EP4599209A1 - Système de désignation comprenant un appareil de suivi d'une désignation d'au moins une cible - Google Patents

Système de désignation comprenant un appareil de suivi d'une désignation d'au moins une cible

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Publication number
EP4599209A1
EP4599209A1 EP23785773.5A EP23785773A EP4599209A1 EP 4599209 A1 EP4599209 A1 EP 4599209A1 EP 23785773 A EP23785773 A EP 23785773A EP 4599209 A1 EP4599209 A1 EP 4599209A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
designation
laser designator
laser
spectral filtering
Prior art date
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Pending
Application number
EP23785773.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Vincent Marie
Gautier LAGARDE
Coraline SIBERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Safran Electronics and Defense SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/226—Semi-active homing systems, i.e. comprising a receiver and involving auxiliary illuminating means, e.g. using auxiliary guiding missiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/14—Indirect aiming means
    • F41G3/145—Indirect aiming means using a target illuminator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2273—Homing guidance systems characterised by the type of waves
    • F41G7/2293—Homing guidance systems characterised by the type of waves using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/783—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems
    • G01S3/784—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems using a mosaic of detectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
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    • G01S3/785—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
    • G01S3/786—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates

Definitions

  • the invention relates to a designation system comprising an apparatus for monitoring a designation of at least one target by at least one laser designator.
  • SAL semi-active laser guidance
  • the laser designator emits brief laser pulses which, when directed at a given target, generate a target designation task.
  • the main characteristics of a laser designator are as follows:
  • the device usually includes an InGaAs camera (for indium-gallium arsenide) associated with an external synchronization device.
  • the device will trigger an image capture by the camera when a designator task is present, by synchronizing the camera capture with the generation of a laser pulse by the designator:
  • Figure 2 is a diagram characterizing a first version of a filter associated with a sensor of the system illustrated in Figure 1;
  • Figure 3 is a diagram characterizing a second version of a filter associated with a sensor of the system illustrated in Figure 1;
  • Figure 4a is a timing diagram schematically illustrating the image periods of a sensor of the system illustrated in Figure 1 as well as the moment when laser pulses are generated by the laser designator of said device;
  • Figure 4b is a timing diagram schematically illustrating the phase shift between the image periods and the moment when the laser pulses are generated, for two successive pulses, according to what has already been indicated in Figure 4a;
  • Figure 5 is a timing diagram schematically illustrating the phase shift between two integration times during the same image period of a sensor of the system illustrated in Figure 1;
  • Figure 6 is a chronogram schematically illustrating the phase shift between two times integration over several image periods of a sensor of the system illustrated in Figure 1 according to a particular possibility of control strategy of said sensor;
  • Figure 8 schematically illustrates an example of a first possible arrangement of a device for tracking a designation of the system symbolized in Figure 1;
  • Figure 10 schematically illustrates an example of a third possible arrangement of a device for tracking a designation of the system symbolized in Figure 1;
  • Figure 11 is a timing diagram schematically illustrating an image period of a sensor of the system illustrated in Figure 1.
  • the processing unit 7 is capable of executing one or more servo loops to control the optronic device 4, in particular the sensor 5 and/or one or more spectral filtering devices of the optronic device 4, in particular from data provided by sensor 5 as we will see later.
  • the inventors were able to observe that it was advantageous to associate with the sensor 5 at least one spectral filtering device 9 limiting the light radiation captured by the sensor 5 and coming from ambient lighting.
  • interval [ ⁇ 1; ⁇ 2] so that said interval includes the emission wavelength of substantially 1024 nm of the laser designator 2 (hereinafter called Adés ignator) •
  • the wavelength interval depends, among other things:
  • the spectral filtering device 9 can only be used in cases where it is necessary to reduce the light intensity of the ambient environment.
  • the spectral filtering device 9 comprises (or is) a band-pass filter making it possible to block, or at least limit, radiation whose wavelength is not included in the interval [ ⁇ 1; ⁇ 2], ⁇ 1 and ⁇ 2 allowing the filter to be characterized.
  • the spectral filtering device 9 is said to be variable in spectral width, i.e. the spectral width of said device (characterized by the interval [ ⁇ 1; ⁇ 2]) is variable.
  • the spectral filtering device 9 thus makes it possible to modify the value of ⁇ 1 and/or ⁇ 2 and/or the rejection rate of the filter outside the interval [ ⁇ 1; ⁇ 2] .
  • the spectral filtering device 9 comprises at least one high-pass filter rising to ⁇ 1 and at least one low-pass filter cutting at ⁇ 2.
  • ⁇ 2 and/or ⁇ 1 via for example a mechanical device, it is possible to modify the width of the passband ⁇ 2- ⁇ 1.
  • the mechanical device (whether or not part of the spectral filtering device 9) can:
  • the processing unit 7 executes a servo loop to control the spectral filtering device 9 which varies in spectral width from the analysis of the images transmitted by the sensor 5.
  • the processing unit 7 controls the device spectral filtering 9 to be able to act on the values ⁇ 1 and ⁇ 2 as a function of the lighting level of the ambient environment detected on the images transmitted by the sensor 5.
  • the 10 of the sensor 5 capable of being able to modify in service at least one parameter of the sensor 5 so that the sensor can image at least once, per predetermined given time interval, a designation task generated by the laser designator.
  • the given predetermined time interval ⁇ Tmax is for example less than 2 seconds and for example less than 1 second.
  • the given predetermined time interval ⁇ Tmax must therefore be understood as a time window whose duration is fixed and which is triggered after a laser pulse captured by the optronic device 4.
  • the control means 10 are for example integrated into the processing unit 7. In particular, it is wise for the control means 10 to be able to act on the integration time Tint and/or Tframe of the sensor 5 in order to ensure that it can image at least one designation task per given predetermined time interval ⁇ Tmax.
  • Tint xc 0 / (2 xn) c 0 designating the speed of light in a vacuum
  • n designating the refractive index of the medium in which the laser pulses propagate, at the emission wavelength of the designator laser 2.
  • Tint would be then defined by the following formula:
  • the modifiable parameter of the sensor 5 by the control means 10 would be at least its integration time Tint.
  • the integration time Tint could be started not at each instant where the laser designator 2 generates a laser pulse but according to a periodicity based on the frequency of the laser pulses (for example the integration time Tint does not would begin only once every two laser pulses at the moment when the second laser pulse would be generated - the given predetermined time interval ⁇ Tmax then being equal to 2 *Tframe).
  • the probability that at least one designation task can be imaged during ⁇ Tmax is important.
  • the asynchronous visualization of the designation tasks generated by the laser designator 2 is optimized by adopting a control of the integration time Tint and/or the image period Ttrame.
  • the processing unit 7 thus executes a servo loop in order to modify the integration time Tint, and possibly the image period Tframe of the sensor, so that the PRIs of the continuous and discrete list of PRIs of the laser designator 2 do not is not included in the problematic cases defined by equation (1). To this end, the processing unit 7 relies on the target images provided by the sensor 5, ensuring in particular that a designation task is clearly visible for each ⁇ Tmax.
  • the modifiable parameter of sensor 5 by the control means is for the present case at least its time Tint integration, with optionally its Ttrame image period.
  • Figure 8 illustrates an example of configuration of the device 3 according to this first possibility.
  • the optical flow F reaching the device 3 passes through the optronic device 4 (optionally passing through one or more spectral filtering devices 9) before reaching the sensor 5.
  • control means 10 deduce a control instruction intended for at least one of the spectral filtering devices 9 and/or the sensor 5 (to define for example the integration time Tint and possibly the image period Tframe).
  • the senor 5 could be configured to present a greater number of different integration times during the same image period.
  • the following strategies may be applied individually or may be applied in combination of at least one strategy with at least one other strategy.
  • Figure 9 illustrates an example of system configuration according to this second possibility.
  • the radiation reaching the device 3 passes through the optronic device 4 (optionally passing through one or more spectral filtering devices) before reaching the sensor 5. This makes it possible to generate several target images 13, each target image being linked to an integration time Tinti of the same image period Ttrame.
  • these different images are merged by an image processing unit 14 to obtain a single target image 11 associated with a single image period Tframe.
  • these different images are analyzed by the processing unit 7.
  • the control means 10 deduce a control instruction intended for at least one of the spectral filtering devices 9 and/or the sensor 5 (to define for example at least one of the integration times Tinti and possibly the image period Ttrame).
  • the control means 10 define the integration times Tinti and Tint 2 so as to cover the entire image period Tframe. We thus have:
  • ⁇ Tmax is then equal to Tframe.
  • the Tinti and Tint 2 integration times do not have the same value.
  • one is a long integration time and the other is a short integration time ie the short integration time is at least 1.5 times smaller than the long integration time and for example at least 2 times smaller.
  • Tinti is a time long integration time and Tint2 a short integration time.
  • the processing unit 7 therefore does not execute a control loop in order to modify the integration time Tint1 and/or Tint2 and/or the image period Tframe of the sensor 5.
  • control means 10 define:
  • N SYMPTOMATIC PRI / Tframe by incrementing ⁇ Tint by the quantity Tint2 every N frames (a), and respecting the following condition:
  • Tint2 ⁇ N x Tframe x (Ttrame - Tint1) / ( ⁇ Tmax + N x Tframe) ( ⁇ ) •
  • the processing unit 7 thus executes a control loop in order to modify the integration time Tint1 and/or Tint2 and/or the image period Tframe of the sensor 5 so as to avoid SYMPTOMATIC PRI while respecting the conditions aforementioned ( ⁇ ) and ( ⁇ ).
  • the processing unit 7 relies on the target images provided by the sensor 5, ensuring in particular that a designation task is clearly visible for each ⁇ Tmax.
  • the control means 10 define the delay ⁇ Tint and the two integration times Tint1 and Tint2 so that the end of the second integration Tint2 coincides with the end of the image period Tframe.
  • control means 10 use the following formulas: Tint1 + Tint2 ⁇ Tframe/2
  • the processing unit 7 relies on the target images provided by the sensor 5, ensuring in particular that a designation task is clearly visible for each ⁇ Tmax.
  • the control means 10 preferably define the times integration Tint1 and Tint 2 so that they do not have the same value.
  • one is a long integration time and the other is a short integration time ie the short integration time is at least 1.5 times smaller than the long integration time and for example at least 2 times smaller.
  • Tint1 is a long integration time and Tint2 is a short integration time.
  • the fact of having a long integration time makes it possible in particular to have a greater chance of being able to image the designation task during the image period considered.
  • the images obtained during the first integration time Tint1 and during the second integration time Tint 2 are then merged to generate a single image associated with the given image period.
  • Such a device 3 turns out to be compact.
  • the spectral filtering device (variable in spectral width or fixed in spectral width; removable or immovable) may be associated with at least one attenuator filter, attenuator filter outside the wavelength interval [ ⁇ 1; ⁇ 2] of the spectral filtering device.
  • At least one attenuator filter may itself be removable or immovable.
  • the spectral filtering device comprises at least one variable attenuator filter
  • the spectral filtering device will itself be a spectral filtering device variable in attenuation (the device may also be variable in spectral width or fixed in spectral width ): it will in fact be enough to play on the variable attenuator filter to modify the optical flow reaching the sensor.
  • the spectral filtering device fixed in spectral width may include two filters (one low-pass and the other high-pass) in place of a band-pass filter.
  • the spectral filtering device variable in spectral width may include a single band-pass filter:
  • the CMOS sensor could be different and be for example a CCD sensor (for “charge-coupled device” or literally a “charge-coupled device” sensor).
  • the sensor can be configured so that the response of its pixels to the radiation received is indifferent (case of a monochrome sensor) or is differentiated according to an arrangement using a matrix of N micro-filters placed in front of the pixels of the sensor (case for example a color sensor which conventionally uses three types of filters specializing the pixels for capturing red, green and blue, or even a color sensor which uses four types of filters specializing the pixels for capturing red, green and blue and near infrared, or even a panchromatic color sensor, it being understood that there are variants on these arrangements of filters) provided of course that the arrangement is then transmissive to the emission wavelength of the laser designator.
  • a matrix of N micro-filters placed in front of the pixels of the sensor
  • the sensor could be controlled so that Tframe is equal to Tint in order to ensure that each designation task (induced by each laser pulse generated by the laser designator) is imaged.
  • a command will only be carried out in the event of poor lighting in the ambient environment (at night for example).
  • Tint strictly lower than Tframe and to implement a sensor control strategy to ensure that we can image at least one designation task per predetermined time interval.
  • Tint (or Tint1) starts at the same time as Ttrame, there may be an offset between Tint (or Tint1) and Ttrame (fixed or variable offset).
  • Tint or Tint1
  • Ttrame fixed or variable offset
  • the laser designator and the tracking device could be carried by the same support and therefore be co-located.
  • the laser designator and the tracking device could be carried by two distinct supports distant from each other so as not to be co-located.
  • the laser designator could be installed in a first aircraft and the tracking device in a second aircraft or the laser designator and the tracking device could be carried by the same aircraft.

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Abstract

L'invention concerne un système de désignation comprenant un désignateur laser et un appareil de suivi d' une désignation d'une cible comprenant un dispositif optronique (4) comportant un capteur d'imagerie optique (5), le capteur étant un capteur sur silicium, et l'appareil comprenant des moyens de commande du capteur aptes à modifier au moins un paramètre du capteur afin d' imager en service au moins une tâche de désignation générée par le désignateur laser par intervalle de temps donné prédéterminé se répétant périodiquement, l'appareil étant asynchrone avec le désignateur laser.

Description

SYSTEME DE DESIGNATION COMPRENANT UN APPAREIL DE SUIVI D'UNE DESIGNATION D'AU MOINS UNE CIBLE
L' invention concerne un système de désignation comprenant un appareil de suivi d'une désignation d'au moins une cible par au moins un désignateur laser.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Dans le domaine militaire, il est aujourd'hui connu de guider une munition (missile ou bombe) à l'aide d'un désignateur laser. Ce type de guidage est ainsi appelé guidage semi-actif laser (ou encore SAL) .
Le désignateur laser émet de brèves impulsions laser qui, lorsqu'elles sont dirigées vers une cible donnée, permettent de générer une tâche de désignation de la cible. Les caractéristiques principales d'un désignateur laser sont les suivantes :
• Sa longueur d'onde d'émission (typiquement égale à 1064 nanomètres) ,
• L'énergie émise par impulsion (typiquement supérieure ou égale à 50 milliJoules) ,
• La durée d'une impulsion (typiquement quelques dizaines de nanosecondes) ,
• La période de répétition des impulsions.
Pour assurer un guidage, on s'appuie sur la tâche de désignation .
A cet effet, il est connu deux types d'appareils comprenant un dispositif optronique détectant les tâches de désignation à savoir :
- les appareils montés directement sur les munitions afin de permettre à la munition considérée de pouvoir atteindre la cible désignée à l'aide des tâches de désignation, les appareils déportés des munitions pour s'assurer que les tâches de désignation sont bien sur la cible visée. Or, dans les deux cas, la nature du rayonnement laser généré par le désignateur laser (longueur d'onde, caractère impulsionnel court et répétitif ...) impose des contraintes multiples pour pouvoir détecter les tâches de désignation. En particulier, l'appareil doit être sensible à la longueur d'onde particulière propre au désignateur laser et doit pouvoir appréhender l'aspect impulsionnel du désignateur laser impliquant que la tâche de désignation n'est existante que par intermittence.
Ainsi, l'appareil comporte usuellement une caméra InGaAs (pour arséniure d'indium-gallium) associée à un dispositif de synchronisation externe. L'appareil va déclencher une prise d'image par la caméra lorsqu'une tâche de désignation sera présente, en synchronisant la prise de vue de la caméra avec la génération d'une impulsion laser par le désignateur :
• Soit en se basant sur le chronogramme d'émission du désignateur laser (dans le cas d'un système collaboratif) ,
• Soit en associant au dispositif de synchronisation un dispositif de détection non-imageant du désignateur laser comme un localisateur de point laser (ou « laser spot tracker » en anglais) ou un capteur à détection d' évènement .
Ces techniques s'avèrent toutefois coûteuses et complexes à mettre en œuvre .
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer un système de désignation simplifié de suivi d'une désignation d'une cible par au moins un désignateur laser.
RESUME DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose un système asynchrone de désignation d'au moins une cible comprenant au moins un désignateur laser associé à au moins un appareil de suivi d'une désignation, l'appareil comprenant :
- Un dispositif optronique comportant :
• Au moins un capteur d'imagerie optique, et
• Au moins une optique d' imagerie adaptée pour diriger des rayons lumineux sur une surface sensible du capteur,
- Une unité de traitement conformée pour analyser des données transmises par le capteur afin de déterminer une position d'au moins une tâche de désignation générée, par un désignateur laser destiné à être associé à l'appareil de suivi d'une désignation, le capteur étant un capteur sur silicium, l'appareil comportant des moyens de commande du capteur aptes à modifier au moins un paramètre du capteur afin d' imager en service au moins une tâche de désignation générée par le désignateur laser par intervalle de temps donné prédéterminé, ledit intervalle étant répété périodiquement, l'appareil étant asynchrone avec le désignateur laser.
Les inventeurs ont pu constater qu'il était possible avec l'invention de suivre de manière précise la désignation d'un désignateur laser. De manière avantageuse, l'invention est dépourvue de dispositif de synchronisation externe et peut fonctionner sans recourir au chronogramme d'émission du désignateur laser.
L'invention s'avère ainsi simple.
Par ailleurs, l'invention s'avère relativement peu coûteuse .
Optionnellement , le capteur est un capteur de semi- conducteur en métal oxyde complémentaire (ou capteur CMOS pour l'acronyme anglais « Complementary Metal Oxyde Semiconductor ») .
Optionnellement, l'appareil comporte au moins un dispositif de filtrage spectral agencé en amont du capteur et adapté pour augmenter en service un rapport intensité de rayonnement reçu du désignateur laser sur intensité de rayonnement reçu de l ' environnement ambiant .
Optionnellement le dispositif de filtrage spectral est un dispositif de filtrage spectral variable en largeur spectrale et/ou en atténuation .
Optionnellement le dispositif de filtrage spectrale est agencé en amont de l ' optique d' imagerie et/ou au sein de l ' optique d' imagerie .
Optionnellement les moyens de commande exécutent au moins une boucle d' asservissement pour modifier le au moins un paramètre du capteur à partir d' au moins les données transmises par le capteur .
Optionnellement les moyens de commande contrôlent également le dispositif de filtrage spectral .
Optionnellement le paramètre modifié par les moyens de commande est un temps d' intégration du capteur et/ou une période image du capteur .
Optionnellement le capteur comprend une fonction permettant au capteur d' avoir plusieurs temps d' intégration .
Par exemple le capteur comprend une fonction d' acquisition intra-trame .
Par exemple le capteur comprend une fonction d' acquisition inter-trame à haute plage dynamique .
Optionnellement, le désignateur laser est déporté de l ' appareil de suivi ou l ' appareil de suivi est porté par le même support que le désignateur laser .
Optionnellement le système est configuré pour acquérir une image cible incluant une tâche de désignation et une image scène et pour fusionner les deux images .
Optionnellement, le capteur comprend une fonction permettant d' avoir plusieurs temps d' intégration au cours d' une même période image du capteur, et/ou les moyens de commande exécutent au moins une boucle d'asservissement pour modifier le au moins un paramètre du capteur (5) à partir d'au moins les données transmises par le capteur afin de modifier au moins un temps d' intégration (Tint) du capteur de sorte que les périodes de répétition des impulsions laser (PRI) du désignateur laser (2) ne se retrouvent pas incluses dans les cas problématiques définis par l'équation suivante :
- avec ,
- , et
- ε = (Ttrame - Tint) / ΔTmax x Ttrame où Tint est le temps d'intégration du capteur, Ttrame le temps de trame du capteur et ΔTmax l'intervalle de temps donné prédéterminé .
Optionnellement , le dispositif de filtrage spectrale est variable en largeur spectrale et comporte au moins un filtre passe-haut montant et au moins un filtre passe-bas coupant, l'unité de traitement exécutant une boucle d'asservissement pour commander le dispositif de filtrage spectral à partir de l'analyse des images transmises par le capteur.
Par exemple, l'unité de traitement exécute une boucle d'asservissement pour commander le dispositif de filtrage spectral à partir de l'analyse des images transmises par le capteur en agissant sur la valeur de la longueur d'onde d'au moins l'un des filtres.
Par exemple, l'unité de traitement commande le dispositif de filtrage spectral pour pouvoir agir sur la valeur de la longueur d'onde d'au moins l'un des filtres en fonction du niveau d'éclairage de l'environnement ambiant détecté sur les images transmises par le capteur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l' invention .
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L' invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures annexées parmi lesquelles :
[Fig. 1] la figure 1 illustre schématiquement un système de désignation selon un mode de réalisation particulier de 1' invention ;
[Fig. 2] la figure 2 est un diagramme caractérisant une première version d'un filtre associé à un capteur du système illustré à la figure 1 ;
[Fig. 3] la figure 3 est un diagramme caractérisant une deuxième version d'un filtre associé à un capteur du système illustré à la figure 1 ;
[Fig. 4a] la figure 4a est un chronogramme illustrant schématiquement les périodes images d'un capteur du système illustré à la figure 1 ainsi que le moment où des impulsions laser sont générées par le désignateur laser dudit appareil ;
[Fig. 4b] la figure 4b est un chronogramme illustrant schématiquement le déphasage entre les périodes images et le moment où les impulsions laser sont générées, pour deux impulsions successives, selon ce qui a déjà été indiqué à la figure 4a ;
[Fig. 5] la figure 5 est un chronogramme illustrant schématiquement le déphasage entre deux temps d'intégration au cours d'une même période image d'un capteur du système illustré à la figure 1;
[Fig. 6] la figure 6 est un chronogramme illustrant schématiquement le déphasage entre deux temps d'intégration au cours de plusieurs périodes images d'un capteur du système illustré à la figure 1 selon une possibilité particulière de stratégie de commande dudit capteur ;
[Fig. 7] la figure 7 est un chronogramme illustrant schématiquement le déphasage entre deux temps d'intégration au cours d'une même période image d'un capteur du système illustré à la figure 1 selon une autre stratégie particulière de commande dudit capteur ;
[Fig. 8] la figure 8 illustre schématiquement un exemple d'un premier agencement possible d'un appareil de suivi d'une désignation du système symbolisé à la figure 1 ;
[Fig. 9] la figure 9 illustre schématiquement un exemple d'un deuxième agencement possible d'un appareil de suivi d'une désignation du système symbolisé à la figure 1 ;
[Fig. 10] la figure 10 illustre schématiquement un exemple d'un troisième agencement possible d'un appareil de suivi d'une désignation du système symbolisé à la figure 1 ;
[Fig. 11] la figure 11 est un chronogramme illustrant schématiquement une période image d'un capteur du système illustré à la figure 1.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, un système 1 de désignation d'au moins une cible C selon un mode de réalisation particulier de l'invention comprend un désignateur laser 2 et un appareil 3 de suivi d'une désignation de la cible C à l'aide dudit désignateur laser 2. Le désignateur laser est par exemple un désignateur laser militaire.
Le système 3 comporte un dispositif optronique 4 comprenant un capteur 5 d'imagerie optique. Le dispositif optronique 4 comporte par ailleurs au moins une optique d' imagerie 6 adaptée pour focaliser des rayons lumineux en entrée du dispositif optronique 4 sur une surface sensible du capteur 5 .
Le système 3 comporte également une unité de traitement 7 qui est connectée au dispositif optronique 4 . L' unité de traitement 7 est par exemple un processeur, un microprocesseur, un calculateur, un microcalculateur, un microordinateur...
L' unité de traitement 7 est apte à exécuter une ou plusieurs boucles d' asservissement pour commander le dispositif optronique 4 , en particulier le capteur 5 et/ou un ou plusieurs dispositifs de filtrage spectral du dispositif optronique 4 , à partir notamment de données fournies par le capteur 5 comme nous le verrons par la suite .
En service , le désignateur laser 2 génère des impulsions laser qui , au contact de la cible C, font apparaitre des tâches de désignation sur la cible . En particulier, le désignateur laser 2 génère de brèves impulsions laser . Par exemple et de manière non limitative le désignateur laser 2 génère des impulsions laser de l ' ordre de plusieurs dizaines de nano-secondes et par exemple de l ' ordre de la dizaine de nano-secondes et par exemple compris entre 8 et 12 nano-secondes .
On comprend ainsi que les tâches de désignation apparaissent à une fréquence correspondante à la fréquence d ' émission des impulsions laser . Le désignateur laser 2 présente ici une longueur d' onde d' émission de sensiblement 1064 nanomètres (nm) . Par sensiblement , on entend que la longueur d' onde d' émissions du désignateur laser est de 1064 nanomètres à plus ou moins 20 nanomètres, est par exemple à plus ou moins 10 nanomètres et par exemple à plus ou moins 1 nanomètre et par exemple à plus ou moins 0 . 4 nanomètre et par exemple à plus ou moins 0 . 1 nanomètre .
La longueur d' onde des impulsions laser émises appartient à une bande de longueur d ' onde captée par le dispositif optronique 4 de sorte que les tâches de désignation sont transmises par l ' optique d' imagerie 6 et captées par le capteur 5 . Le capteur 5 génère ainsi des images cibles liées aux tâches de désignation (ou génère des informations permettant de générer elles-mêmes des images cibles liées aux tâches de désignation au niveau par exemple de l ' unité de traitement 7 - pour simplifier la suite de la description, on considère ici que l ' optique d' imagerie 6 est adaptée pour former sur la surface sensible du capteur 5 au moins une image cible et que le capteur 5 fournit directement des images cibles à l ' unité de traitement 7 ) . A partir de là, l ' unité de traitement 7 peut analyser les images cibles afin d' estimer une position des tâches de désignation vis-à-vis de la cible C :
Soit parce que la tâche de désignation et la cible C sont visibles simultanément sur une même image cible ;
Soit parce que les images fournies par le dispositif optronique 4 présentent par intermittence une image cible comprenant la tâche laser et une image sur laquelle la cible C est seule visible , images qui peuvent être fusionnées par l ' unité de traitement 7 ;
Soit parce que l ' unité de traitement 7 fusionne les images cibles fournies par le dispositif optronique 4 avec des images , sur laquelle la cible C est visible , fournies par une autre voie d' imagerie du système 1 que le dispositif optronique 4 (l'autre voie d'imagerie faisant ou non partie du système 1) .
Ceci permet d'assurer un suivi de la désignation de la cible C par le désignateur laser 2.
Par ailleurs, le capteur 5 est un capteur sur silicium. Par exemple le capteur 5 est un capteur CMOS sur silicium. Ceci est particulièrement avantageux du fait de la longueur d'onde d'émission du désignateur laser 2.
En effet, un capteur sur silicium est naturellement sensible à la longueur d'onde d'émission de 1064 nm du désignateur laser 2. Dans les faits, sur le domaine spectral compris entre 400 nm et 1100 nm, plus l'épaisseur d'une couche épitaxiale d'un capteur sur silicium est importante, plus une proportion importante des photons à une longueur d'onde de 1064 nm incidents seront détectés par le capteur.
Les inventeurs ont ainsi pu trouver dans le commerce, des capteurs sur silicium présentant une sensibilité allant jusqu'à 1100 nm les rendant compatibles avec la détection des tâches laser générées par le désignateur laser 2. De tels capteurs s'avèrent en outre moins coûteux que les capteurs habituellement utilisés comme par exemple les capteurs InGaAs .
Le capteur 5 est ainsi apte à capter un signal optique dans une bande de longueurs d'onde comprenant la longueur d'onde d'émission du désignateur laser 2 de sensiblement 1064 nm. De préférence, le système 3 comporte au moins un dispositif de filtrage spectral 9 associé au capteur 5 afin d'optimiser la sensibilité de celui-ci à la détection des tâches de désignation. Le dispositif de filtrage spectral 9 est agencé en amont du capteur 5 (c'est-à-dire entre la cible C et le capteur 5) . Par exemple, comme visible aux figures 8, 9 et 10, le dispositif de filtrage spectral 9 est agencé en amont de l'optique d'imagerie 6 et/ou à l'intérieur de l'optique d'imagerie 6 et/ou en aval de l'optique d'imagerie entre l'optique d'imagerie 6 et le capteur 5. Par exemple le système 3 comporte plusieurs dispositifs de filtrage 9 spectral associés au capteur 5 : un premier en amont de l'optique d'imagerie 6, un deuxième à l'intérieur de l'optique d'imagerie 6 et un troisième en aval de l'optique d'imagerie 6 entre l'optique d'imagerie 6 et le capteur 5. La description qui suit d'un dispositif de filtrage spectral 9 est applicable aux autres dispositifs de filtrage spectral.
Les inventeurs ont pu constater qu' il était avantageux d'associer au capteur 5 au moins un dispositif de filtrage spectral 9 limitant les rayonnements lumineux captés par le capteur 5 et provenant de l'éclairage ambiant.
De préférence, le système comporte un dispositif de filtrage spectral 9 qui est adapté pour augmenter un rapport intensité de rayonnement reçu du désignateur laser 2 sur intensité de rayonnement reçu de l'environnement ambiant .
En référence à la figure 2, selon une première version, le dispositif de filtrage spectral 9 est un dispositif de filtrage spectral 9 qui comporte (ou est) un filtre passe- bande permettant de bloquer, ou du moins de limiter, les rayonnements dont la longueur d'onde n'est pas comprise dans l'intervalle [λ1 ; λ2] , λ1 et λ2 permettant ainsi de caractériser le filtre. Le dispositif de filtrage spectral 9 est dit fixe en largeur spectrale i.e. la largeur spectrale dudit dispositif (caractérisée par l'intervalle [λ1 ; λ2] ) est fixe. Les inventeurs ont pu constater qu'il était particulièrement avantageux d'avoir recours à un dispositif de filtrage spectral 9 qui inclut toujours la longueur d'onde d'émission du désignateur laser 2.
Ceci permet en effet de réduire les rayonnements captés par le capteur 5 provenant de l'environnement ambiant sans réduire pour autant ceux provenant du désignateur laser 2. Ceci permet au capteur 5 de détecter plus aisément et de manière plus précise les tâches de désignation.
On choisit l'intervalle [λ1 ; λ2] de manière à ce que ledit intervalle comprenne la longueur d'onde d'émission de sensiblement 1024 nm du désignateur laser 2 (appelée par la suite Adés ignateur) •
De préférence, on choisit l'intervalle [λ1 ; λ2] de manière à ce que ledit intervalle soit centré sur λdésignateur .
Préférentiellement, l'intervalle [λ1 ; λ2] est choisi de sorte à être un intervalle étroit. En effet, la capacité du filtre passe-bande à limiter les rayonnements provenant de l'environnement ambiant sera d'autant plus grande que l'intervalle [λ1 ; λ2] sera étroit. Un intervalle de longueurs d'ondes est considéré comme étroit lorsqu'il est par exemple inférieur à 100 nm et par exemple inférieur à 50 nm et par exemple inférieur à 30 nm.
L'intervalle de longueurs d'ondes dépend entre autres :
- de la tolérance de fabrication du dispositif de filtrage spectral 9, de l'incidence des rayons lumineux atteignant le dispositif optronique 4 - des raies d'émission laser possibles sur la plage de température d'utilisation du désignateur laser 2, liées aux propriétés du cristal utilisé dans le désignateur laser 2.
De préférence, quel que soit l'intervalle [λ1 ; λ2] , le dispositif de filtrage spectral 9 est amovible.
De la sorte, le dispositif de filtrage spectral 9 peut n'être utilisé que dans les cas où il est nécessaire de diminuer l'intensité lumineuse de l'environnement ambiant. En référence à la figure 3, selon une deuxième version, le dispositif de filtrage spectral 9 comporte (ou est) un filtre passe-bande permettant de bloquer, ou du moins de limiter, les rayonnements dont la longueur d'onde n'est pas comprise dans l'intervalle [λ1 ; λ2] , λ1 et λ2 permettant de caractériser le filtre. Le dispositif de filtrage spectral 9 est dit variable en largeur spectrale i.e. la largeur spectrale dudit dispositif (caractérisée par l'intervalle [λ1 ; λ2]) est variable. Le dispositif de filtrage spectral 9 permet ainsi de modifier la valeur deλ1 et/ou de λ2 et/ou le taux de réjection du filtre en dehors de l'intervalle [λ1 ; λ2] .
Par exemple le dispositif de filtrage spectral 9 comporte au moins un filtre passe-haut montant à λ1 et au moins un filtre passe-bas coupant à λ2. Ainsi, en agissant sur λ2 et/ou λ1 (via par exemple un dispositif mécanique) , il est possible de modifier la largeur de la bande passante λ2-λ1. Par exemple le dispositif mécanique (faisant ou non partie du dispositif de filtrage spectral 9) peut :
- modifier l'inclinaison du filtre passe-haut montant à λ1 et/ou du filtre passe-bas coupant à λ2 pour modifier ces longueurs d'onde, et/ou
- utiliser des jeux de filtres (le jeu comprenant plusieurs filtres passe-haut montant avec des caractéristiques différentes et/ou plusieurs filtres passe-bas coupant avec des caractéristiques différentes) pour modifier ces longueurs d'onde par exemple en remplaçant un filtre par un autre ou bien en combinant le filtre en place avec au moins un autre filtre.
Les inventeurs ont pu constater qu' il était particulièrement avantageux d'avoir recours à un dispositif de filtrage spectral 9 qui inclut toujours la longueur d'onde d'émission du désignateur laser 2.
Ceci permet en effet de réduire les rayonnements captés par le capteur 5 provenant de l'environnement ambiant sans réduire pour autant ceux provenant du désignateur laser 2. Ceci permet au capteur 5 de détecter plus aisément et de manière plus précise les tâches de désignation.
On choisit donc de préférence l'intervalle [λ1 ; λ2 ] de manière à ce que ledit intervalle comprenne la longueur d'onde d'émission de sensiblement 1024 nm du désignateur laser 2 (appelée par la suite λdésignateur) .
De préférence, on choisit l'intervalle [λ1 ; λ2] de manière à ce que ledit intervalle soit centré sur λdésignateur.
Préférentiellement, l'intervalle [λ1 ; λ2 ] est choisi de sorte à être un intervalle étroit. En effet, la capacité du filtre passe-bande à limiter les rayonnements provenant de l'environnement ambiant sera d'autant plus grande que l'intervalle [λ1 ; λ2] sera étroit. Un intervalle de longueurs d'ondes est considéré comme étroit lorsqu'il est par exemple inférieur à 100 nm e par exemple inférieur à 50 nm et par exemple inférieur à 30 nm. L'intervalle de longueurs d'ondes dépend entre autres :
- de la tolérance de fabrication du dispositif de filtrage spectral 9, de l'incidence des rayons lumineux atteignant le dispositif optronique 4,
- des raies d'émission laser possibles sur la plage de température d'utilisation du désignateur laser 2, liées aux propriétés du cristal utilisé dans le désignateur laser 2.
De préférence, quel que soit l'intervalle [λ1 ; λ2] , le dispositif de filtrage spectral 9 est amovible.
De la sorte, le dispositif de filtrage spectral 9 peut n'être utilisé que dans les cas où il est nécessaire de diminuer l'intensité lumineuse de l'environnement ambiant.
Le fait d'avoir un dispositif de filtrage spectral 9 variable en largeur spectrale permet de ne pas être trop limité dans le choix de la largeur bande passante en particulier au niveau de la valeur de λ1 et/ou λ2. Ceci particulièrement avantageux car il est ainsi possible d'adapter la valeur de la largeur de la bande passante selon le niveau d'éclairement de l'environnement ambiant et/ou pour permettre au capteur de générer différents types d'images comme une image de l'environnement ambiant (appelée « image scène ») et une image de la tâche de désignation (appelée « image cible ») .
De préférence, l'unité de traitement 7 exécute une boucle d'asservissement pour commander le dispositif de filtrage spectral 9 variable en largeur spectrale à partir de l'analyse des images transmises par le capteur 5. Par exemple, l'unité de traitement 7 commande le dispositif de filtrage spectral 9 pour pouvoir agir sur les valeurs λ1 et λ2 en fonction du niveau d' éclairage de l ' environnement ambiant détecté sur les images transmises par le capteur 5 .
Par exemple la boucle d' asservissement est définie de manière à ce que le dispositif de filtrage spectral 9 variable en largeur spectrale puisse limiter au maximum une saturation du capteur 5 tout en conservant un niveau de rayonnement lumineux provenant de l ' environnement ambiant qui soit exploitable pour le cas où l ' on peut visualiser une même image la cible C et la tâche de désignation .
En revanche , si le dispositif optronique 4 acquiert en intermittence des images scènes comprenant la cible C et des images cibles , la boucle d' asservissement modifie de manière correspondante une ou plusieurs caractéristiques du dispositif de filtrage spectral 9 selon l ' image à acquérir .
Sur un autre aspect, comme plus visible à la figure 11 , on rappelle que pour un capteur optique il faut distinguer le temps d' intégration Tint , qui va donner l ' intervalle de temps pendant lequel la surface sensible du capteur va être active, du temps de trame Ttrame qui inclut ledit temps d' intégration Tint ainsi que le temps de transmission d' informations acquises durant Tint pour générer une image à partir desdites informations . En conséquence , Ttrame définit la période de temps séparant deux images successives et Tint la fenêtre temporelle d' activation de la surface sensible du capteur .
Usuellement Tint débute en même temps que Ttrame . Dans notre cas , les impulsions laser générées par le désignateur laser 3 sont très brèves . En conséquence , si une des impulsions laser du désignateur laser 2 est générée entre deux temps d' intégration Tint successifs du capteur 5 , la tâche de désignation correspondante ne sera pas imagée par le dispositif optronique 4 .
De préférence , le système 1 comporte des moyens de commande
10 du capteur 5 aptes à pouvoir modifier en service au moins un paramètre du capteur 5 afin que le capteur puisse imager au moins une fois , par intervalle de temps donné prédéterminé , une tâche de désignation générée par le désignateur laser .
11 convient de noter que le désignateur laser 2 va générer plusieurs impulsions laser par seconde et typiquement 5 impulsions laser ou plus par seconde . En conséquence , il n' est pas nécessaire pour réussir la mission de suivi de désignation d' imager chaque impulsion laser générée par le désignateur laser 2 . Il convient toutefois d' assurer de pouvoir imager au moins une tâche de désignation pendant un intervalle de temps donné prédéterminé , noté par la suite ΔTmax ( , i . e . pendant ΔTmax au moins une tâche de désignation laser est imagée .
L' intervalle de temps donné prédéterminé ΔTmax est par exemple inférieur à 2 secondes et par exemple inférieur à 1 seconde . L' intervalle de temps donné prédéterminé ΔTmax doit donc être entendu comme une fenêtre temporelle dont la durée est fixe et qui se déclenche après une impulsion laser captée par le dispositif optronique 4 .
Les moyens de commande 10 sont par exemple intégrés à l ' unité de traitement 7 . En particulier, il est judicieux que les moyens de commande 10 puissent agir sur le temps d'intégration Tint et/ou Ttrame du capteur 5 afin de s'assurer de pouvoir imager au moins une tâche de désignation par intervalle de temps donné prédéterminé ΔTmax.
Si le système 1 était synchrone alors l'instant où des impulsions laser seraient générées par le désignateur laser 2 serait connu des moyens de commande 10. Par exemple le désignateur laser 2 serait connecté à l'appareil 3 et par exemple à l'unité de traitement 7.
L'unité de traitement 7 commanderait alors le capteur 5 de sorte que le temps d' intégration Tint débuterait à l'instant où le désignateur laser 2 générerait une impulsion laser (l'intervalle de temps donné prédéterminé ΔTmax étant alors égal à Ttrame) , Tint étant défini de sorte à couvrir le temps nécessaire pour que l'impulsion laser puisse aller du désignateur laser 2 à la cible C (située à une distante D du capteur 5) avant de revenir au dispositif optique 4.
Si l'on se plaçait dans le cas particulier de la figure 1, où le désignateur laser 2 et l'appareil 3 étaient à une distance similaire D de la cible C (par exemple parce qu' ils seraient portés par le même support et sont donc co-localisés ) , Tint serait défini par la formule suivante
D = Tint x c0 / (2 x n) c0 désignant la célérité de la lumière dans le vide, n désignant l'indice de réfraction du milieu dans lequel se propage les impulsions laser, à la longueur d'onde d'émission du désignateur laser 2. Dans un autre cas où le désignateur laser 2 et l ' appareil 3 ne seraient pas à la même distance de la cible C (par exemple parce qu' ils seraient portés par deux supports différents et ne seraient donc pas co-localisés ) , Tint serait alors défini par la formule suivante :
D1+D2 = Tint x c0 / n
D1 désignant la distance entre la cible C et le désignateur laser 2 ,
D2 désignant la distance entre la cible C et l ' appareil 3 . Le paramètre modifiable du capteur 5 par les moyens de commande 10 serait au moins son temps d' intégration Tint . Selon une première variante, on pourrait faire débuter le temps d' intégration Tint non pas à chaque instant où le désignateur laser 2 générerait une impulsion laser mais selon une périodicité basée sur la fréquence des impulsions laser (par exemple le temps d' intégration Tint ne débuterait qu' une fois toutes les deux impulsions laser au moment où la deuxième impulsion laser serait générée - l ' intervalle de temps donné prédéterminé ΔTmax étant alors égale à 2 *Ttrame ) .
Selon une deuxième variante (éventuellement combinable à la première variante ) , le temps d' intégration Tint ne débuterait pas au moment où une impulsion laser est générée, mais après un intervalle de latence prédéfini . Ceci pourrait ainsi permettre de limiter une saturation de la zone sensible du capteur 5 par la rétrodiffusion de l ' impulsion laser au début de sa propagation .
Ainsi selon une possibilité de cette deuxième variante , si l ' on cherchait à minimiser Tint, on pourrait faire débuter le temps d' intégration Tint après un temps dT qui suit l ' émission d' une l ' impulsion laser de sorte que : (dT x c0 / n) < (D1 + D2)
Néanmoins selon l'invention, le système 1 est asynchrone. Le désignateur laser 2 est ici un désignateur laser externe et n'est donc pas connecté à l'appareil 3 ni à l'unité de traitement 7 de l'appareil 3. De la sorte l'instant où des impulsions laser sont générées par le désignateur laser 2 n'est pas connu des moyens de commande du capteur 5.
La solution proposée pour le cas où le système 1 serait synchrone n'est donc pas applicable ici. En conséquence deux autres possibilités vont être à présent décrites.
Première possibilité
En notant tLAS,Dn l'instant de la nième impulsion laser détectée par le capteur 5 (via la tâche de désignation) , et tLAS,Dn+1 la suivante, il convient donc d'avoir : tLAS,Dn+1 _ tLAS,Dn ≤ ΔTmax
Il faut ainsi pouvoir caractériser le déphasage entre les impulsions laser générées par le désignateur laser 2 et la prise d' images par le dispositif optronique 4 comme visible à la figure 4a.
En référence à la figure 4b, en considérant que deux impulsions laser successives sont séparées de M trames (i.e. une trame étant définie temporellement par une unique période image Ttrame) , le déphasage induit 5t est défini comme étant le reste de la division euclidienne de la période de répétition des impulsions laser (PRI) , par la période image Ttrame : PRI = M x Ttrame + δt
Par corrélation entre le temps de trame Ttrame et la PRI, la probabilité qu'au moins une tâche de désignation puisse être imagée durant ΔTmax est importante.
En pratique, les cas jugés problématiques (c'est-à-dire qu'il n'y aura pas de tâche de désignation imagée au cours d'un ou plusieurs ΔTmax) sont identifiables de la manière suivante :
- si Ttrame > Tint ≥ Ttrame/2, alors les cas problématiques sont PRI ∈ [k x Ttrame - ε ; k x Ttrame + ε] avec et ε défini par ε = (Ttrame - Tint) / ΔTmax x Ttrame ;
- Si Ttrame/2 > Tint ≥ Ttrame/3, alors en plus des cas problématiques précédemment identifiés, il apparait de nouveaux cas symptomatiques PRI ∈ [ (k+1/2) x Ttrame
- ε ; (k+1/2) x Ttrame + ε] ;
- Si Ttrame/3 > Tint ≥ Ttrame/4, alors en plus des cas problématiques précédemment identifiés, il apparait de nouveaux cas symptomatiques PRI ∈ [ (k+1/3) x Ttrame
- ε ; (k+1/3) x Ttrame + ε] U [ (k+2/3) x Ttrame - ε ; (k+2/3) x Ttrame + ε] ;
- Etc.
En généralisant, pour une PRI donnée, une période image Ttrame donnée et un temps d' intégration Tint donné tel que :
Tint = Ttrame / (α+1) + β avec , et β < Ttrame / (α) - Ttrame / (α+1) , les cas problématiques sont : avec , et ε = (Ttrame - Tint)/ ΔTmax x Ttrame .
Etant donné que la liste des PRI possibles est connue et discrète, on optimise la visualisation asynchrone des tâches de désignation générées par le désignateur laser 2 en adoptant un asservissement du temps d'intégration Tint et/ou de la période image Ttrame.
A cet effet, le système d'asservissement calcule au moins un paramètre du capteur 5 (a minima Tint et de préférence Tint avec Ttrame) en fonction des images cibles tout en s'assurant que la condition de l'équation (1) est bien respectée pour la liste de PRI possibles, liste connue et discrète .
L'unité de traitement 7 exécute ainsi une boucle d'asservissement afin de modifier le temps d'intégration Tint, et éventuellement la période image Ttrame du capteur, de sorte que les PRI de la liste continue et discrète des PRI du désignateur laser 2 ne se retrouve pas inclus dans les cas problématiques définis par l'équation (1) . A cet effet, l'unité de traitement 7 s'appuie sur les images cibles fournies par le capteur 5 en s'assurant notamment qu'une tâche de désignation soit bien visible pour chaque ΔTmax .
Le paramètre modifiable du capteur 5 par les moyens de commande est pour le cas présent au moins son temps d'intégration Tint, avec optionnellement sa période image Ttrame .
La figure 8 illustre un exemple de configuration de l'appareil 3 selon cette première possibilité.
Le flux optique F atteignant l'appareil 3 passe par le dispositif optronique 4 (optionnellement en passant par un ou plusieurs dispositifs de filtrage spectral 9) avant d'atteindre le capteur 5.
Celui-ci permet de générer une image cible 11 qui est analysée par l'unité de traitement 7 (par exemple par des moyens de d'analyse d'images 12 de l'unité de traitement 7) . A partir de là, les moyens de commande 10 en déduisent une consigne de commande à destination d'au moins un des dispositifs de filtrage spectral 9 et/ou du capteur 5 (pour en définir par exemple le temps d' intégration Tint et éventuellement la période image Ttrame) .
Deuxième possibilité
Le capteur 5 est dans cette deuxième possibilité un capteur 5 comprenant une fonction d'acquisition intra-trame et par exemple comprenant fonction d'acquisition intra-trame dite à haute plage dynamique [plus connu sous le terme HDR (pour l'acronyme anglais High Dynamic Range) ] . Une telle fonction permet d'avoir plusieurs temps d'intégration (pendant lesquels la surface sensible du capteur va être active) au cours d'une même période image : de la sorte plusieurs images vont pouvoir être générées au cours d'une même période image.
En référence à la figure 5, le capteur 5 permet par exemple d'avoir deux temps d'intégration différents Tint1 et Tint2 au cours d' une même période image Ttrame . Tint1 et Tint2 peuvent présenter des valeurs identiques ou différentes et présentent par ailleurs un déphasage que l ' on notera ΔTint qui peut optionnellement être nul . Usuellement Tint1 débute en même temps que Ttrame .
Il s ' agit là d' un exemple non limitatif et le capteur 5 pourra être configuré pour présenter un plus grand nombre de temps d' intégration différent au cours d' une même période image .
Avec ce type de capteur, différentes stratégies peuvent être mises en place pour s ' assurer qu' au moins une tâche de désignation sera imagée au cours de l ' intervalle de temps donné prédéterminé ΔTmax .
Les stratégies qui suivent peuvent être appliquées de manière individuelle ou peuvent être appliquées en combinaison d' au moins une stratégie avec au moins une autre stratégie .
Bien entendu les stratégies qui suivent sont applicables à un nombre supérieur de temps d' intégration par période image que deux .
Bien entendu les stratégies qui suivent sont applicables aussi bien si l ' on se place dans le cas de la deuxième possibilité seule ou si l ' on se place dans le cas où l ' on combine la première possibilité avec la deuxième possibilité .
La figure 9 illustre un exemple de configuration du système selon cette deuxième possibilité .
Le rayonnement atteignant l ' appareil 3 passe par le dispositif optronique 4 (optionnellement en passant par un ou plusieurs dispositifs de filtrage spectral ) avant d' atteindre le capteur 5 . Celui-ci permet de générer plusieurs images cibles 13, chaque image cible étant liée à un temps d' intégration Tinti d'une même période image Ttrame.
D'une part ces différentes images sont fusionnées par un organe de traitement d'images 14 pour obtenir une image cible unique 11 associée à une seule période image Ttrame. D'autre part ces différentes images sont analysées par l'unité de traitement 7. A partir de là, les moyens de commande 10 en déduisent une consigne de commande à destination d'au moins un des dispositifs de filtrage spectral 9 et/ou du capteur 5 (pour en définir par exemple au moins l'un des temps d'intégration Tinti et éventuellement la période image Ttrame) .
• Première stratégie
Les moyens de commande 10 définissent les temps d' intégration Tinti et Tint 2 de sorte à couvrir toute la période image Ttrame. On a ainsi :
Tinti + Tint2 = Ttrame et ΔTint = 0
De la sorte, une image de chaque tâche de désignation sera nécessairement acquise par le capteur 5. ΔTmax est alors égal à Ttrame.
Optionnellement , les temps d'intégration Tinti et Tint 2 n'ont pas la même valeur. Par exemple l'un est un temps d'intégration long et l'autre un temps d'intégration court i.e. le temps d'intégration court est au moins 1.5 fois plus petit que le temps d' intégration long et par exemple au moins 2 fois plus petit. Par exemple Tinti est un temps d'intégration long et Tint2 un temps d'intégration court.
Dans cette première stratégie, l'unité de traitement 7 n'exécute donc pas de boucle d'asservissement afin de modifier le temps d'intégration Tint1 et/ou Tint2 et/ou la période image Ttrame du capteur 5.
• Deuxième stratégie
Les moyens de commande 10 définissent le délai ΔTint entre les deux temps d' intégration Tint1 et Tint 2 de sorte que ΔTint soit modifié toutes les N trames. N est par exemple compris entre 2 et 6 et est par exemple égal à 3 (comme pour l' exemple de la figure 6) .
N est alors choisi pour s'affranchir des cas symptomatiques où la PRI est un multiple de la période image i.e. pour s'affranchir des PRISYMPTOMATIQUE définis par l'équation (1) . Dans ce cas, les moyens de commande 10 définissent :
N = PRISYMPTOMATIQUE / Ttrame en incrémentant ΔTint de la quantité Tint2 toutes les N trames (a) , et en respectant la condition suivante :
Tint2 ≥ N x Ttrame x (Ttrame - Tint1) / (ΔTmax + N x Ttrame) (β) •
Optionnellement , l'unité de traitement 7 exécute ainsi une boucle d'asservissement afin de modifier le temps d'intégration Tint1 et/ou Tint2 et/ou la période image Ttrame du capteur 5 de sorte à éviter les PRISYMPTOMATIQUE tout en respectant les conditions précitées (α) et (β ) . A cet effet, l'unité de traitement 7 s'appuie sur les images cibles fournies par le capteur 5 en s'assurant notamment qu'une tâche de désignation soit bien visible pour chaque ΔTmax .
• Troisième stratégie
Les moyens de commande 10 définissent le délai ΔTint et les deux temps d'intégration Tint1 et Tint2 de sorte que la fin de la seconde intégration Tint2 coïncide avec la fin de la période image Ttrame.
A cet effet, les moyens de commande 10 ont recours aux formules suivantes : Tint1 + Tint2 ≥ Ttrame/2
Et ΔTint = Ttrame - (Tint2 + Tint1) .
Ceci permet de réduire l'intervalle de PRI symptomatiques précédemment identifié avec l'équation (1) , à :
PRI ∈ [k x Ttrame - ε ; k x Trame + ε] (1' ) avec et ε = = [Ttrame - (Tint1 + Tint2) ] /ΔTmax x Ttrame. L'unité de traitement 7 exécute ainsi une boucle d'asservissement afin de modifier le temps d'intégration Tint1 et/ou Tint2 et/ou la période image Ttrame du capteur 5 de sorte que les PRI du désignateur laser 2 ne se retrouvent pas inclus dans les cas problématiques définis par l'équation (1') tout en respectant les formules précitées Tint1 + Tint2 Ttrame/2 et ΔTint = Ttrame - (Tint2 + Tint1) . A cet effet, l'unité de traitement 7 s'appuie sur les images cibles fournies par le capteur 5 en s'assurant notamment qu'une tâche de désignation soit bien visible pour chaque ΔTmax. Quatrième stratégie
Les moyens de commande 10 définissent les temps d' intégration Tint1 et Tint2 de sorte que le temps d' intégration Tint2 soit centré sur la « zone aveugle » de la période image Ttrame (soit l'intervalle de temps de Ttrame non couvert par Tint1) délimitant ainsi deux zones aveugles d'égale durée de part et d'autre de Tint2 comme visible à la figure 7.
A cet effet, les moyens de commande 10 se basent sur la formule suivante : ΔTint = Ttrame - (Tint2 - Tint1) / 2.
Ceci permet de limiter ε dans l'équation (1) à : ε = [Ttrame - (Tint1 + Tint2) ] / (2 x ΔTmax) x Ttrame. L'unité de traitement 7 exécute ainsi une boucle d'asservissement afin de modifier le temps d'intégration Tint1 et/ou Tint2 et/ou la période image Ttrame du capteur 5 de sorte que les PRI du désignateur laser 2 ne se retrouvent pas inclus dans les cas problématiques définis par l'équation (1) , avec la nouvelle valeur de ε précitée, tout en respectant la formule précitée ΔTint = Ttrame - (Tint2 - Tint1) / 2.
A cet effet, l'unité de traitement 7 s'appuie sur les images cibles fournies par le capteur 5 en s'assurant notamment qu'une tâche de désignation soit bien visible pour chaque ΔTmax.
Indépendamment de la stratégie choisie, et même si aucune desdites stratégies n'est appliquée, mais que le capteur 5 est un capteur à fonction d'acquisition HDR, les moyens de commande 10 définissent de préférence les temps d'intégration Tint1 et Tint 2 de sorte qu'ils n'aient pas la même valeur. Par exemple l'un est un temps d'intégration long et l'autre un temps d'intégration court i.e. le temps d'intégration court est au moins 1.5 fois plus petit que le temps d'intégration long et par exemple au moins 2 fois plus petit. Par exemple Tint1 est un temps d'intégration long et Tint2 un temps d'intégration court.
Le fait d'avoir un temps d'intégration long permet en particulier d'avoir plus de chances de pouvoir imager la tâche de désignation lors de la période image considérée. Les images obtenues au cours du premier temps d' intégration Tint1 et au cours du deuxième temps d' intégration Tint 2 sont ensuite fusionnées pour générer une seule image associée à la période image donnée.
Ceci permet avantageusement de pouvoir avoir recours à des temps d' intégration plus longs (qui vont générer potentiellement des saturations partielles) dans la mesure où les informations qui pourraient être manquantes du fait de cette saturation pourront toujours être acquises au cours du temps d' intégration plus court sur la même période image .
L'unité de traitement 7 est ainsi apte à exécuter une ou plusieurs boucles d'asservissement pour commander le dispositif optronique 4, en particulier le capteur 5 et/ou un ou plusieurs dispositifs de filtrage spectral 9 du dispositif optronique 4, de manière à assurer une intégration temporelle d'au moins une impulsion laser sur l'intervalle de temps donné prédéterminé et/ou optimiser la détectabilité de ladite impulsion laser.
L'unité de traitement 7 s'appuie à cet effet sur une analyse des images générées par l'appareil 3 (et/ou les données permettant de gérer lesdites images) .
On a ainsi décrit un appareil 3 permettant l'observation d'un désignateur laser 2 à impulsions courtes et alors même que l'appareil 3 est asynchrone avec le désignateur laser 2.
Un tel appareil 3 s'avère compact.
Un tel appareil 3 s'avère d'un coût relativement réduit.
Un tel appareil 3 peut fonctionner aussi bien en ayant recours à un capteur 5 travaillant en noir et blanc qu'un capteur 5 travaillant en couleurs .
Un tel appareil 3 peut être aisément intégré dans un appareil existant.
Un tel appareil 3 est polyvalent et permet de fournir des images classiquement exploitables.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Le dispositif de filtrage spectral (variable en largeur spectrale ou fixe en largeur spectrale ; amovible ou inamovible) pourra être associé à au moins un filtre atténuateur, filtre atténuateur hors de l' intervalle de longueurs d'ondes [λ1 ; λ2] du dispositif de filtrage spectrale .
Au moins un filtre atténuateur pourra lui-même être amovible ou inamovible .
Au moins un filtre atténuateur pourra lui-même être variable i.e. présenter une largeur de bande spectrale de filtrage variable et/ou présenter une valeur d'extrémité de filtrage variable (en étant remplacé par un autre filtre atténuateur dans le cas d' un j eu de filtres atténuateurs et/ou en étant orienté différemment grâce à la polarisation de la lumière au niveau du filtre et/ou en étant associé temporairement à un autre filtre atténuateur dans le cas d' un j eu de filtres atténuateurs ) . La variabilité du filtre atténuateur sera modifiée de préférence en fonction du niveau d' éclairement de l ' environnement ambiant pour adapter le niveau de flux lumineux provenant de la scène sur le capteur .
On note que si le dispositif de filtrage spectral comporte au moins un filtre atténuateur variable, le dispositif de filtrage spectral sera lui-même un dispositif de filtrage spectral variable en atténuation ( le dispositif pouvant par ailleurs être variable en largeur spectrale ou fixe en largeur spectrale ) : il suffira en effet de j ouer sur le filtre atténuateur variable pour modifier le flux optique atteignant le capteur .
Le dispositif de filtrage spectral fixe en largeur spectrale pourra comporter deux filtres ( l ' un passe-bas et l ' autre passe-haut) à la place d' un filtre passe-bande . De même le dispositif de filtrage spectral variable en largeur spectrale pourra comporter un seul filtre passe-bande :
- fixe en largeur spectrale et associé à au moins un filtre atténuateur variable ,
- dont au moins l ' une des bornes est variable (orientation différente, remplacement ou association à au moins un autre filtre ...) .
Bien qu' ici le capteur soit un capteur CMOS , le capteur pourra être différent et être par exemple un capteur CCD (pour « charge-coupled device » soit littéralement un capteur « dispositif à couplage de charges ») .
Le capteur pourra être configuré de sorte que la réponse de ses pixels au rayonnement reçu soit indifférente (cas d' un capteur monochrome ) ou soit différenciée selon un arrangement utilisant une matrice de N micro-filtres déposés devant les pixels du capteur (cas par exemple d' un capteur couleur qui utilise classiquement trois types de filtres spécialisant les pixels pour la captation du rouge, du vert et du bleu, ou bien encore un capteur couleur qui utilise quatre types de filtres spécialisant les pixels pour la captation du rouge, du vert et du bleu et du proche infrarouge, ou bien encore un capteur couleur panchromatique , étant entendu qu' il existe des variantes sur ces arrangements de filtres ) à condition bien entendu que l ' arrangement soit alors transmissif à la longueur d' onde d' émission du désignateur laser .
On pourrait commander le capteur de sorte que Ttrame soit égal à Tint afin de s ' assurer que chaque tâche de désignation ( induite par chaque impulsion laser générée par le désignateur laser) soit imagée . De préférence , une telle commande ne sera réalisée qu' en cas de faible éclairage de l ' environnement ambiant (de nuit par exemple ) . De préférence , on préféra toutefois avoir Tint strictement inférieur à Ttrame et mettre en place une stratégie de commande du capteur pour s ' assurer de pouvoir imager au moins une tâche de désignation par intervalle de temps prédéterminé .
Bien qu' ici Tint (ou Tint1 ) débute en même temps que Ttrame, il pourra y avoir un décalage entre Tint (ou Tint1 ) et Ttrame (décalage fixe ou variable ) . Bien qu'ici on se base sur le fait que l'on connaisse une liste de PRI discrète et connue, on pourra se baser sur le cas ou il n'existe qu'une unique PRI connue. Les moyens de commande seront alors aptes à modifier au moins un paramètre du capteur à partir de cette unique valeur de PRI connue .
Bien qu'ici il ait été question de générer des images cibles, l'appareil et/ou le système décrit pourra de façon connue en soi générer également des images scènes et combiner les images scènes avec les images cibles pour intégrer les tâches de désignation détectées sur les images cibles et les superposer dans les images scènes. La figure 10 illustre une telle configuration pour laquelle l'image scène est obtenue via un autre capteur d' imagerie que le capteur sur silicium. En option ce pourra être le capteur sur silicium qui pourra être configuré pour assurer à la fois la prise d'image cible et à la fois la prise d'image scène. Dans les différents cas, la cible C pourra être présente sur l'image scène et/ou l'image cible.
Le désignateur laser et l'appareil de suivi pourront être portés par le même support et donc être co-localisés . Alternativement, le désignateur laser et l'appareil de suivi pourront être portés par deux supports distincts et distants l'un de l'autre de sorte à ne pas co-localisés) . Par exemple le désignateur laser pourra être installé dans un premier aéronef et l'appareil de suivi dans un deuxième aéronef ou le désignateur laser et l'appareil de suivi pourront être portés par le même aéronef.
Par « aéronef » on entend tout aussi bien un avion, un drone, un hélicoptère, un lanceur, une munition (missile ou bombe) et de manière générale tout véhicule aérien pouvant se mouvoir dans l'air.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système asynchrone de désignation d'au moins une cible comprenant au moins un désignateur laser (2) associé à au moins un appareil de suivi d'une désignation, l'appareil comprenant :
- Un dispositif optronique (4) comportant :
• Au moins un capteur (5) d'imagerie optique, et
• Au moins une optique d'imagerie (6) adaptée pour diriger des rayons lumineux sur une surface sensible du capteur,
- Une unité de traitement (7) conformée pour analyser des données transmises par le capteur afin de déterminer une position d'au moins une tâche de désignation générée, par un désignateur laser destiné à être associé à l'appareil de suivi d'une désignation, le capteur étant un capteur sur silicium, l'appareil comportant des moyens de commande (10) du capteur aptes à modifier au moins un paramètre du capteur afin d' imager en service au moins une tâche de désignation générée par le désignateur laser par intervalle de temps donné prédéterminé, ledit intervalle étant répété périodiquement, l'appareil étant asynchrone avec le désignateur laser.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel le capteur est un capteur de semi-conducteur en métal oxyde complémentaire .
3. Système selon la revendication 1 ou la revendication 2, comportant au moins un dispositif de filtrage spectral (9) agencé en amont du capteur et adapté pour augmenter en service un rapport intensité de rayonnement reçu du désignateur laser sur intensité de rayonnement reçu de l'environnement ambiant.
4. Système selon la revendication 3, dans lequel le dispositif de filtrage spectral (9) est un dispositif de filtrage spectral variable en largeur spectrale et/ou en atténuation .
5. Système selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel le dispositif de filtrage spectrale (9) est agencé en amont de l'optique d'imagerie et/ou au sein de l'optique d'imagerie.
6. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande exécutent au moins une boucle d'asservissement pour modifier le au moins un paramètre du capteur (5) à partir d'au moins les données transmises par le capteur.
7. Système selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel les moyens de commande contrôlent également le dispositif de filtrage spectral (9) .
8. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le paramètre modifié par les moyens de commande (10) est un temps d'intégration du capteur et/ou une période image du capteur.
9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le capteur (5) comprend une fonction permettant d'avoir plusieurs temps d'intégration.
10. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le désignateur laser est déporté de l'appareil de suivi ou dans lequel l'appareil de suivi est porté par le même support que le désignateur laser.
11. Système selon l'une des revendications précédentes, configuré pour acquérir une image cible incluant une tâche de désignation et une image scène et pour fusionner les deux images.
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