WO1996007120A1 - Systeme de reperage d'orientation d'un instrument d'observation - Google Patents

Systeme de reperage d'orientation d'un instrument d'observation Download PDF

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WO1996007120A1
WO1996007120A1 PCT/FR1995/001130 FR9501130W WO9607120A1 WO 1996007120 A1 WO1996007120 A1 WO 1996007120A1 FR 9501130 W FR9501130 W FR 9501130W WO 9607120 A1 WO9607120 A1 WO 9607120A1
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WO
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light
instrument
source
dihedral
sensor
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PCT/FR1995/001130
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English (en)
Inventor
Paul Duchon
Georges Otrio
Original Assignee
Centre National D'etudes Spatiales
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Publication date
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Priority to JP8508536A priority patent/JPH10505419A/ja
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B23/00—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices
    • G02B23/16—Housings; Caps; Mountings; Supports, e.g. with counterweight
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G3/00—Observing or tracking cosmonautic vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/02—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by astronomical means
    • G01C21/025—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by astronomical means with the use of startrackers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S5/163—Determination of attitude

Definitions

  • the invention relates to orientation tracking systems of an observation instrument.
  • the first are fixed on the vehicle, which must therefore be turned (depointe) in full so that the desired instrument is oriented in the desired direction. This design is not appreciated because of the energy expenditure required in particular.
  • the uncertainty ⁇ e the orientation of the line of sight ⁇ e the instrument then depends above all on the mounting of the instrument on the vehicle, and it can be increased by disturbances such as vibrations or deformations due to localized heating produced on one side of the vehicle by radiation solar.
  • the other two categories of instruments therefore include instruments equipped with mechanisms for orienting the instrument on the vehicle, and, which is much more common today, instruments fixed on the vehicle but fitted with aiming change mirrors which are placed in front of the instrument's field of observation and change its direction of aim at will when they are turned. The axes of sight are then directed much more simply. In all cases, mobile mechanisms or mirrors are responsible for additional orientation uncertainties.
  • the subject of the invention is a system for locating the orientation of an observation instrument which takes up a principle used in the previous application, namely the materialization of the aiming axis of the instrument by a light beam capable of form a light pattern on a surface and which is deflected towards a light sensor, but an at least as precise estimate of the line of sight is obtained with the invention thanks to optical devices specially adapted to this apparatus and which are in particular largely insensitive to position or orientation displacements consecutive to the preliminary calibration of the system.
  • the system then comprises a light source integral with the instrument emitting a light pattern, a light return system with mirrors, and a light sensor provided with an orientation reference, the return system being designed to transmit the light from the source to the sensor, characterized in that the mirrors comprise a dihedral with two facets on which the light from the source is successively reflected.
  • a particularly favorable configuration for determining the orientation of the sighting axis with great precision in the absence of a sighting change mirror in front of the instrument is that of a system which further comprises a second deflection system.
  • the second deflection system being designed to transmit light from the source to a sensor, characterized in that the mirrors of the second deflection system comprise a two-faceted dihedral on which the light from the source is successively reflected , and in that it comprises an optical system placed between the light source and the return systems which defocuses the light from the source to form an enlarged light beam, the dihedra of each of the return systems being stationary and intercepting a portion respective of the widened light beam.
  • the sensor of the two return systems is preferably unique, and the return systems then reflect the light from the source in two planes which can make a non-zero angle and as close as possible to 90 °.
  • dihedral An interesting form of dihedral is a prism whose reflecting facets are at an angle of 45 ° or 135 ° and are joined by an edge substantially perpendicular to the direction of the widened beam, since the beam is then always reflected at right angles.
  • the light sensor used to define the alignment of the line of sight may be located at the end of the deflection system, but it is also conceivable that there is a mirror there which returns the beam by the referral system to the observation instrument, which integrates or coincides with the light sensor: the instrument then checks its orientation itself.
  • a dihedral be integral with a change of sight mirror rotating in front of the instrument, the reflective facets of the dihedral making a right angle and joining by an edge perpendicular to the plane. and to the axis of rotation of the aiming mirror in order to obtain here too great precision in evaluating the aiming axis. Improvements are still possible with this production group.
  • FIG. 1 is a side section of the focal plane of the observation instrument
  • FIG. 2 is a front view of the focal plane of the instrument
  • FIG. 3 is a view of a partial tracking system with a fixed observation instrument
  • FIG. 4 represents an alternative embodiment
  • FIG. 5 illustrates an optical device at the front of a light sensor
  • FIG. 6 illustrates a method of recognizing the line of sight
  • FIG. 7 represents a complete tracking system
  • FIG. 8 represents a locating system combined with a target change mirror
  • FIGS. 9 and 9A illustrate the construction of the dihedral
  • FIG. 10 illustrates a variant of FIG. 3
  • FIGS. 1 and 2 show the focal plane of the observation instrument and the light source which serves as its orientation reference by materializing its line of sight A.
  • the instrument 1 is terminated by a smooth front face 2 which coincides with the focal plane of an optical system 3 (represented in FIG. 3) which precedes the instrument 1 and extends in its field of observation.
  • the optical system 3 is symbolized by a focusing lens but can include all the usual elements combined as desired.
  • a strip of detectors 4 which here constitutes the receiving part of the instrument 1 is placed through the front face 2.
  • the light source here is composed of four points 5 arranged in a diamond on the front face 2, around the detector array 4.
  • a single diode 6 may be sufficient for the production of all these light points 5, provided that it is placed behind a bundle of optical fibers 7 which connects it to each of the points 5. It is possible to use a light emitting diode 6 or a laser effect diode, the latter being preferable because it provides finer light rays and less dispersed wavelength.
  • a wavelength of 0.95 ⁇ m can be proposed; the light points 5 are very fine, 20 ⁇ m in diameter for example, and the light will be emitted in the form of substantially parallel beams of small divergence which can be assimilated to simple light rays.
  • FIG. 3 shows that these rays 8 and 9 are defocused when they have passed through the optical system 3 and then form enlarged beams 11 and 12 which occupy approximately the same volume. Only two beams of light rays are shown in the figure, but there are actually as many as light points 5.
  • the beams have a slight difference in orientation ⁇ , which can be a few fractions of a degree and is equal to that light rays which gave birth to them; this difference in orientation ⁇ is exaggerated in FIG. 3, as is the divergence of the light rays 8 and 9.
  • An optical dihedral 13 is placed on the path of the beams 11 and 12 to intercept a portion of it. It is composed of two reflecting facets 14 and 15 successively reached by the intercepted portions of the two beams 11 and 12, and these facets are joined by an edge 16 perpendicular to the line of sight A of the instrument 1.
  • the dihedral 13 is attached to a spacecraft 18 as the instrument 1.
  • the portions of the beams 11 and 12 which are intercepted by the dihedral 13 are therefore successively reflected on the facets 14 and 15 and returned by forming reflected beams 19 and 20.
  • the facets 14 and 15 are directed against each other at an angle of 45 °. This particular form has remarkable properties that it is important to understand.
  • an accidental rotation of the dihedral 13 around the axis Z of the edge 16 does not in any way modify the orientation of the reflected beams 19 and 20.
  • a translation of the dihedral 13 along the axes X, Y (at 22 , 5 ° facets 14 and 15) and Z has no effect on this orientation either.
  • the rotations of the dihedral 13 around the X and Y axes their only effect is to rotate the reflected beams 19 and 20 in a plane parallel to the plane of the X and Z axes.
  • the reflected beams 19 and 20 then arrive at a second dihedral 21 similar to the previous one, fixed to the spacecraft 18 and composed of two facets 22 and 23 directed towards each other at 45 °, which reflect them successively according to beams of return 25 and 26 to an alignment sensor 34.
  • These facets 22 and 23 are at 22.5 ° from axes X 'and Y' respectively opposite to X and parallel to Y; they are joined by an edge 24 merged with an axis parallel to Z and of opposite direction.
  • the second dihedral 21 has the same optical properties as the first since it is of the same shape, and in particular the properties of direction stability of the reflected radiation.
  • the rays reflected by the dihedra 13 and 21 are at right angles to the incident rays.
  • a rotation of the first dihedral 13 around the X or Y axis which has consequently a rotation of the reflected beams 19 and
  • FIG. 4 An equivalent design is shown in Figure 4: the dihedra 13 and 21 are replaced by dihedra 13 'and 21' whose facets 14 'and 15', or 22 'and 23', always make angles of 22.5 ° with axes X, Y, X 'or Y' similar to those of figure 3, but the planes of the facets here make angles of 135 ° between them.
  • the optical properties of the dihedra 13 'and 21' are the same as those of the dihedra 13 and 21, and the result on the reflected beams 19, 20 and return 25, 26 is the same; the only difference is that the reflections on facets 15 'and 23' precede those on facets 14 * and 22 '.
  • the alignment sensor 34 can be of a kind well suited for measuring small fields of view (for example a solid angle of four degrees from the side).
  • its casing 27 is preceded by a cylindrical envelope 28 at the entrance of which there is a filter 29 which lets through only the wavelengths produced by the diode 6.
  • Part of the return beams 25 and 26 pass around a secondary mirror 30 occupying the center of the housing 27 but is reflected towards it by a primary mirror 31 which begins to focus them.
  • a second focusing is produced by the secondary mirror 30, which returns the return beams 25 and 26 to the primary mirror 31, but actually making them pass through a central hole 32 thereof.
  • the return beams 25 and 26 finally arrive at a network of detectors 33 in a square matrix which constitutes the sensitive element of the alignment sensor 26. They are then more or less focused and form a pattern of light points 35 which includes the same number of points than that of the light source.
  • the loss of defocused light coming from the light which escapes or is absorbed by the dihedrons 13 and 21 and the mirrors 31 and 32 in fact produces only a weakening of the light pattern 35 but does not deform it.
  • the only effect detected corresponds to the orientations of the light rays 8 and 9 which are chosen so that the beams 11 and 12, 19 and 20, and 25 and 26 converge on the network of detectors 33, the surface of which is reduced.
  • An electronic system integrated into the alignment sensor 34 measures the position of points 35 and calculates that of point 36. It is of elementary construction and programming for those skilled in the art and will therefore not be described here.
  • the network of detectors 33 comprises 1024 detectors on each side, corresponding to as many image points and 23 ⁇ m on each side, each of which embraces approximately 13.5 arc seconds, we ensure that the light points 35 extend over three detectors. Point 36 can then be calculated with a position uncertainty equivalent to an angular uncertainty of two arc seconds.
  • the radiation passing through the new dihedrons 40 and 41 extends in a plane different from that of the old dihedra 13 and 21: we really want these planes to make an angle as close as possible to the right angle, but we can be satisfied with an angle C of 60 e by example according to the layout constraints and in particular the width of the beams 11 and 12 and the distance of the second dihedrons 21 and 41 and of the alignment sensor 34 of the instrument 1.
  • the new dihedral system 40 and 41 projects a second pattern of light points 46 onto the network of detectors 33, the center of which 47 can be calculated.
  • This is a second image of the light points 5, the distance of which the first image formed from the light points 35 depends on the rotations undergone by the return beams 25, 26 and 44, 45.
  • these rotations belong to well defined planes, here intersecting thanks to the angle C of the two dihedral systems 13, 21 and 40, 41. It suffices therefore to calculate the straight lines Dl and D2 along which the centers 36 and 47 move because of these rotations to deduce the direction of the line of sight A.
  • the aiming direction A can be estimated with an accuracy of five arc seconds after an appropriate calculation.
  • the alignment sensor 34 provided with a weak field of view for an instrument 1 nominally fixed on the vehicle 18 and whose line of sight hardly changes with time relative to the vehicle, receives only the radiation from the light source and therefore does not have its own orientation reference. It is completed by stellar sensors 49 which are integral with it and are arranged so as to observe the radiation of a star at all times.
  • An interesting arrangement consists in placing the alignment sensor 34 and the stellar sensors 49 on the two faces of a plate 90 rigidly linked to the vehicle 18. In this application where the vehicle 18 is an artificial satellite and the instrument 1 observes the Earth or another star that the vehicle 18 flies over, the stellar sensors 49 are directed opposite the instrument 1, towards the sky, and the alignment sensor 34 must therefore be directed towards the star.
  • FIG. 8 it is explained how a system according to the invention can be implemented with an instrument 1, identical moreover to that of the preceding figures, and further provided with an optical system 3 and light sources 5, a target change mirror 50 which rotates around an axis 51 under the action of a motor 52, reflects the light originating in a direction of sight, variable with the orientation of the mirror change of aim 50, towards instrument 1.
  • a first dihedral 53 is fixed to one side of the aiming change mirror 50, and this first dihedral 53 is shown in detail in FIG. 9. It is essentially composed of two facets 54 and 55 at right angles joined by an edge 56 perpendicular to the axis of rotation 51 and to the reflecting surface 57 of the aiming change mirror 50. As in the previous embodiment, the beams originating from the light sources are reflected on one of the facets 54 (or 55), then on the other 55 (or 54) and emerge from the first dihedral 53 in the form of reflected beams. Only the beam 11 and the reflected beam 19 have been shown here.
  • the shape of the first dihedral 53 combined with its position on the aiming change mirror 50 gives it interesting optical properties equal to those of the dihedra 13 and 21 although a little different.
  • the accidental translations of the first dihedral 53 do not modify the direction of the reflected beam 19, any more than the rotations around the edge 56.
  • the reflected beam 19 remains parallel to the direction of sight B and opposite to this last, because the edge 56 is perpendicular to the reflecting surface 57. It should be noted that the invention remains practicable if the edge 56 is not strictly perpendicular to this surface while making a constant angle with it, because the beam reflected 19 keeps a constant angle with the sighting direction B.
  • a second dihedral 59 whose shape is identical to that of the first dihedral 53, and whose edge 60 is coplanar with the edge 56 and roughly in the same direction.
  • the reflecting facets of the two dihedrons 53 and 59 face each other, so that the reflected beam 19 is reflected by the facets 61 and 62 of the second dihedron 59 so as to be again reflected in the form of the return beam 24 towards an alignment sensor 66.
  • the second dihedral 59 is stationary relative to the observation instrument 1 and therefore to the satellite.
  • the alignment sensor 66 Since the angular movement of the aiming mirror 50 can have a large amplitude, such as 27 ° ( ⁇ 13.5 °) on the Spot satellite, the alignment sensor 66 must have a wider field of view than in the previous embodiment, since the reflected beam 19 or return 24 has a direction which varies by twice this amplitude due to the reflection on the dihedral 53. It is therefore useful to use a sensor star as an alignment sensor 66, making it detect reference stars in addition to the image of the light source. We then resorts to a construction already used in the previous application, but which requires to orient the alignment sensor properly.
  • the instrument 1 is pointed approximately towards the horizon of the axis and if the aiming change mirror substantially imposes a reflection at right angles to the light arriving at the instrument 1 so that the aiming axis B is directed towards the nadir, the reflected beam 19 is directed towards the zenith, and the second dihedron 59 deflects it towards the horizon or towards the star.
  • the opening of the alignment sensor 66 is then pointed towards a portion of the sky.
  • the dihedral 53 is constructed. It is actually a quartz prism 70 with a triangular section, delimited mainly by the reflecting facets 54 and 55 perpendicular to each other and by a transparent facet 71 by which the light enters the quartz prism 70 and leaves it after to have been thought out.
  • the reflective facets 54 and 55 are made such by a metallization of the quartz prism 70 which covers them with a reflective layer 72 or 73.
  • the other dihedrons encountered in this text can all be constructed in the same way, with a quartz prism with two metallic facets.
  • the dihedra 13, 21, 13 'and 21' may have a quadrilateral section still composed of a light entry facet, 74 and 74 'for the dihedra 13 and 13 ', and a light exit facet, respectively 75 and 75' for the same dihedrons ( Figures 3 and 4). Even if a prism is moved by rotation, the effects of refraction on the entry and exit facets are balanced, so that the reflected beam remains at right angles to the incident beam.
  • the transparent 71 and planar facet of the dihedral 53 has the same effect of balancing the refractions.
  • the system of FIG. 3 can be replaced by that of FIG.
  • the plate 90 carrying the stellar sensors 49 is then provided with a face reflective forming a mirror 91 at the location of the alignment sensor 34.
  • the return beams 25 and 26 are reflected by the mirror 91 towards the dihedrons 21, 13 and finally towards the instrument 1 according to retrograde beams, successively 92, 93 and 94 which are only sketched because their rules of travel are similar to those of the beams emitted towards the mirror 91.
  • the instrument 1 is then itself responsible for measuring its orientation on the vehicle 18 and more precisely with respect to the plate 90 which serves as a reference.
  • the orientation faults of the dihedra 13 and 21 have no consequence here because of the compensation for deviation that the retrograde beams 92 to 94 undergo: the displacements of the image of the light points 5 on the instrument 1, calculated from a reference image obtained during a preliminary calibration of the system, only depend on the rotation of the instrument 1 of the line of sight A since this calibration.
  • the instrument 1 must be suitable for this detection, in particular by having a sufficient field of vision. This is why the array of detectors 4 risks being too narrow and will probably have to be replaced by a rectangular or square array of detectors, like that 37 of the alignment sensor 34. Or else, an instrument 1 can be kept in the field of narrow vision by increasing the number of light points 5 to ensure that at least two will always be seen by the instrument 1.
  • FIG. 10 has the drawbacks of requiring in practice larger dihedrons, to intercept the retrograde beams 92 and 93, and a precise adjustment of the focal distance of the optical system 3, but makes it possible not to use a sensor for Alignment 34. Although it is not preferred today, one should not rule out a change of appreciation later.
  • FIG. 11 shows an arrangement of the system of FIG. 8, which is of interest for mirrors with change of sight 50 with large angular movement for which the dihedral 53, or even the second dihedron 59 should be lengthened.
  • the change mirror aiming 50 is then flanked by the dihedral 53 and a complementary dihedral 53 ', which is similar to the previous one but somewhat tilted relative to it around the axis of rotation 52. Thanks to this arrangement, part of the beams such that 11 is intercepted and reflected by the dihedral 53 for part of the angular travel of the aiming change mirror 50 and another part of the beams and intercepted and reflected by the dihedron additional 53 'for the rest of the angular travel.

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Abstract

Un instrument d'observation (1) situé sur un satellite (18) est muni de sources lumineuses dont le rayonnement est réfléchi par les facettes d'au moins un dièdre (13, 21) optique dont la forme est telle qu'il ne dévie pas ou très peu le faisceau réfléchi même s'il est déplacé. La lumière réfléchie et qui est représentative de l'axe de visée (A) de l'instrument (1) est donc renvoyée vers un capteur (34) d'orientation connue pour donner la direction réelle de l'axe (A). Application aux localisations au sol par l'instrument (1).

Description

SYSTEME DE REPERAGE D'ORIENTATION D'UN INSTRUMENT
D'OBSERVATION
DESCRIPTION
L'invention concerne des systèmes de repérage d'orientation d'un instrument d'observation.
Elle constitue un perfectionnement d'une demande de brevet de titre analogue et des mêmes inventeurs, déposée en France sous le numéro d'enregistrement 93 14872 et qui décrivait un système formé en particulier de l'instrument d'observation, d'une source d'un motif lumineux, solidaire de l'instrument, d'un système de renvoi de la lumière de la source et d'un capteur de la lumière du motif. Le système de renvoi était formé d'au moins un miroir qui avait pour fonction de diriger la lumière du motif lumineux vers le capteur de lumière, qui était muni d'une référence d'orientation. Il pouvait en particulier s'agir d'un capteur stellaire qui détectait en même temps que le motif la lumière d'une étoile. La comparaison des positions des images du motif et de l'étoile donnait l'écart angulaire entre la direction de l'étoile et la direction d'émission du motif lumineux avant le système de renvoi. On en déduisait l'orientation de l'instrument. Dans d'autres conceptions, le capteur de lumière impressionné par le motif était solidaire d'un capteur stellaire ou autre pour fournir la référence, ce qui donnait le même résultat. Un capteur stellaire était cependant préféré pour donner la référence d'orientation à cause de l'immobilité des étoiles dans un repère fixe et de la netteté de leur aspect. Et surtout, on préfère mesurer la direction de visée par rapport aux étoiles pour une meilleure précision. La préférence pour un capteur stellaire s'explique d'autant mieux que l'invention antérieure trouvera surtout emploi dans des véhicules spatiaux tels que les satellites, les sondes interplanétaires ou les stations spatiales qui sont garnis d'instruments d'observation d'astres tels que la Terre. Il en va de même de celle- ci .
La connaissance très précise de la direction de l'axe de visée d'un instrument d'observation est essentielle si on veut localiser convenablement l'endroit observé. Actuellement, on sait localiser pratiquement parfaitement un satellite en orbite (avec des incertitudes de 10 à 100 m pour le système GPS et seulement 0,5 à 40 m pour le système DORIS selon les conditions), alors que l'orientation globale de l'axe de visée des instruments d'observation n'est connue en pratique qu'avec une incertitude de 100 à 200 secondes d'arc au mieux, ce qui correspond à environ 400 à 800 m d'incertitude de position au sol pour un satellite à 800 km de hauteur. Bien que cette incertitude d'orientation de visée soit faible en elle-même, elle contribue à presque toute l'incertitude de localisation et on désire donc la réduire.
On rencontre en pratique trois catégories d'instruments. Les premiers sont fixes sur le véhicule, qu'il faut donc tourner (dépointer) en entier pour que l'instrument voulu soit orienté dans la direction souhaitée. Cette conception est peu appréciée à cause en particulier de la dépense d'énergie nécessaire. L'incertitude αe l'orientation de l'axe de visée αe l'instrument dépend alors surtout du montage de l'instrument sur le véhicule, et elle peut être accrue par des perturbations telles que les vibrations ou les déformations dues aux échauffements localisés produits sur une seule face du véhicule par le rayonnement solaire. Les deux autres catégories d'instruments comprennent donc les instruments équipés de mécanismes pour orienter l'instrument sur le véhicule, et, ce qui est beaucoup plus fréquent actuellement, les instruments fixes sur le véhicule mais munis de miroirs de changement de visée qui sont placés devant le champ d'observation de l'instrument et modifient à volonté sa direction de visée quand ils sont tournés. Les axes de visée sont alors dirigés beaucoup plus simplement. Dans tous les cas, les mécanismes mobiles ou les miroirs sont responsables d'incertitudes supplémentaires d'orientation.
Dans la demande précédente, on montrait que les rayons lumineux émis par la source, émis à une orientation connue par rapport à l'axe de visée (en principe parallèlement à lui) et réfléchis par le système de renvoi vers le capteur de lumière, permettaient d'évaluer avec une précision bien meilleure la direction de l'axe de visée, au point que l'incertitude de la localisation au sol n'était plus que de quelques dizaines de mètres.
L'invention a pour objet un système de repérage d'orientation d'un instrument d'observation qui reprend un principe utilisé dans la demande précédente, à savoir la matérialisation de l'axe de visée de l'instrument par un faisceau lumineux apte à former un motif lumineux sur une surface et qui est dévié vers un capteur lumineux, mais une estimation au moins aussi précise de l'axe de visée est obtenue avec l'invention grâce à des dispositifs optiques spécialement adaptés à cet appareillage et qui sont en particulier largement insensibles à des déplacements de position ou d'orientation consécutifs à la calibration préliminaire du système. Le système comprend alors une source de lumière solidaire de l'instrument émettant un motif lumineux, un système de renvoi de lumière à miroirs, et un capteur de lumière muni d'une référence d'orientation, le système de renvoi étant conçu pour transmettre la lumière de la source au capteur, caractérisé en ce que les miroirs comprennent un dièdre à deux facettes sur lesquelles la lumière de la source est successivement réfléchie. Une configuration particulièrement favorable pour connaître l'orientation de l'axe de visée avec une grande précision en l'absence d'un miroir de changement de visée devant l'instrument est celle d'un système qui comprend en outre un deuxième système de renvoi de lumière à miroirs, le deuxième système de renvoi étant conçu pour transmettre la lumière de la source à un capteur, caractérisé en ce que les miroirs du deuxième système de renvoi comprennent un dièdre à deux facettes sur lesquelles la lumière de la source est successivement refléchie, et en ce qu'il comprend un système optique placé entre la source de lumière et les systèmes de renvoi qui défocalise la lumière de la source pour former un faisceau lumineux élargi, les dièdres de chacun des systèmes de renvoi étant immobiles et interceptant une portion respective du faisceau lumineux élargi. Le capteur des deux systèmes de renvoi est de préférence unique, et les systèmes de renvoi refléchissent alors la lumière de la source dans deux plans qui peuvent faire un angle non nul et aussi proche que possible de 90°.
Une forme intéressante de dièdre est un prisme dont les facettes réfléchissantes sont a un angle de 45° ou 135° et se joignent par une arête sensiblement perpendiculaire à la direction du faisceau élargi, car le faisceau est alors toujours refléchi à angle droit. Le capteur de lumière utilisé pour définir l'alignement de l'axe de visée peut être situé au bout du système de renvoi, mais il est aussi concevable qu'on trouve là un miroir qui renvoie le faisceau par le système de renvoi vers l'instrument d'observation, qui intègre le capteur de lumière ou qui coïncide avec lui : l'instrument vérifie alors lui-même son orientation.
Avec les instruments à miroir de changement de visée, on propose qu'un dièdre soit solidaire d'un miroir de changement de visée tournant devant l'instrument, les facettes réfléchissantes du dièdre faisant un angle droit et se joignant par une arête perpendiculaire au plan et à l'axe de rotation du miroir de visée pour obtenir ici aussi une grande précision d'évaluation de l'axe de visée. Des perfectionnements sont encore possibles avec ce groupe de réalisation.
On va à présent décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes, annexées à titre illustratif et non limitatif :
- la figure 1 est une coupe de côté du plan focal de l'instrument d'observation,
- la figure 2 est une vue de face du plan focal de l'instrument,
- la figure 3 est une vue d'un système de repérage partiel avec un instrument d'observation fixe,
- la figure 4 représente une variante d'exécution,
- la figure 5 illustre un dispositif optique à l'avant d'un capteur de lumière,
- la figure 6 illustre un procédé de reconnaissance d'axe de visée,
- la figure 7 représente un système de repérage complet, - la figure 8 représente un système de repérage conjoint à un miroir de changement de visée,
- les figures 9 et 9A illustrent la construction du dièdre, - la figure 10 illustre une variante de la figure 3,
- et la figure 11 représente partiellement un système de repérage perfectionné pour un système à miroir de changement de visée. On représente sur les figures 1 et 2 le plan focal de l'instrument d'observation et la source lumineuse qui lui sert de référence d'orientation en matérialisant son axe de visée A. L'instrument 1 est terminé par une face avant 2 lisse qui coïncide avec le plan focal d'un système optique 3 (représenté à la figure 3) qui précède l'instrument 1 et s'étend dans son champ d'observation. Le système optique 3 est symbolisé par une lentille de focalisation mais peut comprendre tous les éléments usuels combinés à volonté. Une barrette de détecteurs 4 qui constitue ici la partie réceptrice de l'instrument 1 est placée à travers la face avant 2.
La source lumineuse est ici composée de quatre points 5 disposés en losange sur la face avant 2, autour de la barrette de détecteurs 4. On a vu dans la demande précédente qu'une source ponctuelle unique ne suffisait pas, car elle ne permettait pas de constater certaines rotations de l'instrument 1 et en particulier les rotations autour de son axe d'émission, mais que deux sources suffisaient et qu'un plus grand nombre pouvait être souhaitable pour obtenir une précision meilleure. Une diode 6 unique peut suffire à la production de tous ces points lumineux 5, à condition de la placer derrière un faisceau de fibres optiques 7 qui la relie à chacun des points 5. On peut utiliser une diode 6 électroluminescente ou une diode à effet de laser, cette dernière étant préférable car elle fournit des rayons lumineux plus fins et de longueur d'onde moins dispersée. Une longueur d'onde de 0,95 μm peut être proposée ; les points lumineux 5 sont très fins, de 20 μm de diamètre par exemple, et la lumière sera émise sous forme de faisceaux sensiblement parallèles de faible divergence qu'on peut assimiler à de simples rayons lumineux. La figure 3 montre que ces rayons 8 et 9 sont défocalisés quand ils ont traversé le système optique 3 et forment alors des faisceaux 11 et 12 élargis qui occupent à peu près le même volume. Seuls deux faisceaux de rayons lumineux sont représentés sur la figure, mais il y en a en réalité autant que de points lumineux 5. Les faisceaux ont une légère différence d'orientation Δα, qui peut être de quelques fractions de degré et est égale à celle des rayons lumineux qui leur ont donné naissance ; cette différence d'orientation Δα est exagérée sur la figure 3, de même que la divergence des rayons lumineux 8 et 9.
Un dièdre 13 optique est placé sur le chemin des faisceaux 11 et 12 pour en intercepter une portion. Il est composé de deux facettes réfléchissantes 14 et 15 successivement atteintes par les portions interceptées des deux faisceaux 11 et 12, et ces facettes sont réunies par une arête 16 perpendiculaire à l'axe de visée A de l'instrument 1. Le dièdre 13 est fixé à un véhicule spatial 18 comme l'instrument 1. Les portions des faisceaux 11 et 12 qui sont interceptées par le dièdre 13 sont donc réfléchies successivement sur les facettes 14 et 15 et renvoyées en formant des faisceaux réfléchis 19 et 20. Les facettes 14 et 15 sont dirigées l'une contre l'autre en formant un angle de 45°. Cette forme particulière présente des propriétés remarquables qu'il importe de bien saisir. Tout d'abord, une rotation accidentelle du dièdre 13 autour de l'axe Z de l'arête 16 ne modifie en rien l'orientation des faisceaux réfléchis 19 et 20. Une translation du dièdre 13 suivant les axes X, Y (à 22,5° des facettes 14 et 15) et Z n'a pas non plus d'effet sur cette orientation. Quant aux rotations du dièdre 13 autour des axes X et Y, elles ont pour seul effet de faire tourner les faisceaux réfléchis 19 et 20 dans un plan parallèle au plan des axes X et Z. Cette propriété est vérifiée rigoureusement pour les rotations autour de l'axe Y et avec une petite erreur, négligeable pour les petites variations de rotation qu'on rencontrera en pratique autour de l'axe X, car cette erreur est du deuxième ordre (une rotation supplémentaire de 10~6 radian des faisceaux réfléchis est produite pour une rotation de 10~ radian du dièdre 13) .
Les faisceaux réfléchis 19 et 20 parviennent ensuite à un second dièdre 21 semblable au précédent, fixé au véhicule spatial 18 et composé de deux facettes 22 et 23 dirigées l'une vers l'autre à 45°, qui les réfléchissent successivement selon des faisceaux de retour 25 et 26 vers un capteur d'alignement 34. Ces facettes 22 et 23 sont à 22,5° d'axes X' et Y' respectivement opposé à X et parallèle à Y ; elles se joignent par une arête 24 confondue avec un axe parallèle à Z et de sens opposé. Le second dièdre 21 a les mêmes propriétés optiques que le premier puisqu'il est de même forme, et en particulier les propriétés de stabilité de direction du rayonnement réfléchi. Comme les facettes sont à 45°, les rayons réfléchis par les dièdres 13 et 21 sont à angle droit avec les rayons incidents. On s'aperçoit qu'une rotation du premier dièdre 13 autour de l'axe X ou Y, qui a pour conséquence une rotation des faisceaux réfléchis 19 et
20 autour d'un axe parallèle à l'axe Y, aura le même effet qu'une rotation du second dièdre 21 autour de l'axe X' ou Y' sur l'orientation des faisceaux de retour 25 et 26, opposés aux faisceaux 11 et 12 et parfaitement parallèles à eux quand les dièdres 13 et
21 sont placés avec exactitude et qu'ils ne pourront être déviés que par des rotations dans un plan unique, perpendiculaire à la figure, ou parallèle aux plans définis par les axes Y et Z, ou Y' et Z'.
Une conception équivalente est représentée à la figure 4 : les dièdres 13 et 21 sont remplacés par des dièdres 13' et 21' dont les facettes 14' et 15', ou 22' et 23', font toujours des angles de 22,5° avec des axes X, Y, X' ou Y' semblables à ceux de la figure 3, mais les plans des facettes font ici des angles de 135° entre eux. Les propriétés optiques des dièdres 13' et 21' sont les mêmes que celles des dièdres 13 et 21, et le résultat sur les faisceaux réfléchis 19, 20 et de retour 25, 26 est le même ; la seule différence est que les réflexions sur les facettes 15' et 23' précédent celles sur les facettes 14* et 22'.
Le capteur d'alignement 34 peut être d'un genre bien adapté à la mesure de faibles champs de vue (par exemple un angle solide de quatre degrés de côté) . Comme on le voit à la figure 5, son boîtier 27 est précédé d'une enveloppe cylindrique 28 à l'entrée de laquelle on trouve un filtre 29 qui ne laisse passer que les longueurs d'onde produites par la diode 6. Une partie des faisceaux de retour 25 et 26 passe autour d'un miroir secondaire 30 occupant le centre du boîtier 27 mais est réfléchie vers lui par un miroir primaire 31 qui commence à les focaliser. Une seconde focalisation est produite par le miroir secondaire 30, qui renvoie les faisceaux de retour 25 et 26 vers le miroir primaire 31, mais en les faisant en réalité passer par un trou central 32 de celui-ci.
Les faisceaux de retour 25 et 26 arrivent finalement à un réseau de détecteurs 33 en matrice carrée qui constitue l'élément sensible du capteur d'alignement 26. Ils sont alors à peu près focalisés et forment un motif de points lumineux 35 qui comprend le même nombre de points que celui de la source lumineuse. La perte de lumière défocalisée provenant de la lumière qui échappe aux dièdres 13 et 21 et aux miroirs 31 et 32, ou qui est absorbée par eux, ne produit en effet qu'un affaiblissement du motif lumineux 35 mais ne le déforme pas. Le seul effet détecté correspond aux orientations des rayons lumineux 8 et 9 qui sont choisies pour que les faisceaux 11 et 12, 19 et 20, et 25 et 26 convergent sur le réseau de détecteurs 33, dont la surface est réduite.
Si les points lumineux 5 sont symétriques par rapport à l'axe de visée A, ainsi que les directions de leurs rayons 8 et 9, un rayon émis dans l'axe de visée et réfléchi par les dièdres 13 et 21 aboutirait au centre du motif de points lumineux 35, c'est-à-dire au point 36.
Un système électronique intégré au capteur d'alignement 34 mesure la position des points 35 et calcule celle du point 36. Il est de construction et de programmation élémentaires pour l'homme du métier et ne sera donc pas décrit ici. Dans une réalisation envisagée où le réseau de détecteurs 33 comprend 1024 détecteurs de chaque côté, correspondant à autant de points d'image et de 23 μm de côté, dont chacun embrasse environ 13,5 secondes d'arc, on fait en sorte que les points lumineux 35 s'étendent sur trois détecteurs. Le point 36 peut être alors calculé avec une incertitude de position équivalant à une incertitude angulaire de deux secondes d'arc.
Il est vrai que le point 36 ne correspondra pas au point atteint par un rayonnement émis dans l'axe de visée, à cause des rotations possibles des dièdres 13 et 21. Délaissons pour l'instant la figure 6 pour la figure 7 afin d'expliquer comment ce problème est résolu. On dispose simplement un autre dispositif de renvoi semblable au premier et composé en particulier de deux dièdres 40 et 41 semblables aux dièdres 13 et 21, et qui interceptent une autre portion des faisceaux 11 et 12 pour les renvoyer vers le capteur d'alignement 34. On retrouve en particulier des faisceaux réfléchis 42 et 43 entre les nouveaux dièdres 40 et 41, et des faisceaux de retour 44 et 45 entre le nouveau second dièdre 41 et le capteur d'alignement 34. Le rayonnement passant par les nouveaux dièdres 40 et 41 s'étend dans un plan différent de celui des anciens dièdres 13 et 21 : on désire en vérité que ces plans fassent un angle aussi proche que possible de l'angle droit, mais on peut se contenter d'un angle C de 60e par exemple selon les contraintes d'aménagement et en particulier la largeur des faisceaux 11 et 12 et l'éloignement des seconds dièdres 21 et 41 et du capteur d'alignement 34 de l'instrument 1.
Le nouveau système de dièdres 40 et 41 projette un second motif de points lumineux 46 sur le réseau de détecteurs 33, dont le centre 47 peut être calculé. Il s'agit d'une seconde image des points lumineux 5, dont 1'éloignement de la première image formée des points lumineux 35 dépend des rotations subies par les faisceaux de retour 25, 26 et 44, 45. On a vu que ces rotations appartiennent à des plans bien définis, ici sécants grâce à l'angle C des deux systèmes de dièdres 13, 21 et 40, 41. Il suffit donc de calculer les droites Dl et D2 le long desquelles les centres 36 et 47 se déplacent à cause de ces rotations pour déduire la direction de l'axe de visée A. Si en effet une calibration préliminaire du système avait donné des centres d'images 360 et 470, il suffit de mesurer les écarts dl et d2 des points 360 et 36, et 470 et 47, après une translation parallèle respectivement aux droites Dl et D2, c'est-à-dire que l'écart dl par exemple est la distance du point 360 à sa projection orthogonale du point 360 sur la droite Dl passant par 36. On pourra estimer la direction de visée A avec une précision de cinq secondes d'arc après un calcul approprié.
Le capteur d'alignement 34, doté d'un faible champ de vue pour un instrument 1 nominalement fixe sur le véhicule 18 et dont l'axe de visée ne bouge guère avec le temps par rapport au véhicule, ne reçoit que le rayonnement de la source de lumière et ne possède donc pas de référence d'orientation propre. On le complète par des capteurs stellaires 49 qui lui sont solidaires et sont disposés de façon à observer à tout instant le rayonnement d'une étoile. Un aménagement intéressant consiste à disposer le capteur d'alignement 34 et les capteurs stellaires 49 sur les deux faces d'une platine 90 rigidement liée au véhicule 18. Dans cette application où le véhicule 18 est un satellite artificiel et l'instrument 1 observe la Terre ou un autre astre que le véhicule 18 survole, les capteurs stellaires 49 sont dirigés à l'opposé de l'instrument 1, vers le ciel, et le capteur d'alignement 34 doit donc être dirigé vers l'astre. C'est pourquoi le rayonnement des sources lumineuses doit être réfléchi à 180° et qu'une paire de dièdres par image sur le réseau de détecteurs 33 est utilisée. On peut aussi concevoir de ne pas utiliser un nombre suffisant de capteur stellaires 49 pour délivrer à tout instant la position du capteur d'alignement 34. On utiliserait alors des capteurs stellaires 49 qui ne permettraient que de faire une mesure d'orientation de temps en temps, en les complétant par un capteur gyroscopique ou autre qui suppléerait à leurs mesures le reste du temps.
On passe maintenant à la figure 8 où il est expliqué comment un système conforme à l'invention peut être mis en oeuvre avec un instrument 1, identique par ailleurs à celui des figures précédentes, et muni en outre d'un système optique 3 et de sources lumineuses 5, d'un miroir de changement de visée 50 qui tourne autour d'un axe 51 sous l'action d'un moteur 52, réfléchit la lumière originaire d'une direction de visée, variable avec l'orientation du miroir de changement de visée 50, vers l'instrument 1.
On fixe un premier dièdre 53 à un côté du miroir de changement de visée 50, et ce premier dièdre 53 est représenté en détail à la figure 9. Il est essentiellement composé de deux facettes 54 et 55 à angle droit se joignant par une arête 56 perpendiculaire à l'axe de rotation 51 et à la surface réfléchissante 57 du miroir de changement de visée 50. Comme dans la réalisation précédente, les faisceaux originaires des sources lumineuses sont réfléchis sur l'une des facettes 54 (ou 55), puis sur l'autre 55 (ou 54) et sortent du premier dièdre 53 sous forme de faisceaux réfléchis. On n'a représenté ici que le faisceau 11 et le faisceau réfléchi 19.
La forme du premier dièdre 53 combinée à sa position sur le miroir de changement de visée 50 lui confère des propriétés optiques intéressantes à l'égal de celles des dièdres 13 et 21 quoique un peu différentes. Tout d'abord, les translations accidentelles du premier dièdre 53 ne modifient pas la direction du faisceau réfléchi 19, pas plus que les rotations autour de l'arête 56. Le faisceau 19 réfléchi reste parallèle à la direction de visée B et opposé à cette dernière, car l'arête 56 est perpendiculaire à la surface réfléchissante 57. Il faut remarquer que l'invention reste praticable si l'arête 56 n'est pas rigoureusement perpendiculaire à cette surface tout en faisant un angle constant avec elle, car le faisceau réfléchi 19 garde un angle constant avec la direction de visée B.
On peut encore prévoir un second dièdre 59 dont la forme est identique à celle du premier dièdre 53, et dont l'arête 60 est coplanaire à l'arête 56 et à peu près de même direction. Les facettes réfléchissantes des deux dièdres 53 et 59 se font face, de sorte que le faisceau réfléchi 19 est réfléchi par les facettes 61 et 62 du second dièdre 59 pour être à nouveau réfléchi sous forme du faisceau de retour 24 vers un capteur d'alignement 66. Le second dièdre 59 est immobile par rapport à l'instrument d'observation 1 et donc au satellite.
Voici comment on peut justifier le second dièdre 59. Comme le débattement angulaire du miroir de changement de visée 50 peut avoir une amplitude importante, comme 27° (± 13,5°) sur le satellite Spot, le capteur d'alignement 66 doit avoir un champ de vue plus large que dans la réalisation précédente, car le faisceau réfléchi 19 ou de retour 24 a une direction qui varie du double de cette amplitude à cause de la réflexion sur le dièdre 53. Il est donc utile d'utiliser un capteur stellaire comme capteur d'alignement 66, en lui faisant détecter des étoiles de référence en sus de l'image de la source lumineuse. On recourt alors à une construction déjà utilisée dans la demande précédente, mais qui impose d'orienter convenablement le capteur d'alignement. Si l'instrument 1 est pointé à peu près vers l'horizon de l'axe et si le miroir de changement de visée impose sensiblement une réflexion à angle droit de la lumière arrivant à l'instrument 1 de sorte que l'axe de visée B soit dirigé vers le nadir, le faisceau réfléchi 19 est dirigé vers le zénith, et le second dièdre 59 le dévie vers l'horizon ou vers l'astre. L'ouverture du capteur d'alignement 66 est alors pointée vers une portion du ciel. En pratique, on doit disposer ici d'une lame semi-réfléchissante 67 devant lui, perpendiculaire à l'arête du second dièdre 59 de manière que la lumière du faisceau réfléchi 24 le traverse, alors que la lumière des étoiles d'une partie du ciel est réfléchie vers le capteur d'alignement 66 en atteignant l'autre face de la lame semi-réfléchissante 67.
On revient à la figure 9 pour expliquer comment le dièdre 53 est construit. Il s'agit en réalité d'un prisme de quartz 70 à section triangulaire, délimité principalement par les facettes réfléchissantes 54 et 55 perpendiculaires entre elles et par une facette transparente 71 par laquelle la lumière entre dans le prisme de quartz 70 et le quitte après avoir été réfléchie. Les facettes réfléchissantes 54 et 55 sont rendues telles par une métallisation du prisme de quartz 70 qui les recouvre d'une couche réfléchissante 72 ou 73. Les autres dièdres rencontrés dans ce texte peuvent tous être construits de la même façon, avec un prisme de quartz à deux facettes métallisées. Cependant, les dièdres 13, 21, 13' et 21' pourront avoir une section quadrilatérale composée encore d'une facette d'entrée de la lumière, 74 et 74' pour les dièdres 13 et 13', et d'une facette de sortie de la lumière, respectivement 75 et 75' pour les mêmes dièdres (figures 3 et 4) . Même si un prisme est déplacé par une rotation, les effets de la réfraction aux facettes d'entrée et de sortie s'équilibrent, de sorte que le faisceau réfléchi reste à angle droit avec le faisceau incident. La facette transparente 71 et plane du dièdre 53 a le même effet d'équilibrage des réfractions. On termine la description de cette invention sur quelques variantes d'exécution des solutions principales exposées jusqu'ici. C'est ainsi que le système de la figure 3 peut être remplacé par celui de la figure 10, qui en diffère par l'omission du capteur d'alignement 34. La platine 90 portant les capteurs stellaires 49 est alors munie d'une face réfléchissante formant un miroir 91 à l'endroit du capteur d'alignement 34. Les faisceaux de retour 25 et 26 sont réfléchis par le miroir 91 vers les dièdres 21, 13 et enfin vers l'instrument 1 selon des faisceaux rétrogrades, successivement 92, 93 et 94 qui ne sont qu'esquissés car leurs règles de parcours sont semblables à celles des faisceaux émis vers le miroir 91. L'instrument 1 est alors lui-même chargé de mesurer son orientation sur le véhicule 18 et plus précisément par rapport à la platine 90 qui sert de référence. Les défauts d'orientation des dièdres 13 et 21 n'ont pas ici de conséquence à cause de la compensation de déviation que les faisceaux rétrogrades 92 à 94 subissent : les déplacements de l'image des points lumineux 5 sur l'instrument 1, calculés à partir d'une image de référence obtenue pendant une calibration préliminaire du système, ne dépendent que de la rotation de l'instrument 1 de l'axe de visée A depuis cette calibration. Il faut évidemment que l'instrument 1 convienne à cette détection, notamment en possédant un champ de vision suffisant. C'est pourquoi la barrette de détecteurs 4 risque d'être trop étroite et devra probablement être remplacée par un réseau rectangulaire ou carré de détecteurs, comme celui 37 du capteur d'alignement 34. Ou bien, on peut conserver un instrument 1 à champ de vision étroit en augmentant le nombre de points lumineux 5 pour s'assurer que deux au moins seront toujours aperçus par l'instrument 1. On prendra alors garde de pouvoir les distinguer dans ces conditions soit par une disposition suffisamment irrégulière, soit par des longueurs d'onde différentes. La solution de la figure 10 présente les inconvénients d'exiger en pratique de plus gros dièdres, pour intercepter les faisceaux rétrogrades 92 et 93, et un réglage précis de la distance focale du système optique 3, mais permet de ne pas employer de capteur d'alignement 34. Bien qu'elle ne soit pas préférée aujourd'hui, on ne doit pas exclure un changement d'appréciation plus tard.
La figure 11 montre un aménagement du système de la figure 8, qui offre de l'intérêt pour les miroirs à changement de visée 50 à grand débattement angulaire pour lesquels il faudrait allonger le dièdre 53, voire le second dièdre 59. Le miroir de changement de visée 50 est alors flanqué du dièdre 53 et d'un dièdre de complément 53', qui est semblable au précédent mais quelque peu basculé par rapport à lui autour de l'axe de rotation 52. Grâce à cette disposition, une partie des faisceaux tels que 11 est interceptée et réfléchie par le dièdre 53 pour une partie de la course angulaire du miroir de changement de visée 50 et une autre partie des faisceaux et interceptée et réfléchie par le dièdre complémentaire 53' pour le reste de la course angulaire. Il peut y avoir une portion médiane de course pour laquelle la mesure est faite sur les deux dièdres 53 et 53' à la fois. Il existe un capteur stellaire 66 pour chacun des dièdres 53 et 53', ou au contraire un seul capteur stellaire 66, si les dièdres 53 et 53' sont disposés du même côté du miroir de renvoi.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de repérage d'orientation d'un instrument d'observation (1) comprenant une source (5) de lumière solidaire de l'instrument (1) émettant un motif lumineux au plan focal de l'instrument, un système de renvoi de lumière à miroirs, et un capteur de lumière muni d'une référence d'orientation, le système de renvoi étant conçu pour transmettre la lumière de la source au capteur, caractérisé en ce que les miroirs comprennent un dièdre à deux facettes sur lesquelles la lumière de la source est successivement réfléchie.
2. Système de repérage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième système de renvoi de lumière à miroirs, le deuxième système de renvoi étant conçu pour transmettre la lumière de la source à un capteur, caractérisé en ce que les miroirs du deuxième système de renvoi comprennent un dièdre à deux facettes sur lesquelles la lumière de la source est successivement réfléchie, et en ce qu'il utilise un système optique de l'instrument placé entre la source de lumière et les systèmes de renvoi qui transmet la lumière de la source pour former un faisceau lumineux de rayons parallèles, les dièdres de chacun des systèmes de renvoi étant immobiles et interceptant une portion respective du faisceau lumineux.
3. Système de repérage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dièdres réfléchissent la lumière de la source dans des directions convergentes, vers un capteur unique (34).
4. Système de repérage selon la revendication 3, caractérisé en ce que les directions convergentes font un angle (C) non nul et le plus proche possible de 90°.
5. Système de repérage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dièdres sont des prismes (13, 13', 21, 21') dont les facettes réfléchissantes sont à un angle de 45° ou 135° et se joignent par une arête sensiblement perpendiculaire à la direction du faisceau élargi.
6. Système de repérage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les systèmes de renvoi comprennent chacun un second dièdre en forme de prisme à deux facettes réfléchissantes à un angle de 45° ou 135° et qui se joignent par une arête sensiblement parallèle à l'arête du dièdre du même système de renvoi qui réfléchit le faisceau, et constitue un premier dièdre, la lumière de la source se réfléchissant successivement sur les deux facettes des seconds dièdres et étant renvoyée par les seconds dièdres dans une direction parallèle au faisceau et en sens opposé vers le capteur, le capteur étant orienté sensiblement parallèlement à l'instrument d'observation (1) et fixé à une face d'une platine (90) sur une face opposée de laquelle un capteur stellaire est fixé.
7. Système de repérage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les systèmes de renvoi comprennent chacun un second dièdre en forme de prisme à deux facettes réfléchissantes à un angle de 45° ou 135° et qui se joignent par une arête sensiblement parallèle à l'arête du dièdre du même système de renvoi qui réfléchit le faisceau, et constitue un premier dièdre, la lumière de la source se réfléchissant successivement sur les deux facettes des seconds dièdres et étant renvoyée par les seconds dièdres dans une direction parallèle au faisceau et en sens opposé vers un miroir (91) réalisé sur une face d'une platine (90) sur une face opposée de laquelle un capteur d'orientation est fixé, le miroir étant sensiblement orienté comme l'instrument de façon à renvoyer la lumière de la source vers les dièdres des systèmes de renvoi et vers l'instrument selon un faisceau rétrograde (92, 93, 94), le capteur de lumière étant solidaire de l'instrument et placé sur lui ou coïncidant avec lui.
8. Système de repérage selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les dièdres sont des prismes à section quadrilatérale, délimités par les facettes réfléchissantes et par deux facettes transparentes jointives à angle droit dont une est une facette d'entrée de la lumière de la source et l'autre est une facette de sortie du prisme de la lumière de la source, les facettes réfléchissantes étant réalisées par un revêtement du prisme.
9. Système de repérage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de renvoi comprend un miroir (91) renvoyant la lumière de la source en sens rétrograde par le dièdre et vers l'instrument, le capteur de lumière étant solidaire de l'instrument et placé sur lui ou coïncidant avec lui.
10. Système de repérage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dièdre est solidaire d'un miroir de changement de visée tournant devant l'instrument, les facettes réfléchissantes du dièdre faisant un angle droit et se joignant par une arête perpendiculaire au plan du miroir de changement de visée.
11. Système de repérage selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dièdre est un prisme à section triangulaire à angle droit, délimité par les facettes réfléchissantes et par une facette transparente par laquelle la lumière de la source entre dans le prisme et en sort, les facettes réfléchissantes étant réalisées par un revêtement du prisme.
12. Système de repérage suivant l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que le système de renvoi comprend un second prisme fixe par rapport a l'instrument et renvoyant vers le capteur la lumière de la source renvoyée par le dièdre fixé au miroir, les facettes réfléchissantes du prisme faisant un angle droit et se joignant par une arête coplanaire à l'arête du dièdre fixé au miroir, le capteur de lumière étant un capteur stellaire.
13. Système de repérage suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le second prisme est muni d'une lame semi-reflechissante traversée par la lumière de la source et refléchissant une lumière α'étoiles.
14. Système de repérage suivant la revendication 13, caractérise en ce que le plan de la lame semi- réfléchissante est solidaire de l'arête du second prisme et perpendiculaire à elle.
15. Système de repérage suivant la revendication 10, caractérise en ce qu'il comprend un deuxième système de renvoi vers un capteur de lumière, le deuxième système de renvoi comprenant un dièdre à deux facettes réflécnissantes formant un angle droit et se joignant par une arête perpendiculaire à l'axe de rotation du miroir de changement de visée, les arêtes des dièdres (53, 53') n'étant pas parallèles, les systèmes de renvoi étant utiles pour des portions différentes de course angulaire du miroir de changement de visée, un système optique étant place entre l'instrument et les dièdres pour defoca iser la lumière de la source et pour former un faisceau lumineux élargi, les αiedres interceptant des portions différentes au faisceau élargi (figure 11) .
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