Brevet FR2320593A1 — publié le 19770304

L'invention concerne les dispositifs de pilotage automatique ou de guidage des projectiles, missiles ou aéronefs, appelés ci-après "engins". Le guidage ou le pilotage d'un engin requiert une référence de verticale ou d'horizontale destinée à déterminer la position en roulis de l'engin par rapport à cette référence. Dans le guidage des engins effectué par l'action de gouvernes aérodynamiques, par exemple, pour obtenir une déviation horizontale ou verticale de l'engin1 il est nécessaire, notamment quand l'engin tourne autour de son axe longitudinal, de connaitre la position en roulis. En effet, il faut que l'ordre donné aux gouvernes par le dispositif de guidage intervienne lorsque l'engin est dans la position qui conduira à la déviation de la trajectoire recherchée lorsque la gouverne fonctionne. 1l est évident qu'à partir d'une seule référence de roulis des déviations horizontales et verticales simultanées peuvent être obtenues. Dans les systèmes de guidage ou de pilotage connus1 la référence de roulis est obtenue par des moyens qui mettent par exemple en oeuvre un gyroscope dont l'axe de rotation est orthogonal à l'axe général de l'engin et un détecteur qui détermine l'angle de roulis à partir de cet axe de rotation. Ces moyens présentent les inconvénients d'être très couteux, encombrants et lourds; en outre, l'emploi inévitable de parties mécaniques en mouvement les rend peu aptes à supporter de fortes accélérations. L'invention a pour objet un dispositif qui définit une référence de roulis sans avoir recours à des moyens mécaniques; ce dispositif est avantageux en raison de son faible cout, de ses masses et dimensions réduites et de sa grande aptitude à pouvoir supporter de fortes accélérations. Pour établir une référence de roulis à bord d'engins animés d'un mouvement de rotation au cours de leur trajectoire, l'invention utilise le champ magnétique terrestre, généralement constant en intensité et direction tout au long du parcours effectué par l'engin. Dans le cas où, sur la trajectoire, le champ magnétique terrestre est affecté localement par une anomalie due à la présence de masses magnétiques, par exemple, l'invention prévoit un dispositif qui élimine l'effet de la variation magnétique sur la référence de roulis. Un dispositif suivant l'invention comporte un bobinage inductif plat, lié à l'engin et dont les faces sont parallèles à l'axe de rotation de l'engin. Au cours de la rotation de ce dernier sur la trajectoire, on recueille une tension alternative due à ce que le flux qui traverse la bobine varie entre zéro et un maximum. Le flux qui traverse la bobine est nul lorsque le vecteur champ terrestre est compris dans un plan parallèle aux faces de la bobine et le flux est maximum lorsque la composante du champ terrestre qui crée le flux dans la bobine est perpendiculaire aux faces de cette dernière. Lorsque la tension recueillie aux bornes de la bobine devient nulle, les faces de la bobine sont perpendiculaires à la composante du champ terrestre qui crée le flux inducteur. On voit que ce mode de détection selon l'invention permet, en exploitant un signal électrique, de déterminer la position en rotation de la bobine par rapport au champ terrestre et, par conséquent, de définir l'angle de roulis de l'engin par rapport à une référence qui est le vecteur champ terrestre. Pour parvenir à la référence de verticale, il faut corriger l'angle de roulis exprimé à partir du champ terrestre, avec l'angle déterminé par le vecteur champ terrestre et le plan vertical dans lequel est situé l'engin. Cette correction correspond à déphaser le signal électrique délivré par la bobine de l'angle défini précédemment. Suivant l'invention, le déphasage est réalisé par un circuit électronique comportant des moyens connus, la valeur de déphasage étant introduite dans le dispositif sur une mémoire qui commande le circuit de déphasage. Suivant l'invention, l'introduction de cette information est faite avant que l'engin quitte son système de lacement, quand il est pointé dans la direction où s'opère le tir et dans les derniers instants qui précèdent son lancement, Selon l'invention, la valeur de l'angle de correction est introduite en signaux électriques par une électronique faisant partie des moyens de lancement de l'engin; ces signaux électriques sont amenés dans l'engin au niveau de la mémoire par des contacts électriques ou tout autre moyen permettant la mobilité de l'engin par rapport au moyen de lancement. En particulier, suivant l'invention, l'information de correction sera traduite en système digital. Selon l'invention, l'angle de correction est déterminé automatiquement par un dispositif magnétométrique tridimensionnel réalisé par des moyens connus, cellules à effet Hall ou magnétomètre flux gate par exemple. 1l est néanmoins possible d'éviter le dispositif de mesure précédent en ayant recours aux cartes magnétiques du terrain qui expriment la déclinaison et l'inclinaison. Un perfectionnement du dispositif decrit précédemment et compris dans l'invention, permet de faire varier le déphasage dans le cas où l'engin est affecté d'un mouvement de rotation de vitesse variable. Dans ce cas, l'invention prévoit la mesure de la période du signal délivré par la bobine et une modification du déphasage en fonction de la variation de cette période; l'ensemble de ces fonctions est réalisé par des moyens électroniques connus, comprenant essentiellement un fréquencemètre dont la consistance n'est pas concernée par la présente invention. L'invention a également pour objet un dispositif permettant d'éliminer les variations locales du champ magnétique terrestre pour les rendre sans effet sur la précision de la référence de roulis. Ce dispositif comprend une bobine séparée identique et parallèle à la bobine de détection. En présence de champ uniforme, c 'est-à-dire lorsqu'elles sont baignées par le champ terrestre, les deux bobines délivrent des signaux identiques. Lorsque le champ terrestre est perturbé par une masse magnétique ou par un champ artificiel, le champ, dans la zone perturbée, n'est plus uniforme et il apparait un gradient de champ. Le flux embrassé par chacune des bobines n'est plus le même en raison de la présence de ce gradient de champ et les signaux induits ne sont plus identiques.Conformément à l'invention, un circuit électronique compare les deux signaux induits et inhibe le fonctionnement du circuit qui délivre l'information de la référence de roulis lorsque ceux-ci sont différents. On a vu précédemment que, suivant l'invention, on utilise un circuit qui mesure la période du signal délivré par la bobine de détection et que la variation de cette période était mise en évidence pour corriger le déphasage. On utilise le meme circuit pour délivrer un signal qui constituera l'information de référence de roulis lorsque le circuit de comparaison entre les signaux issus par les bobines présente la fonction inhibitrice. L'information de référence du roulis est ainsi -synthétisée par extrapolation des périodes précédentes, en maintenant la fonction de continuité sur la variation de la période, les variations de vitesse de rotation de l'engin étant admises uniformes entre chaque rotation; les moyens électroniques permettant à partir du fréquencemètre de synthétiser l'information référence de roulis sont essentiellement constitués, selon l'invention, par des mémoires et un registre à décalage. Lorsque le vol de l'engin est perturbé par des mouvements de tangage de nature à modifier la détection du champ magnétique par oscillation de la bobine inductive, l'invention prévoit un moyen permettant d'éliminer du signal induit la partie qui est due aux mouvements de tangage. Suivant l'invention, le moyen consiste à placer une spire inductive de même nature que celles décrites précédemment, dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'engin. Cette bobine n'est pas sensible au mouvement de rotation mais elle est traversée par un flux variable pendant les mouvements de tangage. De ces variations de flux, il résulte une tension variable qui est liée par les lois de l'électromagnétisme au mouvement de tangage. Cette tension est envoyée sur un circuit correcteur qui élimine du signal principal engendré par la bobine du détecteur, la partie due au tangage. L'exemple non limitatif suivant de l'invention, décrit un ensemble conforme aux dispositions précédentes. 1l est bien entendu, toutefois, qu'il s'agit uniquement d'un exemple et que tous autres formes, proportions, dispositions, modes de construction, etc... peuvent également être utilisés sans sortir du cadre de ls ention, Le dispositif de référence de roulis est appliqué, dans l'exemple considéré, à un missile dont la vitesse croft a mesure qu'il s'écarte de sa rampe de lancement. L'appareillage est situé dans la partie arrière du missile; la figure 1 montre les positions de la bobine de détection 1, de la bobine destinée à mettre en évidence le gradient de champ 2, et de la bobine de détection du tangage 3. Les bobines 1 et 2 sont situées de part et d'autre de l'axe XY du missile, les plans de leurs faces lui sont parallèles, la bobine 3 est située dans la partie centrale du missile, perpendiculairement à l'axe XY. La figure 2 représente le bloc diagramme d'un dispositif réuni ssant les différentes parties de l'invention, les parties comprises dans le rectangle en traits interrompus sont placées dans le missile, On a montré en 1 la bobine de détection, en 2 la bobine utilisée pour mettre en évidence le gradient du champ1 ces bobines étant parallèles, et en 3 la bobine frontale assurant la détection du tangage, Le circuit 4 élimine du signal délivré par 1 la partie due aux mouvements de tangage; il parvient donc au circuit de détection 5 un signal caractéristique du seul mouvement de roulis. Le magnétomètre 6 est situé à l'extérieur du missile, dans le poste de tir ou sur le lance roquette par exemple; il délivre au travers du contact 7, en informations qui sont ensuite codées, l'angle de correction déterminé par la verticale et le champ terrestre, ces informations sont mises en mémoire par 8 qui impose un déphasage constant à 9. Quand le missile tourne sur luimême à vitesse constante et que le champ terrestre est uniforme, le signal de détection de zéro de la tension délivrée par 5 parvient à 9 qui à son tour délivre le signal référencé de roulis après avoir effectué son déphasage. En présence d'un champ non uniforme détecté par le circuit 10, le signal de détection du roulis par rapport au champ magnétique ne parvient plus à 9, le circuit inhibiteur 11, commandé par 10 interdisant cette liaison. Le circuit déphaseur 9 est alors soumis au signal délivré par l'ensemble régulier à décalage-mémoire 12 qui tient en mémoire la ou les dernières périodes mesurées par le fréquencemètre 13. Le fonctionnement de l'ensemble régulier à décalage-mémoire 5 est commandé par le circuit de détection de gradient de champ 10. Lorsque la vitesse de rotation du missile varie, le circuit correcteur 14 commande une avance de phase dans le cas où la vitesse augmente, ou un retard de phase dans le cas où la vitesse diminue, cette variation de phase étant effectuée par le circuit déphaseur 9 qui possède une commande de phase connectée à 14. Il est bien entendu que les capteurs de champ magnétique représentés par des bobines inductives peuvent etre remplacés par tout autre capteur magnétique, cellule à effet Hall ou magnétomètre flux gate, par exemple. REVENDICATIONS 1) Dispositif applicable aux engins, tels que projectiles, missiles ou aéronefs, guidés ou pilotés, permettant d'obtenir une référence de roulis pour leur guidage ou leur pilotage automatique, caractérisé en ce que cette référence est obtenue à partir du champ magnétique terrestre. 2) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour l'obtention de la référence de roulis à partir du champ magnétique terrestre, il comporte une bobine inductive ou un capteur magnétique tel qu'un magnétomètre directionnel. 3) Dispositif suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la référence de verticale est obtenue en déphasant le signal de détection du champ magnétique terrestre de l'angle déterminé par ce dernier et un plan vertical passant par l'axe de 1 'engin. 4) Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle déterminé par le champ terrestre et le plan vertical-passant par l'axe de l'engin est mis en évidence par des magnétomètres puis est codé en signaux. 5) Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les magnétomètres mettant en évidence l'angle déterminé par le champ terrestre et le plan vertical passant par l'axe de llengin, sont placés à l'extérieur de l'engin, par exemple dans un poste de tir ou dans un poste de lancement. 6) Dispositif suivant les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les signaux électriques qui traduisent l'angle déterminé par le champ terres- tre et le plan vertical sont mis en mémoire à bord de l'engin. 7) Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la mémoire commande le déphasage du signal de détection du champ magnétique terrestre. 8) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le mouvement de tangage de l'engin est mis en évidence par une bobine inductive ou un magnétomètre directionnel coaxial ou parallèle à l'axe longitudinal de l'engin. 9) Dispositif suivant la -revendication 8, caractérisé en ce que les signaux issus de la détection du mouvement de tangage corrigent le signal de détection du champ magnétique terrestre pour ne faire apparaftre que la référence de roulis. 10) Di spositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen destiné à mettre en évidence la non-uniformité du champ magnétique terrestre, c'est-à-dire un gradient de champ. 11) Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen destiné à mettre en évidence la non-uniformité du champ magnétique est constitué par une bobine identique et parallèle à la bobine de détection du champ magnétique terrestre ou par un magnétomètre équivalent dans le cas où la bobine de détection du champ terrestre est remplacée par un magnétomètre. 12) Dispositif suivant les revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que la détection du champ non uniforme inhibe la délivrance de la référence de roulis issue du circuit de détection du champ magnétique terrestre. 13) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que la référence de roulis, en présence d'un champ magnétique non unciforme, est réalisée par un fréquencemètre, un ensemble de mémoires et un registre à décalage commandé par le signal d'ishibition délivré par le détecteur de champ non uniforme. 14) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que le déphasage du signal de détection du champ magnétique pour l'obtention de la référence de verticale est modifié par la variation de vitesse de rotation de l'engin.