ES2580012T3 - Medidor de desviación con imágenes de infrarrojos y sistema de puntería y de seguimiento automático de blanco - Google Patents

Medidor de desviación con imágenes de infrarrojos y sistema de puntería y de seguimiento automático de blanco Download PDF

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ES2580012T3 ES13290222.2T ES13290222T ES2580012T3 ES 2580012 T3 ES2580012 T3 ES 2580012T3 ES 13290222 T ES13290222 T ES 13290222T ES 2580012 T3 ES2580012 T3 ES 2580012T3
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Abstract

Medidor de desviación con imágenes de infrarrojos, destinado a ser embarcado a bordo de un vector (1), tal como un misil, y que comprende: · un detector matricial de infrarrojos (2, 3), apto para formar una pluralidad de imágenes de infrarrojos sucesivas, · un dispositivo óptico de puntería (5), a través del cual el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3) es apto para observar un blanco (C) en aproximación, · un láser de infrarrojos (11) apto, por intermedio del citado dispositivo óptico de puntería (5), para emitir pulsos láser de infrarrojos en dirección al citado blanco (C), siendo recibidos los ecos de los citados pulsos láser de infrarrojos, reenviados por el citado blanco, por el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3) a través del citado dispositivo óptico de puntería (5), y · un dispositivo de mando y de tratamiento (12) para mandar el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3), para tratar las imágenes de infrarrojos formadas en el citado detector matricial de infrarrojos y para tratar las imágenes de los citados ecos, formadas en el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3), para determinar la distancia a la cual se encuentra el citado blanco (C), caracterizado: · por que el citado dispositivo de mando y de tratamiento (12) asocia a cada uno de los citados pulsos láser de infrarrojos emitidos por el citado láser de infrarrojos una pluralidad de ventanas sucesivas de adquisición de eco (Fl) por el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3), y · por que la apertura de las ventanas de adquisición de eco es efectuada, con respecto a la emisión del pulso láser de infrarrojos correspondiente, con varios retardos sucesivos decrecientes 2D/c (siendo c la velocidad de la luz) correspondientes a distancias D esperadas sucesivas decrecientes entre el citado medidor de desviación y el blanco hasta un valor pequeño (Di) predeterminado a partir del cual el dispositivo de mando y de tratamiento (T2) prepara el encendido del arma de destrucción llevada por el citado vector (1).

Description

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DESCRIPCION
Medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos y sistema de punterla y de seguimiento automatico de blanco
La presente invencion concierne a un medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos y a un sistema de punterla y de seguimiento automatico de un blanco, destinados a ser embarcados a bordo de un vector, tal como un misil.
Se sabe que, para poder enganchar un blanco, un misil debe poder identificarle, enmarcarle en su campo de vision y mantenerle centrado en este campo por un seguimiento automatico a pesar de los desplazamientos relativos del citado blanco y de citado misil. Para hacer esto, es conocido ya utilizar un medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos que comprende un detector matricial de infrarrojos, un dispositivo optico de punterla a traves del cual el citado detector matricial de infrarrojos es apto para observar el citado blanco, un dispositivo de mando y de tratamiento de las imagenes de infrarrojos formadas en el citado detector matricial de infrarrojos, siendo el citado dispositivo optico de punterla orientable y controlado en direccion al citado blanco por el citado dispositivo de mando y de tratamiento de imagenes.
Por otra parte, para activar el encendido del arma de destruccion llevada por el citado misil a fin de destruir el citado blanco, el citado misil comprende un detector de proximidad, denominado tambien medidor de proximidad o espoleta de proximidad, que mide la distancia misil-blanco, cuando el misil y el blanco estan proximos uno al otro.
Un detector de proximidad de este tipo comprende generalmente una pluralidad de elementos angularmente equirrepartidos en el fuselaje del misil para crear una cobertura de deteccion de 360° alrededor de este ultimo. Dicho detector de proximidad ocupa pues un volumen importante del misil. Ademas, los dispositivos de interfaz mecanicos y electricos necesitados por tal detector de proximidad son complejos, caros y voluminosos.
Por otra parte, por el documento US 6 626 396 B2, se conoce un medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos destinado a ser embarcado a bordo de un vector, tal como un misil, y que comprende:
• un detector matricial de infrarrojos, apto para formar una pluralidad de imagenes de infrarrojos sucesivas,
• un dispositivo optico de punterla, a traves del cual el citado detector matricial de infrarrojos es apto para observar un blanco en aproximacion,
• un laser rojo apto, por intermedio del citado dispositivo unico optico de punterla, para emitir pulsos laser de infrarrojos en direccion al citado blanco, siendo recibidos los ecos de los citados pulsos laser de infrarrojos, enviados por el citado blanco, por el citado detector matricial de infrarrojos a traves del citado dispositivo optico de punterla, y
• un dispositivo de mando y de tratamiento para mandar el citado detector matricial de infrarrojos, para tratar las imagenes de infrarrojos formadas en el citado detector matricial de infrarrojos y para tratar las imagenes de los citados ecos, formadas en el citado detector matricial de infrarrojos, para determinar la distancia a la cual se encuentra el citado blanco.
La presente invencion tiene por objeto poner remedio a los inconvenientes de la tecnica anterior simplificando y unificando los dispositivos de seguimiento y de deteccion de proximidad del citado misil.
Con este fin, de acuerdo con la invencion, el medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos del tipo anteriormente citado se caracteriza:
• por que el citado dispositivo de mando y de tratamiento asocia a cada uno de los citados pulsos laser de infrarrojos emitidos por el citado laser de infrarrojos una pluralidad de ventanas sucesivas de adquisicion de eco por el citado detector matricial de infrarrojos, y
• por que la apertura de las ventanas de adquisicion de eco es efectuada, con respecto a la emision del pulso laser de infrarrojos correspondiente, con varios retardos sucesivos decrecientes 2D/c (siendo c la velocidad de la luz) que correspondientes a distancias D esperadas sucesivas decrecientes entre el citado medidor de desviacion y el blanco hasta un valor pequeno predeterminado a partir del cual el dispositivo de mando y de tratamiento prepara el encendido del arma de destruccion llevada por el citado vector.
Asl, gracias a la presente invencion, el citado medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos pasa a ser tridimensional y, en alternancia, puede desempenar la funcion de imagenes de infrarrojos y la funcion de medicion de proximidad. Los medidores de proximidad puestos en practica en la tecnica anterior pueden ser por tanto, asl como sus inconvenientes, suprimidos.
Se sabe que, generalmente, los medidores de desviacion con imagenes de infrarrojos trabajan en la banda de frecuencia comprendida entre 3 mm y 5 mm con una frecuencia comprendida entre 100 Hz y 1 kHz. La longitud de onda y la frecuencia de los citados pulsos laser de infrarrojos puestos en practica en la invencion pueden estar comprendidas respectivamente entre 0,9 mm y 2 mm y entre 1 kHz y 10 kHz.
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Por ejemplo, el citado laser de infrarrojos de la invencion es de tipo diodo laser, YAG, Erbio-YAG o fibra dopada con erbio.
Asi, de acuerdo con la invencion, el dispositivo de mando y de tratamiento asocia a cada uno de los citados pulsos laser de infrarrojos emitidos por el citado laser de infrarrojos una ventana de adquisicion de eco por el citado detector matricial de infrarrojos y la apertura de dicha ventana de adquisicion de eco se hace con un retardo igual a 2 D/c con respecto al pulso laser de infrarrojos correspondiente, siendo c la velocidad de la luz y D una distancia esperada entre el citado medidor de desviacion y el blanco.
El retardo 2 D/c corresponde por tanto a la duracion entre la emision de un pulso laser de infrarrojos y la recepcion del eco correspondiente, en el caso en que el blanco se encontrara a la distancia D del medidor de desviacion. En tanto que la distancia blanco-medidor de desviacion sea superior a D, no se forma ninguna imagen de eco en el detector matricial. En cambio, en cuanto esta distancia llegue a ser igual a D, la imagen del eco se forma en el citado detector matricial, y esta distancia es indicada por la aparicion de esta imagen de eco.
Tras la constatacion de que el blanco pasa realmente a un valor particular D1 de D, se efectua a continuacion la apertura de las ventanas de adquisicion de eco con un retardo igual a 2 D2/c, siendo D2 una distancia esperada inferior a D1. De esta manera, es posible seguir sucesivamente la aproximacion del citado blanco, dando a la distancia D valores sucesivos decrecientes. Cuando la distancia a la cual se encuentra el blanco llega a un valor pequeno predeterminado, el dispositivo de mando y de tratamiento prepara el encendido del arma de destruccion llevada por el citado vector.
A fin de evitar la detection de falsos ecos que sedan debidos al ruido de fondo, el dispositivo de mando y de tratamiento asigna a los citados ecos de los pulsos laser de infrarrojos una portion determinada del citado detector matricial, siendo igualmente el numero de pixeles de la citada porcion del detector matricial determinado, y considera que una imagen recibida en la citada porcion determinada del detector matricial es uno de los ecos de los pulsos laser de infrarrojos, cuando la suma de las senales recibidas por los pixeles de la citada porcion determinada del detector matricial es superior a un umbral predeterminado.
La presente invencion concierne igualmente a un sistema de punteria y de seguimiento automatico de blanco que comprende un medidor de desviacion de acuerdo con la presente invencion.
A efectos practicos, se observara que el documento US 3 935 818 ensena a utilizar un sensor unico para efectuar el seguimiento necesario para el guiado del misil y para activar el detector de proximidad. En este documento, las dos funciones son efectuadas en alternancia, por un tratamiento de la senal comun, pero nada se indica sobre el principio de determination de la distancia (tiempo de vuelo, modulation de la senal, etc.) y sobre las caracteristicas del sensor comun.
Las figuras de los dibujos anejos haran comprender bien como puede ser realizada la invencion. En estas figuras, referencias identicas designan elementos semejantes.
La figura 1 es el esquema sinoptico de un sistema de punteria y de seguimiento de blanco que comprende un medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos conocido.
La figura 2 es un diagrama, en funcion del tiempo t, que ilustra la sucesion de ventanas de integration del medidor de desviacion de la figura 1.
La figura 3 es el esquema sinoptico de un sistema de punteria y de seguimiento automatico de blanco que comprende el medidor de desviacion de acuerdo con la presente invencion.
La figura 4 es un diagrama, en funcion del tiempo t, que ilustra la sucesion de las ventanas de integracion del medidor de desviacion del sistema de la figura 3 y la sucesion de los pulsos laser de infrarrojos emitidos por este ultimo.
La figura 5 ilustra esquematicamente la zona de la matriz del detector matricial de infrarrojos en la cual se forman las imagenes de los ecos de los pulsos laser de infrarrojos.
Las figuras 6A, 6B y 7A, 7B ilustran, en funcion del tiempo t, un proceso preferido del funcionamiento del medidor de proximidad del medidor de desviacion de acuerdo con la presente invencion.
El sistema de punteria y de seguimiento automatico de blanco I, ilustrado esquematicamente por la figura 1, es de tipo conocido de medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos y esta embarcado a bordo de un misil 1 de eje L-L del cual solo esta representada una parte delantera del fuselaje.
Este sistema I comprende un detector de infrarrojos 2, provisto de una matriz de deteccion de infrarrojos 3 y apta para abrir, bajo la dependencia de un reloj 4, ventanas de integracion de imagen Fi periodicamente espaciadas (vease la figura 2). Por ejemplo, la matriz de deteccion de infrarrojos 3 integra imagenes de infrarrojos en la banda de frecuencia comprendida entre 3 pm y 5 pm, la duracion di de las ventanas Fi es del orden de 0,5 ms y la frecuencia 1/Ti de las citadas ventanas Fi esta comprendida entre 100 Hz y 1 kHz.
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El detector de infrarrojos 2 es apto para observar un blanco C, aereo o terrestre, por intermedio de un dispositivo optico de punteria orientable 5, que mira hacia la parte delantera del misil 1 a traves de un domo multiespectral 6 (por ejemplo de zafiro) de este ultimo y cuya linea de punteria es controlada en orientacion alrededor del eje longitudinal L-L por intermedio de un dispositivo de control 7, para poder seguir al blanco C.
Las senales de imagen recibidas por el detector de infrarrojos 2 durante las ventanas Fi son integradas en un dispositivo de mando y de tratamiento de imagen 8, que, por una linea 9, recibe informaciones de posicion y de altitud que provienen de la central inercial (no representada) del misil 1. El dispositivo de mando y de tratamiento de imagen 8 manda el dispositivo de control 7 para la punteria y el seguimiento del blanco C por el dispositivo optico de punteria 5.
En la salida 10 del dispositivo de mando y de tratamiento de imagen 8 aparecen las senales de medicion de desviacion que permiten guiar el misil 1 hacia el blanco C.
El sistema II de punteria y de seguimiento automatico de blanco con medidor de desviacion por formacion de imagenes por infrarrojos, de acuerdo con la presente invencion e ilustrado esquematicamente por la figura 3, comprende los elementos 1 a 7 y 9, 10 del sistema conocido I anteriormente descrito en relacion con la figura 1.
Este sistema II comprende, ademas, un laser de infrarrojos 11 apto para emitir, por intermedio del dispositivo optico de punteria orientable 5, pulsos laser infrarrojos Il en direction al blanco C. Por ejemplo, el laser de infrarrojos 11 es del
tipo diodo laser, YAG, Erbio-YAG o de fibra dopada con erbio y emite en una banda de infrarrojos comprendida entre 0,9 pm y 2 mm, la duration dl de los pulsos laser Il es del orden de 1 ns a algunas decenas de ns y la frecuencia 1/Tl de los
citados pulsos laser - muy superior a la frecuencia 1/Ti de las citadas ventanas Fi - esta comprendida por ejemplo entre 1 kHz y 10 kHz (vease la figura 4).
Asi, como esta ilustrado en la figura 4, puede emitirse un haz colimado de una pluralidad de pulsos laser Il por
intermedio del dispositivo optico de punteria orientable 5 y del domo 6, en direccion al blanco C.
En sustitucion del dispositivo de mando y de tratamiento de imagenes 8 del sistema I de la figura 1, el sistema II de la figura 2 comprende un dispositivo de mando y de tratamiento 12, no solamente en conexion con el detector matricial 2 y con el dispositivo de control 7, sino tambien con el laser de infrarrojos 11. Ademas, el dispositivo de mando y de tratamiento 12 es apto, no solamente para mandar el detector matricial de infrarrojos 2 y para tratar las imagenes de infrarrojos de medicion de desviacion (de modo identico al dispositivo 8), sino tambien para mandar el laser de infrarrojos 11 y para tratar las imagenes de los ecos de los citados pulsos laser reenviados por el blanco C.
El dispositivo de mando y de tratamiento 12 asegura a los ecos de los pulsos laser de infrarrojos una portion
determinada zl de la matriz de detection 3 del detector de infrarrojos 2. Como esta representado en la figura 5, esta
porcion zl puede estar dispuesta centralmente con respecto a la matriz de deteccion 3 y presentar una forma cuadrada que contiene N2 pixeles. Cuando la citada porcion zl de la matriz de deteccion 3 es iluminada, el dispositivo de mando y de tratamiento 12 considera que la imagen correspondiente es un eco de un pulso laser Il si la suma de las senales recibidas por los pixeles de la citada porcion zl es superior a un umbral preestablecido.
Las figuras 6A, 6B, 7A, 7B ilustran el modo de funcionamiento del sistema II de acuerdo con la invencion. En una etapa de funcionamiento,
• el dispositivo de mando y de tratamiento 12 asocia a cada pulso laser de infrarrojos Il una ventana de adquisicion de eco Fl,
• las ventanas de adquisicion de eco Fl son en primer lugar abiertas con un retardo R1 con respecto a los pulsos laser infrarrojos Il igual a 2 D1/c, siendo c la velocidad de la luz y D1 una distancia esperada entre el sistema II y el blanco
C,
• en tanto que el blanco C este a una distancia del sistema II superior a D1 (caso del esquema a de la figura 6B), ningun eco El de pulso laser se encuentra en la ventana Fl y ninguna imagen de eco aparece en la porcion zl de la matriz 3,
• cuando el blanco C llega a una distancia D1, el eco El pasa sucesivamente a traves de las ventanas de adquisicion de eco sucesivas (esquemas b, c y d de la figura 6B) y despues,
• continuandose este movimiento relativo, el eco El sale de una ventana Fl siguiente.
Asl, en la porcion zl de la matriz de deteccion de infrarrojos 3, la imagen del eco El aumenta, y despues desaparece.
Cuando esta desaparicion se produce, se esta seguro de que el blanco C ha pasado justo a la distancia D1 del sistema II de la invencion.
Se puede entonces volver a empezar sucesivamente una o varias veces esta etapa de funcionamiento con un retardo 5 R2 inferior a R1 (veanse las figuras 7A y 7B), correspondiente a una distancia D2 inferior a D1, y despues con un retardo R3 inferior a R2, etc...
Asl, etapa a etapa, se pueden conocer los valores decrecientes sucesivos D1, D2, ... de la distancia a la cual se encuentra el blanco C.
Cuando esta distancia toma un valor predeterminado Di, el dispositivo de mando y de tratamiento 12 extrapola la 10 trayectoria relativa misil-blanco y emite, en su salida 13, una senal de encendido del arma de destruction que lleva el misil 1.

Claims (5)

  1. 5
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    REIVINDICACIONES
    1. Medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos, destinado a ser embarcado a bordo de un vector (1), tal como un misil, y que comprende:
    • un detector matricial de infrarrojos (2, 3), apto para formar una pluralidad de imagenes de infrarrojos sucesivas,
    • un dispositivo optico de punterla (5), a traves del cual el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3) es apto para observar un blanco (C) en aproximacion,
    • un laser de infrarrojos (11) apto, por intermedio del citado dispositivo optico de punterla (5), para emitir pulsos laser de infrarrojos en direccion al citado blanco (C), siendo recibidos los ecos de los citados pulsos laser de infrarrojos, reenviados por el citado blanco, por el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3) a traves del citado dispositivo optico de punterla (5), y
    • un dispositivo de mando y de tratamiento (12) para mandar el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3), para tratar las imagenes de infrarrojos formadas en el citado detector matricial de infrarrojos y para tratar las imagenes de los citados ecos, formadas en el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3), para determinar la distancia a la cual se encuentra el citado blanco (C),
    caracterizado:
    • por que el citado dispositivo de mando y de tratamiento (12) asocia a cada uno de los citados pulsos laser de infrarrojos emitidos por el citado laser de infrarrojos una pluralidad de ventanas sucesivas de adquisicion de eco (FL) por el citado detector matricial de infrarrojos (2, 3), y
    • por que la apertura de las ventanas de adquisicion de eco es efectuada, con respecto a la emision del pulso laser de infrarrojos correspondiente, con varios retardos sucesivos decrecientes 2D/c (siendo c la velocidad de la luz) correspondientes a distancias D esperadas sucesivas decrecientes entre el citado medidor de desviacion y el blanco hasta un valor pequeno (Di) predeterminado a partir del cual el dispositivo de mando y de tratamiento (T2) prepara el encendido del arma de destruccion llevada por el citado vector (1).
  2. 2. Medidor de desviacion de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la longitud de onda de los citados pulsos laser infrarrojos esta comprendida entre 0,9 pm y 2 pm.
  3. 3. Medidor de desviacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la frecuencia de los citados pulsos laser de infrarrojos esta comprendida entre 1 kHz y 10 kHz.
  4. 4. Medidor de desviacion de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el citado dispositivo de mando y de tratamiento (12) asigna a los citados ecos de los pulsos laser de infrarrojos una porcion determinada (zL
    del citado detector matricial (2, 3), siendo determinado igualmente el numero de plxeles (N2) de la citada porcion de detector matricial, y considera que una imagen recibida en la citada porcion determinada del detector matricial es uno de los ecos de los pulsos laser de infrarrojos cuando la suma de las senales recibidas por los plxeles de la citada porcion determinada del detector matricial es superior a un umbral predeterminado.
  5. 5. Sistema de punterla y de seguimiento automatico de blanco, caracterizado porque el mismo comprende un medidor de desviacion con imagenes de infrarrojos tal como se especifica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
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ES (1) ES2580012T3 (es)
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