Brevet FR2065749A1 — publié le 19710806

La présente invention concerne un équipement permettant d'abord de détecter ou de capter un objet mobile à l'aide d'un organe d'observation tel que viseurXlunetteXradar, appareil à infrarouge, etc., et de maintenir ensuite l'octane d'observation orienté sur l'objet qui se déplace à une distance variable et avec un vecteur de vitesse sensiblement constant par rapport à l'organe d1observation1qui utilise un plan de référence (plan de pointage en direction)dans lequel il peut tourner à une vitesse angulaire pouvant être soumise à un instrument directeur ou une unité explorant la distance précitée. On désire souvent maintenir un organe d'observation pointé sur un objet en mouvement,par exemple une lunette-sur un avion. Même si l'objet en question se déplace avec vn vecteur de vitesse constant , les conditions géométriques au cours d'une telle observation ont pour conséquenee que le signal directeur nécess-aire pour maintenir l'organe pointé sur l'objet prend une allure compliquée, en particulier dans la zone-du point d'intersection (cross-over point),c'est-à-dire du point de la trajectoire ou-du prolongement de la trajectoire de l'objet qui est le plus proche de l'organe d'observation,Cette situation a- rendu åusqu'-à présent très difficile la poursuite de l'-objet,notamment lorsque le signal directeur doit eAtre créée manuellement par un servant. Le signal directeur pour l'organe d'observation prend une al- lure encore plus compliquée lors de la captation de l'objectif et du commencement de sa poursuite , et comme on désire souvent que les fonctions pour la poursuite et pour-la détection soient contenues dans un seul et même système directeur pour l'organe d'observation, il devient nécessaire d'utiliser dans le système deux facteurs- direeteurs différents,le -facteur- directeur de détection ayant une allure plus compliquée que le facteur directeur de poursuite.Lors d'un passage du facteur directeur le plus compliqué au facteur plus simple,d'autres -problèmes se posent d'ail- leurs encore et ce sous une forme telle que l'organe d'observation subit des mouvements l'amendant à perdre--l'objectîf,ou d'autres mouvements défavorables pour la poursuite de 1Lobjectf. -La présente invention permet de résoudre ces problèmes lorsqu'il s'agit de fournir un objet ou objectif à vecteur de vi tesse constant,mais peut tout aussi bien être utilisée pour fournir ou viser un objet animé d'un mouvement non linéaire, parce qutil suffit alors d'introduire en plus du mouvement,une correction pour le vecteur de vitesse constant; de manière telle que l'on obtient un signal directeur qui est aussi beaucoup plus simple que dans le cas où la visée d'un objet à vecteur de vitesse constant est effectuée sans utiliser les moyens selon l'inven- tion, On peut signaler à ce propos que,pour des objectifs ou objets en mouvement non linéaire,le vecteur de vitesse constant est souvent dominant,car toute variation du vecteur de vitesse exige un échange d'énergiesqui charge l'objet et son moyen d'en- tratnement e La caractéristique principale d'un équipement selon la présente invention est qu'il comporte un générateur de fonction qui peut etre un 'servant ou un appareillage et qui délivre une grandeur directrice influençable à une unité génératrice de fonction, laquelle produit en dépendance de la grandeur directrice précitée et de sa fonction incorporée,une première grandeur de sortie imprimant à l'organe d'observation une vitesse angulaire qui correspond au mouvement constant de l'objet. Â ceci s1ajoute le fait que la grandeur directrice agit en outre sur un additionneur qui envoie une grandeur additionnelle ou supplémentaire à un organe générateur de fonction,qui est branché sur unité d'exploration de la distance et qui délivre en mise temps une deuxième grandeur de sortie.Un appareil comparateur est en outre prévuXpour déceler les différences entre les première' ee=uxième grandeurs de sortie et envoyer un signal différentiel dépendant des différences précitées à un dispositif générateur de fonction, qui fournit à son tour à l'additionneur un signal compensateur dépendant du signal-différentiel , d'une manzère-telle que les deux grandeurs de sortie prennent des valeurs correspondantes;enfin le dispositif générateur de fonction précité est organisé de manière à donner au signal compensateur la valeur qu'il contient an moment où il reçoit le signal différentiel, étant hors circuit. On a décrit ci-après une forme de réalisation présentant les caractéristiques essentielles de l'invention, en référence audessin annexé,dans lequel : Figol est une représentation géométrique de la poursuite d1un objectif capté ou détecté; Fig.2 représente schématiquement i'équipement selon l'in Invention Considérant tout d'abord la fonction en cas de poursuite d'un objectif,on supposera que, à l'aide d'un organe approprié, tel par exemple que radar, appareil à infrarouge ou appareil op tique,un objet est observé à partir dtun point O par rapport auquel l'objet ou objectif se déplace.Le point en question peut etre fixe ou mobile, car on nta besoin de tenir compte que du mouvement relatif0 Au moyen d'un réticule à angle droit,l'organe d'observation peut être pointé, d'une part dans un plan de référence d'orientation quelconque,dénommé ici plan de pointage en direction et d'autre part,dans un plan perpendiculaire au précédent, qui est le plan de pointage en hauteur. On ne tient pas compte des ecartements éventuels entre les axes de l'organe d'observation et celui du réticule,de sorte qu'un point d'intersec- tion fictif commun à ces trois axes peut eAtre utilisé comme origine d'un système polaire, les angles étant fournis par rapport à une direction quelconque dans le champ de gravitation,mais fixe pour chaque cas.De ce fait , le cercle directeur peut etre fermé de manière telle qu'un angle d'erreur, observé ou mesuré,entre l'axe de l'organe d'obseivation et la direction de objet observé,peut commander la vitesse angulaire de l'organe d'oDservation et éventuellement un angle additionnel de stabilisation,mais que l'orientation de l'organe d'observation par rapport à la direction fixe ci-dessus n'a pas besoin d'entre prise en considération, ce qui peut tre considéré comme très avantageux0 Dans le tracé géométrique de figure 1 d'un cas de poursuite d'un objet,on a représenté un plan de pointage en direction Sp (plan de référence),et un plan de pointage en hauteur Hp formant un angle droit avec le précédent.Dans le plan de pointage en direction utilisé par l'organe d'observation,la position de l'organe est représentée par 0, un objet F étant placé dans le plan de pointage en hauteur0 La distance séparant l'objet du point d'ob- servation est représentée par r et l'objet ou objectif se déplace à une vitesse dont la composante constante est représentée par un vecteur de vitesse v o Par rapport au plan de pointage en direction,l'objet se déplace sous un angle d'inclinaison de vol d et la ligne de distance r se trouve sous un angle en hauteur h par rapport au plan de pointage en direction0 Si l'on projette le vecteur de vitesse constante v sur le plan de pointage en direction,on obtient le vecteur vOcos d qui fait un angle s avec la projection de la ligne de distance r sur le plan de pointage en direction. La vitesse angulaire à communiquer à l'organe d'obser vation dans le plan de pointage en direction est désignée par s Perpendiculairement à la projection de la distance r sur le plan de pointage en détection,la composante du vecteur de vitesse constant v projetée sur le même plan est égale à vecos d sin So L'organe d'observation devrait donc recevoir dans le plan de pointage en direction une vitesse angulaire telle que la vitesse transversale résultante (cross-over speed) r05.cos h coïncide avec celle de l'objet,ce qui s' exprime mathématiquement par l'équation:: rOsOcos h = v. cos d. sin s (1) La multiplication de cette équation par r0 cos h donne : r20sOcos2 h = v.cos do rc cos h O sin s Le produit vOcos d est constant puisque l'hypothèse suppose que v et d sont constants le produit rOcos h.sin s est également constant, car ilrprésente la distance transversale (crossover-range) de la projection de la trajectoire de l'objet dans le plan de pointage en direction0 Le membre de droite de l'équation peut donc entre remplacé, dans le présent exemple de poursuite, par une constante c, et l'équation peut s'écrire 2 r2 .s.cos h = c. En soi , le plan de pointage en direction peut etre orienté dans chaque cas de manière telle que l'angle en hauteur h soit égal à 0, c'est-à-dire que cos h = 1. Pour d'autres raisons, il arrive toutefois fréquemment que le plan de pointage en direction soit orienté à peu près horizontalement. MAeme s'il en est ainsi l'angle en hauteur h ne prend que des valeurs relativement faibles dans la très grande majorité des cas de poursuite principalement envisagés ici , savoir la poursuite d'objectifs par des unités de défense anti-aérienne et de véhicules de combat, La zone de variation de la fonction cos2 h est donc généralement peu étendue,et l'équation de poursuite peut s'écrire comme suit s = /r2 (2) dans laquelle k désigne un facteur directeur,qui est sensiblement égal à la constante c et qui reste donc à peu près constant pendant une poursuite donnée, L'organe mesurant la distance r à laquelle se trouve l'objet ou objectif observé est fréquemment incorporé à l'organe d'observation ou assemblé à celui-ci ~Avant la mise en route de la poursuite d'un objectif , on ne sait rien de ia distance r, et l'équation (2) ne peut donc pas servir de base pour orienter l'organe d'observation en vue de la captation de l'objectif.Il ressort toutefois de ltéquation (2),d'une part que r est inversement proportionnel à et, d'autre part, que la précision exigée du facteur de direction x est également inversement proportionnelle à s , par exemple du fait que l'objectif se trouve sou- vent à une grande distance lorsque la vitesse angulaire est peti te. Pour la captation et le processus de c-ommencement de la poursuite de l'objet,l'équation (2) peut être alors remplacée par l'équation de direction Cou directrice). 9 = y/(a-by) (3) dans laquelle a et b sont des valeurs moyennes constantes conve- nablement choisies pour l'équipement et les cas de poursuite con sidérés, tandis, que y est un facteur directeur. Pour une variation correctrice du facteur directeur y , on obtient par différentiation la relation:: ds = dy.a/(a-by)20 Il en ressort d'une part que, par un choix approprié des constantes,la direction peut être rendue un nombre désiré de fois plus précise pour y = O que la direction correspondant à y = # ymax et, autre part, que l'équation directrice (3) prend une. relation directrice qui est la même que pour 1 'é- passer quation (2) où cette relation est ds = dx /r2 On peut alors / après le commencement de la poursuite de l'objet observé, par une commutation, de la direction selon l'équation (3) à la direction plus simple et donc plus exacte selon liquation (2)o Les facteurs a et b de l'équation (3) étant des constantes fixes ou réglées dans l'appareillage, le facteur (a-by) possède 2 le plus souvent une valeur différente de celle du facteur r2.Au passage de la direction suivant l'équation (3) à la direction suivant l'équation (2), il faut donc modifier le facteur direc teur,par exemple d'une quantité A, ou exprimé sos forme mathématique: x=y+ + (4) Lors d'une commutation,oB connait r, S'eut z de sorte que # et x peuvent être déterminés automatiquement avant la commutation et qu'au moment de la commutation, nla pas besoin d'entre modifié et que la valeur de s n'est pas perturbée. A la figure 2,on a représenté une forme de réalièation de l'équipement selon l'invention, sur la base des principes précités. Un générateur de fonction f ( o qui peut être soit un instrument soit un servant actionnant un appareil directeur,émet une grandeur de commande y , par exemple sous forme d'une tension électrique,qui est transmise à une unité génératrice de fonc-tion /(a-y),qui fournit conformément à l'équation (3) une première grandeur de sortie y/(a-by )= #. Le signal s est amené à un servo-moteur S à travers un interrupteur l,un additionneur 2 et un amplificateur 3. Le servo-moteur entraîne, d'une part, au moyen d'un train d'engrenages 4,l'organe d'observation 5 dans le plan de pointage en direction et, d'autre part, un générateur tachymétrique T, qui fournit un signal -h proportionnel et de si gne opposé à la vitesse angulaire s de l'organe d'observation . Ce signal est ajouté au signal s dans l'additionneur 2. Si la somme de -# et S est différente de O, il se produit un signal d'erreur # ,qui, amplifié par l'amplificateur 3, oblige le servo-moteur S à changer de vitesse, d'une manière telle que la vitesse angulaire en direction de l'organe d'oDservation,coincide avec le signal de commande 9 .Si l'orientation en direction de l'organe d'oDservation ne se confond pas ensuite avec l'orientation latérale ou pointage sur l'objet observé, ou si ces deux directions ont des vitesses angulaires différentes,l'organe dXoDservation reçoit un signal d'erreur 8 O qui, par l'intermédiaire du générateur de fonction f ( # 0) détermine une variation du signal de commande y , telle que l'orientation en direction de l'organe d'observation soit amenée continuellement en coincidence avec l'orientation en direction sur l'objet observé0, Lorsque la poursuite de l'objet observé s'est établie,une unité télémétrique incorporée à l'organe d'ooservation émet un signal r proportionnel à la distance de l'objet. Ce signal r ainsi qu'une grandeur de commande supplémentaire x , sont envoyés à un organe générateur de fonction x/r , qui donne une deuxième grandeur de sortie x/r2 . Dans un appareil comparateur qui peut être un additionneur 6, cette deuxième grandeur de sortie est comparée à la première grandeur de sortie s servant à la poursuite permanente. Un signal différentiel #s = (x/r2) - s est envoyé à un ;générateur de fonction f ( #s ) à travers un contact de l'interrup- s teur 1 . Ce générateur peut comporter comme éléments principaux par exemple des amplificateurs calculateurs intégrés et est disposé pour fonctionner à la manière d'un intégrateur ou d'un servo écanisme,dont le signal de sortie # varie aussi longtemps que le signal d'entrée # s est différent de zéro et ce dans la direction fixée par le signe algébrique de gs Le signal a, désigné ici par signal compensateur,est envoyé à un totalisateur 7, où il est ajouté à la grandeur z valable pour la poursuite engagée et forme ainsi la grandeur supplémentaire de commande x selon l'équation (4). Dans le circuit fermé sus-décrit,le signal compensateur LI et, par suite, la grandeur supplémentaire x varient donc d'une manière automatique et continue jusqu'à ce que la deuxième grandeur de sortie x/r2 coïncide avec la première s et que la condition de l'équation (2)-soit remplie.L'interrupteur 1 peut alors être amené à n'importe quel moment désiré, à son autre position,sans perturbation de la vitesse angulaire s de l'organe d1oservation,ni obligation de corriger la grandeur de commande yd Le signal différentiel E5 est annulé lors d1une commutation, et le signal compensateur a conserve donc la valeur quTil avait à cet instant La variation de la vitesse angulaire s de l'organe d1observation, provoquée par les conditions de la poursuite,est ensuite assurée principalement par le signal de distance r , ce qui permet de maintenir approximativement constante la grandeur y commandant la surveillance, en facilitant la poursuite de l'objet observé et en la rendant plus précise, Bien entendu des modifications peuvent tre apportées à la réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple, sans pour cela sortir du cadre de l'invention0 -REVENDICATIONS- 1. Equipement pour la détection d'un objet mobile à l'aide d'un organe d'observation tel que viseur,lunette, radar, appa- reil à infrarouge, etc., et pour le maintien de l'organe d'obser- vation sur l'oDjet qui se déplace à une distance variable (p),et avec un vecteur de vitesse sensiblement constant par rapport à l'organe d'observation, qui utilise un plan de référence (plan de pointage en direction Sedans lequel il peut tourner à une vitesse angulaire, sur laquelle peut agir un instrument directeur ou une unité explorant la distance précitée (r), ledit équipement étant caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de fonction [ f( #0)] qui peut être soit un instrument, soit un servant agissant sur une commande, et qui envoie une grandeur directrice ( influençable (par le signal d'erreur #0) à une unité génératrice de fonction r/(a by) 7, laquelle produit,sous la dépendance de la grandeur directrice et de sa fonction incorporée, une première grandeur de sortie imprimant à l'organe d'oDservation (5) une vitesse angulaire (s ) qui correspond au mouvement constant de l'objet -,-en ce que la grandeur directrice (g) agit également sur un additionneur (7), qui amène une grandeur supplé 2 mentaire (x)à un organe générateur de fonction (x/r ) raccordé à l'unité explorant la distance et fournissant une deuxième grandeur de sortie ,-en ce qu'un appareil comparateur (6) est prévu pour déceler les différences entre les première et deuxième grandeurs de sortie et pour envoyer un signal différentiel ( # s = x/r2 - # ) dépendant des différences précitées à un dispositif générateur de fonction [f (#s) ] , qui amène à son tour à l'additionneur (7) un signal compensateur (A) dépendant du signal différentiel , de manière que les deux grandeurs de sortie prennent des valeurs correspondantes, et en ce que le dispositif géné rateur de fonction z ( ( ts) 7 est organisé de manière à donner au signal compensateur (Q) la valeur que, à l'état hors circuit, il avait lors de la réception par lui du signal différentiel. 2. Equipement selon la revendication l,caractérisé en ce que, en corrélation avec la mise hors circuit du signal différentiel (A) , l'organe d'observation est commuté de l'unité génératrice de fonction / y/(a-by) 7 sur l'organe générateur de fonction (x/r2)flequel imprime ensuite à l'organe d'ooservation par le mo yen de la deuxième grandeur de sortie ,une vitesse angulaire con tinue (s) uorrespondant au mouvement de l'ojet. 3. Equipement selon la revendication 2,caractérisé en ce que la mise hors circuit et la commutation sont assurées par des contacts disposés sur un interrupteur (1). 4. Equipement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que le signal compensateur (L) délivré à l'additionneur (7) par le dispositif générateur de fonction peut présenter des valeurs aussi bien positives que négatives. 50 $gEipement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que deux facteurs (a, b) contenus dans l'unité génératrice de fonction gy/(a-by) 7 sont des constantes incorporées ou réglées.