Brevet FR2065748A1 — publié le 19710806

La présente invention concerne des moyens pour maintenir un organe d'observation tel que viseur, lunette, radar, appareil à infrarouge, etc., continuellement pointé sur un objet qui se dé- place à une distance variable et avec un vecteur de vitesse sensiblement constant par rapport à organe deobservation,qui uti- lise 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 et/ou à'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 objet en question se déplace avec un vecteur de vitesse constant, les conditions géométriques au cours d'une telle observation ont pour conséquence que le signal directeur nécessaire pour maintenir l'organe pointé sur l'objet prend une allure compliquée, en particulier dans la zone du point d'intersection tcross-over point),cest-à-dire du point de la trajectoire ou du prolongement de la trajectoire de objet qui est le plus proche de l'organe d' d'observation. omette situation a rendu jusqu'à pré- sent très difficile la poursuite de objet ,notamment lorsque le signal directeur doit entre crée manuellement par-un servant. La présente invention permet de résoudre ces problèmes lorsqu'il s'agit de fournir un objet ou objectif à vecteur de vitesse constant,mais peut tout aussi bie tre utilisé@e pour fournir ou viser un objet animé d'un mouvement non linéaire, parce qusil 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 ou la visée d'un objet à vecteur de vites- se constant est effectuée sans utiliser les moyens selon l'invention.On peut signaler à ce propos que, pour des objectifs ou objets en mouvement non linéaire,le vecteur de vi-tesse constant est souvent dominant,car toute variation du vecteur de vitesse exige un échange d'énergie, qui charge l'objet et son moyen d'entraî- nement. La caractéristique particulière des moyens selon la présente invention consiste en ce qu'un organe générateur de fonction explorant les grandeurs amenées à partir d'un ins-trument directeur ou de pointage et/ou d'un ensemble télémétrique,cet organe engen drant en fonction de ces grandeurs,une grandeur additionnelle nécessaire pour l'obtention de la vitesse angulaire de l'organe d'observation dans le plan de référence (plan de pointage en direction),et que ledit organe générateur de fonction est monté de manière à donner à la grandeur additionnelle une valeur telle que la vitesse angulaire précitée devienne à peu près inversement proportionnelle au carré de la distance entre l'organe d'observa- tion et l'objet On a décrit ci-après, un exemple de moyens selon l'invention dont ils présentent les propriétés remarquables5 et, dans ce cadre9 les théories qui sont à la base de l'invention,en se référant au dessin annexé, dans lequel Fig.1 représente géométriquement un cas de poursuite d'un objectif; Fig.2 représente les moyens selon l'invention,dans leur coo pération avec d'autres organes et unités , d'un équipement de pointage, qui permet la détection et la poursuite faciles d'un ob jectif. Dans la mise en oeuvre de l'invention,on supposera que l'on observe à partir d'un point, à l'aide d'un organe approprié,par exemple d'-un radar, d'un équipement à infrarouge ou d'un appareil optique9un objet ou objectif qui se déplace par rapport audit point; celui-ci peut être fixe ou mobile,car on n'a besoin de tenir compte que du mouvement relatif.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 écarts éventuels entre les axes de l'organe d'observation et celui du réticule de sorte qu-'un point d'inter- section fictif commun à ces trois axes peut être 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 être fermé de manière telle qu'un angle d'erreur,observé ou mesuré, entre l'axe de l'o@- gane d'observation et--la direction de l'objet observé,peut comman der la vitesse angulaire de l'organe d'observatlon et éventuelle ment un angle additionnel de stabilisation,mais que l'orientation de l'organe d'observation par rapport à la direction fixe ci-des sus n'a-pas besoin d'être prise en considération,ce qui peut être 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 hauteur. 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. Par rapport au plan de pointage en direction,l'objet se déplaise 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 direction.Si lton projette le vecteur de vitesse constant v sur le plan de pointage en direction,on obtient le vecteur voco-s d qui f-ait 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'observation 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 direction,la composante du vecteur de vitesse constant v projetée sur le même plan est égale à vOcos d. sin s. L'organe d'observation devrait donc recevoir dans le plan de pointage en direction une vitesse angulaire s telle que la-vitesse transversale-résultante (cross-over sp-eed) r.s.cos h coïncide avec celle de l'objet,ce qui s'exprime mathématiquement par l'é- quation ; r.s.cos h = v. cos d. sin s (1) La multiplication ae c-ette équation par r.cos h donne: r2.s.cos2 h = vOcos d .r. cos h . sin s. Le produit v.cos d est constant Sui-sque l'hypothèse suppose que v et d sont constants;le produit r.cos h. sin s est égale re ment constant,car il/présente la distance- -transversale -(cross- over range) de la projection -de la trajectoire de l'objet -dans le plan de pointage en direction. Le membre de dote de l'équation peut donc être remplacé, d-ans le présent exemple de poursuite,par une constante c , et l'équation peut s'écrire: r .s. cos2 h = c. BS. soi, le plan de-pointage en direction peut être orienté dans chaque cas de manière telle que l'angle en hauteur h soit égal à 0,c'est-à-dire que cos2 h = 1. Pour d'autres raisons,îl arrive toutefois fréquement que le plan de pointage en direction soit orienté à peu près horizontalement.Même 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 des 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 = xXr2 dans laquelle x désigne un facteur directeur,qui est sensiblement égal à la constante c et qui reste donc à peu près constant pendant une poursuite donnée. Comme en pratique,la présente invention est souvent utilisée en combinaison avec d'autres dispositifs prévus-pour faciliter la détection ou "captation" d'un objet par l'organe d'observation, on a exposé ci-après les principes fondamentaux d'un tel appareillage destiné à la captation d'un objectif. L'organe mesurant la distance r à laquelle se trouve l'objet @ observé est fréquemment incorporé à l'organe d'observation ou assemblé à celui-ci. Dans le présent exemlple,on-admet que l'organe d'observation contieht- en outre les dispositifs nécessaires tant à la poursuite de l'objectif qu'à sa détection ou "prise!'. Avant la mise en ro-ute de la poursuite d'un objet, on ne sait rien de la distance r , et lté-quation (2) ne peut donc pas servir de base-pour orienter l'organe d'observation en vue de la captation de l'objectif. I1 ressort toutefois de l'équation (2), a'une part que r est inversement proportionnel à- et, d'autre part, que la précision exigée du facteur de dire-ctîon- x est ég- lenent inversement proportionnelle à s , par exemple du fait que l'objectif s-e trouve souvent à une grande distance lorsque la gitesse angulaire est petite.Pour la captation et le processus de commencement de la poursuite -de- î1objet, l'équation (2) peut être alors remplacée par l'équation de direction (ou directrice) s = y/(a-by) (3) dans laquelle a et b sont des valeurs moyennes constantes convenablement choisies pour l'équipement et les cas de poursuite considérés,tandis que y est un facteur directeur. Pour une variation correctrice du facteur directeur z , on obtient par différentia- tion la relation: ds = dy.a/(a-by)2.Il en ressort d'une part que,par un choix approprié def çonstantes, la direction peut entre rendue un nombre désiré de/plus précise pour y = O que la direction corres pondant à Z t + YmaX et, d'autre part, que l'équation directri- ce (3) prend une relation directrice qui est la même que pour l'équation (2) où cette relation est ds. = dx/r2. On peut alors passer après le commencement de la poursuite de l'objet observe', par une commutation,de la direction selon l'équation (3) à la direction plus simple et donc plus exacte selon l'équation (2). Les facteur 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 r . Àu passage de la direction suivant l'équation (3) à la direction suivant l'équation (2),il faut donc-modifier le facteur directeur, par exemple d'une quantité ,ou exprimé sous forme mathématique: x = y + # (4) -Lors d'une commutation, on connaît r,-s et Z , de sorte que A et x peuvent être déterminés automatiquement avant la commutation et qu'au moment de la commutation y n'a pas besoin d'être modifié- et que la valeur de 5 n'est pas perturbée. lans- l'exemple de- réalisation-,représenté à la figure 2,d'un appareillage de visée basé sur les principes ci-dessus,l'inven- tion est une partie coopérant avec un dispositif de captation d'objectif et avec un organe de commutation destiné à rendre-plus facile-le passage de la captation de l'objectif à-sa poursuite, sans courir le risque d'imprimer à l'organe dtobservation des mouvements susceptibles de lui faire perdre l'objectif,ou d'autres mouvements défavorables pour la poursuite de l'objectif.Un générateur de fonction f (#o) qui peut etre soit un instrument,soit un servant d'un-appareil directeur,émet un signal de direction y par exemple sous forme-d'une tension électrique, qui est transmis à un générateur de fonction y/(a-by) , lequel fournit le signal y/(a-by) = s conformément à l'équation (3). Te 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 ta ehymétrique T,qui fournit un signal -s proportionnel et de signe opposé à-la vitesse angulaire 5-de l'organe d'observation-. Ce 3signal est ajouté au signal s dans l'additionneur 2.Si la somme de -s 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 angulai- re en direction de l'organe d'observation ,coïncide avec le si gnal de commande s .Si l'orientation en direction de l'organe d'observation ne se confond pas ensuite avec ltorientation la térale ou pointage sur l'objet observé,ou-si ces deux directions ont des vitesses angulaires différentes,l'organe d'observation reçoit un signal-d'erreur #o qui, par l'intermédiaire du géné rateur de fonction f ( - #o), détermine une variation du signal de commande y , telle que l'orientation en direction de l'organe d'observation soit amenée cont-inuellement en coïnci@ence avec l'orientation en diredtion sur objet observé. Lorsque la poursuite de l'objet observé a été établie un instrument télémétrique- -incorporé à-l-'organe dtobservation, émet un signal r proportionnel à la distance de 1' ob-jet.- Le signal ou grandeur r et un signal directeur ou grandeur directrice x , sont envoyés à un générateur de fonction x/r2 qui donne cette fonction x/r2 .Ce signal est comparé dans un additionneur- 6 au signal valable pour la poursuite continue,c'est-à-dire à la grandeur supplémentaire ou additionnelle s . Le signal différentiel #s =(x/r2) - s est amené à un générateur de fonction f(#s)à travers un contact de l'interrupteurl.Ce générateur peut comporter comme éléments principaux par exemple -des amplificateurs calculateurs intégrés et est -di-sposé -pour fonctionner à la manière d'un intégrateur ou d'un servo-mécanisme,dont le sigal de sortie # varie aussi longtemps que le signal d'entrée #@ es-t différent de zéro,et ce dans la direction fixée par le signe-algébrique-de @ s. Le signal # est envoyé à un totalisateur 7,où il est ajouté au signal directeur y valable pour la poursuite engamée et forme ainsi le signal ou grandeur x selon l'équation (4). Dans le circuit formé sus-décrit,le signa@@# et le signal x varient donc d'une manière automatique et continue jusqu'à ce que le signal x/r2 coïncide avec le signal s et que la condition de l'équation (2) soit remplie. L'interrupteur 1 peut alors- eAtre amené- à n'impor- te quel moment désiré,à son autre position,sans perturbation de la vitesse -angulaire-S de l'-organe d'observa-tionj ni obligation de corriger le signal directeur-y-. Te signal d'erreur #s est annulé lors d'une commutation,et le signal # conserve donc la valeur qu'il avait à cet instant. La variation de la vitesse an gulaire # de l'organe d' observation,provoquéè par les conditions de la poursuite,est ensuite assurée principalement par le signal de distance-r,ce qui permet de maintenir le signal directeur de surveillance y approximativement constant,en facilitant la poursuite de l'objet observé et en la rendant plus préDise. Rien entendu , des modifications ou variantes peuvent être apportées à l'invention décrite ci-dessus sans pour cela sortir de son cadre o REVENDICATIONS- 1. yens pour maintenir un organe d'observation (5) tel que viseur, lunette,radar, appareil à irfrarouge, etc., pointé de facon continue sur un objet qui se déplace à distance variable (r) et avec un vecteur de vitesse sensiblement constant par rapport à i'organe d'observation (5) qui utilise un plan de référence (plan de pointage en direction S) dans lequel il peut tourner à une vitesse angulaire (s ) sur laquelle p-eut agir un instrument directeur et/ou une unité explorant la distance précitée (r ) , lesdits moyens étant caractérisés en ce qu'ils comportent un organe générateur de signaux (/r2) qui explore les grandeurs amenées de l'instrument directeur et/ou de l'unité télémétrique et produit, en fonction de ces grandeurs ,une grandeur supplié mentaire nécessaire pour l'obtention de ladite vitesse angulaire (s ) de l'organe d'obse vation et en ce que r' organe générateur de signaux est disposé de manière à donner à la grandeur supplémentaire une valeur telle que la vitesse angulaire devisent sensiblement inversement proportionnelle au carré de la distance précitée (r ). 2. Moyens selon la revendication llcaractérisés en ce que le plan de référence utilisé par l'organe d'observation s'étend par rapport à l'objet d'une manière- telle qu'un angle (h), obtenu sur l'organe d'observation entre la distance précitée (r ) et le plan de référence,prennent une valeur relativement petite, 3. Moyens selon la revendication 2,caractérisés en ce que la valeur de l'angle est comprise entre C et 250 ,de préférence entre 0 et 100.