Brevet FR2308078A1 — publié le 19761112

la présente invention concerne un système de conduite de tir d'artillerie avec dispositif de filtrage des vitesses d'objectifs aériens. Pour conduire l'artillerie il est nécessaire d'estimer le vecteur vitesse de l'objectif pour viser un point futur, compte tenu du temps de vol de l'obus. Ceci revient à extrapoler la position actuelle dudit objectif et de sa vitesse, dans l'hypothèse où l'on admet que le tir au canon n'est précis et efficace que lorsque la trajectoire de l'avion est voisine d'une trajectoire rectiligne uniforme. La conduite de l'artillerie utilisant en général un équipement de détection du type radar ou lidar celui-ci donne au départ la position de l'objectif par ses coordonnées dans un système de coordonnées approprié. Quant à l'estimation du vecteur vitesse, elle résulte d'un compromis entre le filtrage du bruit de mesure dA à l'effet de scin tillation connue également sous le vocable anglo-saxon de "glint" et le spectre de l'avion qui se modifie par suite d'esquives ou de mouvements volontaires.Pour réaliser cette estimation, on fait l'estimation de la statistique de l'ensemble des vols des objectifs et on applique une méthode d'optimisation du type Karman. Cette méthode de calcul, sur laquelle on ne s'étendra pas a été développé principalement pour permettre la poursuite précise d'objectifs pilotés; les données ainsi déterminées étant fonction des caractéristiques des manoeuvres de l'objectif ou cible, du bruit des capteurs et de la cadence des informations de base. Cependant jusqu'à présent, les objectifs n1 étaient pas différencées, c'est-à-dire qu'il nty était fait aucune distinction entre les objectifs qui esquivent, c'est-à-dire qui font des manoeuvres volontaires de dérobement et décrivent ainsi une trajectoire qui les rend pratiquement invulnérables à l'artillerie et les objectifs qui attaquent. Ceux-ci pour ajuster leur propre tir doivent maintenir une trajectoire quasi rectiligne qui les rend vulnérables à l'artillerie anti-aérienne dans le cas d'avions. Il apparat ainsi que dans le problème de la conduite de l'artillerie anti-aérienne il faut considérer pour l'objectif volet deux phases, une phase de vol rectiligne obligatoirement precé ée d'une phase de vol en esquive dans le but de déjouer les défenses adverses. Suivant l'art antérieur, il n'était fait aucune distinction entre les deux phases comme la remarque en a déjà été faite, de sorte que le problème réel de la conduite d'artillerie n'était pas appréhendé dans son ensemble. Suivant l'invention, on remédie à ce défaut en traitant le problème successivement dans ses deux phases et en contrôlant le traitement pendant la deuxième phase, ou phase rectiligne par les données délivrées lors du traitement dans la première phase. En d'autres termes, suivant l'invention, on dispose de deux filtres adaptés à la statistique de chacun des deux types de problèmes, c'est-à-dire des deux types de vol, esquive puis attaque, associés à un dispositif dit détecteur d'esquive déterminant l'alimentation en données initiales du filtre d'attaque par le filtre d'esquive. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à l'aide dc la figure unique qui représente sous forme schématique le système de conduite de tir avec le dispositif de filtrage des vitesses des objectifs aériens poursuivis. On a mentionné dans l'introduction de la description que le tir au canon n'est précis et efficace contre des objectifs aériens que lorsque la trajectoire de l'objectif poursuivi est voisine d'une trajectoire rectiligne uniforme, permettant d'extrapoler la position future de l'objectif à partir de l'estimation de sa position actuelle et de sa vitesse. Un objectif qui attaque suit d'abord une trajectoire d'approche telle que le tir est pratiquement inéfficace, qu'on appelle phase I, puis une trajectoire rectiligne uniforme pour exécuter ses propres calculs de tir qu'on appelle phase II. le tir a lieu au cours de cette phase II puisque l'estimation précise du but futur ne peut être faite que dans cette phase.Toutefois pour que le tir soit rapidement efficace, il faut faire l'estimation du but futur le mieux possible à chaque instant de la phase II, détecter rapidement le début de cette phase et fournir les données de départ des calculs de la phase II au cours de la phase I. Comme 11 instant de passage d'une phase à l'autre est pratiquement inconnu, il faut avoir à chaque instant de la phase I la meilleure estimée des valeurs initiales. On est ainsi amené, suivant l'invention, à envisager et effectuer deux types de filtrage suivant la phase considérée, ces deux filtrages différents par le modèle choisi pour décrire le mouvement de l'avion. Cependant ces deux filtrages ont en commun le fait qu'ils doivent être optimaux ou sous optimaux à chaque instant, ce qui conduit à utiliser la thdorie du filtrage de Kalman. Dans la pratique, dans la phase II, l'estimation optimale du but futur revient à l'estimation de la position relative. tireur-but et de la vitesse absolue du but. Cependant, comme le filtre de la phase I doit permettre la mise en condition du filtre de la phase II, il doit estimer au mieux les mêmes grandeurs. les mesures sur l'objectif, nécessaires pour fournir les données de base aux filtres peuvent étre exécutées par un radar de poursuite qui les entachent toutefois de défauts dont il est tenu compte dans ltétablissement des filtres à partir des résultats théoriques de Karman. De fait avant d'effectuer les calculs permettant de déterminer les filtres, certaines données de départ sont fournies par le calculateur associé aux radars de désignation et de poursuite ; ces données concernent la position géographique de l'avion et sa vitesse absolue. Après l'établissement du filtre, on tiendra compte pour restituer la position tireur-but, de la position du défenseur, par exemple dans un exemple concret, d'un bateau attaqué par un avion, et des écarts en distance existant entre les canons et la centrale de cap et de verticale. Suivant l'invention, le dispositif comporte au moins deux filtres, l'un étant adapté à la statistique de vol dit en esquive qui a lieu pendant la phase I, et l'autre à la statistique de vol dit d'attaque qui a lieu pendant la phase II, la mise en marche dans le dispositif du filtre d'attaque étant déterminée par les résultats donnés par le premier filtre à l'instant défini supposé où l'esquive fait place à l'attaque. La figure unique jointe donne une représentation sous forme schématique de l'organisation du système comportant le dispositif de filtrage suivant l'invention. le système comprend un radar de poursuite 1 lui-meme commandé par un radar de désignation ou équipement équivalent électromagnétique ou optique, non représenté sur la figure. Le radar de poursuite 1 comprend un calculateur 2 délivrant par exemple les coordonnées cartésiennesx' y' z' du vecteur vitesse de l'objectif par rapport à un trièdre de référence. le système comprend ensuite un premier filtre dit d'esquive 3 suivi d'un intégrateur 4 et une boucle de contre-réaction 5.Un deuxième filtre dit d'attaque 6 est prévu, ensuite connecté à un intégrateur 7 et une boucle de contre-réaction 8 connecte la sortie de cet intégrateur à l'entrée du filtre. les filtres 3 et 6 ainsi que les intégrateurs 4 et 7 sont connectés l'un à l'autre respectivement à travers des interrupteurs 9 et 10 couplés. En plus du dispositif de filtrage référencé 12 et qui comprend les deux filtres précités avec leurs circuits annexes, le système comprend dans une partie 13 un dispositif de traitement de données délivrées par le dispositif de filtrage pour optimiser la détection du passage de l'attaquant de la phase I de son vol à la phase II où le tir contre lui peut être déclenché dans des conditions optimales. Ce dispositif 13 peut outre appelé dispositif de détection d'esquives.Il comprend un circuit dit de mémorisation de la variance initiale 14 commandant un circuit de calcul 1 5 du seuil dit de détection des esquives connecté à un circuit 16 à seuil qui établit le seuil au niveau donné par le circuit de calcul 15. Ce circuit de seuil 16 est connecté à un circuit 17 délivrant un signal fonction des erreurs sur le vecteur vitesse délivré par le dispositif de filtrage, signal que suivant l'invention on compare au seuil de détection des esquives. La sortie du dispositif 13 commande suivant le cas l'inhibition ou l'autorisation du tir. le fonctionnement du système représenté sur la figure est le suivant Be radar de poursuite commandé par un radar de désignation électromagnétique ou un équipement optique qui a détecté l'objectif, délivre par son calculateur les coordonnées du vecteur vitesse de l'objectif dans un système de référence cartésien de préférence. On notera ainsi que chaque coordonnée x', y' et z' est traitée dans un système tel que celui de la figure, comme le montre la flèche f de multiplication. Ces coordonnées sont appliquées à un premier filtre dit d'esquive 3 mis en condition par un signal S venant du radar de poursuite, indiquant que l'objectif est poursuivi et donc que le système de commande de l'artillerie peut être mis en marche.Ce filtre d'esquive est un filtre non stationnaire, c'est-à-dire dont les paramètres varient en fonction du temps et qui entre en action à l'instant de l'accrochage de l'objectif aérien visé par le radar de poursuite 1. Ce filtre peut être du type Kalman optimal ou du type sous optimal si l'on désire simplifier le traitement.Comme cela a été dit, le filtre 3 dit d'esquive, qui est constamment en fonctionnement pendant toute la durée de la mission poursuite de l'objectif, est calculé sur la base d'un type de vol en esquive ou en évolution, constituant comme cela a été déjà dit la phase I du vol où l'objectif peut être considéré comme pratiquement invulnérable au tir de l'artillerie. le filtre 6 dit d'attaque est également un filtre non stationnaire du type Kalman optimal ou sous optimal et qui est calculé sur la base de la statistique de la trajectoire d'attaque, c'est-àdire pendant ce qui a été appelé la phase II où l'objectif, pour viser doit suivre une trajectoire rectiligne c'est-à-dire à accélération nulle, au moins en première approximation.Ce filtre d'attaque est ainsi un filtre dit de classe 2, c'est-à-dire ne faisant pas d'erreur sur un signal d'entrée à accélération nulle ou un filtre de pseudo classe 2, c'est-à-dire ne faisant pas d'erreur sur un signal d'entrée à accélération constante observé pendant un temps limite. Il faut noter que le filtre 6 d'attaque entre en action, tout comme le filtre 3 d'esquives, dès l'instant d'accrochage. L'ensemble de ces deux filtres qui constitue le dispositif de filtrage des vitesses de l'objectif aérien, délivre en 18 les vitesses filtrées de cet objectif dont la connaissance est nécessaire pour le calculateur de tir du système de commande de l'artillerie. Cependant la seule présence des deux filtres d'esquives et d'attaque n'est pas suffisante pour déterminer l'instant optimum où le tir doit être déclenché pour que l'objectif soit touché. La difficulté en fait provient de la méconnaissance de l'instant exact où l'objectif passe de la phase I de son vol à la phase IT où il se met en position d'attaque et où il se trouve alors vulnérable. le dispositif 17 de détection d'esquive qui est mis en fonctionnement au départ par le dispositif de filtrage, délivre un signal quand le signal d'erreur déterminé à partir du dispositif de filtrage d'attaque dépasse un certain seuil, indiquant que l'objectif est repassé en phase I. Dans ces conditions, le signal du dispositif 13 appelé aussi "top d'esquive" commande la fermeture des interrupteurs 9 et 10, provoquant à partir du filtre d'esquives 3 et de l'intégrateur 4, le renouvellement des données de départ du filtre d'attaque 6 et de son intégrateur 7. Simultanément par la liaison 19, ce top d'esquive ramène les coefficients du filtre 6, qui ont évolué pendant la séquence de fonctionnement précédente, à leurs valeurs de départ.L'émission du top d'esquive, qui détermine la fermeture des interrupteurs 9 et 10 détermine la fermeture de l'interrupteur 20 et l'ouverture de l'interrupteur 21. La fermeture de l'interrupteur 20 provoque I'enregistrement dans le circuit 14, de la variance initiale c'est-à-dire la mesure de la valeur efficace de l'erreur sur la vitesse faite par le filtre attaque, qui en l'occurrence, à cet instant où le filtre d'esquive alimente le filtre d'attaque, est celle faite par le filtre d'esquive et qui traduit précisément le fait que l'objectif n'est plus sur une trajectoire du type phase II d'attaque. Cette mesure de l'erreur permet au circuit 15 d'établir un seuil qui est délivré au circuit à seuil 16 recevant, par l'interrupteur 21, à nouveau fermé, le signal fonction des erreurs commises par le filtre d'attaque 6. De fait il est bien entendu que les interrupteurs 9, 10 et 20 sont fermés uniquement pendant le court instant permettant d'alimenter le filtre d'attaque avec de nouvelles données initiales venant du filtre d'esquives. Pendant le fonctionnement du filtre d'attaque avec ses nouvelles données initiales, le signal d'erreur dudit filtre évolue, mais le circuit 16 ne délivre un top d'esquive que si le signal d'erreur du circuit 17 dépasse le seuil établi par le circuit 15. Dans ce cas, le signal top d'esquive passe par le circuit "OwB 22, et déclenche d'une part les interrupteurs 9, 10, 20 et d'autre part le circuit monostable 23. Celui-ci peut déclencher un voyant 24 et délivrer un signal qui par 25 inhibe la commande de tir non représentée sur la figure. Tant que le signal d 'erreur reste inférieur au seuil du circuit 16 il peut y avoir tir, l'objectif restant dans la phase II de son vol. On notera que le circuit "OW' 22 peut être alimenté à partir d'une borne 26. Cette borne autorise le déclenchement du système à partir d'une source d'information extérieure qui se substitue au déclenchement par le top d'esquive ou qui peut lui être ajouté. On peut noter également, que les informations élaborées à partir du filtre d'attaque, c'est-à-dire vitesse filtrée de l'objectif et sa position, permettent de déterminer les données balistiques qui sont nécessaires au calculateur de tir non figuré pour le déclenchement réel de tir. On remarquera que les tops d'esquives délivrés par le dispositif 13, sont utilisés pour interdire ou valider le tir. De fait, il faut admettre qu'il est inutile et coûteux de tirer pendant une esquive où l'objectif en dérobement est pratiquement invulnérable. Chaque top d'esquive inhibe donc la validation du tir pendant une durée déterminée. l'ors d'une esquive, la fréquence des tops est telle que l'autorisation de tir est inhibée de façon permanente. Toutefois le bruit peut provoquer des inhibitions accidentelles pendant certaines phases de l'attaque.L'optimisation du système selon l'invention vise de la sorte à trouver le meilleur compromis entre le seuil de détection autonome ou auxiliaire des esquives et le temps dtinhibition de façon à assurer une probabilité d'inhibition suffisante en esquive avec un risque suffisamment faible d'inhibition accidentelle en attaque. On a ainsi décrit un système de commande de conduite de tir d'artillerie avec dispositif de filtrage des vitesses des objectifs aériens dans lequel un dispositif de détection des'esquives de l'objectif aérien poursuivi est déclenché par le trainage du filtre dit d'attaque, partie du dispositif de filtrage, indiquant que l'objectif aérien n'est plus dans la phase d'attaque de son vol, la détection de cette esquive ayant pour effet le renouvellement des données initiales du filtre d'attaque par celles instantanées du filtre d'esquive et également l'inhibition du déclenchement du tir. REVEND I C A T IONS 1. Système de conduite de tir d'artillerie avec dispositif de filtrage des vitesses des objectifs aériens établi sur données statistiques pouvant correspondre à un filtre du type Kalman, recevant les coordonnées du vecteur vitesse desdits objectifs poursuivis par un équipement de poursuite du type électromagnétique ou optique, et les délivrant sous une forme plus précise en tenant compte des évolutions desdits objectifs, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième filtre établi sur données statistiques et pouvant être du type Kalman, traitant les données qui lui sont communiquées pendant la phase de vol de l'objectif aérien dite d'attaque où la trajectoire est quasi rectiligne, le premier filtre traitant alors les données qui lui sont communiquées pendant la phase de vol de l'objectif aérien dite d'esquives, les deux filtres recevant les coordonnées du vecteur vitesse des objectifs de l'équipement de poursuite, les deux filtres étant de plus connectés l'un à l'autre à travers un interrupteur permettant le renouvellement des données initiales du filtre d'attaque par les données instantanées du filtre d'esquives quand le filtre d'attaque délivre un signal d'erreur dépassant seuil prédéterminé. 2. Système de conduite de tir selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque filtre est connecté à un intégrateur dont la sortie est reliée à l'entrée du filtre et que les intégrateurs comme les filtres sont connectés l'un l'autre à travers deux interrupteurs couplés. 3. Système de conduite de tir selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de détection des esquives connecté au filtre dit d'attaque dont il reçoit le signal d'erreur, ledit dispositif comportant un circuit d'entrée (17) connecté directement à travers un interrupteur (21) au filtre d'attaque, un circuit à seuil (16) dont le seuil est calculé dans un circuit (15) connecté à un circuit (14) d'enregistrement de la variance initiale, connecté au filtre d'attaque à travers un interrupteur associé, un seuil étant déterminé chaque fois que le filtre d'attaque reçoit de nouvelles données initiales. 4. Système de conduite de tir selon la revendication 2, caractérisé en ce que, pour chaque cycle de fonctionnement du filtre d'attaque sur des nouvelles données initiales, le signal d'erreur dudit filtre est comparé à travers l'interrupteur 21 et le circuit 17, au seuil du circuit (16), le dépassement dudit seuil produisant un signal, dit de top d'esquive, commandant la fermeture des interrupteurs insérés dans les liaisons entre les filtres et les intégrateurs et provoquant le renouvellement des données initiales du filtre d'attaque et la remise dans leur état initial, des coefficients dudit filtre d'attacue. 5. Système de conduite de tir selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le signal issu du circuit à seuil (16) commande un circuit monostable (23) déterminant l'allumage d'un voyant (24) d'une part, et l'inhibition du tir d'autre part (25). 6. Système de conduite de tir selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'absence de signal à la sortie du circuit à seuil (16) indique que l'objectif aérien est dans une phase de vol dite d'attaques, déterminant l'autorisation ae tir. 7. Système de conduite de tir selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que le dispositif de détection des esquives comporte un circuit "OU" (22) connecté d'une part à la sortie du circuit à seuil (16) et d'autre part à une source de signaux auxiliaires (26). 8. Dispositif de filtrage des objectifs aériens caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux filtres établis sur données statistiques, optimal ou sous optimal et pouvant être deux filtres de type Karman optimal ou sous optimal, adapté l'un à la phase de vol en esquive d'un objectif aérien et l'autre à sa phase de vol en attaque, les deux filtres étant couplés l'un à l'autre à travers un interrupteur, établissant la liaison entre eux quand le signal d'erreur du filtre d'attaque dépasse un seuil prédéterminé.