FR2727755A1 - METHOD FOR HARMONIZING A DAY / NIGHT MISSILE FIRE GUIDE SYSTEM ON LASER BEAM - Google Patents
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Abstract
Procédé d'harmonisation d'un système jour/nuit de tir d'un missile dans lequel la voie de jour comporte une lunette de jour (1) (3), un émetteur de guidage sur faisceau laser (7) (9), et un collimateur-écartomètre (10) (12) et (13) et la voie de nuit comporte une caméra thermique (17) (18). L'harmonisation de l'émetteur de guidage est effectuée de façon permanente en renvoyant une partie de son flux émis sur un récepteur d'écartométrie (14) au moyen de séparatrices (16) (15) et (13). L'harmonisation de la caméra thermique est de même obtenue de façon permanente au moyen du sous-ensemble trièdre invariant (19) (20) qui renvoie le flux infra-rouge dans le plan focal (18) de la caméra. L'image infra-rouge du réticule du collimateur vient ainsi se superposer à l'image du réticule du paysage. L'oculaire de la lunette de jour est utilisé pour l'observation. Le réticule IR est projeté dans la caméra thermique à une longueur d'onde plus courte que la bande principale d'utilisation. Application: systèmes d'observation diurne et nocturne.Method of harmonizing a day / night system for firing a missile in which the daylight path comprises a daytime telescope (1) (3), a laser beam guidance transmitter (7) (9), and a collimator-distance meter (10) (12) and (13) and the night channel comprises a thermal camera (17) (18). The harmonization of the guidance transmitter is carried out permanently by returning a part of its emitted flow to a deviation measurement receiver (14) by means of separators (16) (15) and (13). The harmonization of the thermal camera is likewise obtained permanently by means of the invariant trihedral sub-assembly (19) (20) which returns the infrared flux into the focal plane (18) of the camera. The infra-red image of the collimator reticle is thus superimposed on the image of the landscape reticle. The eyepiece of the daytime telescope is used for observation. The IR reticle is projected into the thermal imager at a wavelength shorter than the main use band. Application: day and night observation systems.
Description
PROCEDE D'HARMONISATION D'UN SYSTEME JOUR/NUIT DE TIR DE MIS-METHOD OF HARMONIZING A DAY / NIGHT SHOOTING SYSTEM
SILE GUIDE SUR FAISCEAU LASERSILE GUIDE ON LASER BEAM
L'invention concerne un procédé d'harmonisation d'un système jour/nuit de tir de missile ayant une voie de jour comportant une lunette de jour avec un réticule réel, un The invention relates to a method for harmonizing a day / night missile firing system having a day lane comprising a dayglass with a real reticle, a
émetteur de guidage sur faisceau laser et un collimateur/écar- laser beam guidance transmitter and a collimator /
tomètre, la voie de nuit comportant de plus une caméra thermi- tometer, the night lane further comprising a thermal camera
que fonctionnant dans une bande spectrale déterminée Ce système est destiné au guidage par alignement operating in a specific spectral band This system is intended for alignment guidance
d'un missile.of a missile.
L'émetteur laser placé sur le poste de tir éclai- The laser transmitter placed on the illuminated
re un tunnel de guidage de section carrée centré sur la ligne re a square section guide tunnel centered on the line
de visée.of aiming.
Le procédé de l'invention a pour but d'assurer un contrôle permanent de l'harmonisation avant et pendant le tir d'un missile entre les axes du faisceau laser de guidage, de la lunette de jour et de la caméra thermique. Il permet de plus une fixation non rigide entre le poste de tir de jour et The method of the invention aims to ensure a permanent control of the harmonization before and during the firing of a missile between the axes of the guide laser beam, the day bezel and the thermal camera. It also allows a non-rigid fixation between the day firing station and
la caméra thermique ainsi que l'interchangeabilité de l'ensem- the thermal camera and the interchangeability of the whole
ble de la caméra thermique sans modification de l'harmonisa- thermal camera without any change in the harmonization
tion. Ce but est atteint par le procédé de l'invention tion. This object is achieved by the process of the invention
remarquable en ce que ladite lunette de jour et ledit collima- remarkable in that said daytime telescope and said collima-
teur/écartomètre formant un sous-ensemble mécanique compact et rigide réalisé pour que leurs axes optiques respectifs soient rigoureusement parallèles et conservent ce parallélisme à long toreur / disparomètre forming a compact and rigid mechanical subset realized so that their respective optical axes are rigorously parallel and maintain this parallelism long
terme dans les conditions d'environnement requises, l'harmoni- term under the required environmental conditions, the harmoni-
sation dudit émetteur de guidage est effectuée de façon perma- of said guidance transmitter is carried out on a permanent basis
nente en renvoyant une partie de son flux émis sur un récep- by returning a portion of its transmitted stream to a receiver
teur d'écartométrie au moyen de réflexions successives sur deux séparatrices formant un sous-ensemble compact en amont de l'objectif du collimateur et sur une troisième séparatrice en aval dudit objectif, un moyen d'asservissement ramenant à deviation meter by means of successive reflections on two separators forming a compact subset upstream of the objective of the collimator and on a third separator downstream of said objective, a servo means reducing to
zéro à chaque instant l'écart lu par l'écartomètre, l'harmoni- zero at every moment the difference read by the differenceometer, the harmoni-
sation de ladite caméra thermique étant de la même manière ob- of said thermal camera being similarly ob-
tenue de façon permanente en formant dans son plan focal au moyen d'un sous-ensemble trièdre invariant l'image infra-rouge permanently held by forming in its focal plane by means of a trihedral sub-assembly invariant the infra-red image
du réticule du collimateur visualisée après traitement élec- of the collimator of the collimator visualized after
tronique sur un écran de visualisation observé à travers l'oculaire de la lunette de jour, lesdites harmonisations étant indépendantes des dérives de l'émetteur de guidage, des dérives de la caméra thermique, des dérives du tube cathodique tronic on a viewing screen observed through the eyepiece of the daytime-eye, said harmonizations being independent of the drifts of the guide transmitter, the drifts of the thermal camera, the drifts of the cathode ray tube
de visualisation ainsi que de la position de la caméra thermi- visualization and the position of the thermal imager.
que.than.
La description suivante en dehors du dessin anne- The following description, apart from the old drawing,
xé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien connaître com- xed, all given by way of example, will make known
ment l'invention peut être réalisée. the invention can be realized.
La figure unique montre le schéma de principe du système jour/nuit de tir de missile pour la mise en oeuvre du The single figure shows the schematic diagram of the missile firing day / night system for the implementation of the
procédé d'harmonisation conforme à l'invention. harmonization method according to the invention.
Le poste de tir de jour forme un ensemble rigide composé d'une lunette de jour, d'un émetteur de guidage sur The day firing station forms a rigid assembly consisting of a daytime running gear, a guide transmitter on
faisceau laser et d'un collimateur/écartomètre. laser beam and a collimator / devometer.
La lunette de jour est une lunette visuelle com- The daytime telescope is a visual telescope
portant un objectif 1, un réticule réel 2 et un oculaire 3. carrying an objective 1, a real reticle 2 and an eyepiece 3.
Le système de redressement d'image n'est pas représenté. Une The image recovery system is not shown. A
séparatrice 4 permet l'observation de l'écran 5 d'un tube ca- separator 4 allows the observation of the screen 5 of a tube
thodique, symétrique du réticule 2. L'observateur a l'oeil si- thodic, symmetrical with the reticle 2. The observer has the eye
tué en 6.killed in 6.
L'émetteur de guidage sur faisceau laser comprend The laser beam guidance transmitter comprises
un objectif 7 représenté ici par 2 lentilles repère 7, un sys- an objective 7 represented here by 2 reference lenses 7, a system
tème 8 de codage du faisceau et un laser 9. 8 coding of the beam and a laser 9.
Le collimateur/écartomètre comprend - en fonction collimateur: un objectif 10, un réticule réel The collimator / devometer comprises - in function collimator: a lens 10, a real reticle
11 et une source d'éclairage 12.11 and a light source 12.
- en fonction écartomètre: l'objectif 10, une séparatrice 13, un récepteur d'écartométrie 14 et deux séparatrices 15 et 16 in the function of the devometer: the objective 10, a separator 13, a deviation receiver 14 and two separators 15 and 16
rigidement liées entre elles pour former un ensemble indé- rigidly linked together to form an inde-
formable. L'une de ces lames peut être un dièdre droit de formable. One of these blades can be a dihedral right
telle façon que l'ensemble 15-16 soit un trièdre invariant. such that the set 15-16 is an invariant trihedron.
La lunette de visée et le collimateur forment un sous-ensemble mécanique compact et rigide réalisé de telle façon que les axes optiques définis par le centre optique de l'objectif 1 et le croisement du réticule 2, le centre optique The aiming telescope and the collimator form a compact and rigid mechanical subset made in such a way that the optical axes defined by the optical center of the objective 1 and the cross-section of the reticle 2, the optical center
de l'objectif 10 et le croisement du réticule 11 soient rigou- of Objective 10 and crossing the reticle 11 are strictly
reusement parallèles et conservent ce parallelisme à long ter- parallel and maintain this long-term parallelism
me dans les conditions d'environnement requises. Cette stabi- me in the required environmental conditions. This stability
lité est facile à obtenir car l'ensemble est compact et les It is easy to obtain because the whole is compact and the
pièces optiques sont de petites dimensions. optical parts are small.
La caméra thermique comprend un objectif infra- The thermal camera includes an infrared lens
rouge 17 dont le plan focal est en 18. Les détecteurs et le red 17 whose focal plane is in 18. The detectors and the
système d'analyse ne sont pas représentés sur la figure. L'ob- analysis system are not shown in the figure. Lob-
jectif 17 est précédé d'un invariant optique formé d'une lame dichro que 19 rigidement liée à un dièdre droit 20. Une lame à faces parallèles 21 sert de hublot de fermeture et de filtre jectif 17 is preceded by an optical invariant formed of a dichro blade 19 rigidly connected to a right dihedron 20. A parallel-sided blade 21 serves as a closing port and filter
optique.optical.
Le principe de l'harmonisation repose sur la sta- The principle of harmonization is based on the
bilité à long terme des sous-ensembles suivants: lunette de visée/collimateur/écartomètre, invariant 15+16 et invariant long-term reliability of the following subsets: telescopic / collimator / devometer, invariant 15 + 16 and invariant
19+20.19 + 20.
Le guidage sur faisceau laser est effectué par exemple à la longueur d'onde À = 10,6 Une petite partie du flux émis est renvoyé sur l'icartomètre 14 par réflexion sur la lame parallèle 16. Un asservissement agissant par exemple sur le système de codage The guidance on a laser beam is carried out for example at the wavelength λ = 10.6. A small part of the emitted flux is returned to the icartometer 14 by reflection on the parallel plate 16. A servocontrol acting for example on the transmission system. coding
8 (ou sur un éliment optique de déviation non représenté) ra- 8 (or on a non-represented optical deflection element)
mène à zéro à chaque instant l'écart lu par l'écartomètre 14. leads to zero at every moment the difference read by the devometer 14.
L'objectif 7 de l'émetteur de guidage est de pre- The objective 7 of the guide transmitter is to first
férence un zoom i très grand rapport de focales dans lequel a very large focal ratio in which
des groupes de lentilles sont mobiles pendant le tir. Le con- groups of lenses are mobile during firing. The con-
trÈle à chaque instant de l'axe de guidage et l'asservissement at every moment of the guide axis and the enslavement
de la direction de cet axe permet d'élargir les tolérances mé- the direction of this axis makes it possible to widen the tolerances
caniques de réalisation du zoom.canic of realization of the zoom.
L'axe de la camera thermique est l'axe défini par le collimateur 10+11 qui projette l'image du réticule 11 dans The axis of the thermal camera is the axis defined by the collimator 10 + 11 which projects the image of the reticle 11 in
le plan focal 18 de la caméra thermique par le trièdre inva- the focal plane 18 of the thermal camera by the inverted trihedron
riant 19+20. L'image fournie par la caméra thermique après traitement électronique est visualisée sur l'écran 5 d'un tube cathodique. Le réticule qui apparait sur cet écran est donc l'image du réticule 11. Il définit parfaitement la ligne de laughing 19 + 20. The image provided by the thermal camera after electronic processing is displayed on the screen 5 of a cathode ray tube. The reticle that appears on this screen is the image of the reticle 11. It perfectly defines the line of
visée de la caméra indépendamment de toutes les dérives méca- view of the camera regardless of any mechanical drift
niques, électriques, magnétiques de l'ensemble caméra mime si le réticule qui apparaît sur l'écran 5 n'est pas exactement symétrique du réticule 2 dans la séparatrice 4. Cette symétrie niques, electrical, magnetic the entire camera mime if the reticle that appears on the screen 5 is not exactly symmetrical reticle 2 in the separator 4. This symmetry
peut être obtenue en agissant sur les balayages du tube catho- can be obtained by acting on the scans of the catheter
dique lorsqu'on désire que les images visibles et IR soient superposables. La caméra thermique est généralement sensible dans la bande 8 i 12p. Le réticule 11 peut être projeté dans when it is desired that visible and IR images be superimposable. The thermal camera is generally sensitive in the band 8 i 12p. The reticle 11 can be projected in
cette bande spectrale mais cela a les inconvénients suivants. this spectral band but this has the following disadvantages.
Il est avantageux que le diamètre utile du fais- It is advantageous that the effective diameter of the
ceau émis par le collimateur soit nettement plus petit que le emitted by the collimator is significantly smaller than the
diamètre de la pupille de la caméra thermique afin que l'en- diameter of the pupil of the thermal camera so that the
semble collimateur lunette de visée soit compact et que le trièdre 19+20 soit petit et facilement réalisable. Dans ce cas, l'image du réticule 11 projetée dans le plan focal 18 avec un petit diamètre de pupille est beaucoup moins précise The telescopic aiming scope is compact and the 19 + 20 trihedron is small and easily achievable. In this case, the image of the reticle 11 projected in the focal plane 18 with a small pupil diameter is much less precise
que l'image du paysage formé avec une pupille de grand diamè- image of the landscape formed with a large pupil
tre du fait de la diffraction dont la limite angulaire est en 1,221 effet:a =, 2D2 D étant le diamètre de la pupille et X la longueur d'onde. Le moyen pour que le réticule projeté ait une bonne définition est d'utiliser une longueur d'onde 12 This is because of the diffraction whose angular limit is in 1,221 effect: a =, 2D2 D being the diameter of the pupil and X the wavelength. The way for the projected reticle to have a good definition is to use a wavelength 12
plus courte de façon que D1 =22 11 et D1 se rappor- shorter so that D1 = 22 11 and D1 relates to
Dl D2Dl D2
tant à l'imagerie de la scène, 12 et D2 se rapportant à l'ima- both in scene imagery, 12 and D2 pertaining to
gerie du réticule. La bande spectrale des cameras thermiques est généralement limitée à labande 8 à 12ppour correspondre à the reticle. The spectral band of the thermal cameras is generally limited to band 8 to 12 to correspond to
la fenêtre de transmission atmosphérique. Un filtre interfi- the atmospheric transmission window. An interfering filter
rentiel coupe les longueurs d'onde inférieures i 8e tandis que rential cuts wavelengths lower than 8e while
le détecteur réalise la coupure à 12p. En l'absence de ce fil- the detector makes the cut at 12p. In the absence of this
tre, la caméra est sensible entre 2 et 12p, la coupure i 2p be, the camera is sensitive between 2 and 12p, the cut i 2p
étant celle du germanium utilisé dans l'objectif. Le collima- being that of germanium used in the lens. The collima-
teur peut donc projeter le réticule dans une bande étroite si- can therefore project the reticle into a narrow band
tuée aux environs de À = 2h à condition de placer le filtre 8-12. en amont de l'injection du réticule. Ce filtre sera killed around À = 2h provided you place filter 8-12. upstream of the injection of the reticle. This filter will be
avantageusement déposé sur le hublot 21 qui protège le sous- advantageously deposited on the window 21 which protects the under-
ensemble trièdre 19+20 fixé sur l'avant de l'objectif 17. trihedron set 19 + 20 fixed on the front of the lens 17.
La projection du réticule à À = 2M rencontre tou- The projection of the reticle at À = 2M always meets
tefois une difficulté qui est le chromatisme de l'objectif 17 de la caméra thermique. Cet objectif est normalement corrigé dans la bande 8- 12. et le chromatisme longitudinal est très sometimes a difficulty which is the chromatism of the objective 17 of the thermal camera. This objective is normally corrected in band 8-12 and longitudinal chromaticism is very
important pour les objectifs dioptriques à base de germanium. important for diopter lenses based on germanium.
Cette défocalisation à 2p est corrigée sur le collimateur. Le réticule 11 est décalé axialement de telle façon que son image se forme exactement dans le même plan 18 que l'image de la This defocus at 2p is corrected on the collimator. The reticle 11 is offset axially so that its image is formed exactly in the same plane 18 as the image of the
scène à 8-121.scene at 8-121.
Les matériaux de la voie de projection du réticu- The materials of the projection path of the
le sont par exemple les suivants: - source 12: lampe halogène de petite puissance, - réticule 11: lame de verre métallisée et photogravie, séparatrice 13: lame de verre avec traitement dichro que réfléchissant à À = 10,6p, - objectif 10: lentille en germanium, - séparatrice 15: lame en verre (idem lame 13), - dièdre 20: prime en toit en verre, - séparatrice 13: lame en germanium avec réflection à À = 2p, transmission i À = 8 à 12p, - hublot 21: lame à faces parallèles en germanium avec the following are for example: - source 12: halogen lamp of small power, - reticle 11: metallized glass slide and photogravie, separator 13: glass slide with dichro treatment that reflects at λ = 10.6p, - objective 10: germanium lens, - splitter 15: glass blade (same as blade 13), - dihedron 20: glass roof premium, - splitter 13: germanium plate with reflection at λ = 2p, transmission at λ = 8 to 12p, - porthole 21: parallel germanium plate with
transmission de 8 à 12P, coupure de 2 à 8p. transmission from 8 to 12P, cutoff from 2 to 8p.
L'introduction dans l'objectif 17 du faisceau du réticule doit être faite par le centre de la pupille de cet objectif pour éviter toute erreur de parallaxe au cas o la focalisation de The introduction into the lens 17 of the reticle beam must be made by the center of the pupil of this lens to avoid any parallax error in case the focus of
l'objectif ne serait pas parfaitement réalisée. the objective would not be perfectly achieved.
Pour ne pas entrainer la chute de NTF dans l'ima- In order not to cause the fall of NTF in the ima-
ge IR, la lame 19 doit être parfaitement parallèle et ne doit pas entratner de déphasage entre le centre et le bord de la IR ge, the blade 19 must be perfectly parallel and must not cause a phase shift between the center and the edge of the
pupille de l'objectif 17.pupil of the objective 17.
Lorsque l'objectif 17 est bifocal, la lame 19 est dimensionnée de façon à couvrir totalement la pupille du grand When the objective 17 is bifocal, the blade 19 is dimensioned so as to completely cover the pupil of the large
champ de l'objectif.goal field.
Le chromatisme longitudinal étant en général dif- Longitudinal chromaticism is generally different
férent pour les deux distances focales de l'objectif, il est avantageux d'utiliser deux réticules 11 et 11 bis, décalés axialement le long de l'axe optique du collimateur, éclairés par deux sources différentes 12 et 12 bis (11 bis et 12 bis ne For the two focal lengths of the objective, it is advantageous to use two reticles 11 and 11 bis, axially offset along the optical axis of the collimator, illuminated by two different sources 12 and 12 bis (11 bis and 12 bis
sont pas représentés sur la figure). are not shown in the figure).
L'ouverture numérique avec laquelle le réticule est projeté en courte focale de l'objectif étant plus grand qu'en longue focale, l'éclairement du réticule est plus grand The numerical aperture with which the reticle is projected in short focal length of the lens being larger than in long focal length, the illumination of the reticle is larger
en courte focale. On dispose donc un atténuateur sur le réti- in short focal length. We therefore have an attenuator on the
cule de la courte focale de façon à conserver la même luminan- short focal length so as to maintain the same luminosity
ce de réticule pour les deux champs. this of reticle for both fields.
Les réticules 11 et 11 bis (ce dernier n'étant The reticles 11 and 11 bis (the latter being
pas représenté sur la figure) peuvent avoir des dessins diffé- not shown in the figure) may have different drawings.
rents de telle façon que le tireur sache s'il est en petit in such a way that the shooter knows if he is small
champ ou en grand champ.field or in a large field.
La commutation des sources 12 et 12 bis (cette Switching sources 12 and 12 bis (this
dernière n'étant pas représentée sur la figure) est automati- last is not shown in the figure) is automatically
quement commandée par la manoeuvre de changement de champ.Les deux sources sont identiques de façon a n'avoir qu'une seule The two sources are identical so that they have only one
commande de réglage de la luminance du réticule. control of the luminance of the reticle.
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