FR2612647A1

FR2612647A1 - Dispositif de modulation pour un dispositif detecteur de rayonnement captant un champ d'image

Info

Publication number: FR2612647A1
Application number: FR8803404A
Authority: FR
Inventors: Gunther Riedl; Riedl Gunther
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1987-03-19
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1988-09-23
Anticipated expiration: 2008-03-16
Also published as: GB2203010B; US4849634A; DE3708923C2; FR2612647B1; DE3708923A1; GB8805583D0; GB2203010A

Abstract

UN DISPOSITIF DE MODULATION POUR UN DISPOSITIF DETECTEUR DE RAYONNEMENT CAPTANT UN CHAMP D'IMAGE COMPREND UN DISQUE DE MODULATION, DISPOSE DANS LE PLAN DU CHAMP D'IMAGE, PRESENTANT DES FENTES RADIALES, TOURNANT AUTOUR DE SON AXE, ET EXECUTANT EN OUTRE UN MOUVEMENT DE NUTATION AUTOUR DE L'AXE DU CHAMP D'IMAGE, UNE OPTIQUE, UN DISPOSITIF RECEPTEUR SENSIBLE AU RAYONNEMENT ET UN CIRCUIT D'EVALUATION. LE DISPOSITIF RECEPTEUR DE RAYONNEMENT 11 PRESENTE UN GROUPEMENT D'ELEMENTS RECEPTEURS (ELL A EMM) FORMANT UN CHAMP DE RECEPTION 13, LESQUELS ELEMENTS SONT EN LIAISON AVEC UN CIRCUIT DE FORMATION DE FENETRE 18, 22, 32 ET, PAR CELUI-CI, SONT ADRESSABLES DE FACON SELECTIVE POUR LA FORMATION D'AU MOINS UNE ZONE DE FENETRE A L'INTERIEUR DU CHAMP DE RECEPTION 13. CET ADRESSAGE A LIEU DE FACON QUE SEULS DES SIGNAUX DE CETTE ZONE DE FENETRE PUISSENT ETRE TRANSMIS AU CIRCUIT D'EVALUATION. APPLICATION NOTAMMENT A LA DETECTION D'OBJETS VOLANTS EMETTANT UN RAYONNEMENT INFRAROUGE OU LASER.

Description

Cette invention concerne un dispositif de modulation pour un dispositif

détecteur de rayonnement captant un champ d'image, comprenant un disque de modulation tournant autour de son axe, disposé dans le plan-image et présentant des fentes radiales, le disque de modulation exécutant en outre un mouvement de nutation autour de l'axe du

champ d'image, une optique, un dispositif récepteur sensible au rayon-

nement et un circuit d'évaluation.

Un tel dispositif de modulation connu présente, comme agencement récepteur sensible au rayonnement, un convertisseur opto-électronique à grande surface sur lequel se forme le champ d'image détecté. Ce

dispositif connu de modulation permet, en principe, de faire une dis-

tinction entre des sources non intéressantes de rayonnement et une source de rayonnement à détecter, si la surface de la source non intéressante de rayonnement est plus grande que la source intéressante de rayonnement qui est, quant à elle, de l'ordre de grandeur de la

largeur de fente.

A l'aide du disque de modulation, le champ de rayonnement se trouvant

à l'intérieur du champ d'image est modulé en fréquence.

Le dispositif de modulation utilisé conjointement avec un appareil de repérage travaille de la façon suivante: Le rayonnement d'un objet est converti, en fonction de ses coordonnées de position, en signaux électriques modulés er fréquence, et évalué en conséquence dans un circuit d'évaluation. Le système de référence pour les coordonnées de position est, par exemple, le milieu du champ

d'image d'un viseur.

L'objet qui émet le rayonnement est reproduit sur le disque de modu-

lation ou au voisinage de celui-ci, qui se trouve à l'intérieur ou au voisinage du plan image. Ce disque de modulationpourvu de fentes

radiales, crée une grille radiale dont le rôle est de moduler le rayon-

nement détecté, avec une caractéristique fonction de la position.

Le disque de modulation formant grille radiale exécute un mouvement de rotation autour de son axe et, en plus, un mouvement de nutation

autour de l'axe du champ d'image.

Du fait du mouvement de rotation et du mouvement de nutation, les rayons du faisceau traversant le disque sont modulés en ce qui concerne leur intensité. Simultanément est effectuée une modulation de la

fréquence de récurrence des impulsions.

Si un point image se trouve au milieu du champ d'image, la fréquence des impulsions reste constante tandis que si le point image se trouve en dehors du milieu du champ d'image, il se produit une variation de fréquence avec une fréquence de modulation constante. L'amplitude de la variation de fréquence et la position de phase de la modulation correspondent aux coordonnées du corps rayonnant reproduit dans le champ d'image. De cette façon, le mouvement d'un tel corps rayonnant

peut être décelé.

Par le brevet DE 27 22 018, on connaît un "diaphragme" à cristaux liquides, qui est incorporé dans des appareils optiques et supprime un rayonnement parasite, mais laisse passer un rayonnement provenant d'un

objectif intéressant.

Un tel diaphragme variable à cristaux liquides comporte des éléments de trame disposés sous forme matricielle et pouvant être commandés, au moyen d'un circuit excitateur électronique de lignes et de colonnes,

par un circuit d'évaluation. Le but de cet diaphragme variable à cris-

taux liquides,avec l'électronique de commande nécessaire, est de pouvoir effectuer non seulement des suppressions de parties d'image (formation de fenêtres), mais également d'exécuter des balayages et des opérations

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combinées de suppression et de balayage. De plus, ce diaphragme variable à cristaux liquides permet l'application combinée d'un processus de balayage et de suppression. Ceci est particulièrement important si, dans le champ visuel d'un dispositif d'observation, plusieurs objets apparaissent simultanément, lesquels doivent être examinés et évalués

l'un après l'autre. Dans un cas pareil, il faut, pour faciliter l'observa-

tion d'un objet, que soit masqué l'objet précédemment observé, qui se trouve immédiatement à côté de l'objet à observer et qui, sinonferait

l'effet d'un objet rayonnant parasite indésirable.

L'invention a donc pour objet de réaliser un dispositif de modulation du

type indiqué plus haut, possédant un agencement récepteur de rayonne-

ment simplement conçu, insensible aux parasites et travaillant rapide-

ment, qui permette, parmi plusieurs objets rayonnants, de saisir chaque

fois l'objet rayonnant intéressant.

Cet objet est réalisé, conformément à l'invention, par le fait que le dispositif récepteur sensible au rayonnement présente un groupement d'éléments de réception de rayonnement formant. un champ récepteur

de rayonnement, éléments qui sont en liaison avec un circuit de forma-

tion de fenêtre et, par l'intermédiaire de celui-ci, sont adressables au choix pour la formation d'au moins une zone de fenêtre à l'intérieur

du champ récepteur de rayonnement, de sorte qu'uniquement des si-

gnaux de cette zone de fenêtre au moins peuvent être transmis au

circuit d'évaluation.

Il en résulte l'avantage que l'agencement récepteur de rayonnement est activé, en ce qui concerne des éléments de réception de rayonnement

ou des groupes récepteurs de rayonnement sélectionnés, aucun agence-

ment de diaphrame supplémentaire à commander n'étant nécessaire. De façon avantageuse, l'agencement récepteur de rayonnement forme une combinaison de diaphragme variable et de dispositif de réception de rayonnement. L'invention réunit donc les deux mesures dans un dispositif unique. Ceci

signifie que, dans le cas du dispositif de modulation conforme à l'in-

vention, seuls ceux des éléments de réception de rayonnement d'un champ récepteur de rayonnement qui sont irradiés par l'objet rayonnant sont activés et reliés au circuit d'évaluation du point de vue des signaux. Il en résulte une possibilité avantageuse de régulation, en ce sens qu'un objet rayonnant repéré est considéré comme étant une fenêtre, et dans l'agencement récepteur de rayonnement, seules les adresses qui correspondent aux éléments de réception de rayonnement

irradiés sont commandées.

Il en résulte l'avantage que, relativement aux signaux provenant des

éléments de réception de rayonnement irradiés et transmis pour trai-

tement ultérieur, il se produit un champ de signaux qui est adapté localement selon l'état de ce champ de réception de rayonnement

(p. ex. en mouvement ou non). Tous les signaux se trouvant à l'exté-

rieur de la zone de fenêtre ou du champ de signaux ne sont pas évalués ou le sont séparément le cas échéant. Ainsi, ce dispositif de modulation se comporte comme un groupe activé de récepteurs de

rayonnement, dont la grandeur est adaptée à celle du champ de rayon-

nement dans le champ d'image. Dans le cas d'un champ de rayonne-

ment en mouvement, il se produit un rajustement coordonné et corres-

pondant des adresses des éléments de réception de rayonnement dont l'irradiation cesse, ainsi que des éléments de réception de rayonnement dont l'irradiation commence. Le dispositif de modulation conforme à l'invention réunit en lui les avantages d'un diaphragme variable de champ d'image et d'un dispositif sensible de détection et de réception

de rayonnement.

Par suite de la réduction de la taille des éléments de réception de rayonnement, la sensibilité du dispositif de modulation s'accroît, ce qui

a l'avantage supplémentaire que la portée de détection d'objets rayon-

nants est augmentée.

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D'autres objets rayonnants se trouvant en dehors du champ de fenêtre ne sont pas pris en considération, du fait que leurs adresses respectives ne sont pas activées, ou bien ils sont soumis à une évaluation distincte

pour la poursuite d'objets parasites ou à un traitement de scènes.

Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, on a prévu, par exem-

ple, un circuit détecteur de signaux qui, en fonction de signaux déter-

minés répondant à des critères préétablis, formant un champ de signaux, des éléments de réception de rayonnement, règle le circuit de formation de fenêtre pour la formation d'une zone de fenêtre automatiquement en fonction de la grandeur du champ de réception de rayonnement

formant le champ de signaux, comme cela a été exposé plus haut.

Comme circuit de formation de fenêtre, on peut, par exemple, utiliser

un circuit de portes adressable comprenant des registres à décalage.

Avantageusement, le circuit détecteur de signaux comporte un micro-

ordinateur dont la mémoire morle stocke des données pour le pro-

gramme de déroulement.

Le dispositif de modulation conforme à l'invention fait, avantageuse-

ment, partie intégrante d'un dispositif de repérage d'objets réagissant à un rayonnement infrarouge ou laser, en particulier d'objets volants,

émettant un rayonnement infrarouge ou laser.

La résolution de température d'un détecteur d'infrarouge, qui est dési-

gnée par NETD, est définie comme la différence de température entre deux éléments de scène de grande surface qui produisent, à la sortie du détecteur, un signal qui est égal à la valeur efficace du bruit de fond. Dans ce cas s'applique l'expression

NETD = 4- F- D'

VA.@ro ' M* ou: F est l'ouvertuLe de l'objectif, f est la largeur de bande de bruit de fond de l'appareil, A' est la surface d'un élément de réception de rayonnement,-% est la facteur de transmission de l'objectif et M* est

le facteur de qualité du dispositif de réception de rayonnement.

La résolution de température est donc inversement proportionnelle à la

racine de la surface d'un élément de réception de rayonnement.

L'adressage des éléments est judicieusement opéré de façon que seuls soient adressés les éléments sur lesquels est reproduite la source de rayonnement de l'objet, particulièrement d'un engin volant. A cet effet, avant le lancement de l'engin volant, toute la mosaïque, ou tout le

champ récepteur de rayonnement, des éléments de. réception de rayon-

nement est adressé. Les zones dans lesquelles est mesuré un signal, qui est plus grand que celui attendu de l'engin volant, sont alors exclues

de l'adressage, car elles contiennent des parasites (naturels ou artifi-

ciels). Lorsqu'il se produit une augmentation de luminosité de valeur

prédéterminée, qui touche autant d'éléments de réception de rayonne-

ment que, selon l'expérience, d'éléments illuminés par l'engin volant, cette augmentation de luminosité est interprétée comme correspondant à l'entrée de l'engin volant dans le champ de vision. Ensuite, les éléments détecteurs correspondants sont adressés comme fenêtre d'engin volant. Cette fenêtre est adaptée sans interruption à la taille de l'engin volant et déplacée en fonction de la position de celui-ci. En cas de perte de signal ou de contact ou croisement avec l'une des zones parasites susmentionnées, la position de l'engin volant est estimée au moyen de filtres de prédiction jusqu'à ce qu'il y ait de nouveau des valeurs de mesure non perturbées. Parallèlement à ceci, les zones parasites peuvent aussi être suivies de la même manière, ce qui devient indispensable avec des parasites en mouvement ou une ligne de visée

qui se déplace.

Le dispositif de modulation conforme à l'invention, n'a pas besoin d'une mécanique volumineuse et coûteuse, soumise à des tolérances et sujette

à l'usure. Il y a la possibilité d'une poursuite de parasites, car plu-

sieurs fenêtres peuvent être formées en même temps.

Il y a aussi l'avantage de l'absence d'un diaphragme à cristaux liquides.

Il ne se produit de cette façon aucun amortissement optique. qui exis-

terait dans les couches cristallines du diaphragme à cristaux liquides.

L'agencement détecteur se trouve par contre à la fin de chaque trajet des rayons, de sorte que l'épaisseur de l'agencement détecteur ne joue aucun rôle. La position d'émetteurs parasites (brouillage) peut être

déterminée grâce à la reproduction, bien qu'elle soit relativement gros-

sière. Avec un diaphragme à cristaux liquides, au contraire, des émet-

teurs parasites ne peuvent être localisés que par des procédés de recherche qui prennent beaucoup de temps. Dans le cas de plusieurs petits émetteurs parasites, le repérage devient impossible car c'est le barycentre qui est déterminé comme position apparente. L'agencement

détecteur conforme à l'invention présente, pour une précision de repé-

rage au moins égale, beaucoup moins de points image qu'avec un dispo-

sitif de traitement d'image. Les émetteurs parasites de grande surface sont supprimés. La dépense en traitement de signaux s'élève donc à une fraction seulement de la dépense pour le traitement électronique d'image.

Dans ce qui suit, l'invention est décrite au moyen d'un exemple d'exé-

cution représenté dans les figures 1 et 2.

On y voit Figure 1 une représentation schématique du dispositif de modulation et

Figure 2 un schéma du circuit de ce dispositif de modulation.

D'après la figure 1, un disque de modulation est désigné par un 1. Ce disque est pourvu de fentes radiales 2 qui donnent à ce disque de

modulation une structure de grille. Ce disque de modulation ou disque-

réticule 1 peut tourner dans le sens de la flèche 4, autour d'un axe 3.

En outre, ce disque-réticule 1 peut se déplacer sur un trajet de nuta-

tion 5 autour de l'axe médian 6 d'un champ d'image non représenté. Le repère 7 désigne un champ, reproduit sur le disque-réticule 1, d'une source de rayonnement non représentée, dont le faisceau de lumière

porte le repère 8. Par 9 et 10 sont désignées des lentilles d'une opti-

que dite à relais. Un agencement récepteur de rayonnement lumineux 11 se trouve derrière l'optique à relais 9, 10. Le repère 12 désigne un

circuit d'évaluation de l'agencement récepteur de lumière 11.

D'après la figure 2, l'agencement récepteur de rayonnement 11 com-

prend un groupement 13 de photo-récepteurs, qui consiste en des cellu-

les photo-électriques individuelles Ell,... Elm,... Eml,... et Emm. L'ensem-

ble de photo-récepteurs ou l'agencement de cellules photo-électriques

est si grand que sur lui tout le champ d'image peut être reproduit.

A cet agencement de cellules photo-électriques est associée une mémoi-

re matricielle 14 qui est subdivisée en champs de mémoire isolés non représentés, dont le ombre est égal au nombre des différentes cellules photo-électriques. Les deux agencements 13 et 14 peuvent faire partie d'un réseau CCD

("charge-coupled device" = système à transfert de charges).

Le repère 15 désigne un étage de commande qui présente une sortie sérielle 16, laquelle est reliée à un convertisseur analogique-numérique

17. Le dispositif de commande 15 sert en outre de dispositif de com-

mande de colonnes et il est relié à un circuit de portes de colonnes 18 dont les entrées de commande sont reliées à un étage de sortie 19 d'un micro-ordinateur 20. Le nombre d'entrées de commande du circuit

de portes 18 correspond au nombre des colonnes 1 à m de l'agence-

ment récepteur photo-électrique 13. Le repère 21 désigne un circuit de commande de lignes qui, du côté entrée, est relié à un circuit de portes de lignes 22. Les entrées de ce circuit de portes de lignes 22

sont également reliées à l'étage de sortie 19 du micro-ordinateur 20.

Le micro-ordinateur comprend un micro-processeur 23, une mémoire morte 24, une mémoire de travail 25 et un étage d'entrée 26. L'étage de sortie 19 et l'étage d'entrée 26 font partie intégrante d'un circuit d'interface. Un circuit de commande de colonnes 27 et un circuit de commande de

lignes 28 sont associés au dispositif de mémoire 14 affecté au disposi-

tif récepteur photo-sensible 13. Le circuit de commande de colonnes 27 comporte des conducteurs de commande d'adresses qui sont reliés aux conducteurs de commande d'adresses qui se trouvent entre le circuit de

portes de colonnes 18 et le circuit de commande de colonnes 15.

Les conducteurs d'adresses du circuit de commande de lignes 28 sont reliés aux conducteurs d'adresses qui se trouvent entre le circuit de

commande de lignes 21 et le circuit de portes de lignes 22.

Le circuit de commande de colonnes 27 de l'agencement de mémoire 14 présente une entrée de données 29 sérielle et une sortie de données sérielle. L'entrée de données sérielle de ce circuit 27 de commande de colonnes est reliée à la sortie du convertisseur analogique-numérique 17. La sortie de données 30 présente un conducteur de commande

allant à l'étage d'entrée 25 du micro-ordinateur.

Les conducteurs d'adresses pour le champ de réception de fenêtre du

dispositif récepteur de lumière 13 et des positions de mémoire corres-

pondantes dans le dispositif de mémoire 14 sont automatiquement commandés et ceci en fonction de critères déterminés ou préétablis du champ de signaux. Le repère 32 désigne un circuit de commande de portes dont l'entrée

de commande est reliée à l'étage de sortie 19 du micro-ordinateur 20.

Ce circuit 32 de commande de portes comporte des conducteurs de

commande qui sont reliés aux deux circuits de portes 18 et 22.

Lors de la mise en service du dispositif de modulation, tous les conduc-

teurs d'adresses des lignes et des colonnes sont d'abord avantageuse-

ment commandés par le micro-ordinateur 20. Quand ensuite, d'une façon non représentée, il est signalé au micro-ordinateur 20 qu'un certain objet rayonnant doit être saisi, il se produit une sélection conforme aux signaux, des éléments de réception de lumière du dispositif 13 de réception de lumière et de leurs adresses, y compris le dispositif de mémoire 14. Ensuite, le micro-ordinateur 20 fait en sorte que seuls les éléments de réception de lumière qui sont irradiés, formant un "champ de fenêtre de signaux", soient sélectionnés et mémorisés du point de

vue des signaux et des adresses.

Tous les autres éléments de réception de lumière sont négligés, en ce qui concerne leurs signaux, ce qui se produit par le fait que leurs

conducteurs d'adresses ne sont pas commandés.

Si l'objet rayonnant augmente ou diminue de taille et se déplace en outre à l'intérieur du champ d'image, il se produit automatiquement une prise en considération correspondante, à l'aide de l'agencement de mémoire 14 et du micro-ordinateur 20. Du point de vue de l'effet final, ceci signifie que le champ de fenêtre à l'intérieur duquel se trouvent les éléments de réception de lumière irradiés s'adapte chaque "11

fois à la grandeur et à la position des éléments irradiés.

De cette manière, les signaux parasites et les sources parasites sont

éliminés en ce qui concerne leur influence ou interference sur l'évalua-

tion de la source de rayonnement intéressante. i0

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Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de modulation pour un dispositif détecteur de rayonnement captant un champ d'image, comprenant un disque de modulation tour- nant autour de son axe, disposé dans le plan du champ d'image et présentant des fentes radiales, le disque de modulation exécutant en outre un mouvement de nutation autour de l'axe du champ d'image, une optique, un dispositif récepteur sensible au rayonnement et un circuit d'évaluation, caractérisé par le fait que le dispositif récepteur (11I) sensible au rayonnement présente un groupement d'éléments (Ell à Emm) de réception de rayonnement formant un champ (13) récepteur de rayonnement, lesquels éléments sont en liaison avec un circuit de formation de fenêtre (18, 22, 32) et, par l'intermédiaire de celui-ci, sont adressables au choix pour la formation d'au moins une zone de fenêtre à l'intérieur du champ (13) récepteur de rayonnement, de sorte qu'uniquement des signaux de cette zone de fenêtre au moins peuvent

être transmis au circuit d'évaluation.

2. Dispositif de modulation selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit (20) détecteur de signaux, lequel, en fonction de signaux détectés des éléments (Ell à Emm) de réception de rayonnement, remplissant certains critères de réponse, et formant un champ de signaux, règle le circuit (18, 22, 32) pour la formation d'une zone de fenêtre, automatiquement en fonction de la grandeur du champ

récepteur de rayonnement formant le champ de signaux.

3. Dispositif de modulation selon la revendication I ou 2, caractérisé par le fait que le circuit de formation de fenêtre présente au moins un circuit de portes (18, 22, 32) adressable, comportant des registres à décalage.

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4. Dispositif de modulation selon la revendication 2 ou 3, caractérisé

par le fait que le circuit détecteur de signaux comporte un micro-

ordinateur (20).

5. Dispositif de modulation selon l'une quelconque des revendications

précédentes, caractérisé par le fait que le dispositif de modulation fait partie intégrante d'un dispositif de repérage d'objets, réagissant à un rayonnement infrarouge ou laser, en particulier d'objets volants qui

émettent un rayonnement infrarouge ou laser.