WO2015136102A1 - Procede de detection optique de mobiles spatiaux, systemes de telescopes pour la detection de mobiles spatiaux - Google Patents

Procede de detection optique de mobiles spatiaux, systemes de telescopes pour la detection de mobiles spatiaux Download PDF

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WO2015136102A1
WO2015136102A1 PCT/EP2015/055360 EP2015055360W WO2015136102A1 WO 2015136102 A1 WO2015136102 A1 WO 2015136102A1 EP 2015055360 W EP2015055360 W EP 2015055360W WO 2015136102 A1 WO2015136102 A1 WO 2015136102A1
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WO
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telescope
mobile
detection
telescopes
field
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/055360
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English (en)
Inventor
Michel BOËR
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique Cnrs
Universite De Nice Uns
Observatoire De La Côte D'azur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National De La Recherche Scientifique Cnrs, Universite De Nice Uns, Observatoire De La Côte D'azur filed Critical Centre National De La Recherche Scientifique Cnrs
Priority to EP15712284.7A priority Critical patent/EP3117260A1/fr
Publication of WO2015136102A1 publication Critical patent/WO2015136102A1/fr

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Classifications

    • 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
    • G02B23/02—Telescopes, e.g. binoculars; Periscopes; Instruments for viewing the inside of hollow bodies; Viewfinders; Optical aiming or sighting devices involving prisms or mirrors

Definitions

  • the field of the invention relates to the detection of mobiles present in space at low and high altitudes by optical methods implementing a set of telescopes. More particularly, the field of the invention relates to the detection of satellites and space debris as well as aircraft or any mobile and the calculation of their orbit and their trajectory with a view to preventing their fall on earth, a collision in space or entering a danger zone.
  • This surveillance concerns both end-of-life and uncontrolled satellites as well as debris from previous collisions, or asteroids or comets potentially dangerous for the Earth.
  • debris in the remainder of the text knowing that this notion of debris includes debris properly so called, operational or non-operational satellites, or even meteorites.
  • a first problem concerns the fall of debris on the surface of the earth and a second problem concerns the collision of debris between them or with active satellites.
  • the problem of monitoring the various mobile space also concerns those, by extension, discrete mobiles moving at very low altitude such that aircraft, for example ultralights or drones, which can define a danger for example when their overflight is carried out near a sensitive site, for example a nuclear power plant.
  • a difficulty is to find a large-field optical system to cover different altitudes, distant and close, and to follow objects at low altitudes with high speeds and therefore difficult to detect.
  • a problem of the detection and monitoring of space debris whose orbit and / or trajectory is not known a priori, is the consideration of the light intensity of third sources which disturbs the detections. These sources may come from the sky, the sun, the moon, and local weather conditions that affect the stability of the shooting conditions.
  • the monitoring system must be able to take into account a multitude of light conditions making it possible to maximize detections in all circumstances. Detection taking place by considering a point or an area of the surface of the globe, the condition of the field of view of the observer is an extremely important in the calculation of the probability of detection of a mobile and the calculation of its trajectory.
  • the first family of orbits is known by the acronym LEO, denoting "Low Earth Orbit” in the English terminology. It is a family of low orbits up to 2000 km. This family of orbits is very busy with communications satellites, military, detection, weather, etc.
  • GEO Globalstar Orbit
  • GEO Globalstar Orbit
  • geostationary Orbit which includes a geostationary orbit defined at 35784 km above the equator.
  • a revolution of a mobile at this altitude is 24h.
  • the mobile in a geostationary orbit is fixed with respect to a terrestrial position. However, debris can leave their orbit and have scrolling orbits. This orbit is very busy with communication satellites (military or civilian), remote sensing, meteorology, etc.
  • MEO Medium Earth Orbit
  • MEO Medium Earth Orbit
  • a fourth family of orbits is referred to as the HEO, whose highly elliptical orbits, such as the Molniya or Tundra orbits, make it possible to communicate or monitor regions of high latitudes.
  • GTO Global System for Mobile Communications
  • This family includes elliptical orbits. Their apogee is of the order of 42000 km and their perigee is of the order of 650km. This family of orbits is very convenient for injecting satellites into a geostationary orbit, so it is used during satellite launches as a transitional orbit for geostationary orbit placement.
  • active methods especially for the detection of debris in LEO orbits.
  • the active methods are based on a "radar” type of operation in which a mobile is illuminated by a source emitting a signal. The signal is then reflected and it is the reflection of the signal that informs a receiver of mobile position data.
  • a first disadvantage of this method is that the received power varies as d "4 , where" d "is the distance from the mobile to the transmitter / receiver, therefore the received stream will remain weak during the detection, even if a strong transmission power is envisaged.
  • a second disadvantage is the relatively large installation of radar type system that this method imposes. These facilities are expensive and require significant maintenance and are easily detectable. In addition, these systems consume a lot of energy and must therefore be installed near an electrical network.
  • the active methods there are also the LIDARs which rely on an illumination of a mobile by a Laser. This method achieves better results than the radar in terms of power detected because the laser light is better focused.
  • the detection cones are much weaker and are not very suitable for "blind" detections of mobiles located in low and elliptical orbits.
  • Another family of methods exists, these are the passive methods in which the targets are not lit by a terrestrial source. As far as passive methods are concerned, the luminous flux captured by a detector varies with the distance "d" to the mobile as a function of d "2 which offers better results than the active methods on the light flux captured from the mobile.
  • the disadvantage major is the strong dependence on illuminations from external sources such as the sun, the stars or the moon.
  • the advantage of these solutions lies in their low costs and the relative simplicity of their implementation from detectors based on optical instruments capable of viewing objects of small sizes at all altitudes.
  • a telescope or a radar or other electromagnetic means can detect a stationary point on a background of moving stars during the time of installation. With a large-field telescope, it is then possible to detect space mobiles on a geostationary belt and their trajectory.
  • a difficulty comes from the speed of scrolling space mobiles which can exceed 1 ° / s at the zenith for a low orbit.
  • the detection is done by the capture of a trace vis-à-vis specific traces or streaks depending on the sidereal movement and therefore the observation window in the sky.
  • the method then consists of discriminating the traces, to detect the presence of a space debris. If the inclination can be optionally detected according to the analysis of the trace left by the mobile, however, it remains very difficult to obtain a real speed of movement of the mobile because of the unknown altitude. As a result, it is difficult to deduce elements from its trajectory by extrapolating the trace analyzes. In the general case, it is necessary to have three measurements of the angular position of the mobile to derive its orbit. Two measurements are sufficient if the mobile is in a circular orbit.
  • the problem can be solved by increasing the field of a telescope to increase the traces and their number, but the detected images, as explained above, can become difficult to analyze due to the complexity of the telescopes to be used, light pollution. surrounding, the strong confusion caused by all the objects of the field, and the very large size of the necessary sensors.
  • a large-field optics makes it possible to deduce information as to the trajectory of the mobile; on the other hand, a large field is more likely to be affected by parasitic light sources.
  • the presence of a large focal plane also causes many aberrations.
  • an electronic detector When an electronic detector is coupled to a large-field optics, it must be very large; the sizes and number of pixels can be very large and the design costs are significant and the operation is difficult.
  • the invention solves the aforementioned drawbacks.
  • the invention relates to a method for detecting a mobile in space as well as to a method for multiplexing a telescope field distribution for detecting a mobile in space.
  • the invention also relates to an optical system comprising a first set of telescopes for implementing either the detection method of the invention.
  • An object of the invention relates to a method for detecting a mobile in the space comprising:
  • an object of the invention relates to a method for detecting a mobile in the space comprising:
  • each telescope Detection of at least one trace of a mobile in the field of at least one telescope by an electronic detector coupled to each telescope, each telescope defining a detection telescope, the integration time of the electronic detector being defined to obtain a multi-pixel trace spread of the electronic detector for a given maximum scroll speed of the mobile and a minimum altitude of its orbit; • a deduction of a trajectory of the mobile in the image plane of said telescope.
  • One advantage is to provide a wide field from a particular arrangement of a number of telescopes.
  • the method of the invention makes it possible to increase the probabilities of detection while covering a large area of the sky.
  • Telescopes having limited fields, for example less than 3 °, can be combined to form a field of more than 30 ° with which a probability of detection is associated. This solution is simple to implement and inexpensive.
  • the method of the invention can be implemented by an optical system also object of the invention also called meta-telescope.
  • the conical ring is defined with respect to a theoretical median optical axis, the theoretical median axis being determined so that at a minimum determined altitude, each field of each detection telescope of the first set is included in the conical ring.
  • All embodiments are compatible with an open geometric shape resulting from the intersection of a plane of space with all the telescope fields of the system of the invention.
  • the principle of an open geometric form of the invention is to be able to benefit from a wider detection zone in the sky and an effective detection method on this zone.
  • the spatial distribution of the fields of each detection telescope is determined with respect to a desired probability of detecting a trajectory a mobile intercepting the conical crown.
  • the field of a telescope of the first set is in a range of 0.5 ° to 5 ° and the diameter of the conical ring defines a field greater than 30 °.
  • the integration time of at least one electronic detector is defined in order to obtain two traces successively captured on a plurality of pixels of at least one electronic detector for a maximum running speed V M given to the mobile and a minimum altitude of its orbit, the integration time of one of at least one electronic detector being configured for a passage in the optical plane of at least one telescope.
  • An advantage of obtaining two successive traces of the mobile in the detector is that it allows to deduce the first elements of the trajectory of the mobile.
  • the direction of movement of the mobile, the inclination of its orbit and its speed of movement is deduced from an analysis of the timestamped traces of the mobile captured by the electronic detector.
  • the detection telescopes of the first set are distributed in different ground stations distributed at different geographical positions on the surface of the earth.
  • the different groups of telescopes are spaced a maximum distance, the maximum separation distance allowing simultaneous observation of each telescope in the same weather conditions of the same portion of the sky.
  • a telescope associated with the meta-telescope When the shooting conditions are different, it is also possible to implement a telescope associated with the meta-telescope to correct the brightness or deviation of each telescope of the meta-telescope, or to supplement the information acquired with a meta-telescope. better accuracy, or by an active means, a LIDAR for example.
  • the fields of the telescopes of the first set continuously cover the periphery of the conical crown. This configuration makes it possible to obtain a detection probability of 100% when the trajectory of the mobile intercepts the conical crown for a maximum running speed V M and a minimum altitude.
  • computation means make it possible to correlate time-stamped data of the traces captured by at least two electronic detectors so as to deduce a direction of movement of the mobile, an inclination of its orbit and a speed of displacement, and more generally its parameters. orbit.
  • the timestamping of the traces captured on the electronic detector associated with each detection telescope makes it possible to correlate the data of the different meta-telescope detection telescopes of the invention.
  • means for controlling the displacement of the optical axis of each detection telescope make it possible to:
  • the control means may be preferably synchronized so as to obtain coherence of the measurements and to minimize the transition times during a change of configurations.
  • control means of at least one tracking telescope make it possible to guide the optical axis of said tracking telescope so as to continue the movements of a mobile of the space after a first trace detection of one of the telescopes. detecting the first set of said mobile.
  • One advantage is to enslave the direction of the optical axis of the tracking telescope on a supposed direction of the mobile previously calculated by dynamically correcting this enslavement on the measurements made.
  • At least one tracking telescope allows:
  • Another subject of the invention concerns a method of multiplexing a telescope field distribution for the detection of a mobile in space, said method comprising:
  • An advantage of the invention is to generate a geometric shape appropriate to the coverage of an area of the space while providing a detection rate of a mobile space for a given period of time, while using a reduced number of telescopes through multiplexing.
  • the geometric shape is open and it results from the intersection of a plane of the space and all the fields of the telescopes of the system of the invention.
  • the geometric shape is a form selected from the following list:
  • Another object of the invention relates to an optical system comprising a first set of telescopes which makes it possible to implement either the detection method of the invention, or the method of multiplexing a telescope field distribution for the detection of a mobile in space.
  • the fields of each telescope have a spatial distribution in a theoretical plane of space in an open geometric form, said theoretical optical plane being non-parallel to at least one of the optical axes of a telescope, said open geometric shape having a diameter defining a wide detection field.
  • calculation means recover the data captured by each optical detector of the telescopes of the first set, said calculation means making it possible to process the different data captured by the electronic detectors of the first set to deduce at least one trajectory of a mobile whose orbit crosses the open geometric form.
  • the "diameter" of the open geometrical shape is then called, depending on the case, for example, one of the following distances:
  • the distance can be calculated by measuring the distance between two points of the edges and passing through the center of gravity of the open geometric form.
  • an object of the invention relates to an optical system comprising a first set of telescopes which allows to implement either the detection method of the invention, the method of multiplexing a telescope field distribution for the detection of a mobile in space.
  • the fields of each telescope have a spatial distribution inscribed in a conical ring of a defined plane of space, called the theoretical optical plane, said theoretical optical plane being non-parallel to at least one of optical axes of a telescope, said conical ring having a diameter defining a wide detection field and computing means recovering the data captured by each optical detector of the telescopes of the first set, said calculation means making it possible to process the various captured data by the electronic detectors of the first set to deduce at least one trajectory of a mobile whose orbit passes through the conical crown.
  • All the embodiments of the optical system of the invention are compatible with an open geometrical shape which results from the intersection of a plane of space with all the fields of the telescopes of the system of the invention.
  • the optical system comprises at least one telescope whose field is defined inside the ring.
  • the electronic detector is a CCD camera, EMCCD, a CMOS or sCMOS detector or an infrared detector or any type of detector allowing the acquisition of images of the sky.
  • the optical system comprises at least 10 telescopes having fields substantially close to 3 ° in a conical ring whose diameter covers a field of 30 °.
  • the optical system comprises at least 15 telescopes having fields substantially close to 2 ° in a conical ring whose diameter covers a field of 30 °.
  • the optical system comprises at least 15 telescopes having fields substantially close to 10 ° in a conical ring whose diameter covers a field of 60 °.
  • the optical system comprises at least 10 stations arranged on the surface of the Earth each comprising at least one detection telescope, the optical system comprising:
  • At least 3 to 4 stations substantially close to an equatorial latitude distributed in longitude; • at least 3 stations substantially between latitudes 30 ° and 55 ° North and South, divided into longitude and latitude;
  • This configuration allows the entire sky to be covered from a given number of telescopes. This configuration can benefit from multiplexing so as to cover the entire sky with a high probability of detection.
  • One or more telescopes may be associated with this configuration, in particular to correct the measurements or to track a target.
  • This configuration can be associated with a table of brightness corrections and shooting differences between the various telescopes.
  • Figure 1 a telescope system of the invention for defining a coverage area for the detection of space mobiles
  • Figures 2A, 2B a conical crown and different cutting planes defining circular or elliptical rings in which a distribution of fields of view is defined by the method of the invention
  • FIG. 3 a first configuration of distribution of different scanning zones for the detection of space mobiles forming part of a geometric shape in an average image plane;
  • Figure 4 a second configuration different areas covered for the detection of space mobiles forming a geometric shape in a medium image plane
  • the invention relates to a method for detecting at least one mobile space and a system for its implementation.
  • Figure 1 shows an embodiment of the invention.
  • a telescope system T is formed.
  • the telescopes are distributed over three geographical sites called “stations" and denoted ST, ST 2 , ST 3 .
  • ST, ST 2 , ST 3 geographical sites.
  • ST, ST 3 geographical sites.
  • a distribution of telescopes in stations distant from each other by a certain distance makes it possible to detect the positions of the mobile in height and to deduce a 3D trajectory.
  • the first station ST- ⁇ comprises 4 telescopes denoted Tu, T 2 , T 3 , T 4
  • the second station ST 2 comprises 4 telescopes denoted T 2 , T 22 , T 23 and T 24.
  • the third station ST 3 comprises two telescopes T 3 and T 32 and a third telescope called "tracking telescope TS".
  • Telescopes whose fields form a geometric shape, such as a conical crown, are referred to as “detection telescopes" in the present description.
  • the three stations ST, ST 2 , ST 3 are located in a region making it possible to obtain substantially the same atmospheric conditions and meteorological observations.
  • a distance between two stations can be of the order of a few hundred meters to a few kilometers.
  • An inter-station distance of 10km makes it possible to obtain a configuration making it possible to implement the method of the invention with good results in order to deduce 3D trajectories for all the orbits monitored by the meta-telescope.
  • the stations may be co-located so as to be located within a few meters of each other. Different configurations can be envisaged so, for example, to have stations close to each other and others more distant according to the design choices and the performance of the system to be achieved.
  • all the telescopes are in the same station.
  • the system and method of the invention are not restricted to a limited number of stations.
  • each telescope is identical to the others, however this is not a necessity to implement the method of the invention.
  • the system may include different telescopes of different natures.
  • the optical system, its spectral sensitivity (wavelengths), the frame, the lenses or the fields may possibly vary from one telescope to another.
  • the following description is detailed taking into consideration a plurality of identical telescopes whose individual fields are substantially the same.
  • each telescope of the invention therefore comprises a given field, for example in one embodiment, each telescope Ty comprises a field substantially of 3 ° taken in its diameter.
  • the system formed by all the telescopes of the various stations is called a "meta-telescope".
  • the invention makes it possible to configure a part of the set of telescopes Ty so as to define a distribution of fields forming part of a predefined geometric shape.
  • Figure 1 shows a geometric shape defining a conical ring called CC.
  • the geometric shape can be defined in 3-dimensional 3D or two-dimensional 2D.
  • FIGS. 2A, 2B show in a first approximation the conical crown CC as well as sectional planes Pce substantially perpendicular to a median optical axis Acc.
  • the stations being close to each other, they can be likened to a point on the surface of the earth as a first approximation for the representation of the conical ring CC comprising all the cones CC kp corresponding to the fields of view of each telescope T kp .
  • the conical ring CC can therefore be understood as a surface forming an ellipse or a circle around the median optical axis Acc.
  • the conical crown CC can also be understood as the volume formed by the set of optical fields Z kp contained in the cones CC kp of each telescope T kp .
  • the volume thus formed substantially corresponds to a 3D conical crown, as shown in FIGS. 2A and 2B, at the deviations near geographical positions of the telescopes in the stations vis-à-vis the median optical axis Acc.
  • Figure 2A shows the conical crown CC when the meta-telescope is oriented at Zenith.
  • Figure 2B shows the conical crown CC when the meta-telescope is oriented at a given elevation, approximately 35 °.
  • FIG. 2A illustrates two telescopes T 4 and T 32 spaced apart by a distance d (T 4 , T 32 ) each having a field Z 4 and Z 32 forming part of the conical crown CC from a certain altitude. It is considered that from a certain altitude, a cone CCi 4 corresponding to the field of view of a telescope T 4 is inscribed in the conical ring CC in 3 dimensions. As a first approximation, the cone CCi 4 can be considered as part of the theoretical conical ring whose axis of revolution is the axis Acc.
  • each telescope T 4 and T 32 are respectively in CCi 4 and CC 32 cones.
  • the method of the invention describes in one embodiment how the distance d (T 4 , T 32 ) inter-telescope is used to calculate the altitude of the mobile and the height inclination of the trajectory of the latter.
  • Figure 2B illustrates that the meta-telescope field, when tilted with a given elevation, can cover a larger area of the sky than the area covered when pointed at the zenith.
  • the traces detected in each telescope field make it possible to deduce an inclination of the trajectory of the mobile.
  • Each field of each telescope is therefore part of this conical 3D ring whose apex is for example an average position of each telescope on the surface of the earth.
  • the fields of each telescope represented are denoted Zn, Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z 2 , Z 22 , Z 23 , Z 24 , Z 3 , Z 32 .
  • the fields are distributed so as to be uniformly distributed in a section of the conical 3D crown or in the 3D crown itself.
  • the invention is not limited to a given distribution in the conical ring CC and it can implement different distributions for example whose fields are not uniformly distributed.
  • the trajectory TJ S AT of the satellite SAT- ⁇ intercepts the CC conical crown intercepting two Z 3 and Z 32 fields from two telescopes T 3 and T 32 .
  • POS i and POS 2 which illustrate these interceptions.
  • a position of the satellite denoted POS 2 is located inside the conical ring CC and is thus not detected at this position by a telescope of the meta-telescope in the configuration of FIG.
  • a telescope of the meta-telescope in the configuration of FIG.
  • complementary telescopes Tc at the telescope detection telescopes T kp can enable detections inside or outside the conical ring CC, but these are not present in Figure 1.
  • a fourth position denoted POS t is SAT-i satellite which is followed by a tracking telescope noted TS ⁇ . Note that the detection of the mobile in two points allows to know its existence and to have a trajectory vector. When the orbit is circular, two points are enough to know all the parameters of the orbit.
  • the tracking telescope TS ⁇ is arranged in the third station TS 3 .
  • the tracking telescope TS 1 is a telescope which may optionally be integrated with the meta-telescope of the invention in one embodiment. It can also be one of the detection telescopes not actively participating in the current detection. Finally it can be a telescope implementing another measurement method, for example active, as a LIDAR. Nevertheless, the invention is not restricted to the use of such a tracking telescope which allows an improvement of certain measurements in certain configurations of mobile orbits passing through the conical ring CC.
  • the tracking telescope makes it possible to continue the assumed trajectory of the satellite detected SAT- ⁇ outside the conical crown CC. In FIG. 1, the tracking telescope TS 1 makes it possible to track the satellite SAT-1 after its trajectory has intercepted the conical ring CC.
  • the tracking telescope may be coupled to a telescope for detecting the meta-telescope, for example, by offering the possibility of tracking the mobile previously detected by the detection telescope outside the conical ring CC.
  • a tracking telescope can therefore obtain a more precise orbit or trajectory retrieval by obtaining other traces detection or intermediate points of passage of the mobile inside or outside the conical ring CC.
  • a plurality of tracking telescopes can complete a configuration of the meta-telescope.
  • the method of the invention makes it possible to define a filling factor of the conical ring CC.
  • This filling factor makes it possible to deduce a probability of intersection of a trajectory of a mobile with fields of telescopes distributed in the conical crown CC, we also speak of completeness factor.
  • the method of the invention may optionally take into account a factor intended to define a minimum mean travel angle of the path of the mobile to rule out all the trajectories comprising acute angles and / or corresponding to no trajectory possible to a space mobile, except consider for example the turns made by an ultralight which represents a particular embodiment of the invention. Note that a single detection at the entrance of the crown allows to deduce the first elements of the trajectory of the mobile.
  • a minimum angle corresponding to a minimum curvature of the trajectory can be used to finely calculate the probability of a detection of a meteorite passing through the conical crown CC.
  • the field distribution makes it possible to obtain a filling ratio of 50% to 60% of the conical ring CC.
  • the detection rate of a trajectory can be greater than 80% since each trajectory intercepting at least once the conical crown intercepts it a second time. Therefore, for a path is not detected, it must avoid two fields distributed in the conical crown CC. It is here an advantage of the invention that makes it possible to define a geometrical shape adapted to optimize the ratio between a given field filling rate and a maximum mobile detection rate corresponding to this field distribution and to the family of orbits or the type of mobiles studied.
  • the angular area actually perceived is 472 deg 2 .
  • the meta-telescope thus makes it possible to monitor the equivalent field of a single telescope of the same pupil but with a field of 24 °.
  • This surface corresponds to the surface covered on the sky by a cone of 24 ° diameter. It would take a telescope equivalent to 24 ° field: such a field is typical of a camera lens, but is very difficult to achieve for a telescope larger diameter.
  • the method of the invention makes it possible to define a configuration of the meta-telescope determining a given field distribution in a conical ring CC so as to obtain a probability of detection of a spacecraft intercepting the conical ring CC.
  • the method of the invention makes it possible to define a fraction of the sky observed to define a detection zone with which a probability of detection is associated. This probability of detection can be adjusted according to the number of telescopes of the meta-telescope defining fields in the crown, their distribution as well as the size of their field.
  • An advantage of the detection method is to have telescopes with reduced fields typically less than 5 °, or even limiting them to fields of the order of 1 ° to 3 ° while having good detection rates. mobile devices associated with these telescope choices and a oversized field wider than would have been possible with a monolithic large-field telescope.
  • the conical crown CC makes it possible to cover a portion of the sky that can cover a wide field, for example slightly greater than 30 ° according to the configuration of the meta-telescope of FIGS. 1, 3 and 4.
  • Figure 3 shows a section of a conical crown CC forming in a plane a circular crown.
  • the conical crown 3D can form different conical shapes such as ellipses most often, but it can also form as shown in Figure 3 a circular crown.
  • the distribution of the Z kp fields of the telescopes T kp substantially respects the distribution illustrated in FIG. 1, in which 10 telescopes have a field substantially of 2.75 ° -3 ° which fits in the conical ring CC.
  • the diameter formed by the conical crown CC is substantially close to 30 ° -32 ° field, which covers a significant fraction of the local sky.
  • 15 telescopes of 2 ° of field can register their field in a crown of 30 °.
  • 15 telescopes of 10 ° field can enroll in a conical crown CC whose diameter is in a 60 ° angle.
  • 15 telescopes of 1 ° of field can enroll in a conical crown CC whose diameter fits in an angle of 15 °.
  • the number of telescopes T kp make it possible to define a probability of detection of a mobile intercepting the geometric form.
  • This probability can be adjusted by one of the following parameters: dimensions of the geometric shape, field of each telescope, number of telescopes and distribution of telescopes in the geometrical form, considered orbit family (equatorial, polar, elliptic, etc.). ).
  • three complementary Tcy telescopes covering three z fields inside the conical crown CC have been associated with the peripheral fields Z kp of the detection telescopes T kp .
  • Tcy complementary telescopes can be used in different ways that can be complementary:
  • the fields of the Tcy complementary telescopes and / or of the Tsy monitoring may be different from the fields of the detection telescopes T kp .
  • they may be lower for example in the case of a tracking telescope and may be higher when it comes to complementary telescopes internal to the crown to increase the total detection field.
  • Complementary telescopes or tracking telescopes may have identical or different pupil diameters from those of detection telescopes. These can be configured on other frequency detection bands and thus detect other wavelengths emitted by the mobile.
  • a tracking LIDAR device can be used in conjunction with the system of the invention to enable the orbit derived by the "meta-telescope" and possibly its tracking telescopes to be refined with great accuracy.
  • FIG. 3 illustrates a trajectory TJ S AT intercepting a first peripheral field Z KP , a central field zy and a second peripheral field Z KP .
  • a trajectory of a satellite TJ S AT offering the best detection configuration has therefore been represented in FIG.
  • the method of the invention makes it possible to obtain at least
  • FIG. 3 makes it possible to represent the angles of opening of the field covered by the diameter of the "theoretical" optics formed by the meta-telescope on a first axis DEGi: North-South and a second axis DEG 2 : East-West. Other repositories for defining the observed fraction of the sky can be used.
  • FIG. 3 shows that the diameter of the conical crown CC makes it possible to reach a little more than 30 ° on the first axis DEGi and a little more than 30 ° on the second axis DEG 2 .
  • FIG. 4 shows a case in which the conical ring CC is entirely covered by a plurality of fields of different detection telescopes T kp , approximating the position of the stations around the theoretical median optical axis Acc.
  • T kp the opening angle of the conical ring CC
  • a minimum number of telescopes T kp is defined as being able to cover the entire crown conical CC.
  • a telescope has approximately 2.75 ° of field along one of the angular axes DEGi or DEG 2 .
  • the conical ring CC has a diameter of about 32 °.
  • 34 telescopes generate as many fields as possible to fully cover the conical crown CC.
  • the meta-telescope can monitor substantially 808 deg 2 of angular area.
  • a 30 ° diameter conical crown with 3 ° field telescopes would require about 30 telescopes to substantially cover all of the positions of a CC conical crown plane above a certain altitude, cf. Figures 2A, 2B, 850 Deg 2 of angular area.
  • the geometrical shape obtained by the meta-telescope can be adapted according to the cases and the orientations of selected observations. For example, an ellipsoidal crown allows the surveillance of a greater part of the equatorial belt than a circular crown more adapted to observe a zone at the zenith.
  • An advantage of the flexibility of the configuration of the geometrical shape obtained by the meta-telescope is to make it possible to form other fields than circular fields.
  • an individual telescope can not generate an ellipsoidal field because circular optics and rectangular detectors are generally used.
  • the meta-telescope of the invention thus makes it possible to generate fields forming a geometry adapted to a detection of mobiles which is optimized according to the line of sight with respect to its elevation, and according to the family of orbits studied. For example, for an elevation of 30 °, the meta-telescope provides a covered area that can be optimized by a suitable geometric shape such as an ellipsoid whose dimensions will be configured to maximize the detection rate of mobiles in the space.
  • the geometric shape may comprise a plurality of lines or two curves substantially parallel to each other.
  • the thickness of the lines or curves corresponds to the field of a detection telescope.
  • the distribution of the fields can form for example a checkerboard between the different lines. Any other distribution is possible.
  • the geometric shape may comprise a series of arcs of circles or ellipses whose width corresponds to a field of a detection telescope.
  • the meta-telescope is then configured to distribute, according to a given distribution, fields of view of detection telescopes in these arcs.
  • the intersection of a plane of the space and of all the fields of the telescopes of the system of the invention defines an open geometric shape.
  • An open geometric shape is then called a shape in which certain zones are not covered by the telescope field of the system of the invention.
  • An annular shape falls into the category of open geometric shapes.
  • a global field whose intersection with a plane of space gives an ellipsoidal band is also an open geometric form.
  • Other cases may be made according to the method of the invention as a geometric shape of diamond or square type in which the fields of the telescopes are distributed according to the device of the geometric shape.
  • FIG. 5 represents different portions of different mobile orbits perceived by the meta-telescope of the invention, or by any other given field instrument, when the observation takes place at the zenith as a function of the meta-telescope field or a large field telescope.
  • the graph allows us to see that for a field of 5 ° of the meta-telescope or a large-field telescope, a portion of 1 ° of the orbit of the mobile is perceived. On the same curve, it is understood that for a field of 35 ° typical of the meta-telescope, a portion of about 10 ° of the orbit of the mobile is perceived.
  • the field of the meta-telescope is noted FOV on the abscissa axis of the graph.
  • the local horizon of the site will cause a small portion of the orbit or trajectory to be perceived.
  • the mobile orbit rated Alt (O-i) at 500 km provides only a 2.5 ° portion of the trajectory for a 35 ° meta-telescope field.
  • a telescope with a very large field of 10 ° will only see 0.7 ° of this same orbit.
  • each telescope of the meta-telescope can be adapted and selected to meet a specific need.
  • specific filters and to accentuate detections at different wavelengths such as the bands in the visible, the infrared, the ultraviolet or more particular frequency bands from spectroscopy of the received luminous flux.
  • a telescope of detection of 600mm of focal length makes it possible to obtain a field of about 3 ° on a detector of the type CCD of 3cm of side.
  • Such a telescope of detection has the advantage of being simple and inexpensive.
  • Each telescope of detection can be coupled to an electronic detector such as a camera of 3cm of side.
  • the field of a telescope is entirely governed by its focal length F and the size of the detector X.
  • a field calculation for a focal length of 600mm and 3cm for the detector gives 2.86 ° field.
  • a parameter representative of the feasibility of a telescope is the ratio of the focal length to the diameter: F / D.
  • Each telescope T kp of the meta-telescope is coupled to an electronic detector. Such a telescope is then called a "telescope of detection". We will talk about a telescope detection most often evoking its coupling to an electronic detector that collects trace data by analyzing a pixel area changing state over a given period of time.
  • complementary telescopes and tracking telescopes can also be coupled to electronic detectors.
  • the electronic detector can be a CCD camera, EMCCD, CMOS detector, sCMOS, infrared detector, or any other suitable detector.
  • the electronic detectors have a reading time between 1 s and 5 s.
  • the detectors allow to generate images with fixed or variable rates.
  • the reading rate can be adjusted to first detection indices so as to adapt a better detection according to the type of mobile moving in space.
  • the meta-telescope of the invention makes it possible to configure the exposure time and the rate of shots of each electronic detector so as to respond to a given configuration.
  • a rate of 3s can be configured and a reading time of 1s.
  • the following table is presented for a mobile with a low orbit of 500km:
  • the crossing time of the field of a detection telescope will be 3.6s. This duration will offer the possibility of recording only one trace on the electronic detector. But in the majority of other cases, the electronic detector can measure at least two traces. Two traces make it possible to deduce trajectory data more quickly. However, a second trace will be acquired after 36s by the second telescope at the exit of the monitored zone, which is a much more favorable case both for the measurement accuracy (and thus the restitution of the orbit) than for the management of the system. as the system with a very large field telescope, as seen by comparing columns B and F.
  • the meta-telescope includes a computer and data storage means for processing all the data collected by each detection telescope, each complementary telescope or tracking each station.
  • One advantage is to enable the activation of, for example, a tracking telescope following detection of a trace of a detection telescope.
  • the computer makes it possible to perform correlation measurements with a possible second trace detected in order to derive parameters from it on the trajectory of the mobile.
  • Another advantage is to correlate the data from different detection telescopes so as to reconstruct orbits having intercepted the meta-telescope field at different locations of the geometric shape, that is to say the conical ring CC.
  • Another advantage is to be able to deduce from the direction and velocity information given by the first trace analysis the best position for detection by a second telescope of the system, thus enhancing the probability and accuracy of the measurements, thanks to dynamic management of the system.
  • mobile trace data captured by an electronic detector can be stored to initiate new observations in the same configuration of the meta-telescope to derive an orbit from different passes of a mobile.
  • a feedback loop is used to refine the observations and the calculation of the trajectory of the mobile and to foresee possible future passages.
  • the meta-telescope comprises means for connecting its various elements to a network so as to drive and exploit the data collected remotely.
  • the network connection can be made wired or wireless.
  • a connection to a satellite can be envisaged for the implementation of the invention.
  • a tracking telescope can be activated to obtain a second trace on a supposed trajectory of the mobile.
  • the case of a detection generating only a single trace can occur according to:
  • the speed of travel of a satellite and the speed of movement of this satellite are related so that one can be deduced from the other in knowledge of the altitude or the orbit of the satellite.
  • the data collected by the tracking telescope can be correlated with the data of a telescope of detection to deduce trajectory and direction parameters of the mobile in space.
  • a tracking telescope can be triggered since it is not known a priori if the orbit of the mobile will intercept another field of a detection telescope included in the conical crown CC.
  • the meta-telescope enables the telescopes to be made removable:
  • the meta-telescope includes movable mounts for each of its telescopes or a part thereof.
  • the mobility of the meta-telescope enables sidereal tracking.
  • This configuration makes it possible to obtain that the stars are seen in point form and the mobiles in the form of traces.
  • This solution has the advantage of directly observing the traces of mobiles moving through the meta-telescope field in the images captured by each detector.
  • the digital processing can be automatic when the traces of the mobiles can be deduced for example by comparing their length on the sensors of the detectors or by an analysis of the brightness captured by studying their radiometry.
  • the detection thresholds can be configured according to the illumination of a set of pixels. A calibration of the brightness of the stars can be performed beforehand to make mobile trace detection more efficient.
  • the meta-telescope can be made removable to map large areas of the sky by juxtaposing broad fields of 30 ° to 40 ° on a given region of the sky.
  • the meta-telescope of the invention makes it possible for the detection of traces by the electronic detectors of the timestamps.
  • the measurements are thus dated with a precision, for example of the order of a millisecond or a microsecond, depending on the type of detector.
  • a GPS map can be used for this purpose.
  • the time stamp also makes it possible to deduce parameters of the trajectory and the speed of movement of the mobile, in particular by comparing two successive traces left by the same mobile.
  • One embodiment for the detection of traces is the implementation of the Hough transform. This transform makes it possible in particular to deduce parametric coordinate vectors from the plane lines generated by the traces of a mobile on the electronic detector.
  • the meta-telescope comprises a configuration called "multiplexing configuration".
  • this multiplexing configuration certain telescopes are controlled so that their field evolves in the conical crown.
  • the control of the displacement of the fields in the conical crown CC can be programmed automatically so that a field travels a portion of the conical crown CC in a given time or makes "leaps" at different points of the conical crown CC.
  • the switching time of a field of a detection telescope covering a first zone to a second zone and then returning to the first zone can be calculated so as not to miss a trace of a mobile for a second time. maximum scrolling speed given and a given altitude.
  • a particular configuration allows with a given number N T telescopes, not allowing to cover alone in a fixed position the entire conical crown CC, to ensure by a multiplexing configuration the completeness of the conical crown CC.
  • the completeness of the conical crown CC can be likened to the notion of "filling ratio" previously used considering a given period of time during which different positions of the fields in the conical crown CC will allow to cover all positions not initially covered.
  • N c N T / N c .
  • the method and the system of the invention make it possible to define a position of the optical axis AO (T) of a detection telescope Ty or a plurality of meta-telescope detection telescopes so as to what they cover k positions in a certain period of time, noted t k .
  • the completeness factor is about 0.3
  • the multiplexing factor gives the number of minimum position changes of each telescope to cover all the potential field of the conical crown CC.
  • each telescope of the case of Figure 3 switches to 4 different axial positions.
  • each telescope can perform a circular permutation so as to traverse a corner portion of the conical crown CC before returning to its initial position.
  • Another possibility is that each telescope points a portion of the circular ring among 34 possible positions in the example of FIG. 4 and this within a determined period of time t k .
  • the method of the invention allows to configure an optimized duration t k so that any mobile intercepting the conical crown is detected from a minimum threshold altitude and a maximum scrolling speed defining a threshold.
  • the meta-telescope traversal time is 36s and a 3.6s telescope field.
  • the meta-telescope in a multiplexed configuration allows to obtain a completeness of the conical crown CC.
  • FIGS. 6A, 6B and 6C represent three distributions applied to the circular geometrical shape represented in FIGS. 3 and 4.
  • a first distribution R- ⁇ is represented in FIG. 6A
  • a second distribution R 2 is represented in FIG. 6B
  • a third distribution R 3 is shown in Figure 6C.
  • each detection telescope drives a movement of its optical axis Ao (T) so that its field remains integrated in the conical ring CC. This movement is noted Rot (0) and represents a center rotation the conical crown CC in a clockwise direction by a predetermined angle ⁇ .
  • each detection telescope Ty makes it possible to generate a movement of the optical field of each detection telescope Ty forming part of the ring of the conical crown CC.
  • each detection telescope drives a movement of its optical axis Ao (Ty) so that its field remains integrated in the conical ring CC while continuing the rotation rot (0).
  • a fourth distribution corresponds to the first distribution R-
  • a movement of the optical axis Ao (Ty) of each detection telescope Ty to change from the third distribution R 3 to a new distribution in the continuity of the movement of the fields inscribed in the conical crown CC of the rotation Rot ( 0) would lead to the first distribution.
  • the rotational movement Rot (0) in the conical ring CC is configured so that two successive distributions do not overlap. Consequently, the circles formed by the fields of the telescopes on two successive distributions can be, for example, substantially juxtaposed so as to obtain a maximum degree of completeness of the conical ring CC.
  • the three distributions may result in substantially covering the area formed by the conical crown in a given time window.
  • the given time window can be sized to intercept any mobile whose trajectory intercepts the conical crown CC from a minimum altitude and below a maximum scrolling speed.
  • the control of the optical axis Ao (Ty) of a telescope Ty can be performed by the detection telescope Ty itself or by a motor means coupled to said telescope or a motor means whose control is performed by a centralized means to all telescopes. These embodiments are also possible with other telescopes than detection telescopes.
  • An advantage of the multiplexing configuration is to increase the probabilities of intercepting a trajectory of a mobile with the conical crown CC. This advantage is even more convincing for low orbit covers at a 30 ° elevation.
  • a multiplexing configuration can be combined with a sky scan which is performed by juxtaposing the geometric shapes with each other by a displacement of said geometric shape in the sky .
  • a pseudo-parallax will be induced by the angle difference of the different optical axes A 0 (T 4 ) and A 0 (T 32 ) in the measurements of the traces of a mobile traversing different fields.
  • the measurement of the parallax makes it possible to deduce a position in height of the mobile and makes it possible to measure a displacement of the mobile in a reference frame in 3 dimensions.
  • the meta-telescope of the invention makes it possible, according to a particular configuration, to dimension the spacings between stations so as to produce a parallax in the detections of traces in order to extract a datum relative to the altitude of the mobile.
  • the parallax For a geostationary orbit, a distance of 1 km between two stations with at least one telescope each, the parallax is about 5 "on the sky, so a distance greater than 1 km seems to offer a better configuration to deduce a parallax if necessary at these altitudes.
  • the size of the pixel for 3 ° telescopes makes it possible to detect this order of parallax when they are greater than 5.
  • the correction can be introduced.
  • the correction can introduce a simple linear method to deduce a position in the absence of parallax.
  • the parallax of the mobile can be deduced by a calculation of this difference.
  • the parallax makes it possible to deduce a height, that is to say the altitude of the mobile.
  • the position of the mobile in the second field will be a combination of its predicted position from the calculation of its movement speed and the distance traveled and the parallax of the mobile.
  • the difference between the predicted position and the real position in the field of the second telescope will make it possible to deduce an angular parallax of the mobile and thus its height by calculating the tangent.
  • the meta-telescope comprises a configuration allowing a complete monitoring of the space, in particular mobiles flying over the orbits of low altitudes (LEO).
  • LEO low altitudes
  • An example of distribution to cover low orbits includes:
  • 3 to 4 stations substantially located near the equator are sufficient.
  • the complete monitoring of the space can thus be carried out from a set of stations distributed at different latitudes and longitudes on the Earth defining a complete meta-telescope.
  • One of the advantages of this embodiment is the modularity and the possibility of reproducing its components of each station which allow an easy installation in a large number of sites. Another advantage is to be able to offer a complete coverage of the space at a lower cost because each element of the meta-telescope is identical.
  • a management system, management and processing both distributed and centralized can be implemented in this embodiment.
  • Telescopes of the meta-telescope can be powered by a power line or a diesel generator. Consumption being reduced the invention can be combined with local sources of renewable energies such as wind, the sun, or a micro-hydroelectric source, etc. Advantageously, they can be compact and have a volume of less than one meter. When the telescopes are identical, the system includes the possibility of reproducing a configuration in a station identical to another station and provides a very economical meta-telescope.
  • the meta-telescope of the invention can be used according to different possibilities of detecting mobiles depending on the nature of the mobile.
  • the meta-telescope can be adapted and / or configured for detecting ULM, aircraft, missiles or mobiles in suborbital flight.
  • the crossing time is:
  • special optical filters may be associated with the telescopes and the electronic sensors according to the day and night configurations and the type of aircraft.
  • the methods of the invention and the meta-telescope of the invention allow a simple configuration of a set of telescopes to construct a geometric shape covering a wide field.
  • the method of the invention makes it possible to reduce the number of telescopes generally used to cover a wide field.
  • a probability of detection can be adjusted in different ways by the individual control of each telescope constituting it and by controlling the assembly:
  • the meta-telescope of the invention provides configuration adaptive flexibility to detect moving space moving in a wide range of orbits and in a wide range of travel speeds.

Landscapes

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Abstract

Le procédé de détection d'un mobile dans comprend: · une génération d'une pluralité de champs de vue (Zkp) au moyen d'un premier ensemble de télescopes (Tij), l'ensemble des champs (FOVij) de chaque télescope (Tij) ayant une distribution spatiale s'inscrivant dans une couronne conique (CC) d'un plan (PO) défini de l'espace, appelé plan optique, ledit plan optique étant non parallèle à au moins l'un des axes optiques (AO(Tij)) d'un télescope (Tij), ladite couronne conique (CC) ayant un diamètre définissant un champ large de détection; · une détection d'au moins une trace d'un mobile (M1) dans le champ (FOVij) d'au moins un télescope (Tij) par un détecteur électronique (Tij), le temps de d'intégration du détecteur électronique étant défini pour obtenir un étalement de la trace sur plusieurs pixels pour une vitesse de défilement maximale (VM) donnée du mobile et une altitude minimale de son orbite; · une déduction d'une trajectoire (TJSAT) du mobile (M1).

Description

PROCEDE DE DETECTION OPTIQUE DE MOBILES SPATIAUX, SYSTEMES DE TELESCOPES POUR LA DETECTION DE MOBILES
SPATIAUX.
DOMAINE
Le domaine de l'invention concerne la détection de mobiles présents dans l'espace à basse et haute altitudes par des procédés optiques mettant en œuvre un ensemble de télescopes. Plus particulièrement, le domaine de l'invention concerne la détection de satellites et de débris spatiaux ainsi que des aéronefs ou tout mobile et le calcul de leur orbite et de leur trajectoire en vue de prévenir leur chute sur terre, une collision dans l'espace ou l'entrée dans une zone dangereuse.
ETAT DE L'ART
Actuellement, la surveillance de l'espace proche et notamment des objets présentant un danger potentiel qu'ils soient naturels ou artificiels est devenue un problème majeur pour assurer la sécurité et l'intégrité de toute cible éventuellement visée par une collision.
Cette surveillance concerne aussi bien celle de satellites en fin de vie ou incontrôlés que des débris provenant de collisions antérieures, ou astéroïdes ou comètes potentiellement dangereux pour la Terre.
Les agences spatiales et des opérateurs privés ont entamé différents programmes de surveillance regroupés sous la dénomination de « Space Situational Awareness ».
Même dans le cas où une météorite est de taille relativement petite, les risques induits par d'une chute restent importants. Il persiste donc un danger pour les populations et les infrastructures à la surface de la Terre pour tout mobile chutant dont la fragmentation dans l'atmosphère peut causer des dommages importants. Un des problèmes rencontrés est le recensement des petits corps du système solaire dont l'orbite intersecte celle de la Terre et leur suivi afin d'évaluer leur dangerosité.
On recense de plus en plus d'objets artificiels dans les orbites basses ou élevées. L'encombrement spatial semble chaque année plus important dû à la présence de satellites de plus en plus nombreux, et à la multiplication de collision catastrophiques entraînant une augmentation du nombre de débris. Le mauvais ou le non-suivi de leur trajectoire après leur fin de vie demeure un problème grandissant.
Les projections laissent supposer une situation dans laquelle l'accroissement de la population de débris de taille supérieure à 1 cm entraînera un contrôle et une surveillance de ces derniers de plus en plus difficiles à maintenir.
On appellera ces objets, des « débris » dans la suite du texte sachant que cette notion de débris englobe les débris proprement dits, des satellites opérationnels ou non, ou même des météorites.
Une première problématique concerne la chute de débris à la surface de la terre et une seconde problématique concerne la collision de débris entre eux ou avec des satellites actifs. La surveillance des débris dans l'espace, et plus particulièrement dans les orbites basses, permet de se prévenir de ces deux conséquences.
Enfin, la problématique de surveillance des différents mobiles de l'espace concerne également ceux, par extension, des mobiles discrets se déplaçant à très basse altitude telle que des aéronefs, par exemple des ULM ou des drones, pouvant définir un danger par exemple lorsque leur survol est effectué à proximité d'un site sensible, par exemple une centrale nucléaire.
Une difficulté est de trouver un système optique de grand champ permettant de couvrir différentes altitudes, lointaines et proches, et de suivre des objets à basses altitudes comportant des vitesses élevées et donc difficilement détectables.
En effet, un problème de la détection et de la surveillance de débris spatiaux, dont on ne connaît pas à priori l'orbite et/ou la trajectoire, est la prise en compte de l'intensité lumineuse de sources tierces qui perturbe les détections. Ces sources peuvent provenir de la voûte céleste, du soleil, de la lune et des conditions météorologiques locales altérant la stabilité des conditions de prises de vue. Le système de surveillance doit pouvoir prendre en compte une multitude de conditions de luminosité permettant de maximaliser des détections en toute circonstance. La détection s'effectuant en considérant un point ou une zone de la surface du globe, la condition du champ de vue de l'observateur est une donnée extrêmement importante dans le calcul de la probabilité de détection d'un mobile et du calcul de sa trajectoire.
La problématique de surveillance des débris concerne différentes orbites à prendre en compte dans les méthodes de détection de mobiles de l'espace. En ce qui concerne les objets naturels tels que les météorites, leur orbite est généralement hélio centrée, ce qui signifie que les météorites peuvent potentiellement s'approcher de la Terre à n'importe quelle altitude et dans n'importe quelle direction. En ce qui concerne les objets artificiels, leur orbite terrestre peut être comprise dans différentes familles d'orbites.
La première famille d'orbites est connue sous l'acronyme LEO, désignant « Low Earth Orbit » dans la terminologie anglo-saxonne. Il s'agit d'une famille d'orbites basses allant jusqu'à 2000 km. Cette famille d'orbites est très occupée par des satellites de communications, militaires, détection, météorologiques, etc.
Une seconde famille d'orbites est connue sous l'acronyme GEO, désignant « Geostationary Orbit » qui comprend une orbite géostationnaire définie à 35784 km au-dessus de l'équateur. Une révolution d'un mobile à cette altitude est de 24h. Le mobile se situant à une orbite géostationnaire est fixe par rapport à une position terrestre. Cependant des débris peuvent quitter leur orbite et avoir des orbites défilantes. Cette orbite est très occupée par les satellites de communication (militaires ou civils), de télédétection, de météorologie, etc.
Une troisième famille d'orbites est plus connue sous l'acronyme MEO, désignant « Médium Earth Orbit » qui est une famille d'orbites moyenne, généralement elliptique. C'est le cas des satellites GPS.
Une quatrième famille d'orbites est désignée par l'acronyme HEO, dont les orbites très elliptiques comme par exemple les orbites Molniya ou Tundra qui permettent de communiquer ou de surveiller les régions de latitudes élevées.
Une cinquième famille d'orbites est désignée par l'acronyme GTO signifiant : « Geostationary Transfer Orbit ». Cette famille comprend des orbites elliptiques. Leur apogée est de l'ordre de 42000 km et leur périgée est de l'ordre de 650km. Cette famille d'orbites est très pratique pour injecter des satellites dans une orbite géostationnaire, elle est donc utilisée lors des lancements de satellites comme une orbite de transition pour une mise en orbite géostationnaire.
Aujourd'hui différentes méthodes de détection de débris spatiaux et de leur trajectoire existent.
Notamment, il existe une famille de méthodes dites « méthodes actives », notamment pour la détection de débris dans des orbites LEO. Les méthodes actives reposent sur un fonctionnement de type « radar » dans lequel un mobile est éclairé par une source émettrice d'un signal. Le signal est ensuite réfléchi et c'est la réflexion du signal qui informe un récepteur de données de positions du mobile.
Un premier inconvénient de cette méthode est que la puissance reçue varie comme d"4, où « d » est la distance du mobile à l'émetteur/récepteur. En conséquence, le flux reçu restera faible lors de la détection, même si une forte puissance d'émission est envisagée.
Un second inconvénient est l'installation relativement importante de système de type radar que cette méthode impose. Ces installations sont coûteuses et nécessitent une maintenance importante et sont facilement détectables. En outre, ces systèmes consomment beaucoup d'énergie et doivent en conséquence être installés près d'un réseau électrique.
Parmi les méthodes actives, il existe également les LIDAR qui reposent sur une illumination d'un mobile par un Laser. Cette méthode permet d'atteindre de meilleurs résultats que celles du radar en terme de puissance détectée car la lumière du laser est mieux focalisée. En revanche, les cônes de détection sont beaucoup plus faibles et sont peu adaptés aux détections « en aveugle » de mobiles situés à des orbites basses et elliptiques. Une autre famille de méthodes existe, ce sont les méthodes passives dans lesquelles les cibles ne sont pas éclairées par une source terrestre. En ce qui concerne les méthodes passives, le flux lumineux capté par un détecteur varie avec la distance « d » au mobile comme une fonction de d"2 ce qui offre de meilleurs résultats que les méthodes actives sur le flux lumineux captés en provenance du mobile. En revanche, l'inconvénient majeur est la forte dépendance aux illuminations issues de sources externes comme le soleil, les étoiles ou la lune. L'avantage de ces solutions réside en leurs faibles coûts et dans la relative simplicité de leur mise en œuvre à partir de détecteurs reposant sur des instruments optiques capables de visualiser des objets de petites tailles à toutes les altitudes.
En ce qui concerne les mobiles de l'orbite géostationnaire, un télescope ou un radar ou tout autre moyen électromagnétique pourra détecter un point immobile sur un fond d'étoiles en mouvement pendant le temps de la pose. Avec un télescope de grand champ, il est alors possible de détecter des mobiles spatiaux sur une ceinture géostationnaire ainsi que leur trajectoire.
Dans le cas des autres orbites, dites « défilantes » donc non géostationnaires, c'est-à-dire non fixes vis-à-vis d'un point d'observation de la terre, il est difficile de détecter des mobiles spatiaux, leur hauteur, leur inclinaison, les différents nœuds de leur orbite, dont les nœuds ascendants et descendants.
Une difficulté provient de la vitesse de défilement des mobiles spatiaux qui peut dépasser 1 °/s au zénith pour une orbite basse. La détection se fait par la capture d'une trace vis-à-vis de traces ponctuelles ou de traînées en fonction du mouvement sidéral et donc de la fenêtre d'observation dans le ciel.
La méthode consiste alors à discriminer les traces, pour détecter la présence d'un débris spatial. Si l'inclinaison peut être éventuellement détectée en fonction de l'analyse de la trace laissée par le mobile, en revanche, il reste très difficile d'obtenir une vitesse de déplacement réelle du mobile du fait de l'inconnue de son altitude. De ce fait, il est difficile de déduire des éléments de sa trajectoire par une extrapolation des analyses des traces. Dans le cas général, il est nécessaire d'avoir trois mesures de position angulaire du mobile pour dériver son orbite. Deux mesures suffisent si le mobile est sur une orbite circulaire.
Le problème peut se résoudre en augmentant le champ d'un télescope pour augmenter les traces et leur nombre mais les images détectées, comme expliqué précédemment, peuvent devenir difficiles à analyser du fait de la complexité des télescopes à mettre en œuvre, de la pollution lumineuse environnante, de la confusion forte provoquée par l'ensemble des objets du champ, et de la très grande taille des capteurs nécessaires.
En effet, une optique de grand champ permet de déduire des informations quant à la trajectoire du mobile ; en revanche, un grand champ est plus susceptible d'être affecté par des sources de lumières parasites. En outre, il reste très difficile de concevoir des télescopes de grands champs sans rencontrer des problèmes de conception, de complexité de schéma optique spécifique. La présence d'un grand plan focal entraine également de nombreuses aberrations. Lorsqu'un détecteur électronique est couplé à une optique de grand champ, il doit être de très grande taille ; les tailles et le nombre de pixels peuvent être très grands et les coûts de conception sont importants et l'exploitation est difficile.
Il existe des systèmes de télescopes permettant d'obtenir de très grand champs en couplant une matrice de télescopes de grand champ formant un champ unique comme le propose la société ASTRIUM, notamment avec la solution décrite dans le document de brevet WO2012/007361 . Un inconvénient de cette solution est le coût d'un tel système qui nécessite de nombreux télescopes de très grand champ. Une solution est de réduire le nombre de télescopes et d'associer un système de suivi motorisé avec des télescopes de champs plus larges ayant au moins un champ de 5°, et en pratique 14° dans l'exemple cité dans le document de brevet (10° x 10° sur le détecteur carré).
Néanmoins cette solution reste complexe à mettre en œuvre et coûteuse.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention permet de résoudre les inconvénients précités. Notamment, l'invention concerne un procédé de détection d'un mobile dans l'espace ainsi qu'un procédé de multiplexage d'une distribution de champs de télescopes pour la détection d'un mobile dans l'espace.
En outre, l'invention concerne également un système optique comprenant un premier ensemble de télescopes permettant de mettre en œuvre soit le procédé de détection de l'invention. Un objet de l'invention concerne un procédé de détection d'un mobile dans l'espace comprenant :
• une génération d'une pluralité de champs de vue (Zkp) au moyen d'un premier ensemble de télescopes (T ), chaque télescope définissant un télescope de détection, l'ensemble des champs (FOVy) de chaque télescope (Ty) ayant une distribution spatiale dans au moins un plan de l'espace s'inscrivant dans une forme géométrique ouverte (CC), ladite forme géométrique ouverte (CC) définissant un champ large de détection ;
• une détection d'au moins une trace d'un mobile (M-i) dans le champ (FOVy) d'au moins un télescope (Ty) par un détecteur électronique couplé à chaque télescope (Ty), le temps d'intégration du détecteur électronique étant défini pour obtenir un étalement de la trace sur plusieurs pixels du détecteur électronique pour une vitesse de défilement maximale (VM) donnée d'un mobile et une altitude minimale de son orbite ;
• une déduction d'une trajectoire (TJSAT) du mobile (M-i) dans le plan image dudit télescope (Ty).
Lorsque la forme géométrique ouverte est l'intersection d'un plan et d'une couronne conique, un objet de l'invention concerne un procédé de détection d'un mobile dans l'espace comprenant :
• une génération d'une pluralité de champs de vue au moyen d'un premier ensemble de télescopes, l'ensemble des champs de chaque télescope ayant une distribution spatiale s'inscrivant dans une couronne conique d'un plan de l'espace, ladite couronne conique définissant un champ large de détection ;
• une détection d'au moins une trace d'un mobile dans le champ d'au moins un télescope par un détecteur électronique couplé à chaque télescope, chaque télescope définissant un télescope de détection, le temps de d'intégration du détecteur électronique étant défini pour obtenir un étalement de la trace sur plusieurs pixels du détecteur électronique pour une vitesse de défilement maximale donnée du mobile et une altitude minimale de son orbite ; • une déduction d'une trajectoire du mobile dans le plan image dudit télescope.
Un avantage est de permettre d'obtenir un champ large à partir d'une disposition particulière d'un certain nombre de télescopes. Le procédé de l'invention permet d'augmenter les probabilités de détection tout en couvrant une zone importante du ciel. Des télescopes ayant des champs limités par exemple inférieur à 3° peuvent être combinés pour former un champ de plus de 30° auquel est associé une probabilité de détection. Cette solution est simple à mettre en œuvre et peu onéreuse.
Le procédé de l'invention peut être mis en œuvre par un système optique également objet de l'invention dénommé également méta-télescope.
Avantageusement, la couronne conique est définie par rapport à un axe optique médian théorique, l'axe médian théorique étant déterminé pour qu'à une altitude minimale déterminée, chaque champ de chaque télescope de détection du premier ensemble soit compris dans la couronne conique.
Toutes les variantes de réalisation sont compatibles avec une forme géométrique ouverte qui résulte de l'intersection d'un plan de l'espace avec l'ensemble des champs des télescopes du système de l'invention. Le principe d'une forme géométrique ouverte de l'invention est de pouvoir bénéficier d'une plus large zone de détection dans le ciel et d'un procédé de détection efficace sur cette zone.
Un cas particulier d'une intersection entre un plan de l'espace et les champs des télescopes, formant une couronne conique et définissant alors dans le plan de coupe un anneau circulaire ou elliptique, est plus particulièrement détaillé dans la description mais ne limite pas l'invention à cette forme géométrique précise.
Avantageusement, la distribution spatiale des champs de chaque télescope de détection est déterminée par rapport à une probabilité souhaitée de détection d'une trajectoire un mobile interceptant la couronne conique. Avantageusement, le champ d'un télescope du premier ensemble est compris dans une fourchette allant de 0,5° à 5° et que le diamètre de la couronne conique défini un champ supérieur à 30°. Avantageusement, le temps d'intégration d'au moins détecteur électronique est défini pour obtenir deux traces capturées successivement sur une pluralité de pixels d'au moins un détecteur électronique pour une vitesse de défilement maximale VM donnée du mobile et une altitude minimale de son orbite, le temps d'intégration d'un d'au moins un détecteur électronique étant configuré pour un passage dans le plan optique d'au moins un télescope.
Un avantage de l'obtention de deux traces successives du mobile dans le détecteur est que cela permet de déduire des premiers éléments de la trajectoire du mobile.
Avantageusement, la direction de déplacement du mobile, l'inclinaison de son orbite et sa vitesse de déplacement est déduite d'une analyse des traces horodatées du mobile capturées par le détecteur électronique.
Avantageusement, les télescopes de détection du premier ensemble sont répartis dans différents stations terrestres réparties à différentes positions géographiques à la surface de la terre.
Avantageusement, les différents groupes de télescopes sont espacés d'une distance maximale, la distance maximale de séparation permettant une observation simultanée de chaque télescope dans les mêmes conditions météorologiques d'une même portion du ciel.
Lorsque les conditions de prises de vues différent, il est aussi possible de mettre en œuvre un télescope associé au méta-télescope pour corriger les luminosités ou les écarts de chaque télescope de détection du méta-télescope, ou pour compléter l'information acquise avec une meilleure précision, ou par un moyen actif, un LIDAR par exemple.
Avantageusement, les champs des télescopes du premier ensemble recouvrent continûment la périphérie de la couronne conique. Cette configuration permet d'obtenir une probabilité de détection de 100% lorsque la trajectoire du mobile intercepte la couronne conique pour une vitesse de défilement maximale VM et une altitude minimale.
Avantageusement, des moyens de calculs permettent de corréler des données horodatées des traces capturées par au moins deux détecteurs électroniques de manière à déduire une direction de déplacement du mobile, une inclinaison de son orbite et une vitesse de déplacement, et plus généralement ses paramètres d'orbite.
L'horodatage des traces capturées sur les détecteur électronique associé à chaque télescope de détection permet de corréler les données des différents télescopes de détection du méta-télescope de l'invention.
Avantageusement, des moyens de pilotage du déplacement de l'axe optique de chaque télescope de détection permettent de :
■ soit de modifier la distribution des télescopes dans la couronne conique ;
■ soit pour modifier la forme du champ surveillé dans l'espace ;
■ soit de changer l'orientation de la couronne conique dans l'espace en conservant la même distribution de champs dans ladite couronne conique ;
■ soit pour compenser un mouvement sidéral de sorte à rendre les étoiles fixes sur les images capturées par les détecteurs.
Les moyens de pilotage peuvent être préférentiellement synchronisés de sorte à obtenir une cohérence des mesures et à minimiser les temps de transition lors d'un changement de configurations.
Avantageusement, des moyens de pilotage d'au moins un télescope de suivi permettent de guider l'axe optique dudit télescope de suivi de manière à poursuivre les déplacements d'un mobile de l'espace après une première détection de trace d'un des télescopes de détection du premier ensemble dudit mobile.
Un avantage est d'asservir la direction de l'axe optique du télescope de suivi sur une direction supposée du mobile précédemment calculée en corrigeant dynamiquement cet asservissement sur les mesures effectuées.
Avantageusement, au moins un télescope de suivi, permet :
• de récupérer les positions d'au moins une trace capturée(s) par le détecteur électronique de l'un des télescopes du premier ensemble ;
• d'extrapoler à partir d'au moins une trace capturée d'au moins un télescope une trajectoire à suivre ;
• de piloter l'axe optique du télescope de suivi de sorte à suivre la trajectoire présumée du mobile ;
• de capturer de nouvelles positions horodatées du mobile.
Un autre objet de l'invention concerne un procédé de multiplexage d'une distribution de champs de télescopes pour la détection d'un mobile dans l'espace, le dit procédé comprenant :
• une génération d'une pluralité de champs de vue au moyen d'un premier ensemble de télescopes, l'ensemble des champs de chaque télescope ayant une première distribution spatiale pendant une première durée déterminée, la distribution spatiale s'inscrivant dans une forme géométrique d'un plan défini de l'espace, appelé plan optique théorique, ledit plan optique théorique étant non parallèle à au moins l'un des axes optiques d'un télescope, ladite forme géométrique ayant une plus grande dimension définissant un champ large de détection ;
• un calcul d'un facteur de complétude de la forme géométrique correspondant à la proportion de la surface de la forme géométrique couvert par l'ensemble des champs des télescopes du premier ensemble ;
• un calcul d'un nombre minimum de changements de positions de l'axe optique d'au moins un télescope du premier ensemble, appelé « nombre de distribution », chaque nouvelle position d'au moins un télescope définissant une nouvelle distribution, de sorte à obtenir un facteur de complétude souhaité ; • un calcul d'une durée maximale de changement de distributions correspondant au temps de pose de chaque distribution et du temps de passage d'une distribution à une autre, les distributions se succédant dans une durée déterminée, appelée « durée de multiplexage », la durée de multiplexage permettant le passage à toutes les distributions déterminées, la durée maximale de changement de distributions étant calculée en fonction d'une probabilité souhaitée de détection d'un mobile se déplaçant à une vitesse de défilement maximale et à une altitude minimale et dont la trajectoire intercepte la forme géométrique.
Un avantage de l'invention est de générer une forme géométrique appropriée à la couverture d'une zone de l'espace tout en assurant un taux de détection d'un mobile de l'espace pendant un laps de temps donnée, tout en utilisant un nombre réduit de télescopes grâce au multiplexage.
Avantageusement, la forme géométrique est ouverte et elle résulte de l'intersection d'un plan de l'espace et de l'ensemble des champs des télescopes du système de l'invention.
Avantageusement, la forme géométrique est une forme choisie parmi la liste suivante :
■ une couronne conique ;
■ une couronne circulaire ;
■ une pluralité d'arcs de cercles parallèles entre eux ; ■ une pluralité de courbes parallèles entre elles ;
■ une pluralité de lignes parallèles entre elles.
Un autre objet de l'invention concerne un système optique comprenant un premier ensemble de télescopes qui permet de mettre en œuvre soit le procédé de détection de l'invention, soit le procédé de multiplexage d'une distribution de champs de télescopes pour la détection d'un mobile dans l'espace. Selon l'invention, les champs de chaque télescope ont une distribution spatiale dans un plan théorique de l'espace s'inscrivant dans une forme géométrique ouverte, ledit plan optique théorique étant non parallèle à au moins l'un des axes optiques d'un télescope, ladite forme géométrique ouverte ayant un diamètre définissant un champ large de détection. Dans ce cas, des moyens de calculs récupèrent les données capturées par chaque détecteur optique des télescopes du premier ensemble, lesdits moyens de calculs permettant de traiter les différentes données capturées par les détecteurs électroniques du premier ensemble pour en déduire au moins une trajectoire d'un mobile dont l'orbite traverse la forme géométrique ouverte.
On appelle alors « diamètre » de la forme géométrique ouverte, selon les cas de figures, par exemple, l'une des distances suivantes :
· soit la plus grande distance séparant deux bords de la forme géométrique ;
• soit la distance moyenne séparant deux bords de la forme géométrique ;
• soit la distance minimale séparant deux bords de la forme géométrique.
Dans ces cas la distance peut être calculée en mesurant la distance entre deux points du bords et passant par le barycentre de la forme géométrique ouverte.
Il s'agit d'un exemple de mode de réalisation, mais d'autres modes de calcul du diamètre peuvent être envisagé dans l'invention.
Lorsque la forme géométrique ouverte est l'intersection d'un plan est d'une couronne conique, un objet de l'invention concerne un système optique comprenant un premier ensemble de télescopes qui permet de mettre en œuvre soit le procédé de détection de l'invention, soit le procédé de multiplexage d'une distribution de champs de télescopes pour la détection d'un mobile dans l'espace. Selon l'invention, les champs de chaque télescope ont une distribution spatiale s'inscrivant dans une couronne conique d'un plan défini de l'espace, appelé plan optique théorique, ledit plan optique théorique étant non parallèle à au moins l'un des axes optiques d'un télescope, ladite couronne conique ayant un diamètre définissant un champ large de détection et que des moyens de calculs récupèrent les données capturées par chaque détecteur optique des télescopes du premier ensemble, lesdits moyens de calculs permettant de traiter les différentes données capturées par les détecteurs électroniques du premier ensemble pour en déduire au moins une trajectoire d'un mobile dont l'orbite traverse la couronne conique.
Toutes les variantes de réalisation du système optique de l'invention sont compatibles d'une forme géométrique ouverte qui résulte de l'intersection d'un plan de l'espace avec l'ensemble des champs des télescopes du système de l'invention.
Un cas particulier d'une intersection entre un plan de l'espace et les champs des télescopes, formant une couronne conique et définissant alors dans le plan de coupe un anneau circulaire ou elliptique, est plus particulièrement détaillé dans la description mais ne limite pas l'invention à cette forme géométrique précise.
Avantageusement, le système optique comprend au moins un télescope dont le champ est défini à l'intérieur de la couronne.
Avantageusement, le détecteur électronique est une caméra CCD, EMCCD, un détecteur CMOS ou sCMOS ou un détecteur infrarouge ou tout type de détecteur permettant l'acquisition d'images du ciel.
Selon un mode de réalisation, le système optique comprend au moins 10 télescopes ayant des champs sensiblement proches de 3° s'inscrivant dans une couronne conique dont le diamètre couvre un champ de 30°.
Selon un autre mode de réalisation, le système optique comprend au moins 15 télescopes ayant des champs sensiblement proches de 2° s'inscrivant dans une couronne conique dont le diamètre couvre un champ de 30°.
Selon un autre mode de réalisation, le système optique comprend au moins 15 télescopes ayant des champs sensiblement proches de 10° s'inscrivant dans une couronne conique dont le diamètre couvre un champ de 60°.
Selon un mode de réalisation, le système optique comprend au moins 10 stations agencés à la surface de la Terre comprenant chacune au moins un télescope de détection, le système optique comprenant :
• Au moins 3 à 4 stations sensiblement proche d'une latitude équatoriale réparties en longitude ; • au moins 3 stations sensiblement comprises entre les latitudes 30° et 55° Nord et Sud, réparties en longitude et latitude;
• au moins 2 stations au-delà des latitudes de 60°.
Un avantage de cette configuration est de permettre de couvrir entièrement le ciel à partir d'un certain nombre de télescopes donné. Cette configuration peut bénéficier du multiplexage de sorte à couvrir la totalité du ciel avec une probabilité de détection élevée.
Un ou des télescopes complémentaires peuvent être associé(s) à cette configuration notamment pour corriger les mesures ou effectuer un suivi d'une cible.
Cette configuration peut être associée à une table de corrections de luminosité et d'écarts de prises de vue entre les différents télescopes.
BREVES DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
■ figure 1 : un système de télescope de l'invention permettant de définir une zone de couverture pour la détection de mobiles spatiaux ;
■ figures 2A, 2B : une couronne conique et différents plans de coupe définissant des anneaux circulaires ou elliptiques dans lesquels une répartition de champs de vue est définie selon la méthode de l'invention ;
■ figure 3: une première configuration de distribution de différentes zones de scrutation pour la détection de mobiles spatiaux s'inscrivant dans une forme géométrique dans un plan image moyen ;
■ figure 4 : une seconde configuration différentes zones couvertes pour la détection de mobiles spatiaux s'inscrivant dans une forme géométrique dans un plan image moyen ;
■ figure 5 : un graphique représentant différentes portions d'orbites vues par un télescope de champ donné ; ■ Figure 6A, 6B, 6C : différentes distributions de champs de télescopes générées à partir du procédé de multiplexage de l'invention. DESCRIPTION
L'invention concerne un procédé de détection d'au moins un mobile de l'espace ainsi qu'un système permettant sa mise en œuvre.
La figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention. Un système de télescopes T est formé. Les télescopes sont répartis sur trois sites géographiques dénommés « stations » et notées ST , ST2, ST3. Comme il sera détaillé par la suite, une répartition de télescopes dans des stations éloignées entre elles d'une certaine distance permet de détecter les positions du mobile en hauteur et d'en déduire une trajectoire 3D.
Dans l'exemple de la figure 1 , la première station ST-ι comprend 4 télescopes notés Tu , T 2, T 3, T 4, la seconde station ST2 comprend 4 télescopes notés T2 , T22, T23 et T24. La troisième station ST3 comprend deux télescopes T3 et T32 et un troisième télescope dit « télescope de suivi » TS^ .
Les télescopes dont les champs s'inscrivent dans une forme géométrique, telle qu'une couronne conique, sont nommés des « télescopes de détection » dans la présente description.
Les trois stations ST , ST2, ST3 sont localisées dans une région permettant d'obtenir sensiblement les mêmes conditions atmosphériques et météorologies d'observations. Une distance entre deux stations peut être de l'ordre de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres. Une distance inter-station de 10km permet d'obtenir une configuration permettant de mettre en œuvre le procédé de l'invention avec de bons résultats pour en déduire des trajectoires 3D pour toutes les orbites surveillées par le méta- télescope. En outre, dans certains modes de réalisation, les stations peuvent être co-localisées de sorte à être situées à quelques mètres les unes des autres. Différentes configurations sont envisageables de sorte, par exemple, à avoir des stations proches entre elles et d'autres plus éloignées selon les choix de conception et les performances du système à atteindre.
Selon un mode de réalisation tous les télescopes sont dans la même station. Le système et le procédé de l'invention ne sont pas restreints à un nombre limité de stations. Dans un mode de réalisation, chaque télescope est identique aux autres, néanmoins ceci n'est pas une nécessité pour mettre en œuvre le procédé de l'invention. Le système peut comporter des télescopes différents et de natures différentes. A titre d'exemple, le système optique, sa sensibilité spectrale (longueurs d'ondes), le bâti, les lentilles ou les champs peuvent éventuellement varier d'un télescope à un autre. Pour une meilleure compréhension de l'invention, la description qui suit est détaillée en prenant en considération une pluralité de télescopes identiques dont les champs individuels sont sensiblement les mêmes.
Chaque télescope de l'invention comprend donc un champ donné, par exemple dans un mode de réalisation, chaque télescope Ty comprend un champ sensiblement de 3° pris dans son diamètre.
Le système formé par l'ensemble des télescopes des différentes stations est dénommé un « méta-télescope ». L'invention permet de configurer une partie de l'ensemble des télescopes Ty de sorte à définir une distribution de champs s'inscrivant dans une forme géométrique prédéfinie. La figure 1 représente une forme géométrique définissant une couronne conique dénommée CC. La forme géométrique peut être définie en 3 dimensions 3D ou en deux dimensions 2D. Les figures 2A, 2B représentent dans une première approximation la couronne conique CC ainsi que des plans de coupe Pce sensiblement perpendiculaires à un axe optique médian Acc. Les stations étant proches les unes des autres, elles peuvent être assimilées à un point de la surface de la terre en première approximation pour la représentation de la couronne conique CC comprenant l'ensemble des cônes CCkp correspondant aux champs de vue de chaque télescope Tkp. La couronne conique CC peut donc être entendue comme une surface formant une ellipse ou un cercle autour de l'axe optique médian Acc. La couronne conique CC peut être également entendue comme le volume formé par l'ensemble des champs optiques Zkp contenus dans les cônes CCkp de chaque télescope Tkp. Le volume ainsi formé correspond sensiblement à une couronne conique 3D, comme représentée aux figures 2A et 2B, aux écarts près de positions géographiques des télescopes dans les stations vis-à-vis de l'axe optique médian Acc.
La figure 2A représente la couronne conique CC lorsque le méta- télescope est orienté au Zénith. La figure 2B représente la couronne conique CC lorsque le méta-télescope est orienté selon une élévation donnée, approximativement 35°.
La figure 2A illustre deux télescopes T 4 et T32 espacés d'une distance d(T 4, T32) ayant chacun un champ Z 4 et Z32 s'inscrivant dans la couronne conique CC à partir d'une certaine altitude. On considère en effet qu'à partir d'une certaine altitude, un cône CCi4 correspondant au champ de vue d'un télescope T 4 est inscrit dans la couronne conique CC en 3 dimensions. En première approximation, le cône CCi4 peut être considéré comme faisant partie de la couronne conique théorique dont l'axe de révolution serait l'axe Acc.
Les champs Z 4 et Z32 de chaque télescope T 4 et T32 s'inscrivent respectivement dans des cônes CCi4 et CC32. Dans la suite de la description, la méthode de l'invention décrit dans un mode de réalisation comment la distance d(T 4, T32) inter-télescope est utilisée pour calculer l'altitude du mobile et l'inclinaison en hauteur de la trajectoire de ce dernier.
La figure 2B permet d'illustrer que le champ du méta-télescope, lorsqu'il est incliné avec une élévation donnée, peut couvrir une zone plus importante du ciel que la zone couverte lorsqu'il est pointé au zénith.
Les traces détectées dans chaque champ de télescope permettent d'en déduire une inclinaison de la trajectoire du mobile.
Chaque champ de chaque télescope s'inscrit donc dans cette couronne conique 3D dont le sommet est par exemple une position moyenne de chaque télescope à la surface de la terre. Dans la figure 1 , les champs de chaque télescope représenté sont notés Z-n , Z 2, Z 3, Z 4, Z2 , Z22, Z23, Z24, Z3 , Z32. Les champs sont distribués de sorte à se répartir uniformément dans une coupe de la couronne conique 3D ou dans la couronne 3D elle- même. Cependant, l'invention ne se limite pas à une répartition donnée dans la couronne conique CC et elle peut mettre en œuvre différentes répartitions par exemple dont les champs ne sont pas uniformément répartis.
On considère la trajectoire TJSAT d'un satellite SATV Dans ce cas le mobile M-i est un satellite SAT-| . Quatre positions sur la trajectoire TJSAT sont illustrées sur la figure 1 : POS1 ; POS2, POS3, POSt.
Dans cet exemple, on considère que la trajectoire TJSAT du satellite SAT-ι , par exemple survolant une orbite basse, intercepte la couronne conique CC en interceptant deux champs Z 3 et Z32 de deux télescopes T 3 et T32. On relève sur la figure 1 deux positions : POSi et POS2 qui illustrent ces interceptions.
Une position du satellite notée POS2 est située à l'intérieur de la couronne conique CC et n'est donc pas détectée à cette position par un télescope du méta-télescope dans la configuration de la figure 1 . Nous verrons notamment à la lumière des figures 3 et 4 que des télescopes complémentaires Tc aux télescopes de détection Tkp du méta-télescope peuvent permettre des détections à l'intérieur ou à l'extérieur de la couronne conique CC mais ces derniers ne sont pas présents sur la figure 1 . Enfin, une quatrième position notée POSt est du satellite SAT-i qui est suivi par un télescope de suivi noté TS^. Notons que la détection du mobile en deux points permet de connaître son existence et d'avoir un vecteur de trajectoire. Lorsque l'orbite est circulaire, deux points suffisent pour connaître l'ensemble les paramètres de l'orbite.
Dans cet exemple, le télescope de suivi TS^ est agencé dans la troisième station TS3. Le télescope de suivi TS^ est un télescope qui peut être optionnellement intégré du méta-télescope de l'invention dans un mode de réalisation. Ce peut être aussi l'un des télescope de détection ne participant pas activement à la détection en cours. Enfin ce peut être un télescope mettant en œuvre une autre méthode de mesure, par exemple active, comme un LIDAR. Néanmoins, l'invention n'est pas restreint à l'utilisation d'un tel télescope de suivi qui permet une amélioration de certaines mesures dans certaines configurations d'orbites de mobiles traversant la couronne conique CC. Le télescope de suivi permet de poursuivre la trajectoire présumée du satellite détectée SAT-ι en dehors de la couronne conique CC. Dans la figure 1 , le télescope de suivi TS^ permet de suivre le satellite SAT-ι après que sa trajectoire ait intercepté la couronne conique CC.
Le télescope de suivi peut être couplé à un télescope de détection du méta-télescope, par exemple, en offrant la possibilité de poursuivre le mobile précédemment détecté par le télescope de détection en dehors de la couronne conique CC. Un télescope de suivi permet donc d'obtenir une restitution d'orbite ou de trajectoire plus précise en obtenant d'autres traces de détection ou des points intermédiaires de passage du mobile à l'intérieur ou à l'extérieur de la couronne conique CC.
Dans un mode de réalisation, une pluralité de télescopes de suivi peuvent compléter une configuration du méta-télescope.
La méthode de l'invention permet de définir un facteur de remplissage de la couronne conique CC. Ce facteur de remplissage permet d'en déduire une probabilité d'intersection d'une trajectoire d'un mobile avec des champs de télescopes répartis dans la couronne conique CC, on parle également de facteur de complétude.
Dans un mode de réalisation, la méthode de l'invention peut éventuellement prendre en compte un facteur visant à définir un angle de parcourt moyen minimal de la trajectoire du mobile pour écarter toutes les trajectoires comprenant des angles aigus et/ou ne correspondant à aucune trajectoire possible d'un mobile spatial, sauf à considérer par exemple les virages effectués par un ULM ce qui représente un mode particulier de l'invention. Notons qu'une unique détection à l'entrée de la couronne permet de déduire des premiers éléments de la trajectoire du mobile.
La prise en compte d'un angle minimal correspondant à une courbure minimale de la trajectoire peut être utilisée pour calculer finement la probabilité d'une détection d'une météorite traversant la couronne conique CC.
Dans l'exemple des figures 1 et 3, la distribution de champs permet d'obtenir un taux de remplissage de 50% à 60 % de la couronne conique CC. Cependant, le taux de détection d'une trajectoire peut être supérieur à 80% puisque chaque trajectoire interceptant au moins une fois la couronne conique l'intercepte une seconde fois. De ce fait, pour qu'une trajectoire ne soit pas détectée, elle doit éviter deux champs répartis dans la couronne conique CC. C'est ici un avantage de l'invention qui permet de définir une forme géométrique adaptée pour optimiser le ratio entre un taux de remplissage de champs donné et un taux de détection du mobile maximal correspondant à cette répartition de champs et à la famille d'orbites ou au type de mobiles étudiés.
Dans l'exemple dans lequel les champs sont sensiblement égaux à 3° avec 10 télescopes, l'aire angulaire effectivement perçue est de 472 deg2. Le méta-télescope permet donc de surveiller le champ équivalent d'un seul télescope de même pupille mais de champ de 24°.
Il s'agit d'un calcul de facteur d'impact calculé avec la somme des projections des cercles dans une direction quelconque. Dans l'exemple des figures 1 et 3, la forme géométrique est un cercle. La projection de chaque cercle correspondant au champ de chaque télescope de détection projeté dans une direction, en éliminant les recouvrements, permet d'obtenir la proportion la zone couverte formée par le diamètre du champ obtenu en considérant le diamètre du méta-télescope. On considère ce diamètre D obtenu avec l'angle d'ouverture suivant : 30° + 3°/2 + 3°/2 = 33°. Dans ce cas, on trouve que le facteur d'impact est de 6x3°/32° = 55%.
En géométrie sphérique la surface angulaire sur le ciel est donnée par A(ster) : 2-pi-(1 -cos(Thêta/2)) ou thêta est l'angle d'ouverture du cône. En degrés carrés : A(deg2) = 20626.5-(1 - cos(thêta/2)).
Donc pour 33°, A = 850 deg2. Soit 55% de A correspondent à 467 deg2.
Cette surface correspond à la surface couverte sur le ciel par un cône de 24° de diamètre. Il faudrait un télescope équivalent de 24° de champ : un tel champ est typique d'un objectif d'appareil photographique, mais est très difficile à réaliser pour un télescope de diamètre plus important.
La méthode de l'invention permet de définir une configuration du méta-télescope déterminant une distribution de champs donnée dans une couronne conique CC de sorte à obtenir une probabilité de détection d'un mobile spatial interceptant la couronne conique CC. La méthode de l'invention permet de définir une fraction du ciel observée pour définir une zone de détection à laquelle est associée une probabilité de détection. Cette probabilité de détection peut être ajustée en fonction du nombre de télescopes du méta-télescope définissant des champs dans la couronne, de leur distribution ainsi que de la taille de leur champ.
Un intérêt de la méthode de détection est de disposer de télescopes ayant des champs réduits typiquement inférieurs à 5°, voire en limitant ceux-ci à des champs de l'ordre de 1 ° à 3° tout en ayant de bons taux de détection de mobiles associés à ces choix de télescopes et un champ surveillé plus large que ce qui aurait été possible avec un télescope à grand champ monolithique.
La couronne conique CC permet de couvrir une portion du ciel pouvant recouvrir un champ large, par exemple légèrement supérieur à 30° selon la configuration du méta-télescope des figures 1 , 3 et 4.
La figure 3 représente une coupe d'une couronne conique CC formant dans un plan une couronne circulaire. Selon la configuration envisagée et la zone du ciel pointée, la couronne conique 3D peut former différentes formes de coniques telles que des ellipses le plus souvent, mais elle peut également former comme cela est représentée sur la figure 3 une couronne circulaire.
Dans cet exemple, la répartition des champs Zkp des télescopes Tkp respecte sensiblement la répartition illustrée à la figure 1 , dans laquelle 10 télescopes ont un champ sensiblement de 2,75°-3° qui s'inscrit dans la couronne conique CC. Le diamètre formé par la couronne conique CC est sensiblement proche de 30°-32° de champ, ce qui permet de couvrir une fraction non négligeable du ciel local.
Dans une autre configuration, 15 télescopes de 2° de champ peuvent inscrire leur champ dans une couronne de 30°. Selon encore une autre configuration, 15 télescopes de 10° de champ peuvent s'inscrire dans une couronne conique CC dont le diamètre s'inscrit dans un angle de 60°. Selon encore un autre exemple, 15 télescopes de 1 ° de champ peuvent s'inscrire dans une couronne conique CC dont le diamètre s'inscrit dans un angle de 15°.
Le nombre de télescopes Tkp, le choix de leur champ de vue de chaque télescope, la forme géométrique choisie pour couvrir une fraction du ciel et la distribution des champs de vue dans ladite forme géométrique permettent de définir une probabilité de détection d'un mobile interceptant la forme géométrique. Cette probabilité peut être réglée par l'un des paramètres suivants : dimensions de la forme géométrique, champ de chaque télescope, nombre de télescopes et distribution des télescopes dans la forme géométrique, famille d'orbite considérée (équatoriale, polaire, elliptique, etc.). Dans cet exemple, trois télescopes complémentaires Tcy couvrant trois champs z à l'intérieur de la couronne conique CC ont été associés aux champs périphériques Zkp des télescopes de détection Tkp. Les télescopes complémentaires Tcy peuvent être utilisés de différentes manières qui peuvent être complémentaires:
- soit, ils permettent d'augmenter la probabilité de détection de trajectoires non couvertes par la distribution des champs dans la couronne conique CC en augmentant la couverture du champ théorique contenu dans le diamètre de la couronne conique CC;
- soit, ils permettent d'effectuer un suivi de la cible détectée par un premier télescope en effectuant une opération de poursuite, ou de tracking dans la terminologie anglo-saxonne ; dans ce dernier cas, il s'agit d'un télescope de suivi comme introduit précédemment ;
- Soit ils permettent d'obtenir des mesures complémentaires, permettant par exemple de mieux caractériser le mobile, comme la mesure de la polarisation de la lumière, son spectre, sa signature infrarouge, sa réflectivité à un laser, etc.
Les champs des télescopes complémentaires Tcy et/ou de suivi Tsy peuvent être différent des champs des télescopes de détection Tkp. Notamment, ils peuvent être inférieurs par exemple dans le cas d'un télescope de poursuite et peuvent être supérieurs lorsqu'il s'agit de télescopes complémentaires internes à la couronne pour augmenter le champ de détection total.
Les télescopes complémentaires ou de suivi peuvent avoir des diamètres de pupilles identiques ou différents de ceux des télescopes de détection. Ces derniers peuvent être configurés sur d'autres bandes de détection en fréquence et donc détecter d'autres longueurs d'ondes émises par le mobile. Enfin, un dispositif LIDAR de suivi peut être utilisé conjointement au système de l'invention pour permettre d'affiner avec une grande précision l'orbite dérivée par le « méta-télescope » et éventuellement ses télescopes de suivi. La figure 3 illustre une trajectoire TJSAT interceptant un premier champ ZKP périphérique, un champ central zy et un second champ périphérique ZKP. Une trajectoire d'un satellite TJSAT offrant la meilleure configuration de détection a donc été représentée à la figure 3.
Dans ce cas, la méthode de l'invention permet d'obtenir au moins
3 traces comme nous le détaillerons par la suite, dont au moins une trace dans chaque champ ZKP, zy.
La figure 3 permet de représenter les angles d'ouverture du champ couvert par le diamètre de l'optique « théorique » formée par le méta- télescope sur un premier axe DEGi : Nord-Sud et un second axe DEG2 : Est- Ouest. D'autres référentiels permettant de définir la fraction du ciel observé peuvent être employés. La figure 3 montre que le diamètre de la couronne conique CC permet d'atteindre un peu plus de 30° sur le premier axe DEGi et un peu plus de 30° sur le second axe DEG2.
La figure 4 représente un cas dans lequel la couronne conique CC est entièrement couverte par une pluralité de champs de différents télescopes de détection Tkp, à l'approximation près de la position des stations autour de l'axe optique médian théorique Acc. Selon l'angle d'ouverture de la couronne conique CC, c'est-à-dire la largeur angulaire de la bande formant l'anneau, et de son diamètre un nombre minimum de télescopes Tkp est définie comme pouvant couvrir entièrement la couronne conique CC.
Sur l'exemple de la figure 4, un télescope présente approximativement 2,75° de champ selon l'un des axes angulaires DEGi ou DEG2. La couronne conique CC a un diamètre de 32° environ. 34 télescopes génèrent autant de champs qui permettent de couvrir entièrement la couronne conique CC. Dans ce cas le méta-télescope permet de surveiller sensiblement 808 deg2 d'aire angulaire.
De manière analogue, une couronne conique de diamètre de 30° avec des télescopes de 3° de champ nécessiterait environ 30 télescopes pour couvrir sensiblement l'ensemble des positions d'un plan de coupe de la couronne conique CC au-dessus d'une certaine altitude, cf. figures 2A, 2B, soit 850 deg2 d'aire angulaire. La forme géométrique obtenue par le méta-télescope peut être adaptée selon les cas de figure et les orientations d'observations choisies. A titre d'exemple, une couronne ellipsoïdale permet la surveillance d'une plus grande partie de la ceinture équatoriale qu'une couronne circulaire plus adaptée pour observer une zone au zénith. Un avantage de la flexibilité de la configuration de la forme géométrique obtenue par le méta-télescope est de permettre de former d'autres champs que des champs circulaires. En effet, un télescope individuel ne peut pas générer un champ ellipsoïdal du fait des optiques circulaires et des détecteurs rectangulaires qui sont généralement employées. Le méta-télescope de l'invention permet donc de générer des champs formant une géométrie adaptée à une détection de mobiles qui soit optimisée selon la ligne de visée par rapport à son élévation, et selon la famille d'orbites étudiées. Par exemple, pour une élévation de 30°, le méta- télescope offre une surface couverte qui peut être optimisée par une forme géométrique adaptée telle qu'un ellipsoïde dont les dimensions seront configurées de sorte à maximaliser le taux de détection de mobiles dans l'espace.
Selon un mode de réalisation, la forme géométrique peut comprendre une pluralité de lignes ou deux courbes sensiblement parallèles entre elles. L'épaisseur des lignes ou des courbes correspond au champ d'un télescope de détection. La distribution des champs peut former par exemple un damier entre les différentes lignes. Toute autre distribution est envisageable.
Selon une autre configuration, la forme géométrique peut comprendre une série d'arcs de cercles ou d'ellipses dont la largeur correspond à un champ d'un télescope de détection. Le méta-télescope est alors configuré pour répartir selon une distribution donnée des champs de vue de télescopes de détection dans ces arcs. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'intersection d'un plan de l'espace et de l'ensemble des champs des télescopes du système de l'invention définit une forme géométrique ouverte. On appelle alors une forme géométrique ouverte une forme dans laquelle certaines zones ne sont pas couvertes par le champ des télescopes du système de l'invention. Une forme annulaire rentre dans la catégorie des formes géométriques ouvertes. Un champ global dont l'intersection avec un plan de l'espace donne une bande ellipsoïdale est également une forme géométrique ouverte. D'autres cas peuvent être réalisés selon le procédé de l'invention comme une forme géométrique de type losange ou carré dans laquelle les champs des télescopes se répartissent selon la périphérique de la forme géométrique.
La figure 5 représente différentes portions de différentes orbites de mobiles perçues par le méta-télescope de l'invention, ou par tout autre instrument de champ donné, lorsque l'observation a lieu au zénith en fonction du champ du méta-télescope ou d'un télescope à grand champ.
Considérons l'orbite notée Alt(03) qui est une orbite à 2000km, le graphique nous permet de voir que pour un champ de 5° du méta-télescope ou d'un télescope grand champ, une portion de 1 ° de l'orbite du mobile est perçue. Sur la même courbe, on comprend que pour un champ de 35° typique du méta-télescope, une portion d'environ 10° de l'orbite du mobile est perçue. Le champ du méta-télescope est noté FOV sur l'axe des abscisses du graphique.
Identiquement, en considérant l'orbite d'un mobile Alt(04) située à 5000 km, une portion de 25° de l'orbite du mobile peut être perçue sur un champ couvert de 35° par le méta-télescope.
Pour les orbites basses, l'horizon local du site va faire qu'une faible portion de l'orbite ou de la trajectoire est perçue. Par exemple, l'orbite du mobile notée Alt(O-i) située à 500 km n'offre qu'une portion de 2,5° de la trajectoire pour un champ du méta-télescope de 35°. Cependant, pour un télescope à très grand champ de 10° ne verra que 0,7° de cette même orbite.
Les optiques de chaque télescope du méta-télescope peuvent être adaptées et choisies pour répondre à un besoin spécifique. Ainsi, il est possible d'utiliser des filtres spécifiques et d'accentuer des détections selon différentes longueurs d'ondes telles que les bandes dans le visible, l'infrarouge, l'ultraviolet ou encore de bandes en fréquences plus particulières à partir d'une spectroscopie du flux lumineux reçu.
Un télescope de détection de 600mm de longueur focale permet d'obtenir un champ d'environ 3° sur un détecteur de type CCD de 3cm de côté. Un tel télescope de détection a l'avantage d'être simple et peu onéreux. Chaque télescope de détection peut être couplé à un détecteur électronique tel qu'une caméra de 3cm de côté.
Le champ d'un télescope est entièrement gouverné par sa focale F et la taille du détecteur X. Le champ peut être donné par l'équation suivante FOV = Arctan(X/F).
Un calcul de champ pour une focale de 600mm et 3cm pour le détecteur donne 2,86° de champ. Selon la configuration optique, il peut être nécessaire d'intégrer un correcteur optique de manière à ne pas limiter le champ.
Par exemple, dans le cas d'un télescope de 600mm de focale avec 6° de champ, il est nécessaire de disposer d'un détecteur de 6cm. Un tel détecteur est onéreux. En outre, le schéma optique qui supporte 6° de champ est complexe à mettre en œuvre.
Un paramètre représentatif de la faisabilité d'un télescope est le rapport de la focale au diamètre : F/D.
Un rapport de F/D = 0.5 représente une limite théorique car cela correspond au centre d'une sphère. En pratique, pour descendre en dessous d'un rapport F/D = 3 il est nécessaire de définir des optiques spécifiques. Ceci peut être réalisé relativement facilement jusqu'à un rapport de F/D = 2,5, voire 2 pour des instruments n'étant pas trop encombrants, au-delà la difficulté et les aberrations résiduelles sont un frein à la conception de telles optiques.
Chaque télescope Tkp du méta-télescope est couplé à un détecteur électronique. On appelle alors un tel télescope un « télescope de détection ». On parlera de télescope de détection le plus souvent en évoquant son couplage à un détecteur électronique qui permet de collecter des données de traces par analyse d'une zone de pixel changeant d'état sur un laps de temps donné. En outre, les télescopes complémentaires et les télescopes de suivi peuvent également être couplés à des détecteurs électroniques.
Le détecteur électronique peut être une caméra CCD, EMCCD, détecteur CMOS, sCMOS, détecteur infrarouge, ou tout autre détecteur approprié. Dans un mode de réalisation de l'invention, les détecteurs électroniques ont un temps de lecture entre 1 s et 5s. Les détecteurs permettent de générer des images à cadences fixes ou variables. La cadence de lecture peut être ajustée à des premiers indices de détection de sorte à adapter une meilleure détection selon le type de mobile se déplaçant dans l'espace.
Le méta-télescope de l'invention permet de configurer le temps de pose et la cadence des prises de vue de chaque détecteur électronique de sorte à répondre à une configuration donnée.
A titre d'exemple, selon le mode de réalisation des figures 1 et 3 avec 10 télescopes et un champ de chaque télescope de 3° environ, une cadence de 3s peut être configurée et un temps de lecture de 1 s. On présente le tableau suivant pour un mobile ayant une orbite basse de 500km :
Figure imgf000030_0001
- A : Vitesse de défilement du mobile ;
- B : temps de traversée du méta-télescope dont le diamètre de la forme géométrique couvre un champ de 30° ;
- C : temps de traversée du télescope de détection du méta- télescope dont le diamètre de la forme géométrique couvre un champ de 3° ;
- D : temps de traversée d'un pixel de 15 micron, soit 5,3" ;
- E : temps de traversée d'un pixel de 5 micron, soit 1 ,5" ;
- F : temps de traversée d'un télescope à très grand champ de 10°.
On comprend que le cas le plus défavorable est obtenu pour une vitesse de défilement de 3000arcsec/s : le temps de traversée du champ d'un télescope de détection sera de 3,6s. Cette durée n'offrira la possibilité de n'enregistrer qu'une seule trace sur le détecteur électronique. Mais dans la majorité des autres cas, le détecteur électronique peut mesurer au moins deux traces. Deux traces permettent de déduire des données de trajectoire plus rapidement. Cependant, une deuxième trace sera acquise 36s après par le deuxième télescope en sortie de la zone surveillée, ce qui est un cas bien plus favorable tant pour la précision de mesure (et donc la restitution de l'orbite) que pour la gestion du système que le système à un télescope à très grand champ, comme on le voit en comparant les colonnes B et F.
Le méta-télescope comprend un calculateur et des moyens de stockage des données permettant de traiter toutes les données collectées par chaque télescope de détection, chaque télescope complémentaire ou de suivi de chaque station. Un avantage est de permettre l'activation par exemple d'un télescope de suivi suite à la détection d'une trace d'un télescope de détection.
Lorsqu'une trace est détectée, le calculateur permet d'effectuer des mesures de corrélation avec une éventuelle seconde trace détectée en vue d'en déduire des paramètres sur la trajectoire du mobile.
Un autre avantage est de corréler les données issues de différents télescopes de détection de sorte à reconstituer des orbites ayant intercepté le champ du méta-télescope à différents endroits de la forme géométrique, c'est-à-dire de la couronne conique CC.
Un autre avantage est de pouvoir déduire de l'information de direction et de vitesse donnée par l'analyse de la première trace la meilleure position pour la détection par un deuxième télescope du système, renforçant ainsi la probabilité et la précision des mesures, grâce à une gestion dynamique du système.
La comparaison de traces « tests » détectées par différents télescopes pris individuellement permet de renforcer également l'étalonnage de ces derniers et le réglage des configurations de seuil de détection de chacun et de l'ensemble du méta-télescope.
Par ailleurs, des données de traces d'un mobile capturées par un détecteur électronique peuvent être stockées de sorte à engager de nouvelles observations dans une même configuration du méta-télescope pour en déduire une orbite à partir de différents passages d'un mobile. Dans un mode de réalisation, une boucle de rétroaction permet d'affiner les observations et le calcul de trajectoire du mobile et de prévoir d'éventuels futurs passages.
Enfin, dans un mode de réalisation, le méta-télescope comprend des moyens pour connecter ses différents éléments à un réseau de sorte à piloter et exploiter les données collectées à distance. La connexion au réseau peut être effectuée par voie filaire ou sans fil. Dans un mode particulier, une connexion à un satellite peut être envisagée pour la mise en œuvre de l'invention. Lorsqu'au moins une trace est détectée par un premier télescope de détection et qu'au moins une trace est détectée par un second télescope de détection, il est alors possible de déduire des paramètres de trajectoire et de direction du mobile en corrélant les données de ces deux traces.
Lorsqu'au moins deux traces sont détectées par un premier télescope, il est alors possible de déduire des paramètres de trajectoire et de direction du mobile en corrélant les données de ces deux traces.
Lorsqu'une seule trace est détectée par un premier télescope sans qu'un second télescope de détection ou un télescope interne à la couronne conique CC ne détecte une seconde trace, un télescope de suivi peut être activé pour obtenir une seconde trace sur une trajectoire supposée du mobile. Le cas d'une détection ne générant qu'une seule trace peut survenir selon :
- la distribution des champs des télescopes dans la couronne conique CC ;
- la trajectoire, la vitesse de déplacement et l'altitude du mobile.
La vitesse de défilement d'un satellite et la vitesse de déplacement de ce satellite sont liées de sorte que l'une peut être déduite de l'autre en connaissance de l'altitude ou de l'orbite du satellite.
Les données collectées par le télescope de suivi peuvent être corrélées avec les données d'un télescope de détection pour en déduire des paramètres de trajectoire et de direction du mobile dans l'espace. Dans tous les cas, un télescope de suivi peut être déclenché puisqu'on ne sait pas à priori si l'orbite du mobile va intercepter un autre champ d'un télescope de détection compris dans la couronne conique CC. Selon un mode de réalisation, le méta-télescope permet de rendre amovible les télescopes le composant :
- soit pour reconfigurer une nouvelle forme géométrique selon un point de visée donnée ;
- soit pour viser une autre fraction du ciel avec une même forme géométrique ;
- soit pour poursuivre un mobile détecté par un télescope de suivi préalablement détecté par au moins un télescope de détection.
- Soit pour modifier la distribution des télescopes de détection dans la forme géométrique à partir d'une fonction multiplexage ; - soit pour adapter un télescope de détection à un télescope de suivi en autorisant le mouvement de sa ligne de visée pour poursuivre un mobile
- soit pour compenser un mouvement sidéral de sorte à rendre les étoiles fixes sur les images capturées par les détecteurs.
Ces différentes possibilités peuvent être combinées.
Dans ces modes de réalisation, le méta-télescope comprend des montures mobiles pour chacun de ses télescopes ou une partie.
Dans un mode de réalisation, la mobilité du méta-télescope permet d'assurer un suivi sidéral. Cette configuration permet d'obtenir que les étoiles soient vues sous forme ponctuelle et les mobiles sous forme de traces. Cette solution à l'avantage de directement observer les traces des mobiles traversant le champ du méta-télescope dans les images capturées par chaque détecteur.
Lorsque le méta-télescope est fixe, il est nécessaire de discriminer les traces de mobiles capturées des traces des étoiles issues du mouvement sidéral de la terre. Cette discrimination peut être réalisée par un traitement numérique. Le traitement numérique peut être automatique lorsque les traces des mobiles peuvent être déduites par exemple en comparant leur longueur sur les capteurs des détecteurs ou encore par une analyse de la luminosité capturée en étudiant leur radiométrie. Les seuils de détection peuvent être configurés en fonction de l'illumination d'un ensemble de pixels. Un étalonnage de la luminosité des étoiles peut être effectué au préalable pour rendre la détection de trace de mobiles plus performante.
Enfin, le méta-télescope peut être rendu amovible pour cartographier de grandes zones du ciel en juxtaposant des champs larges de 30° à 40° sur une région donnée du ciel.
Le méta-télescope de l'invention permet lors de la détection de traces par les détecteurs électroniques de les horodater. Les mesures sont ainsi datées avec une précision par exemple de l'ordre de la milliseconde ou de la microseconde suivant le type de détecteur. Une carte GPS peut être utilisée à cette fin.
L'horodatage permet en outre de déduire des paramètres de la trajectoire et de la vitesse de déplacement du mobile notamment en comparant deux traces successives laissées par un même mobile.
Un mode de réalisation pour la détection des traces est la mise en œuvre de la transformée de Hough. Cette transformée permet notamment de déduire des vecteurs de coordonnées paramétriques à partir des lignes de plan générées par les traces d'un mobile sur le détecteur électronique.
Afin d'accélérer les calculs différents moyens matériels peuvent être employés, comme les processeurs multi-cœurs ou les cartes GPU (Graphical Processing Unit).
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le méta- télescope comprend une configuration dite « configuration de multiplexage ». Dans cette configuration de multiplexage, certains télescopes sont pilotés de sorte à ce que leur champ évolue dans la couronne conique. Le pilotage du déplacement des champs dans la couronne conique CC peut être programmé de manière automatique de sorte à ce qu'un champ parcourt une portion de la couronne conique CC en un temps donné ou effectue des « bonds » à différents endroits de la couronne conique CC. Un avantage de cette solution est de permettre d'observer des portions de la couronne conique CC non couverte par un champ d'un télescope à intervalles réguliers.
Dans une telle configuration, le temps de basculement d'un champ d'un télescope de détection couvrant une première zone vers une seconde zone puis revenant sur la première zone peut être calculé de sorte à ne pas rater de trace d'un mobile pour une vitesse de défilement maximale donnée et une altitude donnée.
Une configuration particulière permet avec un nombre NT de télescopes donné, ne permettant pas de couvrir à eux seuls dans une position fixe la totalité de couronne conique CC, d'assurer par une configuration de multiplexage la complétude de la couronne conique CC. La complétude de la couronne conique CC peut être assimilée à la notion de « taux de remplissage » précédemment employé en considérant un laps de temps donné pendant lequel différentes positions des champs dans la couronne conique CC vont permettre de parcourir toutes les positions non couvertes initialement.
Si on désigne par Nc le nombre de télescopes nécessaires pour obtenir la complétude de la couronne, on obtient le facteur de complétude de la couronne conique : Y = NT / Nc.
On en déduit un facteur de multiplexage k = nint(1 / Y) entier naturel.
Dans ce cas, la méthode et le système de l'invention permettent de définir une position de l'axe optique AO(T ) d'un télescope Ty de détection ou d'une pluralité de télescopes de détection du méta-télescope de sorte à ce qu'ils couvrent k positions dans un laps de temps déterminé, noté tk.
Dans l'exemple de la figure 3, seuls 10 télescopes couvrent partiellement la couronne conique CC par leur champ. Dans l'exemple de la figure 4, il est nécessaire de disposer de 34 télescopes pour couvrir l'intégralité de la même couronne conique CC.
Dans ce cas, le facteur de complétude est d'environ 0,3, le facteur de multiplexage est de nint(3,4) = 4. Le facteur de multiplexage donne le nombre de changements de positions minimales de chaque télescope pour couvrir tout le champ potentiel de la couronne conique CC.
La configuration de multiplexage la plus simple est que chaque télescope du cas de la figure 3 permute dans 4 positions axiales différentes. Selon les modes de configuration, chaque télescope peut effectuer une permutation circulaire de sorte à parcourir une portion d'angle de la couronne conique CC avant de revenir à sa position initiale. Une autre possibilité est que chaque télescope pointe une portion de la couronne circulaire parmi 34 positions possibles dans l'exemple de la figure 4 et ce dans un laps de temps déterminé tk.
Le procédé de l'invention permet de configurer une durée tk optimisée de sorte à ce que tout mobile interceptant la couronne conique soit détecté à partir d'une altitude minimale seuil et d'une vitesse de défilement maximale définissant un seuil.
En reprenant, l'exemple du tableau précédemment évoqué des temps de traversée d'un mobile pour une configuration d'un méta-télescope de 30° de diamètre équivalent à un champ correspondant et des télescopes de 3° de champ, pour une observation zénithale d'une orbite de 500km, le temps de traversée du méta-télescope est de 36s et d'un champ d'un télescope de 3,6s. En effectuant un changement de position toutes les 1 s, en supposant qu'il faille 1 s pour effectuer ce changement, le procédé de l'invention permet de remplir aux 2/3 la condition de complétude. Cependant le résultat obtenu est équivalent à un méta-télescope de 20 télescopes. Cette équivalence montre un avantage du présent méta-télescope quant aux solutions actuelles qui nécessitent de nombreux moyens optiques pour couvrir un champ large.
Dans le cas d'une observation à 30° avec les vitesses de défilement données dans le tableau précédemment, et des changements de positions toutes les 2s avec un temps supplémentaire de 1 s de temps de changement, le méta-télescope dans une configuration multiplexée permet d'obtenir une complétude de la couronne conique CC.
Les figures 6A, 6B et 6C représentent trois distributions appliquées à la forme géométrique circulaire représentée aux figures 3 et 4. Une première distribution R-ι est représentée à la figure 6A, une seconde distribution R2 est représentée à la figure 6B et une troisième distribution R3 est représentée à la figure 6C. Pour passer de la première distribution R-ι à la seconde distribution R2, chaque télescope de détection pilote un mouvement de son axe optique Ao(T ) de sorte que son champ reste intégré dans la couronne conique CC. Ce mouvement est noté Rot(0) et représente une rotation de centre la couronne conique CC dans le sens des aiguilles d'une montre d'un angle prédéterminé Θ. Le mouvement de l'axe optique Ao(Ty) de chaque télescope de détection Ty permet de générer un mouvement du champ optique de chaque télescope de détection Ty s'inscrivant dans l'anneau de la couronne conique CC. De manière identique, pour passer de la seconde distribution R2 à la troisième distribution R3, chaque télescope de détection pilote un mouvement de son axe optique Ao(Ty) de sorte que son champ reste intégré dans la couronne conique CC en poursuivant la rotation Rot(0).
Dans cette exemple, une quatrième distribution correspond à la première distribution R-| . En effet, un mouvement de l'axe optique Ao(Ty) de chaque télescope de détection Ty pour passer de la troisième distribution R3 à une nouvelle distribution dans la continuité du mouvement des champs inscrits dans la couronne conique CC de la rotation Rot(0) aboutirait à la première distribution.
Le mouvement de rotation Rot(0) dans la couronne conique CC est configuré pour que deux distributions successives ne se recouvrent pas. En conséquence les cercles formés par les champs des télescopes sur deux distributions successives peuvent être, par exemple, sensiblement juxtaposés de sorte à obtenir un taux de complétude maximale de la couronne conique CC.
Ainsi dans cet exemple, les trois distributions peuvent aboutir à couvrir sensiblement la zone formée par la couronne conique dans une fenêtre de temps donnée. La fenêtre de temps donnée peut être dimensionnée de sorte à intercepter tout mobile dont la trajectoire intercepte la couronne conique CC à partir d'une altitude minimale et en dessous d'une vitesse de défilement maximale.
Le pilotage de l'axe optique Ao(Ty) d'un télescope Ty peut être effectué par le télescope de détection Ty lui-même ou par un moyen moteur couplé audit télescope ou encore un moyen moteur dont le pilotage est effectué par un moyen centralisé à tous les télescopes. Ces modes de réalisation sont également possibles avec les autres télescopes que les télescopes de détection. Un avantage de la configuration de multiplexage est d'augmenter les probabilités d'interception d'une trajectoire d'un mobile avec la couronne conique CC. Cet avantage se trouve encore plus probant pour des couvertures d'orbites basses à une élévation à 30°.
Lorsque le méta-télescope couvre une zone géométrique telle qu'une couronne conique CC une configuration de multiplexage peut être combinée à un balayage du ciel qui est effectué en juxtaposant les formes géométriques les unes aux autres par un déplacement de ladite forme géométrique dans le ciel.
Selon une configuration des stations ST , ST2, ST3 au sol et des distances les séparant les unes aux autres, les angles correspondants aux champs des différents télescopes de détection seront légèrement différents. Cela est illustré sur la figure 2A qui représente deux télescopes T 4 et T32 espacés d'une distance d(T 4,T32).
Une pseudo-parallaxe sera induite par l'écart d'angle des différents axes optiques A0(T 4) et A0(T32) dans les mesures des traces d'un mobile traversant différents champs.
Pour une orbite d'un mobile de 500km, un éloignement de 100m entre deux stations correspond à une parallaxe de 40". En prenant l'exemple précédent du tableau présentant les différents temps de défilement d'un mobile dans une orbite basse avec une taille de pixel de 5,3", la parallaxe est détectable.
La mesure de la parallaxe permet d'en déduire une position en hauteur du mobile et permet de mesurer un déplacement du mobile dans un référentiel en 3 dimensions.
De ce fait, le méta-télescope de l'invention permet selon une configuration particulière de dimensionner les espacements entre stations de sorte à produire une parallaxe dans les détections de traces pour en extraire une donnée relative à l'altitude du mobile.
Pour une orbite géostationnaire, une distance de 1 km entre deux stations comprenant au moins un télescope chacune, la parallaxe est d'environ 5" sur le ciel. Une distance supérieure au km semble donc offrir une meilleure configuration pour en déduire une parallaxe si nécessaire à ces altitudes. La taille du pixel pour des télescopes de 3° permet de détecter cet ordre de parallaxe lorsqu'ils sont supérieurs à 5". Pour corréler les mesures de parallaxes entres les champs de deux télescopes de détection ayant détecté un mobile, la correction peut être introduite pour corriger l'erreur liée à la distance parcourue par le mobile entre les deux champs intercepté. La correction peut introduire une méthode linéaire simple pour en déduire une position en l'absence de parallaxe. Par une analyse des différences d'une position théorique en l'absence de parallaxe et une position réelle mesurée sur un champ, la parallaxe du mobile peut être déduite par un calcul de cet écart. La parallaxe permet de déduire une hauteur, c'est-à-dire l'altitude du mobile.
La position du mobile dans le second champ sera une combinaison de sa position prédite à partir du calcul de sa vitesse de déplacement et de la distance parcourue et de la parallaxe du mobile. La différence entre la position prédite et la position réelle dans le champ du second télescope permettra de déduire une parallaxe angulaire du mobile et donc sa hauteur en calculant la tangente.
Selon un mode de réalisation, le méta-télescope comprend une configuration permettant une surveillance complète de l'espace, notamment des mobiles survolant les orbites de basses altitudes (LEO).
Pour cela, une dizaine de stations peuvent être réparties à différentes longitudes/latitudes.
Un exemple de répartition pour couvrir les orbites basses comprend :
• 3 à 4 stations près de l'équateur ;
· 3 stations aux latitudes tempérées (ex : latitude de la
France) et ;
• 2 stations près de chaque pôle.
Pour couvrir les orbites géostationnaires, 3 à 4 stations sensiblement situées proche de l'équateur suffisent. La surveillance complète de l'espace peut ainsi être réalisée à partir d'un ensemble de stations réparties à différentes latitudes et longitudes sur la Terre définissant un méta-télescope complet.
L'un des avantages de ce mode de réalisation est la modularité et la possibilité de reproduire ses composants de chaque station qui permettent une installation facilité dans un grand nombre de sites. Un autre avantage est de pouvoir offrir une couverture complète de l'espace à moindre coûts du fait que chaque élément du méta-télescope est identique. Un système de gestion, de pilotage et de traitement à la fois distribué et centralisé peut être mis en place dans ce mode de réalisation.
Des télescopes du méta-télescope peuvent être alimentés par une ligne électrique ou par un générateur diesel. La consommation étant réduite l'invention peut être combinée avec des sources locales d'énergies renouvelables tel que le vent, le Soleil, ou une source micro-hydroélectrique, etc. Avantageusement, ils peuvent être compacts et posséder un volume de moins d'un mètre. Lorsque les télescopes sont identiques, le système comprend la possibilité de reproduire une configuration dans une station à l'identique d'une autre station et permet d'obtenir un méta-télescope très économique.
Le méta-télescope de l'invention peut être utilisé selon différentes possibilités de détection de mobiles en fonction de la nature du mobile. Ainsi le méta-télescope peut être adapté et/ou configuré pour la détection d'ULM, d'aéronefs, de missiles ou de mobiles en vol suborbital.
Notamment, pour un aéronef volant à 10 Km d'altitude à une vitesse de déplacement de 800km/h, le temps de traversée est de :
■ 23s pour le champ d'un méta-télescope de 30° ;
■ 2s pour le champ d'un télescope de détection de 3° du méta-télescope.
En outre, selon certains modes de réalisation, des filtres optiques spéciaux peuvent être associés aux télescopes et aux détecteurs électroniques selon les configurations de jour comme de nuit et du type d'aéronef. Les procédés de l'invention et le méta-télescope de l'invention permettent une configuration simple d'un ensemble de télescopes pour construire une forme géométrique couvrant un large champ.
Le procédé de l'invention permet de réduire le nombre de télescopes généralement utilisé pour couvrir un champ large. Une probabilité de détection peut être ajustée de différentes manières par le pilotage individuel de chaque télescope le constituant et par le pilotage de l'ensemble :
- Adaptation du champ du méta-télescope ;
- Adaptation de la forme du champ du méta-télescope ;
- Adaptation du nombre de télescopes et du taux de complétude ;
- Adaptation du nombre de télescopes complémentaires et de poursuite ;
- Adaptation du multiplexage de la distribution des champs de chaque télescope du méta-télescope.
En conséquence, le méta-télescope de l'invention offre une flexibilité d'adaptation de configurations permettant de détecter des mobiles de l'espace se déplaçant dans un large éventail d'orbites et dans une gamme de vitesses de déplacement importante.

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de détection d'un mobile dans l'espace caractérisé en ce qu'il comprend :
• une génération d'une pluralité de champs de vue (Zkp) au moyen d'un premier ensemble de télescopes (T ), chaque télescope définissant un télescope de détection, l'ensemble des champs (FOV ) de chaque télescope (Ty) ayant une distribution spatiale dans au moins un plan de l'espace s'inscrivant dans une forme géométrique ouverte (CC), ladite forme géométrique ouverte (CC) définissant un champ large de détection ;
• une détection d'au moins une trace d'un mobile (M-i) dans le champ (FOVy) d'au moins un télescope (Ty) par un détecteur électronique couplé à chaque télescope (Ty), le temps d'intégration du détecteur électronique étant défini pour obtenir un étalement de la trace sur plusieurs pixels du détecteur électronique pour une vitesse de défilement maximale (VM) donnée d'un mobile et une altitude minimale de son orbite ;
• une déduction d'une trajectoire (TJSAT) du mobile (M-i) dans le plan image dudit télescope (Ty).
Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon la revendication
1 , caractérisé en ce que la forme géométrique ouverte est une coupe d'une couronne conique (CC).
Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon la revendication
2, caractérisé en ce que la couronne conique (CC) est définie par rapport à un axe optique médian (Acc) théorique, l'axe médian théorique (Acc) étant déterminé pour qu'à une altitude minimale donnée, chaque champ de chaque télescope de détection (Ty) du premier ensemble soit compris dans la couronne conique (CC).
Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que la distribution spatiale des champs (FOVy) de chaque télescope de détection (Ty) est déterminée par rapport à une probabilité souhaitée de détection d'une trajectoire (TJSAT) d'un mobile (M-i) interceptant la couronne conique (CC).
Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le champ d'un télescope (Ty) du premier ensemble est compris dans une fourchette allant de 1 ° à 5° et en ce que le diamètre de la couronne conique (CC) définit un champ supérieur à 30°.
Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le temps d'intégration d'au moins un détecteur électronique est défini pour obtenir deux traces capturées successivement sur une pluralité de pixels d'au moins un détecteur électronique pour la vitesse de défilement maximale (VM) d'un mobile et une altitude minimale de son orbite, le temps d'intégration d'au moins un détecteur électronique étant configuré pour un passage dans le plan optique d'au moins un télescope (Ty).
Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon la revendication 6, caractérisé en ce que la direction de déplacement du mobile (M-i), l'inclinaison de son orbite et sa vitesse de déplacement est déduite d'une analyse des traces horodatées du mobile (M-i) capturées par ledit au moins un détecteur électronique.
Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les télescopes de détection (Ty) du premier ensemble sont répartis dans différentes stations terrestres (ST-i , ST2, ST3) elles-mêmes réparties à différentes positions géographiques à la surface de la terre.
Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon la revendication 8, caractérisé en ce que les différentes stations terrestres (ST-i, ST2, ST3) de télescopes sont espacés d'une distance maximale, la distance maximale de séparation permettant une observation simultanée de chaque télescope (T ) dans les mêmes conditions météorologiques d'une même portion du ciel.
10. Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que les champs des télescopes (Ty) du premier ensemble recouvrent continûment la périphérie de la couronne conique (CC).
1 1 . Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon l'une quelconque des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que des moyens de calculs permettent de corréler des données horodatées des traces capturées par au moins deux détecteurs électroniques de manière à déduire une direction de déplacement du mobile (M-i), une inclinaison de son orbite et sa vitesse de déplacement.
12. Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon l'une quelconque des revendications 2 à 1 1 , caractérisé en ce que des moyens de pilotage du déplacement de l'axe optique (Ao(Ty)) de chaque télescope de détection permettent :
■ soit de modifier la distribution des télescopes dans la couronne conique (CC) ;
■ soit de modifier la forme du champ surveillé dans l'espace ; ■ soit de changer l'orientation de l'axe optique médian (Acc) théorique de la couronne conique (CC) dans l'espace en conservant la même distribution de champs dans ladite couronne conique (CC) ;
■ soit pour compenser un mouvement sidéral de sorte à rendre les étoiles fixes sur les images capturées par les détecteurs.
13. Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon l'une quelconque des revendications 2 à 12, caractérisé en ce que des moyens de pilotage d'au moins un télescope de suivi (Tsi) permettent de guider l'axe optique dudit télescope de suivi de manière à poursuivre les déplacements d'un mobile de l'espace après une première détection de trace d'un des télescopes de détection du premier ensemble dudit mobile.
14. Procédé de détection d'un mobile dans l'espace selon la revendication 1 3, caractérisé en ce qu'au moins un télescope de suivi, permet :
• de récupérer les positions d'au moins une trace capturée(s) par le détecteur électronique de l'un des télescopes (T ) du premier ensemble ;
• d'extrapoler à partir d'au moins une trace capturée d'au moins un télescope une trajectoire à suivre ;
• de piloter l'axe optique du télescope de suivi (TS-i) de sorte à suivre la trajectoire présumée du mobile (M-i) ;
• de capturer de nouvelles positions horodatées du mobile (M-i).
15. Procédé de multiplexage d'une distribution de champs de télescopes pour la détection d'un mobile dans l'espace, caractérisé en ce qu'il comprend :
• une génération d'une pluralité de champs de vue (Zkp) au moyen d'un premier ensemble de télescopes (Ty), l'ensemble des champs (FOVy) de chaque télescope (Ty) ayant une première distribution spatiale pendant une première durée déterminée, la distribution spatiale s'inscrivant dans une forme géométrique d'un plan (P0) défini de l'espace, appelé plan optique théorique, ledit plan optique théorique étant non parallèle à au moins l'un des axes optiques (A0(Ty)) d'un télescope (Ty), ladite forme géométrique ayant une plus grande dimension définissant un champ large de détection ;
• un calcul d'un facteur de complétude de la forme géométrique correspondant à la proportion de la surface de la forme géométrique couvert par l'ensemble des champs des télescopes du premier ensemble ;
• un calcul d'un nombre minimum de changements de positions de l'axe optique d'au moins un télescope du premier ensemble, appelé « nombre de distribution », chaque nouvelle position d'au moins un télescope définissant une nouvelle distribution, de sorte à obtenir un facteur de complétude souhaité ; • un calcul d'une durée maximale de changement de distributions correspondant au temps de pose de chaque distribution et du temps de passage d'une distribution à une autre, les distributions se succédant dans une durée déterminée, appelée « durée de multiplexage », la durée de multiplexage permettant le passage à toutes les distributions déterminées, la durée maximale de changement de distributions étant calculée en fonction d'une probabilité souhaitée de détection d'un mobile se déplaçant à une vitesse de défilement maximale (VM) et à une altitude minimale et dont la trajectoire intercepte la forme géométrique.
1 6. Procédé de multiplexage d'une distribution de champs de télescopes pour la détection d'un mobile dans l'espace selon la revendication 15, caractérisé en ce que la forme géométrique est une forme choisie parmi la liste suivante :
■ Une forme géométrique ouverte résultante d'une intersection entre un plan de l'espace et par exemple une couronne conique ;
■ une couronne circulaire ;
■ une pluralité d'arcs de cercles parallèles entre eux ;
■ une pluralité de courbes parallèles entre elles ;
■ une pluralité de lignes parallèles entre elles.
17. Système optique comprenant un premier ensemble de télescopes (Ty) permettant de mettre en œuvre soit le procédé de détection de l'une quelconque des revendications 1 à 14 soit le procédé de multiplexage d'une distribution de champs de télescopes pour la détection d'un mobile dans l'espace selon l'une quelconque des revendication 15 à 16, caractérisé en que les champs (FOVy) de chaque télescope (Ty) ont une distribution spatiale dans un plan théorique de l'espace s'inscrivant dans une forme géométrique ouverte, ledit plan optique théorique étant non parallèle à au moins l'un des axes optiques (Ao(T )) d'un télescope (Ty), ladite forme géométrique ouverte (CC) ayant un diamètre définissant un champ large de détection et en ce que des moyens de calculs récupèrent les données capturées par chaque détecteur optique des télescopes du premier ensemble, lesdits moyens de calculs permettant de traiter les différentes données capturées par les détecteurs électroniques du premier ensemble pour en déduire au moins une trajectoire d'un mobile (M-i) dont l'orbite traverse la forme géométrique ouverte (CC). 18. Système optique selon la revendication 17, caractérisé en ce que la forme géométrique ouverte est une coupe d'une couronne conique (CC).
19. Système optique selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un télescope dont le champ est défini à l'intérieur de la couronne.
20. Système optique selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que le détecteur électronique est une caméra CCD, EMCCD, un détecteur CMOS, sCMOS ou un détecteur infrarouge.
21 . Système optique selon l'une quelconque des revendications 17 à 20, caractérisé en ce qu'il comprend au moins 10 stations agencées à la surface de la Terre comprenant chacune au moins un télescope de détection, le système optique comprenant :
• Au moins 3 à 4 stations sensiblement proche d'une latitude équatoriale réparties en longitude ;
• au moins 3 stations sensiblement comprise entre les latitudes 30° et 55° Nord et Sud, réparties en longitude et latitude;
· au moins 2 stations au-delà des latitudes de 60°.
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