et permet ainsi une détection panorami- que.  According to another advantageous characteristic of the invention, a deflection optic, in particular a convex mirror, is arranged in front of the cross network and thus enables panoramic detection.

Sur le plan du procédé, conformément à l'invention, on analyse l'image produite sur le détecteur du signal à la recherche de taches lumineuses ponctuelles, dont on enregistre la position à l'intérieur du champ d'image et on détermine le lieu d'un point d'image correspon- dant à l'ordre zéro du modèle de taches représenté.  In terms of the method, according to the invention, the image produced on the signal detector is analyzed for spot light spots, the position of which is recorded inside the image field and the location is determined. an image point corre- sponding to the zero order of the represented task model.

Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, à l'aide d'une valeur seuil variable, on élimine successivement les images des taches lumineuses qui présentent chaque fois l'intensité la plus faible et, à partir des lieux des taches lumineuses éliminées, on détermine le centre de symétrie du modèle de taches lumineuses.  According to an advantageous characteristic of the invention, by means of a variable threshold value, the images of the luminous spots which each have the lowest intensity are successively eliminated and, from the places of the light spots eliminated, determines the center of symmetry of the pattern of light spots.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on détermine la position de la tache lumineuse d'ordre zéro ou le centre de symétrie du modèle de taches lumineuses par rapport au centre de l'image et on en déduit la position angulaire de la source de rayonne- ment laser par rapport à l'axe optique de l'optique de reproduction.  According to another advantageous characteristic of the invention, the position of the zero-order spot or the center of symmetry of the pattern of light spots with respect to the center of the image is determined and the angular position of the source is deduced therefrom. of laser radiation with respect to the optical axis of the reproduction optics.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le réseau en croix étant fixe, on examine l'image sur le détecteur à la recherche de taches lumineuses ponctuelles agencées en carré, on détermine leur distance par rapport à la tache voisine la plus proche et on la compare à une valeur de plage prédéfinie.  According to another advantageous characteristic of the invention, the cross network being fixed, the image is examined on the detector in search of spot light spots arranged in a square, their distance is determined with respect to the closest neighboring spot and it is compared to a predefined range value.

2888333 4 L'invention repose sur l'utilisation d'un réseau en croix, à l'aide duquel les rayonnements cohérent et incohérent sont reproduits d'une manière différente sur un détecteur sensible au rayonnement. Par cette disposition, des sources de lumière ponctuelles à large bande spectrale, c'est-à-dire des sources de lumière incohérentes dans le temps, telles que des lampes ou des projecteurs, sont reproduites non plus sous la forme de points dans le plan focal du détecteur, par exemple d'une caméra CCD, mais sous la forme d'images-traits de leur spectre. En revanche, les lasers, en tant que sources à bande étroite, c'est-à-dire en tant que sources cohérentes, sont reproduits sous la for-me de modèles de points par le réseau en croix et deviennent ainsi identifiables parmi des sources de rayonnement incohérentes.  The invention is based on the use of a cross network, by means of which the coherent and incoherent radiations are reproduced in a different manner on a detector sensitive to radiation. By this arrangement, spectral wide point light sources, that is to say, incoherent light sources in time, such as lamps or projectors, are no longer reproduced in the form of points in the plane. focal point of the detector, for example a CCD camera, but in the form of image-strokes of their spectrum. On the other hand, lasers, as narrow-band sources, ie as coherent sources, are reproduced under the form of point models by the cross network and thus become identifiable among sources. incoherent radiation.

Pour localiser une source lumineuse identifiée en tant que laser, il faut déterminer le lieu de l'ordre zéro de l'image diffractée sur le détecteur. Ceci peut être réalisé de différentes manières, selon le type du réseau en croix utilisé. Dans le cas le plus simple, la tache lumineuse ponctuelle avec la plus forte intensité correspond à l'ordre zéro de l'image diffractée; elle est donc identique à la position de la source de lumière laser dans le champ d'image. Connaissant l'orienta- tion instantanée de l'axe optique et la focale de l'optique, on connaît la direction de la source laser dans l'espace observé.  To locate a light source identified as a laser, it is necessary to determine the location of the zero order of the image diffracted on the detector. This can be done in different ways, depending on the type of cross network used. In the simplest case, the point light spot with the highest intensity corresponds to the zero order of the diffracted image; it is therefore identical to the position of the laser light source in the image field. Knowing the instantaneous orientation of the optical axis and the focal length of the optics, we know the direction of the laser source in the space observed.

Une plus grande sécurité dans la détermination de la position d'une source laser peut être obtenue en déterminant le centre de symétrie du modèle de taches lumineuses concerné. Ceci peut être réalisé de manière simple en éliminant successivement les différentes taches lumineuses par le biais d'une valeur seuil réglable, par exemple au moyen d'un coin neutre placé en amont ou en abaissant la sensibilité du détecteur. Etant donné qu'avec un réseau en croix, les points d'image de même ordre présentent également une même intensité et que ceux-ci sont disposés de manière symétrique autour de l'ordre zéro, les points d'image de même ordre disparaissent en même temps lorsqu'on élève le seuil, ce qui permet de déterminer de manière sûre le centre de symétrie des points d'image éliminés et par suite la position de l'ordre zéro.  Greater security in the determination of the position of a laser source can be obtained by determining the center of symmetry of the model of light spots concerned. This can be done in a simple manner by successively eliminating the different light spots by means of an adjustable threshold value, for example by means of a neutral corner placed upstream or by lowering the sensitivity of the detector. Since with a cross network, the image points of the same order also have the same intensity and that these are arranged symmetrically around the zero order, the image points of the same order disappear in same time when raising the threshold, which makes it possible to determine in a safe way the center of symmetry of the eliminated image points and consequently the position of the zero order.

Une autre possibilité pour déterminer la position de l'ordre zéro consiste à faire tourner le réseau en croix autour de l'axe optique. Dans ce cas, tous les points d'image d'ordre supérieur tournent autour du point d'image d'ordre zéro qui, dans l'image, reste tranquillement dans sa position et est aisément repérable.  Another possibility for determining the position of the zero order is to rotate the grating around the optical axis. In this case, all the higher-order image points rotate around the zero-order image point which, in the image, remains quietly in its position and is easily identifiable.

En outre, on peut aisément déterminer la longueur d'onde du laser à partir de la distance des différentes taches lumineuses d'un modèle symétrique, ce qui permet une caractérisation supplémentaire du type de la menace.  In addition, the laser wavelength can be easily determined from the distance of the different light spots of a symmetrical model, allowing further characterization of the threat type.

L'invention sera décrite plus en détail dans ce qui suit à l'ai- de d'exemples de réalisation représentés de manière schématique sur les dessins. Ceux-ci montrent: figure 1, l'agencement de principe d'un récepteur d'alerte laser avec un filtre en croix placé en amont, figure 2, l'agencement de principe d'un récepteur d'alerte la- ser à intensificateur de lumière résiduelle intégré et figure 3, l'agencement de principe d'un récepteur d'alerte laser à optique de déviation placée en amont pour une détection panoramique et figures 4a et 4b, les images diffractées produites par un filtre en croix d'une source de lumière ponctuelle incohérente ( a)) et d'une source de lumière ponctuelle cohérente (b)).  The invention will be described in more detail in the following with the aid of exemplary embodiments shown schematically in the drawings. These show: FIG. 1, the basic arrangement of a laser warning receiver with an upstream cross filter, FIG. 2, the basic arrangement of an intensifier-type alert receiver 3, the basic arrangement of an upstream deflection optical laser warning receiver for a panoramic detection and FIGS. 4a and 4b, the diffracted images produced by a cross filter of a incoherent point light source (a)) and a coherent point light source (b)).

L'exemple de réalisation représenté à la figure 1 d'un récepteur d'alerte laser pour le domaine infrarouge proche et moyen comprend une caméra dite à cible focale (focal plane array (FPA)), c'est-à- dire avec un détecteur en matrice 1 plan qui est disposé dans le plan focal d'une optique de reproduction 2. Une matrice de détecteurs de ce type comprend de manière typique 256 x 256 détecteurs élémentaires et comporte une électronique d'analyse 5 intégrée. Les détecteurs élémentaires de la cible focale intègrent le rayonnement incident sur une durée d'intégration fixe ou variable, par exemple de 16 ms, en parallèle. Sur ce point, ces détecteurs diffèrent des détecteurs élémentaires de récepteurs d'alerte laser courants qui, avec une constante de temps courte, de l'ordre de la nanoseconde, conviennent seulement à la détection de sources pulsées présentant la même durée d'impulsion. On connaît deux types différents de détecteurs en matrice qui utilisent des procédés d'analyse et de transmission différents pour le traitement du signal, à savoir les circuits à couplage de charges (Charge-Coupled-Devices (CCD)) et les CMOS (Complementary Metal-Oxid-Semiconductor), qui tous deux peuvent être utilisés ici.  The exemplary embodiment represented in FIG. 1 of a laser warning receiver for the near and mid-infrared range comprises a so-called focal plane array (FPA) camera, that is to say with a A 1-plane matrix detector which is disposed in the focal plane of a reproduction optic 2. A detector array of this type typically comprises 256 x 256 elementary detectors and includes an integrated scanning electronics. The elementary detectors of the focal target integrate the incident radiation with a fixed or variable integration time, for example 16 ms, in parallel. On this point, these detectors differ from the basic detectors of standard laser warning receivers which, with a short time constant, of the order of one nanosecond, are only suitable for the detection of pulsed sources having the same pulse duration. Two different types of matrix detectors are known which use different methods of analysis and transmission for signal processing, namely Charge-Coupled-Devices (CCD) and CMOS (Complementary Metal) -Oxid-Semiconductor), both of which can be used here.

Dans le domaine infrarouge proche de 0,75 à 1,1 m, on peut utiliser des caméras courantes du commerce équipées de détecteurs au silicium, telles que celles utilisées pour la prise de vue dans le domaine visible (le cas échéant avec un dispositif intensificateur de lumière résiduelle placé en amont). Pour la plage de longueurs d'ondes compri- se entre 1 et 5 m, on dispose de caméras infrarouges équipées de détecteurs à base de siliciure de platine (Pt:Si) ou d'antimoniure d'indium (In:Sb) et, dans la plage de longueurs d'ondes comprise entre 9 et 12 m, de caméras équipées de détecteurs à base de telluriure de mercure-cadmium. Certains de ces détecteurs nécessitent un refroidisse- ment supplémentaire.  In the near-infrared range of 0.75 to 1.1 m, commercially available cameras equipped with silicon detectors, such as those used for shooting in the visible range (possibly with an intensifier device) can be used. residual light placed upstream). For the wavelength range between 1 and 5 m, infrared cameras equipped with platinum silicide (Pt: Si) or indium antimonide (In: Sb) detectors are available. in the wavelength range between 9 and 12 m, cameras equipped with mercury-cadmium telluride detectors. Some of these detectors require additional cooling.

Un réseau en croix 3 et, le cas échéant un filtre spectral 4, est placé en amont de la caméra, conformément à l'invention. Le filtre spectral permet de limiter la largeur de bande optique du système au domaine du spectre dans lequel des sources laser sont supposées exis- ter. Ceci réduit à son tour l'influence du rayonnement de l'arrière-plan. Selon le type du traitement du signal, on peut faire tourner le réseau en croix 3 autour de l'axe optique de la caméra à l'aide d'un moyen d'entraînement 6.  A cross network 3 and, if appropriate a spectral filter 4, is placed upstream of the camera, according to the invention. The spectral filter makes it possible to limit the optical bandwidth of the system to the range of the spectrum in which laser sources are supposed to exist. This in turn reduces the influence of the radiation of the background. Depending on the type of signal processing, the cross network 3 can be rotated around the optical axis of the camera by means of a driving means 6.

L'importance du réseau en croix sera décrite plus loin de ma- mère détaillée en faisant référence aux figures 4a et 4b.  The importance of the cross network will be described later in detail with reference to FIGS. 4a and 4b.

En plaçant l'un sur l'autre deux réseaux de traits identiques, courants, on obtient un réseau en croix bi-dimensionnel. Si l'on projet-te un point lumineux à travers un réseau de ce type sur un écran ou sur le plan focal d'une caméra, on obtient, dans le cas d'une lumière à lar- ge bande, l'image diffractée reproduite à la figure 4a, dans laquelle un grand nombre de spectres diffractés colorés sont groupés en un agencement régulier autour d'une tache ronde, avec leur axe longitudinal est dirigé vers la tache centrale, la fraction du spectre à longueur d'on-de plus faible étant située à l'intérieur et la fraction à longueur d'onde plus grande étant située à l'extérieur. Dans le cas d'une lumière mono- 2888333 7 chromatique, l'image obtenue est celle représentée à la figure 4b, dans laquelle des taches lumineuses ponctuelles situées aux points d'inter-section d'un réseau carré quasi-rectiligne sont formées. La position des points d'image et la répartition en intensité de ceux-ci, avec un réseau en croix, peuvent être obtenues par des calculs de réseau de Fraunhofer. Les points d'intersection de deux familles d'hyperboles forment les lieux des maxima d'interférence pour la diffraction sur un réseau de points. Soit d la constante de réseau, oco l'angle d'incidence dans le plan parallèle à l'un des réseaux et R0 l'angle d'incidence dans le plan parallèle à l'autre réseau, on a la relation suivante pour les angles a et (3 des images diffractées dans ces deux plans mutuellement perpendiculaires: sin a - sin ao = n * X/d (n = 0, +1-1, +1-2, ) sin 13 sin 130 = m * d (m = 0, +/-1, +/-2, ).  By placing two networks of identical, common features on one another, we obtain a two-dimensional cross network. If we project a point of light through a network of this type on a screen or in the focal plane of a camera, we obtain, in the case of a light at broadband, the diffracted image reproduced in FIG. 4a, in which a large number of colored diffracted spectra are grouped in a regular arrangement around a round spot, with their longitudinal axis directed towards the central spot, the fraction of the on-the-long spectrum. the weaker being located inside and the fraction with longer wavelength being located outside. In the case of monochromatic light, the image obtained is that shown in FIG. 4b, in which point light spots located at the inter-section points of a quasi-rectilinear square array are formed. The position of the image points and the intensity distribution of these, with a cross network, can be obtained by Fraunhofer network calculations. The points of intersection of two families of hyperbolas form the places of interference maxima for diffraction on a network of points. Let d be the lattice constant, oco the angle of incidence in the plane parallel to one of the gratings and R0 the angle of incidence in the plane parallel to the other lattice, we have the following relation for the angles a and (3 diffracted images in these two mutually perpendicular planes: sin a - sin ao = n * X / d (n = 0, + 1-1, + 1-2,) sin 13 sin 130 = m * d ( m = 0, +/- 1, +/- 2,).

Pour l'utilisation conformément à l'invention d'un réseau en croix dans un détecteur d'alerte laser, les caractéristiques suivantes sont importantes: É des sources ponctuelles monochromatiques sont reproduites sous la forme de réseaux de points avec des maxima d'intensité marqués dans le plan d'image de la caméra, tandis que les sources ponctuel-les à large bande apparaissent sous forme de traits allongés et sont ainsi nettement différenciées.  For the use according to the invention of a cross network in a laser warning detector, the following characteristics are important: É Monochromatic point sources are reproduced in the form of point networks with marked intensity maxima in the image plane of the camera, while the broadband punctual sources appear as elongated lines and are thus clearly differentiated.

É des sources étendues de lumière à large bande produisent une mosaïque floue sur toute la surface d'image; le rayonnement de l'arrière-plan est ainsi homogénéisé sur l'ensemble de la surface d'image, ce qui facilite le repérage d'images ponctuelles de sources laser.  É extensive sources of broadband light produce a fuzzy mosaic over the entire image area; the radiation of the background is thus homogenized over the entire image area, which facilitates the identification of point images of laser sources.

É l'ordre zéro du modèle diffracté se situe sur le rayon principal, c'està-dire traverse le réseau sans subir de diffraction. Cette direc-tion est également l'axe de symétrie des ordres supérieurs. La direction de la source de rayonnement peut donc être déterminée de manière précise à partir du modèle diffracté.  E the zero order of the diffracted model is located on the main ray, that is to say crosses the network without undergoing diffraction. This direction is also the axis of symmetry of higher orders. The direction of the radiation source can therefore be determined accurately from the diffracted model.

É l'angle de diffraction se décale en fonction de la longueur d'ondes AX suivant la formule Aa = n/d * AX (de même pour l'angle fi), c'est-à-dire que la longueur d'ondes de la source de lumière peut 2888333 8 être déterminée à partir de la position angulaire des maxima de diffraction.  The diffraction angle is shifted as a function of the wavelength AX according to the formula Aa = n / d * AX (same for the angle fi), that is to say that the wavelength The light source can be determined from the angular position of the diffraction maxima.

É lorsqu'on fait tourner le réseau en croix, le modèle de taches lumineuses tourne également autour de l'axe de symétrie. La direction de la source de lumière par rapport à l'axe optique de la caméra peut alors être déterminée de manière précise.  When the cross is rotated, the pattern of light spots also rotates around the axis of symmetry. The direction of the light source with respect to the optical axis of the camera can then be determined accurately.

Nous prendrons un exemple chiffré pour décrire les relations lors de la détection de deux sources laser avec des longueurs d'ondes différentes: Soit les longueurs d'ondes 2L1 = 1,064 m (par exemple laser Nd:YAG) et X2 = 0,904 m (par exemple diode laser GaAs), une cons-tante de réseau d = 10 m et des angles d'incidence a3 = (30 = 0, les angles de diffraction sont a = = 6,01 , pour de grandes longueurs d'ondes, et 5,4 , pour des longueurs d'ondes plus courtes. Pour les or- dres supérieurs, l'angle de diffraction est un multiple. Pour des pas de réseaux plus faibles, la résolution en longueur d'ondes augmente, et avec elle l'angle de diffraction. Avec environ 600 lignes et rangées d'une matrice de détecteur et avec un angle de balayage de la caméra de 90 , la résolution angulaire d'un pixel est 0,15 . Pour une constante de réseau de 2 m la résolution spectrale d'un pixel dans le premier ordre de diffraction est d'environ 5 nm. A titre de comparaison, la largeur de bande spectrale d'une diode laser pour une arme guidée par alignement sur le rayon est d'environ 3 nm.  We will take a ciphered example to describe the relationships when detecting two laser sources with different wavelengths: Let the wavelengths 2L1 = 1.064 m (for example Nd: YAG laser) and X2 = 0.904 m (by example GaAs laser diode), a lattice constant d = 10 m and angles of incidence a3 = (30 = 0, the diffraction angles are a = = 6.01, for long wavelengths, and 5.4, for shorter wavelengths, for the higher order, the diffraction angle is a multiple, and for weaker gratings the wavelength resolution increases, and with it the diffraction angle With about 600 lines and rows of a detector array and with a scan angle of the camera of 90, the angular resolution of one pixel is 0.15, for a lattice constant of 2 m The spectral resolution of a pixel in the first diffraction order is about 5 nm. Pectrale of a laser diode for a weapon guided by alignment on the spoke is about 3 nm.

Si maintenant la matrice de détecteurs enregistre plusieurs ta-ches lumineuses isolées, il est possible de savoir à partir de la répartition géométrique de celles-ci dans l'image, s'il s'agit des ordres supérieurs d'une source laser cohérente. Ceci peut être déterminé sur la base de la symétrie du modèle de taches lumineuses et de la brillance identique de toutes les taches lumineuses appartenant à un ordre don- né. Le problème peut être réglé électroniquement, par exemple en comparant sur le plan de l'intensité les signaux de chaque pixel individuel dans le plan focal aux signaux des pixels voisins. S'il s'avère que l'intensité d'un pixel est nettement supérieure à celle des pixels voisins, on enregistre les coordonnées et les valeurs de signal de celui-ci.  If the detector matrix now records several isolated light patterns, it is possible to know from the geometric distribution of these in the image, whether they are higher orders of a coherent laser source. This can be determined on the basis of the symmetry of the pattern of light spots and the identical brightness of all the light spots belonging to a given order. The problem can be electronically adjusted, for example by comparing in intensity the signals of each individual pixel in the focal plane to the signals of neighboring pixels. If it turns out that the intensity of a pixel is much greater than that of the neighboring pixels, the coordinates and the signal values thereof are recorded.

L'ensemble de l'image peut être réduite ainsi à un modèle de points de 2888333 9 pixels indépendants à intensité relativement élevée. Les signaux para-sites peuvent être éliminés à ce stade en ne prenant en compte que les pixels qui forment des carrés concentriques. Lorsqu'il ne subsiste qu'un modèle de ponts régulier, il est très probable qu'il s'agisse d'une source laser.  The entire image can thus be reduced to a model of independent 988 pixels at relatively high intensity. Para-site signals can be eliminated at this stage by taking into account only the pixels that form concentric squares. When only a regular bridge model remains, it is very likely that it is a laser source.

A partir de la dimension des carrés, on peut calculer la longueur d'onde de la source laser et la comparer par exemple à des va-leurs stockées dans une bibliothèque de menaces, afin de d'obtenir une confirmation supplémentaire de la menace. En comparant entre eux les modèles de points ainsi obtenus d'une série d'images d'une caméra, il est possible de calculer et de suivre les déplacements de la source laser par rapport à la cible. Selon le même principe, il est possible d'isoler rapidement plusieurs sources laser, de les classifier et de les examiner séparément. Pour un spécialiste formé au traitement électroni- que des signaux, ce problème peut être réglé à l'aide d'un simple microprocesseur sans aucun traitement d'image spécifique dans un ordinateur.  From the size of the squares, one can calculate the wavelength of the laser source and compare it for example to va-them stored in a library of threats, in order to obtain an additional confirmation of the threat. By comparing the point models thus obtained from a series of images of a camera, it is possible to calculate and track the movements of the laser source relative to the target. According to the same principle, it is possible to rapidly isolate several laser sources, classify them and examine them separately. For a specialist trained in electronic signal processing, this problem can be solved with a simple microprocessor without any specific image processing in a computer.

Les réseaux en croix peuvent être conformés en réseaux à transmission ou en réseaux à réflexion. Ceux-ci peuvent se présenter aussi bien sous la forme de réseaux d'amplitude que sous celle de ré-seaux de phase. La supériorité des réseaux de phase réside dans leur transmission nettement plus grande, le rayonnement étant perdu sur la partie de réseau formant écran dans les réseaux d'amplitude.  Cross networks can be configured as transmission networks or reflection networks. These can be in the form of amplitude networks as well as phase networks. The superiority of the phase gratings lies in their much greater transmission, the radiation being lost on the screen network portion in the amplitude gratings.

Un cas particulier de réseaux est le réseau dit sinus avec une évolution localement de type cos2 de la transmission d'amplitude avec un réseau d'amplitude ou de l'indice de réfraction avec un réseau de phase. Avec ce type de réseau seuls l'ordre zéro et l'ordre +/-1 sont produits dans le spectre diffracté. Par ailleurs ces réseaux, du fait de leur rendement élevé dans la transmission de la lumière dans l'ordre un, sont particulièrement bien adaptés pour la détection de sources laser faibles.  A particular case of networks is the so-called sine network with a locally cos2-like evolution of the amplitude transmission with an amplitude network or the refractive index with a phase grating. With this type of network only the zero order and the +/- 1 order are produced in the diffracted spectrum. Moreover, these networks, because of their high efficiency in the transmission of light in the order one, are particularly well suited for the detection of weak laser sources.

En ce qui concerne la réalisation des réseaux, la fabrication par holographie est de plus en plus répandue. Deux ondes avec un faible écart de direction, produites par division d'un rayon laser, frappent une couche de laque photosensible et produisent sur celle-ci un modèle 2888333 io de bandes d'interférence qui peut être transformé en structure de ré-seau. Des réseaux en croix peuvent ainsi être produits par une double illumination de modèles de bandes d'interférence de ce type disposés à angle droit. Cette technique permet de fabriquer aussi bien des réseaux de phase que des réseaux d'amplitude pour le mode à lumière transmise. Les réseaux de phase sont obtenus par le procédé connu de décoloration de la structure d'amplitude. La différence d'éclairage de la couche dans les bandes claires et les bandes sombres peut aussi être convertie une variation d'épaisseur (profil à sillons) et utilisée comme réseau de phase en transmission. L'application d'une couche d'aluminium en phase gazeuse permet d'obtenir un réseau à réflexion.  With regard to the realization of networks, holography manufacturing is becoming more and more widespread. Two waves with a small deviation of direction, produced by division of a laser beam, strike a layer of photosensitive lacquer and produce on it a pattern of interference bands which can be transformed into a network structure. Cross networks can thus be produced by a double illumination of models of interference bands of this type arranged at right angles. This technique makes it possible to manufacture both phase gratings and amplitude gratings for the transmitted light mode. Phase gratings are obtained by the known method of discoloration of the amplitude structure. The difference of illumination of the layer in the light bands and the dark bands can also be converted a variation of thickness (profile with furrows) and used as phase network in transmission. The application of an aluminum layer in the gas phase makes it possible to obtain a reflection network.

Les réseaux de phase sinus à transmission sont tout particulièrement adaptés pour une application dans un dispositif d'alerte laser dans le domaine visible et le domaine infrarouge proche compris entre 0,35 et 2,5 m. Ceux-ci peuvent être appliqués par exemple sur du verre de silice et utilisés, par exemple comme lentille de transmission placée devant une caméra. Dans le domaine infrarouge au delà de 2 m on peut utiliser soit des hologrammes de transmission d'amplitude pour le mode à transmission, soit des réseaux de réflexion pour le mo- de à réflexion, qui sont placés devant une caméra. Dans le domaine infrarouge autour de 10 m (laser à CO2) on utilise essentiellement des réseaux de réflexion. Les réseaux dits en échelle avec un profil de sillons en dents de scie sont particulièrement bien adaptés pour un dis-positif d'alerte laser. L'inclinaison des sillons est choisie de telle sorte que pour une longueur d'onde correspondant à une intensité maximale, la direction de réflexion et la direction de diffraction coïncident. L'ordre n correspondant est également préféré.  The sinewave phase gratings are particularly suitable for application in a laser warning device in the visible range and the near infrared range between 0.35 and 2.5 m. These can be applied for example on silica glass and used, for example as a transmission lens placed in front of a camera. In the infrared range beyond 2 m one can use either amplitude transmission holograms for the transmission mode, or reflection gratings for the reflection mode, which are placed in front of a camera. In the infrared range around 10 m (CO2 laser), reflection networks are mainly used. Networks called ladders with a sawtooth groove profile are particularly well suited for a dis-positive laser warning. The inclination of the grooves is chosen so that for a wavelength corresponding to a maximum intensity, the reflection direction and the diffraction direction coincide. The corresponding order n is also preferred.

Une autre possibilité d'optimisation des réseaux en croix réside dans le dimensionnement de la profondeur de la modulation et des constantes de réseau voire de la fréquence de lieu du réseau. Des ré-seaux à faible fréquence de lieu présentent comme on sait un grand nombre d'ordres diffractés, dont les intensités se comportent comme les carrés de fonctions de Bessel. Avec une forte modulation, l'intensité augmente dans les ordres élevés. Si l'on diminue la modulation, l'in- tensité dans les ordres élevés diminue au profit des ordres plus faibles.  Another possibility of cross-network optimization lies in the sizing of the modulation depth and the network constants or even the network location frequency. Low-frequency location networks have, as we know, a large number of diffracted orders whose intensities behave like the Bessel function squares. With strong modulation, the intensity increases in higher orders. If we reduce the modulation, the intensity in the higher orders decreases in favor of the weaker orders.

Le travail d'optimisation pour les dispositifs d'alerte laser consiste alors à obtenir une intensité maximale dans les premiers ordres. Ce maximum est théoriquement de 33% pour un réseau linéaire. Pour un réseau en croix on en déduit qu'il reste chaque fois 10% pour les qua- tre ordres intéressants. Les 60% restants de la lumière incidente se répartissent sur les autres ordres.  The optimization work for laser warning devices then consists in obtaining a maximum intensity in the first orders. This maximum is theoretically 33% for a linear network. For a cross network it is deduced that each time 10% remains for the four interesting orders. The remaining 60% of incident light is spread over the other orders.

L'efficacité de la diffraction peut être considérablement améliorée dans les réseaux en croix en augmentant la fréquence de lieu. Pour des fréquences de lieu d'environ 400 à 500 couples de lignes/mm dans les réseaux de phase à transmissions holographiques on se situe dans la zone de intermédiaire entre des hologrammes fins et des hologrammes épais. Les ordres supérieurs sont déjà nettement moins nombreux. En utilisant des fréquences de lieu encore plus élevées, par exemple 700 couples de lignes/mm, on parvient à éliminer presque totalement les ordres supérieurs. La fraction de lumière d'ordre zéro peut être maintenue inférieure à 20% de sorte que chacune des quatre images diffractées d'ordre un reçoit environ 20% de la lumière.  The diffraction efficiency can be considerably improved in cross networks by increasing the frequency of location. For location frequencies of about 400 to 500 line / mm pairs in holographic phase gratings, the intermediate region is between thin holograms and thick holograms. Higher orders are already far fewer. By using even higher place frequencies, for example 700 pairs of lines / mm, it is possible to eliminate the higher orders almost completely. The zero order light fraction can be kept below 20% so that each of the four first order diffracted images receives about 20% of the light.

Les lasers utilisés pour des applications militaires et de sécurité sont limités à quelques plages de longueurs d'ondes relativement étroites entre 800 et 850 nm, 1050 et 1070 nm, 1450 et 1650 nm et 9,5 et 11,5 m. Pour limiter le rayonnement gênant de l'arrière-plan il est avantageux de placer un filtre spectral devant l'objectif de la caméra, en plus du réseau en croix utilisé. Avec une largeur de filtre par exemple de 10-20 nm dans le domaine infrarouge proche, il est possible de diminuer d'un facteur de 10 à 20 l'arrière-plan.  Lasers used for military and security applications are limited to a few relatively narrow wavelength ranges between 800 and 850 nm, 1050 and 1070 nm, 1450 and 1650 nm and 9.5 and 11.5 m. To limit the annoying radiation of the background it is advantageous to place a spectral filter in front of the lens of the camera, in addition to the cross network used. With a filter width of, for example, 10-20 nm in the near-infrared range, it is possible to decrease the background by a factor of 10 to 20.

Le seuil de sensibilité d'une caméra CCD du commerce pour détecter une source laser continue avec un temps d'intégration de 20 ms à travers le réseau en croix est d'environ 6 pW. Les signaux résultant du rayonnement diffusé d'un engin guidé par alignement à une distance de 10-1 km se situent dans une plage allant de 1 pW à 1 nW, c'est-à-dire dans la plage de détection d'un dispositif d'alerte laser selon l'invention. Une augmentation supplémentaire de la sensibilité des caméras CCD est possible en augmentant la durée d'intégration, en refroidissant le détecteur ou en plaçant un étage multiplicateur d'électrons (par exemple galette de microcanaux avec une amplification de 2888333 12 10000 fois) devant le réseau de détecteur. Cette dernière possibilité est représenté dans l'exemple de réalisation de la figure 2. Dans ce cas, un écran luminescent 26, un multiplicateur d'électrons 27, une photocathode 28, une lentille supplémentaire 22.2, un réseau en croix 23 et un filtre spectral 24 sont disposés en amont d'une première lentille 22.1 dans le plan focal de laquelle est disposé un réseau de détecteur 21 relié à un microprocesseur 25. Les éléments 26, 27, 28 constituent ce que l'on appelle un intensificateur de lumière résiduelle dont l'image est ensuite reproduite sur le réseau de détecteur 21.  The sensitivity threshold of a commercial CCD camera for detecting a continuous laser source with an integration time of 20 ms across the cross network is about 6 pW. Signals resulting from the scattered radiation of a machine guided by alignment at a distance of 10-1 km are in the range of 1 pW to 1 nW, ie in the detection range of a device laser warning device according to the invention. A further increase in the sensitivity of CCD cameras is possible by increasing the integration time, by cooling the detector or by placing an electron multiplier stage (eg microchannel chip with amplification of 2888333 12 10000 times) in front of the network. detector. This latter possibility is represented in the embodiment of FIG. 2. In this case, a luminescent screen 26, an electron multiplier 27, a photocathode 28, an additional lens 22.2, a cross network 23 and a spectral filter 24 are arranged upstream of a first lens 22.1 in the focal plane of which is disposed a detector array 21 connected to a microprocessor 25. The elements 26, 27, 28 constitute what is called a residual light intensifier whose the image is then reproduced on the detector array 21.

La plage de balayage angulaire d'un dispositif d'alerte laser nécessaire sera différente en fonction de l'application. Pour de nombreuses applications des objectifs normaux avec un angle de champ de 40 - 55 suffiront. Pour une détection panoramique, par exemple pour un hélicoptère on installe généralement 4 dispositifs d'alerte laser de ce type en différents points de la carlingue, chaque dispositif couvrant un angle de 90 .  The angular sweep range of a necessary laser warning device will be different depending on the application. For many applications, normal lenses with an angle of view of 40 - 55 will suffice. For a panoramic detection, for example for a helicopter, 4 laser warning devices of this type are generally installed at different points of the cabin, each device covering an angle of 90.

Une autre possibilité de détection panoramique de menaces laser est représentée à la figure 3. Dans celle-ci, un miroir convexe 34 est placé devant un dispositif d'alerte laser selon la figure 1 ou 2 qui comprend un réseau de détecteur 31, une optique de reproduction 32 et un réseau en croix 33; le miroir convexe reçoit la lumière d'un plan I horizontal, sous un angle d'image horizontal de 90 (par exemple 60 au dessus du plan I et 30 au dessous du plan I) et reproduit la zone couverte à l'intérieur d'une surface annulaire II sur le détecteur 31.  Another possibility of panoramic detection of laser threats is shown in FIG. 3. In this, a convex mirror 34 is placed in front of a laser warning device according to FIG. 1 or 2 which comprises a detector array 31, an optical system. of reproduction 32 and a cross network 33; the convex mirror receives light from a horizontal plane I at a horizontal image angle of 90 (for example 60 above plane I and 30 below plane I) and reproduces the area covered inside an annular surface II on the detector 31.

Chaque direction de la zone couverte correspond à un point d'image sur la surface annulaire II.  Each direction of the covered area corresponds to an image point on the annular surface II.

Le procédé de détection de sources laser décrit ici peut être mis en oeuvre et combiné avec des appareils de prise de vue très di-vers. En particulier on peut utiliser à la place de réseaux de détecteurs des détecteurs individuels conçus spécifiquement avec un dispositif de balayage optique (scanneur) placé en amont.  The laser source detection method described herein can be implemented and combined with very different cameras. In particular, instead of detector arrays, individual detectors specifically designed with an upstream optical scanning device (scanner) can be used.

Claims (2)

13 REVENDICATIONS13 Claims 1. Dispositif de détection et de localisation de sources de rayonnement laser comprenant un détecteur sensible au rayonnement disposé dans le champ d'image d'une optique de reproduction et un moyen électronique de traitement de signal lié au détecteur, caractéri- sé par le fait qu'un réseau en croix (3) est disposé entre la source de rayonnement laser et l'optique (2), de telle sorte que les ordres diffractés du réseau en croix (3) soient reproduits sur le détecteur (1).  1. A device for detecting and locating laser radiation sources comprising a radiation-sensitive detector disposed in the image field of a reproduction optics and an electronic signal processing means connected to the detector, characterized in that a cross network (3) is arranged between the laser radiation source and the optics (2), so that the diffracted orders of the cross network (3) are reproduced on the detector (1). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réseau en croix (3) est conformé en réseau à transmission ou en réseau à réflexion.  2. Device according to claim 1, characterized in that the cross network (3) is shaped transmission network or reflection network. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le réseau en croix (3) est conformé en réseau d'amplitude ou en réseau de phase.  3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the cross network (3) is in amplitude network or in phase network. 4. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le réseau en croix (3) peut tourner autour de l'axe optique de l'optique de reproduction.  4. Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the cross network (3) can rotate around the optical axis of the reproduction optics. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la rotation du réseau en croix (3) a lieu de manière continue avec une vitesse de rotation prédéfinissable.  5. Device according to claim 4, characterized in that the rotation of the cross network (3) takes place continuously with a predefinable rotational speed. 6. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on utilise un réseau en croix qui génère uniquement l'ordre 0 et l'ordre un, par exemple un réseau sinus.  6. Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a cross network is used which generates only the order 0 and the order one, for example a sine network. 7. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'un intensificateur de lumière résiduelle est disposé entre le réseau en croix (23) et l'optique de reproduction (22.1).  7. Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a residual light intensifier is disposed between the cross network (23) and the reproduction optics (22.1). 8. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'un filtre spectral (4, 24) est placé devant le réseau en croix (3, 23).  8. Device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a spectral filter (4, 24) is placed in front of the cross network (3, 23). 9. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'une optique de déviation (34), en particulier un miroir convexe, est disposée devant le réseau en croix (33).  9. Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that a deflection optic (34), in particular a convex mirror, is disposed in front of the cross network (33). 2888333 14 10. Procédé de détection et de localisation de sources de rayonnement laser à l'aide d'un dispositif tel que revendiqué dans la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à l'aide du moyen de traitement, on analyse l'image produite sur le détecteur du signal à la recherche de taches lumineuses ponctuelles, dont on enregistre la position à l'intérieur du champ d'image et par le fait qu'on détermine le lieu d'un point d'image correspondant à l'ordre zéro du modèle de taches représenté.  A method for detecting and locating laser radiation sources using a device as claimed in claim 1, characterized in that by means of the processing means, the analysis is performed. image produced on the signal detector for spot light spots, the position of which is recorded within the image field and the location of an image point corresponding to the image zero order of the stain pattern shown. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'à l'aide d'une valeur seuil variable, on élimine successivement les images des taches lumineuses qui présentent chaque fois l'intensité la plus faible et par le fait qu'à partir des lieux des taches lumineuses éliminées on détermine le centre de symétrie du modèle de taches lumineuses.  11. The method of claim 10, characterized in that using a variable threshold value is successively eliminated the images of the light spots which each have the lowest intensity and the fact that at From the places of the light spots removed, the center of symmetry of the light spot pattern is determined. 12. Procédé de détection et de localisation de sources de rayonnement laser à l'aide d'un dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'à l'aide du moyen de traitement du signal, on examine l'image produite sur le détecteur à la recherche d'au moins une tache lumineuse ponctuelle déterminant l'ordre zéro d'un modèle de taches lumineuses reproduit, et on enregistre sa position à l'inté- rieur du champ d'image.  12. A method for detecting and locating laser radiation sources using a device according to claim 4, characterized in that by means of the signal processing means, the image produced on the detector for searching for at least one point light spot determining the zero order of a reproduced pattern of light spots, and recording its position within the image field. 13. Procédé selon une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé par le fait qu'on détermine la position de la tache lumineuse d'ordre zéro ou le centre de symétrie du modèle de taches lumineu- ses par rapport au centre de l'image et on en déduit la position angulaire de la source de rayonnement laser par rapport à l'axe optique de l'optique de reproduction.  13. Method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the position of the zero-order spot or the center of symmetry of the light spot pattern relative to the center of the image is determined. and the angular position of the laser radiation source with respect to the optical axis of the reproduction optics is deduced therefrom. 14. Procédé selon une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé par le fait que le réseau en croix étant fixe, on examine l'image sur le détecteur à la recherche de taches lumineuses ponctuel-les agencées en carré, qu'on détermine leur distance par rapport à la tache voisine la plus proche et on la compare à une valeur de plage prédéfinie.  14. Method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that the cross network is fixed, the image is examined on the detector for spot spots-the squares arranged in a square, which are determined distance from the nearest neighbor spot and compare it to a predefined range value.
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