Brevet FR2208815A1 — publié le 19740628

La présente invention a pour objet un dispositif de visualisation pour hélicoptère notamment destiné à faciliter les opérations de grutage (clest-à-dire les opérations dans lesquelles l'hélicoptère àoit déposer une charge à un emplacement précis par exemple). I1 est possible de munir à cet effet l'hélicoptère d'un circuit fermé de télévision comportant une caméra fixée en dessous de l'hélicoptère de manière à former sur le récepteur une image de la partie du sol (ou de la mer) située sous l'hélicoptère et échappant à la vue du pilote. Toutefois, une simple image télévisuelle est une indication incomplète pour le pilote lorsqu'il s'agit de procéder à une opération de grutage de précision.En esses, du fait des variations permanentes assiette qui ont lieu, notamment en atmosphère agitée, la caméra de télévision, liée de façon rigide à l'hélicoptère pour la durée du vol, prendra des vues obliques du sol et la zone représentée sur l'écran ne sera plus 11 image de la surface se trouvant à la verticale de l'hélicoptère.D'autre prt, compte tenu de la précision requise dans le cas d'un travail de grutage et de l'ensemble des temps de réponse propres au pilote et à l'hélicoptère, les seules indications de variations d1 assiette fournies par les instruments de bord classiques s'avèrent insuffisantes pour permettre au pilote de travailler avec la précision exigée (les indicatcurs d'assiette du type "horizon artificiel" ne sont pas des instruments conçus pour servir au maintien d'un hélicoptère en vol stationnaire rigoureux). Ces inconvénients sont encore accentués lorsque la manoeuvre à effectuer ne se déroule plus au voisinage immédiat du sol mais au sommet d'une construction, et que le pilote ne dispose d'aucun repère visuel extérieur pour jugerde sa situation par rapport au sol et de la position dans l'air de l'hélicoptère. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant au pilote, dans le mode de réalisation préféré, une image complexe comprenant, en superposition à une image de la zone située dans le champ de la caméra, des repères mobiles lumineux dont la position par rapport à des repères fixes est caractéristique de l'assiette en roulis et en tangage de l'hélicoptère, et une indication numérique de hauteur. Dans ce qu suit on appellera angle de tangage 1 angle que forme l'axe de roulis de l'hélicoptère avec un plan horizontal et on appellera angle de roulis angle que forme l'axe de tangage de l'hélicoptère avec un plan horizontal; dans les positions pour lesquelles l'hélicoptère est affecté uniquement de tangage ou uniquement de roulis, l'angle de tangage mesure la variation d'assiette de l'hélicoptère autour de son axe de tangage et l'angle de roulis mesure l'inclinaison de lthélicoDtère autour de son axe de roulis. Suivant l'invention, un dispositif de visualisation pour hélicoptère, est caractérisé en ce-qu'il comporte un circuit fermé de télévision dont la caméra est disposée de manière à être sensiblement dirigée parallèlement à l'axe du rotor de l'hélicop- tère et des moyens permettant de faire apparaitre sur l'image formée par le récepteur dudit circuit fermé de télévision, un repère mobile dont la position est fonction de l'angle de tangage de l'hélicoptère. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparattront grâce à la descriDtion et aux dessins s'y rapportant sur lesquels les figures 1 et 2 sont des figures explicatives 5 la figure 3 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un dispositif de visualisation conforme à l'invention. Sur la figure 1 on a représenté en vol un hélicoptère auquel est suspendue une charge placée à l'extrémité d'une élingue; cette charge à la manière d1un pendule est constamment dirigée suivant la verticale passant par le point de fixation de l'élingue, le point de fixation étant placé dans le prolongement de l'axe du rotor et au voisinage du centre de gravité G de l'hélicoptère. Une caméra de télévision est fixée de façon rigide et réglable à l'hélicoptère en un point H. Le point H est de préférence situé dans le plan de symétrie longitudinal de l'hélicoptère, plan défini par l'axe longitudinal et l'axe du rotor de l'hélicoptère. Le point H est décalé par rapport au point dé fixation de l'élingue de façon que la charge suspendue à l'hélicoptère n'occupe pas une partie trop substantielle du champ de la caméra et ne masque pas ainsi la zone intéressante située au sol et entourant le point de dépôt de la charge. On a représenté sur la figure un triède trirectangle Hxyz; l'axe Hx est parallèle à la direction transversale de l'hélicoptère suivant laquelle est dirigé l'axe de tangage.L'axe Hy est parallèle à l'axe longitudinal de lthélicoptère qui est son axe de roulis4 L'axe Hz est parallèle à l'axe du rotor qui est l'axe de lacet de l'hélicoptère. On a représenté en ABCD une partie du sol supposé plan qui s'étend sous lthélicoptère et en XX et YY les projections verticales res-rectives des axes Hz et Hy sur le sol. Les droites XX et YY se coupent en un point 0 situé sur la verticale OH passant par la caméra. La caméra est disposée de manière à titre sensiblement dirigée suivant la verticale lorsque l'hélicoptère est en vol stationnaire, de façon à englober la charge et le point de dépôt au sol dans le champ de la caméra. Cependant, en vue d'obtenir sur l'écran une image centrée sur le point de dépôt au sol, il peut être avantageux d'incliner très légèrement la caméra, par rapport à la verticale, en direction de la charge dans le plan longitudinal. De mime, il convient de modifier préalablement l'orientation de la caméra lorsque lthélicoptère maintenu en vol stationnaire devra présenter une inclinaison permanente (destinée à compenser l'action du vent) pour éviter que la charge, qui restera disposée suivant la verticale, ne disparaisse du champ de la caméra. L'axe du rotor d'un hélicoptère étant d'autre part, en vol stationnaire parfait, dirigé suivait la verticale ou une direction très voisine de la verticale (en fonction de sa construction) l'axe de caméra en définitive sera toujours sensiblement dirigé suivant la direction de l'axe du rotor, l'écart ne dépassant pas en pratique einq degrés. Dans ce qui suit, on supposera eue la caméra est orientée suivant l'axe Hz. Le prolongement de l'axe Hz rencontre le sol en un point K qui est différent du point O lorsque l'hélicoptère présente du roulis et du tangage ce qui est le cas illustré par la figure 1. On a représenté en J et I les projections orthogonales du point K sur les droites LL et YY. L'angle IHO situé dans le plan vertical passant par la droite YY et l'angle & 0 situé dans le plan vertical passant %Q la droite XX sont respectivement égaux aux angles de tangage et de roulis. La caméra de télévision prend une image de la partie du sol qui entoure le point K . Cette image est restituée sur l'écran d'un récepteur de télévision. Dans ce qui suit on appellera axe de ligne l'axe de l'écran parallèle à la direction de balayage en ligne, et axe de trame l'axe de l'écran perpendiculaire à 11 axe de ligne, les directions de ligne et de trame étant définies de manière analogue.De plus, on supposera dans ce qui suit que d'une part, le récepteur de télévision est placé face au pilote, l'axe de trame de l'écran étant sensiblement vertical lorsque l'hélicoptère est au sol et que d'autre part, la caméra est disposée de manière à faire coreespondre le haut de l'écran à l'image de la portion du sol située vers l'avant de l'hélicoptère et le bas de l'écran à l'image de la portion du sol située vers l'arrière de l'hélicop- tère. Sur la figure i on a représenté en traits interrompus le chars couvert par l'objectif de la caméra. L'image fournie sur l'écran est l'image d'une zone du sol décentrée par rapport au point O situé à la verticale de l'hélicoptère; par ailleurs, les déplacements apparents de l'image sur l'écran traduisent aussi bien les déplacements de l'hélicoptère par rapport au se que les changements dlinclinaisor de la caméra, c'est-à-dire les changenents d'assiette de l'hélicoptère. Pour donrier au pilote une indication de l'assiette de l'hélicoptère et de ses variations on superpose à l'image des repères mobiles en fonction de l'angle de tangage et de 11 angle de roulis. On a représenté sur la figure 2 une image formée sur l'écran du récepteur; cette image correspond au cas illustré par la figure 1. Les lettres munies du signe prime repèrent les images des points du sol qui sont repérés par les merles lettres sur la figure 1. Les images sur l'écran des droites fictives XX et YY situées au sol, seraient des droites images parallèles aux axes de l'écran, l'image de la droite X étant une droite parallèle à l'axe de ligne et l'image de la droite YY étant une droite parallèle à l'axe de trame. Dans le mode de réalisation préféré de 11 invention, le repère de roulis et le repère de tangage sont rendus sur l'écran par des droites TT et RR respectivement parallèles aux images des droites XK et YY , et par là même parallèles aux axes de l'écran. Le repère de roulis et le repère de tangage sont situés à des distances de ces axes respectivement proportionnelles à l'angle de roulis et à l'angle de tangage.Pour des angles de tangage et de roulis nuls les repères d'assiette coïncident avec les axes de 11 écran; cette position particulière est repérée par deux lignes de foi fixes EE et FF placées sur le récepteur. Toutefois, ces lignes de foi fixes peuvent être éventuellement décalées pour la durée du vol dans certains cas particuliers. Les repères d'assiette suivent les mouvements apparents des droites fictives XX et ZY situées au sol; le repère de tangage se déplace vers le haut de l'écran en restant parallèle à lui-m3me, d'une distance proportionnelle à l'angle de tangage lorsque l'héli- coptère est en piqué; il se déplace vers le bas de l'écran lorsque l'hélicoptère est cabré. De façon analogue le repère de roulis se déplace vers la droite de l'écran en restant parallèle à lui-mtme, d'une distance proportionnelle à l'angle de roulis, lorsque l'héli- coptère est affecté de roulis à droite; il se déplace vers la gauche lorsque l'hélicoptère est affecté de roulis à gauche. il en résulte que lorsque le pilote modifie l'assiette de l'hélicoptère au moyen du "manche" les repères d'assiette suivent le geste de sa main. Pour immobiliser l'hélicoptère à la verticale d'un point, le pilote agit sur les commandes de manière à amener progressivement l'intersection des repères mobiles en ceincidonce avec l'image de la cible et ensuite à la maintenir superposée à l'image de 1 cible cette superposition ayant lieu au centre de l'écran lorsque les angles de tangage et de roulis sont nuls. On remarquera que la seule indication du repère de tangage serait toutefois une indication utile pour le pilote dans la mesure où les variations do l'assiette longitudinale entraînont cn général des déplacements de l'hélicoptère plus importants que ccum induits par les variations de l'inclinaison. Par ailleurs, une indication de la hauteur de lthélicoptère au dessus du niveau de la cible est de préference affichée numériquement sur 11 écran. Le schéma synoptique de la figure 3 représente un mode de réalisation d'un disspositif de visualisation conforme à l'invention. Ce dispositif de visualisation comporte principalement une caméra de télévision 1 , un récepteur de télévision 2 et des circuits électroniques auxiliaires ainsi qu'un instrument indicateur a'assiette (roulis et tangage) 3 et un instrument de mesure de hauteur 4. Les indicateurs de roulis et de tangage sont généralement constitués par des centrales gvroscopiquess despotentiomètres, dont les curseurs ont une position asservie à la position angulaire d'un gyroscope de façon à recopier angle de roulis et angle de tangage, permettent d'obtenir des tensions continues rigoureusement proportionnelles à ces différents angles et de mdme signe que l'angle auquel elles correspondent. L'indicateur d'assiette 3 utilisé est un horizon gyroscopique transmetteur qui fournit sur une première sortie 31 une tension continue, proportionnelle suivant un coefficient b à la valeur &commat; ; de l'angle de tangage, qui sera dite tension de tangage et sur une seconde sortie 32 une tension continue proportionnelle à angle de roulis, qui sera dite tension de roulis. L'indication de hauteur-doit Entre fournie avec une précision voisine de quelques décimètres pour une hauteur mesurée de l'ordre de quelques mètres à quelques dizaines de mètres. Cette indication est fournie par un instrument de mesure de distance. L'instrument de mesure pourra être constitué par exemple par un appareil émetteur récepteur d'ondes à radiofréquences, du type radiosonde à modulation de fréquence, présentant une gamme de mesure limitée aux distances de tordre de quelques dizaines de mètres, cet appareil étant fixé sur l'hélicoptère et orienté en direction du sol, et détectant la dis-tance de l'hélicoptère au sol ou aux obstacles situés en dessous de l'hélicoptère.Un tel instrument de mesure fournit sur sa sortie une tension continue directement proportionnelle à la hauteur mesurée. La caméra 1 fournit sur sa sortie video un signal video complet; cette sortie est reliée d'une part à l'entrée d'un séparateur 5 et d'autre part, à une entrée d'un circuit de sortie 7. Le séparateur 5 extrait du signal video complet, les impulsions de synchronisation à fréquence de trame, les impulsions de synchronisation à fréquence de ligne et les signaux de suppression qui sont ensuite transmis à trois sorties. Un générateur 10 de signaux en dents de scie à fréquence de trame et un générateur 20 de signatir en dents de scie à fréquence de ligne sont respectivement reliés à deux de ces sorties et syn- chronisés par les impulsions de synchronisation correspondantes. Les signaux en dents de scie produits par ces générateurs sont des signaux symétriques par; rapport au niveau zéro. Les signaux de suppression sont transmis directement à un mélangeur 6 , la troisième sortie du séparateur 5 étant reliée à une entrée auxiliaire de ce mélangeur 6. La sortie du générateur 10 est reliée à une première entrée:, d'un comparateur 11, ce eomparateur ayant une seconde entrée reliée à la sortie 31 de l'indicateur d'assiette; la sortie du comparateur alimente un circuit de mise en forme 12 . Le comparateur Il compare le signal en dents de scie à fréquence de trame à la tension continue caractéristique de l'angle de tangage; à l'instant de la période de trame où l'amplitude de la dent de scie atteint la valeur de la tension continue de tangage le comparateur bascule et sa tension de sortie change de valeur à partir de ce changement d'état, le circuit de vise en forme fournit sur sa sertie une impulsion dont l'amplitude correspond au niveau du blanc et dont la durée est voisine de la durée de deux lignes de balayage; cette impulsion est transmise sur une entrée du mélangeur 6 de façon à être introduite dans le signal video final destiné à alimenter le récepteur.Le fonctionnement décrit se répète au cours de chaque période de trame, le comparateur revenant à son état initial pendant la période de retour du signal en dents de sole. L'ensemble des impulsions obtenues à fréquence de trame produit sur l'écoran une barre blanche, parallèle à à l'axe de ligne, don-t la hauteur est voisine de quatre lignes et dont la position suivant l'axe de trame est fonction de l'angle de tangage: en effet, l'instant de basculement du comparateur au cours d'une période de trame est fonction de 11 angle de tangage et cet instant correspond par l'intermédiaire du balayage en trame du récepteur à une position déterminée du spot sur l'écran; par exemple, pour un angle do tangage nul la tension de tangage correspondante est nulle et le comparateur bascule à l'instant où le signal en dents de scie passe par le niveau zéro, c'est-à-dire à la moitié de la p@@iode de trame; il en résulte que la barre qui repère l'angle de tangage est située à mi-hauteur de l'écran. Le signal en dents de scic es-t un signal décroissant si bien que pour les angles de tangage positifs (positions en piqué de l'hélicoptère) chaque impulsion a lieu pendant la première moitié d'une période de trame, la barre produite par r ces impulsions étant située dans la moitié supérieure de l'écran, et que pour les angles de tangage négatifs chaque impulsion a lieu pendant la seconde moitié d'une période de trame, la barre étant située dans la partie inférieure de l'écran. D'une manière sensiblement identique un comparateur 21 compare le signal en dents de scie à fréquence de ligne à la tension de roulis, ces signaux étant reçus respectivement sur une première entrée reliée au générateur 20 et sur une seconde entrée reliée à la sortie 32 de l'indicateur d'assiette; un circuit de mise en forme 22 commandé par les basculements du comparateur fournit au cours de chaque période de ligne une impulsion dont l'amplitude correspond au niveau du blanc.Les impulsions obtenues à fréquence de ligne sont transmises au mélangeur pour ere introduites dans le signal video final; elles produisent sur l'écran une barre blanche parallèle à l'axe de trame, dont la position suivant l'axe de ligne est fonction de l'angle de roulis. De la même manière que pour les signaux de tangage, les polarités relatives du signal en dents de scie à fréquence de ligne et de la tension de roulis sont choisies de manière à former chaque impulsion pendant la seconde moitié d'une période de ligne pour un angle de roulis à droite, et de manière à former chaque impulsion pendant la première moitié d'une période de ligne pour un angle de roulis à gauche, en vue d'obtenir un repère de roulis dans la partie correspondante de 1' écran. La distance d séparant sur l'écran le repère de tangage de la ligne de foi corresJondante est liée à la valeur &commat; de l'angle de tangage par un coefficient de proportionnalité q . Ce coefficient de proportionnalité est de la forme q = hu b où h représente la hauteur utile de l'écran, U représente l'amplitude crête à codée du signal en dents de scie à fréquence de trame et b représente le coefficient de proportionnalité liant la tension de tangage à la valeur de l'angle de tangage. Dans le mode de réalisation ;préféré, le circuit générateur 10 comporte un dispositif de réglage permettant d'ajuster l'amplitude codée à cette U du signal en dents de scie en vue d'obtenir une valeur déterminée du coefficient a . De même, la distance séparant sur l'écran le repère de roulis de la ligne de foi correspondante est liée à la valeur de l'angle de roulis par un coefficient de proportionnalité t , et le circuit générateur 20 comporte un dispositif de réglage permettant d'ajuster l'amplitude codée à erête du signal en dents de scie à fréquence de ligne et d'obtenir ainsi une valeur déterminée de ce coefficientt t. Les coefÇ-icients q et t fixent l'échelle à laquelle le pilote lit sur l'écran les variations d'assiette e en roulis et en tangage. Les dispositifs de réglage permettent au pilote de choisir ltéchelle qui correspond le mieux à ses réactions naturelles de pilotage; le pilote fixe cette échelle en amenant les reperce, pour une assiette donnée de lthéli- coptère, dans une configuration qui lui donne une sensation d'inclinaison proche de celle qu'il a en observant des repères extérieurs. Dans le cas particulier ou 11 échelle en degrés par centimètre des repères de roulis et de tangage est identique à l'échelle de l'image, en degrés par centimètre, introduite par la caméra, les repères de roulis et de tangage sont les images mimes des droItes XX et YY situées au sol et leur point d'intersection est l'image de la verticale passant par la caméra. Les déplacements de l'image télévisuelle par rapport à ce point d'intersection traduisent alors les déplacements réels de l'hélicoptère par rapport au sol1 l'image de ce point n'étant pas modifiée par les variations d'altitude ni par les variations d'assiette de l'hélicoptère. L'instrument de mesure de hauteur 4 peut être, comme indiqué sur la figure 3 , relié à un circuit codeur 8 : la tension continue caractéristique de la hauteur mesurée est codée sous forme digitale et transmise à un circuit synthétiseur d'écriture 9 . Ce dernier est synchronisé par les impulsions de synchronisation à fréquence de trame et à fréquence de ligne au'il reçoit du circuit séparateur 5 par une liaison non représentée sur la figure 3 ; de manière connue le synthétiseur d'écriture fournit les signaux électriques nécessaires à la formation sur l'écran des indications numériques correspondant à l'information codée qu'il reçoit. Ces signaux sont transmis à une entrée du mélangeur 6. Bien entendu, l'indication d'altitude peut entre donnée de façon plus simple, par exemple par une barre verticale latérale dont la hauteur à tartir de l'axe de ligne de l'écran est proportionnelle à l'altitude, cette barre formée par ur circuit auxiliaire simple commandé par na tension de sortie de l'appareil de mesure, se déplaçant en regard d'une graduation formée à demeure sur l'écran. Le mélangeur effectue le mélange des signaux relatifs au repère de roulis, au repère de tangage et aux indications de hauteur; entre los intervalles de suppression le signal résultant du mélange est transmis au circuit de sortie 7 . Pendant les intervalles de suppression aucun signal n'est transmis à la sortie du mélangeur. Le circuit de sortie forme le signal video final à partir du signal video de la caméra et du signal complémentaire issu du mélangeur. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, on pout en particulier envisager de ne faire apparaître sur l'écran qu'une partie limitée des droites précédentes constituant les repères de tangage et de roulis. On peut égalenent faire apparattre simultanément sur l'écran des droites ou es segments de droite caractéristiques des angles de roulis et de tangage et un repère, ayart la forme d'un cercle ou d1un auadrilatère, de faibles dimensions, centre sur l'image de la verticale; les circuits nécessaires à la formation de ces repères de formes géométriques simples étant à la portée de l'homme de 11 art. Les indications de tangage et de roulis peuvent également, mais moins avantageusement, entre données par un repère unique dont les coordonnées suivant l'axe de trame et suivant l'axe de ligne sont respectivement caractéristiques de l'angle de tangage et de l'angle de roulis. REV!NDICATIONS 1. Dispositif de visualisation pour hélicoptèreS caractérisé en ce qu'il comporte un circuit fermé de télévision dont la caméra est disposée de manière à fournir une image d'une zone située au voisinage de l'hélicoptère, et des moyens permettant de faire apparattre sur l'image formée par le récepteur dudit circuit fermé de télévision, un repère mobile dont la position est directement fonction de l'angle de tangage de l'hélicoptère. 2. Dispositif de visualisation selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un indicateur d'assiette fournissant, sur une sortie qui sera dite première sortie, l'angle de tangage sous forme d'une tension électrique, cette première sortie étant couplée audit circuit fermé de télévision-par un circuit auxiliaire permettant la superposition, aux signaux fournis par la caméra, de signaux électriques générateurs dudit repère mobile. 3. Dispositif de visualisation selon la revendication 2 , caractérisé en ce que ledit repère mobile est une droite parallèle à l'un des axes de l'écran du récepteur dudit circuit fermé de télévision. 4. Dispositif de visualisation selon l'une des revendications 2 et 3 , ledit indicateur d'assiette fournissant sur une seconde sortie l'angle de roulis sous forme d'une seconde tension électrique, la tension électrique mentionnée en premier lieu étant désormais dite première tension, caractérisé en ce que ledit circuit auxiliaire est également relié à cette seconde sortie et permet la superposition à l'image tdlévisuelle d'un repère mobile dont la position est fonction de l'angle de roulis. 5. Dispositif de visualisation selon la revendication 4 , caractérisé en ce que le repère mobile en fonction de l'angle de roulis est distinct du repère mobile en fonction de l'angle de tangage. 6. Dispositif de visualisation selon l'ensemble des revendications 3 et 5 , caractérisé en ce que le repère mobile en fonction de 11 angle de roulis est une droite verpendiculaire au repère mobile en fonction e l'angle de tangage. 7. Dispositif de visualisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens permettant de faire apparaître sur l'écran du récepteur une indioation visuelle d'altitude.