FR2547405A2 - Dispositif laser pour guider un missile sur une cible - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF COMPORTE UN SYSTEME 1, 3, 13, 20 DE POINTAGE AUTOMATIQUE DU MISSILE 7 PAR FAISCEAU LASER 6, 9, CE SYSTEME MESURANT LA DISTANCE D DU MISSILE, UNE LUNETTE 22 ASSOCIEE A UN TELEMETRE 26 MESURANT LA DISTANCE D DE LA CIBLE, DES MOYENS 27 POUR MESURER LA POSITION ANGULAIRE P DU MISSILE PAR RAPPORT A LA CIBLE, ET UN CALCULATEUR 28 ELABORANT DES SIGNAUX DE GUIDAGE A PARTIR DE D, D ET P. LE MISSILE 7 COMPORTE UNE CHARGE EXPLOSIVE 64 ET LE CALCULATEUR EMET DES SIGNAUX DE DECLENCHEMENT D'EXPLOSION LORSQUE LES CONDITIONS SUIVANTES SONT REMPLIES SIMULTANEMENTD - D DPPOU D ET P SONT DES VALEURS DE DISTANCE ET D'ANGLE PREDETERMINEES. LES SIGNAUX DE GUIDAGE ET DE DECLENCHEMENT SONT TRANSMIS AU MISSILE 7 PAR MODULATION 30 DU FAISCEAU LASER 2, AFIN DE GUIDER LE MISSILE SUR LA CIBLE ET DE FAIRE EXPLOSER LE MISSILE LORSQUE LES CONDITIONS SONT REMPLIES. APPLICATION A LA DESTRUCTION DE MISSILES ADVERSES.

Description

Oispositiflaseypour guider un missile sur une cible
La présente invention concerne un dispositif laser pour guider un missile sur une cible, le missile étant lancé vers la cible et comportant des moyens de pilotage pour modifier la direction de son déplacement. Ce dispositif laser a fait l'objet d'une demande de brevet principal déposée le 20 Avril 1982 sous le numéro 82 06 7119.

Selon la revendication 1 de la demande de brevet principal, ce dispositif laser comprend un poste de guidage comportant un système de polutaSe automatique du missile, comprenant + un générateur d'un faisceau laser, muni de moyens d'orientation du faisceau vers le missile eelui-ei renvoyant en sens inverse une partie de l'énergie laser qu'il reçoit, + un système écartométrique muni d'un récepteur électro-optique disposé pour recevoir ladite partie d'énergie renvoyée, le récepteur étant apte à delivrOp en réponse un signal d'écartométrie représentatif de l'écart angulaire entre la position du missile et l'axe du faisceau + et un circuit d'asservissement apte à commander les moyens d'orienta- tion du faisceau de fanon à réduire l'écart angulaire, . une lunette de visée, orientable vers la cible, . des moyens de mesure angulaire pour délivrer des informations de la position angulaire du missile déterminée par lesdits moyens d'orientatien, ces informations étant rapportées a l'orientation de la lunette, . un télémètre solidaire de la lunette de visée, pour mesurer la distance de la cible, . an modulateur de l'énergie du faisceau pour obtenir une suite d'impulsions, . un circuit de télémétrie relié au modulateur et à une sortie du réceptcur electro-optique, pour mesurer l'intervalle de temps compris entre l'émission dune impulsion laser et son retour sur le récepteur après renvoi par le missile, cet intervalle de temps étant représentatif de la distance du missile, . un calculateur recevant les informations de la distance du missile et de la cible, et de la position angulaire du missile, ce calculateur étant capable d'une paré de determiner-à partir de ces informations une trajec- toire du missile vers la cible et d'autre part d'élaborer des signaux de pilotage aptes à commander lesdits moyens de pilotage de façon à guider le missile sur ladite trajectoire, . et un circuit de commande du modulateur relié au calculateur et au modulateur pour moduler ladite suite doimpulsions laser suivant lesdits signaux de pilotage, - et un circuit de réception du faisceau laser, disposé à bord du missile, et relié auxdits moyens de pilotage, ce circuit étant capable de capter ladite suite d'impulsions laser modulée et de délivrer en réponse lesdits signaux de pilotage.

La présente invention a pour but d'apporter un perfectionnement au dispositif laser selon la demande de brevet principal, afin de permettre la destruction de la cible avant l'impact du missile sur la cible.

Elle a pour objet un dispositif laser pour guider un missile sur une cible, du type de celui spécifié dans la revendieation -1 de la demande de brevet principal, caractérisé en ce quep le missile comportant une charge explosive, - le calculateur comporte des moyens pour élaborer des signaux de déclenchement lorsque les deux conditions suivoantes sont réalisées simultanément

D2 étant la distance de la cible,
D1 étant la distance du missile,
D étant une valeur de distance prédéterminée,
o
P étant l'angle définissant la position angulaire du missile,
P étant une valeur d'angle prédéterminée, o - et que le dispositif comporte en outre . un système de déclenchement disposé à bord du missile de façon à commander l'explosion de la charge lorsqu'il reçoit les signaux de déclenchement, . et des moyens pour transmettre les signaux de déclenchement au système de déclenchement.

Plusieurs formes particulières d'exécution de l'objet de la présente invention sont décrites ci-dessous, à titre d'exemple, en référenee aux dessins annexé dans lesquels - la figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation du dispositif selon l'invention - et la figure 2 est un schéma montrant comment peut être réalisé un système de mesure angulaire faisant partie du dispositif illustré par la figure 1.

Sur la figure 1, est représenté un émetteur laser 1 à gaz carbonique émettant un faisceau 2 de rayonnement infrarouge de longueur d'onde 10,6 microns. Le faisceau 2 traverse un modulateur 30 relié à un circuit de commande 29, puis est reçu sur un miroir 3 monté en rotation, en site et an gisementS autour d'une rotule 4 fixée sur un support 23, la rotation du miroir 3 étant entraînée par des moteurs électriques tels que 5.

Le miroir 3 réfléchit le faisceau 2 suivant un faisceau 6 illuminant un missile 7. Ce dernier est, de préférence, équipé à l'arrière de rétro-réfleeteurs tels que 8 de façon à renvoyer en sens inverse un faisceau 9 de rayonnement laser vers le miroir 3. Le faisceau 9 est réfléchi par le miroir 3 suivant un faisceau 10, réfléchi lui-même par un miroir de renvoi 11 suivant un faisceau 12 vers un système de récep tion écartométrique 13. Le système 13 comporte une lentille 14 pour concentrer le faisceau 11 sur la surface sensible d'un récepteur photoélectrique à quatre quadrants 15.

Le miroir 3 est un miroir adaptatif dont la surface réfléchis sante 16 est déformable sous l'action d'une pluralité de transducteurs piézoélectriques tels que 17. Chaque transducteur 17 comporte deux électrodes qui sont reliées à un circuit électrique de polarisation 18 par des connexions telles que 19.

Un circuit d'asservissement 20 est relié aux moteurs tels que 5.

Un circuit de télémétrie 21 est relié au circuit 30 et à une sortie électrique 37 du récepteur 15.

Une lunette de visée 22 orientable est montée sur un socle 24 autour d 7 une rotule 25. Sur la lunette 22 est fixé un télémètre 26, par exemple du type à laser, dont l'axe d'émission 50 est parallèle à l'axe optique 34 de la lunette 22.

Un système de mesure angulaire 27 détermine l'orientation du miroir 3 par rapport à celle de la lunette 22.

Un calculateur 28 comporte cinq entrées 392 60, 382 41, 40 reliées respectivement au circuit 21, à la sortie 37 du récepteur 152 à une autre sortie 36 du récepteur 15, au système 27 et au télémètre 26.

Le calculateur 28 comporte trois sorties 61, 62 et 63 reliées res- pectivement au circuit 18, au circuit 20 et au circuit 29.

Le missile 7 est équipé dgun circuit de réception comprenant un détecteur photoélectrique 31 disposé à l'arrière du missile, la sortie électrique du détecteur 31 étant connectée à l'entrée d'un circuit -de traitement 32. La sortie du circuit 32 est reliée à un organe de pilotage 33 capable de provoquer une modification de la direction du missile.

Le missile 7 comporte en outre une charge explosive 64 à proximité de laquelle est disposé un système électrique de déclenchement de l'explo- sion 65. Le système 65 est relié à la sortie du circuit 32 par une liaison 66.

Comme indiqué sur la figure 1, les éléments référencés de 1 à 5 et de 10 à 30 sont rassemblés dans un poste de guidage 35 qui peut etre situé à terre ou sur un véhicule militaire.

Le missile 7 est lancé vers une cible mobile à détruire telle qu'un missile adverse non visible sur la figure.

Le faisceau laser d'émission 6 est orienté vers le missile 7 à l'aide d'un dispositif dZacquisition non représenté.

Le faisceau 9 renvoyé par les rétroréflecteurs 8 fixés sur le missile est, après réflexion sur le miroir mobile 3 et le miroir fixe 11, concentré par la lentille 111 sur le récepteur 15 à quatre quadrants. Sur la sortie électrique 37 du récepteur 15 est délivré un signal représentatif de l'intensité du rayonnement laser renvoyé par le missile. Sur la sortie écartométrique 36 du récepteur 15 est délivré un signal représentatif de l'écart angulaire entre la position du missile et l'axe du faisceau laser.

Le signal écartométrique est envoyé au calculateur 28 qui peut ainsi calculer la direction du missile compte tenu de l'orientation du miroir 3-et délivrer l'information correspondante au circuit 20.

Celui-ci commande, par l'intermédiaire des moteurs 5, la rotation du miroir 3 autour de la rotule 4 de façon à diminuer l'écart angulaire.

On réalise ainsi un pointage automatique du missile 7.

Par ailleurs, la sortie électrique 37 est reliée à l'entrée 60 du calculateur 28 qui élabore des ordres pour polariser les électrodes des transducteurs 17 du miroir adaptatif 3. Il en résulte une déformation de la surface réfléchissante 16 du miroir 39 cette déformation tendant à augmenter la concentration du faisceau laser 6 sur le missile 7. On augmente ainsi l'amplitude du signal électrique délivré sur la sortie 36 du récepteur 15.

Ltoperatsur vise la cible au moyen de la lunette orientable 22 et met en marche le télémètre 26 qui délivreS aux moments désirés et à intervalles de temps réguliers l'information de la distance de la cible.

Le système de mesure 27 délivre à sa sortie deux informations définissant la position angulaire du missile par rapport à un trièdre de reference lié à la lunette orientable 22.

Le modulateur 30 module l'énergie du faisceau 2 délivré par ltémetteur laser 1 suivant une suite d'impulsions. Ces impulsions sont renvoyées par le missile et captées par le récepteur 15 qui délivre un signal de retour sur sa sortie 37 reliée au circuit 21. Celui ci possède une horloge pour mesurer lvintervalle de temps qui s'écoule entre l'émission dçune impulsion laser vers le missile et sa réception sur le récepteur 15 Le circuit de télémétrie délivre donc à sa sortie lti.nfor- Eatvion de la distance du missile.

Le calculateur 28 reçoit sur ses entrées 39 et 40 les informations des distances respectives du poste 35 au missile et à la cible, et sur son entrée 41 les deux informations définissant la position angulaire du missile. Le calculateur 28 est capable de déterminer à partir de ces deux informations l'angle que fait la direction du missile avec celle de la cible.

Le calculateur 28 a donc tous les éléments pour résoudre le triangle formé par les points qui correspondent respectivement au poste 35, au missile 7 et à la cible. Ce calculateur est capable de déterminer une trajectoire du missile, partant de sa position actuelle et aboutissant à la cible. De préférence, cette trajectoire est déterminée de façon que le faisceau laser reste au dessus de la cible, puis revienne vers celle-ci seulement à la fin du parcours. De cette manière, le poste de guidage est difficilement détectable par l'adversaire.

Le calculateur 28 est capable en outre d'élaborer des signaux de pilotage eapables de commander le réglage des organes 33 du missile 7, de façon à guider le missile sur la trajectoire déterminée.

Ces signaux de pilotage sont transmis au circuit de commande 29 du modulateur 30, ce circuit 29 étant capable de provoquer une modulation, suivant ces signaux de pilotage, de la suite d'impulsions laser délivrées par l'émetteur 1. A titre d'exemple, cette modulation de la suite d'impulsions peut être une modulation "en position", eiest-å-diPe une modulation qui consiste à décaler l'instant d'émission des impulsions successives.

Le récepteur 31 du missile capte cette suite d'impulsions modulée et le circuit de traitement 32 délivre à sa sortie les signaux de pilotage qui sont transmis à l'organe 33.

3ien entendu, les opérations que nous venons de decrire sont répé tées chaque fois que l'émetteur laser émet une suite d'impulsions, de façon à guider progressivement le missile vers la cible.

Par ailleurs, le calculateur 28 détermine périodiquement la valeur absolue de différence entre la distance D2 de la cible et la distance D1 du missile 7 ; ce calculateur est capable d'élaborer des signaux de declenchement lorsque les deux conditions suivantes sont simultanément remplies.

P < P0 où
D est une valeur de distance prédéterminée (par exemple un mètre),
o
P est l'angle déterminé par le calculateur 28 définissant la position angulaire du missile,
P0 est une valeur d'angle prédéterminée (par exemple un milliradian).

les valeurs de D et PO sont choisies pour que, lorsque ces condi
o tions sont remplies, le missile se trouve suffisamment près de la cible pour que l'explosion de la charge du missile provoque la destruction ou des dommages considérables à la cible.

Les signaux de déclenchement élaborés par le calculateur 28 sont transmis au circuit de commande 29 du modulateur 30, de façon à moduler suivant ces signaux de déclenchement, la suite d'impulsions laser délivrée par l'émetteur 1.

Le récepteur 31 du missile capte cette suite d'impulsions modulée et le circuit de traitement 32 délivre à sa sortie les signaux de déclen chement
Le système 65 est un système sélectif, insensible aux signaux de pilotage délivrés par le circuit 32. Par contre, dès réception des signal2 de déclenchement délivrés par le même circuit 32, le circuit 65 provoque 1 t exploslon de la charge 64, et par conséquent la destruction de la cible.

Dans le dispositif représenté sur la figure 1, les signaux de déclenchement sont transmis au système de déclenchement 65 par modula tics du faisceau laser. liais cette transmission peut aussi s'effectuer par exemple à l'aide d'un fil conducteur de grande longueur reliant l'entrée du système 65 à la sortie 63 du calculateur 28 la liaison 66 entre la sortie du circuit 32 et l'entrée du système 65 étant alors supprimée.On peut aussi disposer dans le poste de guidage 35 un émetteur radio relié à la sortie 63 du calculateur et transmettant par ondes hertziennes les signaux de déclenchement à un récepteur radio disposé sur le missile ; la sortie de ce récepteur est alors connectée à l'entrée du système 27 et la liaison 66 est également supprimée.

Le schéma de la figure 2 montre un mode de réalisation du système de mesure angulaire (repéré en 27 sur la figure 1). Ce système comporte un émetteur laser auxiliaire 42 qui peut etre par exemple du type héliumnéon. L'émetteur 42 est disposé dans le poste 35, de façon que son faisceau 43 soit dirigé vers la surface réfléchissante 16 du miroir 3 (figure 1), parallèlement au faisceau 2 émis par l'émetteur laser princi- pal 1. Suivant un axe 44 lié à l'axe optique 34 de la lunette 22 (figure 1), sont disposés un objectif 45 et la surface sensible 46 d'une caméra de télévision, cette surface étant disposée dans le plan focal de l'objectif 45. L'axe 44 peut être, par exemple, parallèle à l'axe 34.

Le réglage initial s'effectue en visant une cible étalon munie d'un trièdre rétroréflecteur. On oriente l'axe de la lunette vers cette cible, puis on détermine l'orientation du miroir pour diriger le faisceau 43 délivré par l'émetteur 42 vers la cible et on déplace la surface 46 pour que l'impact du faisceau laser réfléchi par le miroir et concentré par l'objectif 45 soit au point origine 47 de la surface 46.

Comme il est visible sur la figure 2, dans cette position 16t (figurée en traits mixtes) de la surface réfléchissante du miroir, le faisceau du laser 42, renvoyé par la surface réfléchissante 16 9 est centré sur l'axe 44.

La position 16 de la surface réfléchissante du miroir correspond à une rotation d'un angle A de la direction du faisceau laser 6 envoyé vers la cible par l'émetteur 1, par rapport à l'axe de visée de la lunette. Le faisceau laser 43 est réfléchi par la surface 16 suivant un faisceau 49 parallèle au faisceau 6, puis concentré par l'objectif 45 en un point 48 de la surface sensible 46 de la caméra. Soit d la distance 47-48 et f la distance focale de l'objectif 45. On a donc
tg A = df
-f
Le dispositif de balayage de la caméra de télévision permet de mesurer la valeur de d et il est facile d'en déduire celle de l'angle A.

La détermination de l'abscisse et de l'ordonnée du point d'impact 48, par rapport à deux axes de coordonnées rectangulaires situés dans le plan de la surface 46 et passant par le point origine 47, permet de déterminer l'orientation dans l'espace de la cible.

Le dispositif décrit ci-dessus et illustré par les figures 1 et 2 présente l'avantage de permettre la destruction de la cible avant l'im- pact du missile, ce qui est particulièrement intéressant lorsque la cible est de dimension relativement petite.

Ce dispositif peut être appliqué notamment dans le cas où la cible est un missile adverse et où le missile guidé équipe un navire ou un avion. Il peut être appliqué aussi pour protéger des véhicules (chars en particulier) contre l'attaque de missiles adverses.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1/ Dispositif laser pour guider un missile sur une cible, le missile étant lancé vers la cible et comportant des moyens de pilotage pour modifier la direction de son déplacement, dispositif comprenant - un poste de guidage, comportant un système de pointage automatique du missile, comprenant + un générateur d'un faisceau laser, muni de moyens d'orientation du faisceau vers le missile, celui-ci renvoyant en sens inverse une partie de l'énergie laser qu'il reçoit, + un système écartométrique muni d'un récepteur électro-optique disposé pour recevoir ladite partie d'énergie renvoyée, le récepteur étant apte à délivrer en réponse un signal d'écartométrie représentatif de l'écart angulaire entre la position du missile et l'axe du faisceau + et un circuit d'asserCvissement apte à commander les moyens dVorienta- tion du faisceau de façon à réduire l'écart angulaire, une lunette de visée, orientable vers la cible, des moyens de mesure angulaire pour délivrer des informations de la position angulaire du missile déterminée par lesdits moyens d'orienta h.ion9 ces informations étant rapportées à l'orientation de la lunette, . un télémètre solidaire de la lunette de visée, pour mesurer la distance de la cible, . un modulateur de l'énergie du faisceau pour obtenir une suite d7impul- sions, . un circuit de télémétrie relié au modulateur et à une sortie du récep teur fl1ctrooptique, pour mesurer l'intervalle de temps compris entre l'démission d'une impulsion laser et son retour sur le récepteur après renvoi par le missile, cet Intervalle de temps étant représentatif de la distance du missile, . un calculateur recevant les informations de la distance du missile et de la cible, et de la position angulaire du missile, ce calculateur étant capable d'une part de déterminer à partir de ces informations une trajectoire du missile vers la cible et d'autre part d'élaborer des signaux de pilotage aptes à commander lesdits moyens de pilotage de façon à guider le missile sur ladite trajectoire, et un circuit de commande du modulateur relié au calculateur et au modulateur pour moduler ladite suite d'impulsions laser suivant lesdits signaux de pilotage, - et un circuit de réception du faisceau laser disposé à bord du missile et relié auxdits moyens de pilotage, ce circuit étant capable de capter ladite suite d'impulsions laser modulée et de délivrer en réponse lesdits signaux de pilotage, caractérisé en ce que, le missile (7) comportant une charge explosive (64), - le calculateur (28) comporte des moyens pour élaborer des signaux de déclenchement lorsque les deux conditions suivantes sont réalisées simultanément

P < P

D2 étant la distance de la cible,

D1 étant la distance du missile,

Do étant une valeur de distance prédéterminée,

P étant l'angle définissant la position angulaire du missile,

PO étant une valeur d'angle prédéterminée - et que le dispositif comporte en outre * un système de déclenchement (65) disposé à bord du missile (7), de façon à commander l'explosion de la charge (64) lorsqu'il reçoit les signaux de déclenchement b et des moyens pour transmettre less signaux de déclenchement au système de déclenchement (65).

2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour transmettre les signaux de déclenchement au système de déclenchement comportent - le circuit de commande (29) du modulateur (30), ce circuit étant capable de moduler ladite suite d'impulsions laser suivant lesdits signaux de déclenchement - et une liaison électrique (66) entre la sortie du circuit de réception (32) du faisceau laser (6) et l'entrée du système de déclenchement (65).

3/ Dispositif-selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un système rétroréflecteur (8) installé à l'arrière du missile (7) pour renvoyer en sens inverse ladite partie (9) de l'énergie laser.

4/ Dispositif selon la revendication 1s caractérisé en ce que le générateur comporte un émetteur laser principal (1) et un miroir (3) entrainé en rotation de fagon à réfléchir vers le missile (7) le rayonnement (2) semis par liémetteur principale ce miroir (3) réfléchissant vers le récepteur (15) du système écartométrique (13) ladite partie (9) d'énergie laser renvoyée par le missile 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le miroir (3) est un miroir à surface réfléchissante (16) déformable sous l'action dune pluralité de transducteurs (17) piézoélectriques, et qui comporte en outre un circuit électrique (18) de polarisation dont les sorties sont connectées respectivement aux électrodes des transducteurs (17) 6/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'émetteur laser principal (t) est du type à gaz carbonique 7/ Dispositif selon la revendication 69 caractérise en ce que l'émetteur laser principal (1) comporte des moyens pour faire varier sa longueur d'onde d'emission.

8/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de mesure angulaire (27) comportent un émetteur laser auxiliaire (42) dispose à proximité de l'émetteur laser principal (i), l'axe d'émission de l'émetteur laser auxiliaire étant parallèle à celui de l'émetteur laser principal, et un système de réception solidaire de la lunette de visée (22), ce système comprenant, centrés sur un meme axe (44), une lentllle de concentration (45) disposée pour recevoir le faisceau émis par l'émetteur laser auxiliaire et réfléchi par le miroir (3), et la surface sensible (46) d'un photodétecteur placée dans le plan focal de la lentille (45).

9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le photodétecteur comporte un balayage de sa surface sensible (46).

10/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le photodétecteur (46) comporte un réseau de photodiodes.