Brevet FR2461231A1 — publié le 19810130

CCMPARATEUR D 'ANGLE ECANIQUE-OPTCELECTRONIQUE POR LA DETERMINATION DE LA POSITION ANGULAIRE D'UNE ARME RELZA- TIVEMENT A LA LIGNE DE VISEE SUR UN VEHICULE DE COHAT. La présente invention concerne un comparateur d'angle méca- nique-optoélectronique pour la détermination de la position angu- laire d'une arme relativement à la ligne de foi ou de visée sur un véhicule de combat. La détermination de cette position angu- laire avec une précision élevée est particulièrement importante lorsque la ligne de visée comporte une stabilisation primaire, comme cela est le cas pour les chars de combat modernes et que l'arme effectue une poursuite de la ligne de visée, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas d'accouplement mécanique direct entre la po- sition de l'axe de rotation du miroir de l'appareil de visée et la position de l'arme. Il est connu d'enregistrer de manière purement mécanique, par exemple au moyen de tiges, les positions angulaires de l'arme et de l'appareil de visée dans des véhicules de combat et de les comparer, des cames correspondantes étant disposées entre les ti- ges pour commander l'angle de visée balistique. Il est en outre connu dans les véhicules de combat modernes d'enregistrer les positions angulaires de l'arme et de l'appareil de visée au moyen de détecteurs synchrones électriques, de les comparer et d'effectuer une addition analogique des angles de visée. Les calculateurs électroniques associés opèrent en général de ma- nière analogique. Il est cependant également connu de transformer les signaux analogiques des détecteurs synchrones dans les calcu- lateurs pour leur traitement numérique. Les inconvénients des dispositifs mentionnés ci-dessus opé- rant purement mécaniquement consistent en ce qu'il se produit des imprécisions du fait de l'usure et de déformations thermiques, im- précisions qui ont une influence négative sur la sûreté de tir. En, particulier, lors d'un combat dans lequel on échange des tirs à partir d'un véhicule en circulation rapide, les systèmes purement mécaniques ont tendance à vibrer ce qui rend plus difficile la vi- sée ou qui la rend même impossible. Dans les dispositifs électroniques mentionnés comportant des détecteurs synchrones, les vibrations et les problèmes d'usure ne présentent pa une telle importance, mais le traitement analogique du signal entraîne dans la pratique des difficultés notables étant donné que les différences de tension associées aux différences d'angle se trouvent dans le domaine du microvolt. En outre, les détecteurs synchrones doivent être montés sur l'axe de rotation de l'arme qui est soumise à des charges mécaniques notables. De plus, cet emplacement de montage est difficilement accessible. Les dispositifs connus sont également insatisfaisants. du point de vue de la technique de mesure étant donné qu'en ce qui les con- cerne on mesure, dans chaque cas, la position angulaire absolue de l'arme et non pas la position angulaire de l'arme relativement à la ligne de visée. Pour l'utilisation d'un système d'armes c'est seulement la différence angulaire relative entre armes et appareils de visée qui importe, L'établissement de l'angle différentiel re- quis de ce fait pour les dispositifs connus aboutit à d'autres sources d'erreur. Il se produit des manques de précision supplémentaire lesquels s'additionnent encore fréquemment en raison des connexions par câ- ble requises pour les installations de direction du tir, en raison d'influences de l'environnement et d'autres facteurs de pertu--iba- tion. En outre, les systèmes connus sont coûteux et sensibles aux champs de perturbation électromagnétiques. On peut se représenter qu'un adversaire pourrait exploiter cette faiblesse du système d'installations de direction du tir par l'utilisation d'armes spé- ciales guidées par ondes hertziennes. L'invention a pour but de réaliser un comparateur d'angle mé- canique-optoélectronique du type mentionné ci-dessus dans lequel on évite les inconvénients précités, dans lequel on mesure en par- ticulier directement la position angulaire relative entre l'arme et l'appareil de visée, et dans lequel on a la possibilité d'assu- rer un traitement sur du signal par enregistrement numérique des veleurs de mesure. En outre, il importait de réaliser un système nettement moins coûteux pour des mesures d'une précision au moins identique à celle des dispositifs connus et de mieux satisfaire ainsi les exigences de la pratique militaire. Le comparateur selon l'invention, dans lequel l'appareil de visée comporte un miroir de visée monté pivotant autour d'un axe de rotation parallèle à l'axe de rotation de l'arme,est caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour la transmission correcte Par voie mécanique de la position angulaire de l'arme à une pièce intermédiaire pouvant tourner, dans lequel la pièce intermédiaire est disposée perpendiculairement à l'axe de rotation du miroir de visée, son axe de rotation coïncide avec l'axe de rotation du mi- roir de visée, son aptitude à la rotation est indépendante de - celle du miroir de visée, au moins un miroir de déviation qui est solidaire du miroir de visée et dont la surface de réflexion est disposée parallèlement à l'axe de rotation, au moins un projecteur lumineux qui est disposé sur la pièce intermédiaire, et dont l'axe optique est disposé perpendiculairement à l'axe de rotation du mi- roir de visée, le faisceau lumineux partant du projecteur tombant sur la surface de réflexion du miroir de déviation, au moins un champ détecteur optique disposé sur le véhicule, qui comporte une multiplicité de zones sensibles à la lumière disposées suivant une rangée et dont la disposition est telle qu'à l'intérieur d'un domaine angulaire donné préalablement des positions angulaires de la pièce intermédiaire par rapport au miroir de déviation, au moins une zone sensible à la lumière du champ détecteur est toujours at- teinte par le faisceau lumineux réfléchi par le miroir de déviation, et une installation électronique de calcul qui est raccordée au champ détecteur optique. Dans le comparateur d'angle conforme à l'invention, on transmet donc d'abord par voie mécanique la position angulaire de l'arme dans le voisinage immédiat du miroir devvisée et cela de manière telle qu'on peut déterminer directement l'angle différentiel entre l'arme et le miroir de visée. Le faisceau lumineux réfléchi par le miroir de déviation subit pour chaque rotation autour de l'axe de rotation une déviation qui correspond au double de l'angle de rotation. La modification double de l'angle de rotation corres- pond cependant justement aussi au déplacement correspondant de la ligne de visée. Le faisceau lumineux réfléchi représente ainsi la position de la ligne de visée. Au moyen du champ détecteur sur lequel tombe le faisceau lumineux réfléchi, on peut mesurer exac- tement la position du point d'impact et de ce fait la position an- gulaire du faisceau lumineux refléchi. Différents modes de réalisation avantageux du comparateur d'angle conforme à l'invention sont possibles. Ainsi, il est avan- tageux d'utiliser comme source lumineuse dans le projecteur lumi- neux, une diode laser à semi-conducteur, ainsi qu'un champ détec- teur à résolution élevée dont la surface est disposée dans le plan image du dispositif optique de projection du projecteur lumineux. Comme champ détecteur on peut se servir fondamentalement d'un photo détecteur sensible à la position. Il est particulièrement avantageux que le champ détecteur contienne un dispositif ou un réseau à photodiodes connu en soi dans lequel les photodiodes sont disposées suivant une rangée avec des distances prédéfinies. De tels réseaux à résolution élevée ont une grosseur d'élément indi- viduel qui peut être aussi faible que quelques microns. Les ré- seaux sont en général réalisés dans la technique CCPD, ce qui per- met un enregistrement numérique des valeurs de mesure. - Pour des domaines angulaires relativement grands, l'utilisation de disques codeurs (linéaires) avec dés photodiodes de type de cons- truc.tion particulier est avantageuse. En outreil peut être avantageux dans le cas de domaines angu- laires élevés, d'opérer avec plusieurs projecteurs lumineux dont les axes optiques se trouvent l'un par rapport à l'autre à des dis- tances angulaires fixes prédéterminées, un signal pour la différen- ciation des différents projecteurs lumineux pouvant être émis par un détecteur angulaire grossier, par exemple un potentiomètre va- riable. On peut cependant aussi utiliser plusieurs champs détecteurs- un projecteur lumineux étant associé à chaque champ détecteur. L'unité électronique de calcul peut contenir un registre à décalage raccordé aux photodiodes du champ détecteur,- le contenu du registre à décalage étant lu et évalué cycliquement. Dans l'u- nitédLectronique de calcul, les valeurs de mesure qui indiquent la position d'un point lumineux sur le champ détecteur peuvent être stockées dans un registre et la moyenne peut être calculée de ma- nière appropriée. Dans ce cas, une valeur prescrite peut être don- née préalablement tour la position angulaire relative entre l'arme et la ligne de visée et l'unité de calcul peut être reliée à un dispositif de réglage pour faire suivre l'arme en fonction de la position et du mouvement de la ligne de visée. Il est également possible de prévoir sur l'arme des organes de réglage pour le réglage d'une différence angulaire prédétermi- née entre la position de l'arme et l'axe optique du miroir de vi- sée, la position de l'arme pouvant être modifiée jusqu'à ce que le faisceau lumineux partant du projecteur tombe sur une zone de champ détecteur sensible à la lumière donnée "mealablement et qu'un angle de visée déterminé soit ainsi réglé. Enfin, le dispositif de calcul peut aussi commander le signal d'autorisation pour le signal de tir. En résumé on obtient les avantages suivants dans le cas de l'utilisation du comparateur d'angle conforme à l'invention: - précision de mesure élevée pour une réalisation technique simple; - insensibilité vis-à-vis des influences de l'environnement et des problèmes d'interface en raison d'enregistrements de va- leurs de mesure numériques; -compatibilité électromagnétique élevée par enregistrement optoélectronique des valeurs de mesure; - adaptation simple au traitement numérique du signal; - Ajustage simple par déplacement du champ détecteur; - utilisation simultanée du champ détecteur comme enregis- treur d'angle et émetteur de la valeur prescrite et ainsi écono- mie d'autres éléments logiques. L'angle de visée est relativement petit pour les véhicules de combat par rapport au domaine de pivotement vertical de l'arme. Un autre avantage du dispositif conforme à l'invention con- siste en ce que le champ détecteur à résolution élevée, dont la longueur et la distance à l'axe de rotation sont choisies de telle manière que l'angle de visée le plus élevé se trouve encore dans s le domaine de mesure et qu'on mesure toujours seulement l'angle différentiel entre la ligne de visée et l'arme pour une position quelconque de cette ligne de visée, dans le cas de l'utilisation d'un réseau spécial de photodiodes pour le champ détecteur, four- nit cette valeur de mesure sous une forme numérique et peut 8tre lo traité numériquement ultérieurement. Il est ainsi possible d'ob- tenir un réglage de l'arme par rapport à la ligne de visée qui est hautement précis et reste identique à lui-même dans tout le domaine de pivotement de cette arme ou de la ligne de visée. On a décrit ci-après un exemple de réalisation d'un compara- teur d'angle conforme à l'invention- avec référence au dessin an- nexé dans lequel: La Figure 1 représente en perspective schématique un mode de réalisation d'un comparateur d'angle; La Figure 2 représente dans un schéma d'ensemble la connexion du comparateur d'angle selon la Figure i à une installation électro- nique de calcul. A la Figure 1, on a représenté un canon 1 pouvant pivoter au- tour-d'un axe de rotation 2 et qui est monté sur un véhicule de combat non représente. Sur le canon 1 est disposé un levier de ren- voi 3 qui est relié par l'intermédiaire d'une tige de transmission à une pièce intermédiaire réalisée sous la forme d'un levier ré- cepteur 4. Le levier récepteur 4 peut pivoter autour d'un axe de rotation 7 qui est simultanément l'axe de rotation d'un miroir de visée 9 sur l'appareil de visée du véhizule de combat. Autour de l'axe de pivotement 7 peuvent donc pivoter indépendamment l'un de l'autre tant le levier récepteur 4 que le miroir de visée 9. La longueur de la tige de transmission 5 correspond à la distance entre l'axe de rotation 2 de l'arme 1 et l'axe de rotation 7 du miroir de visée 9. Les longueurs des deux leviers 3 et 4 sont i- dentiques. Sur le levier récepteur 4 est monté un projecteur lu- mineux 6 dont l'axe optique est perpendiculaire à l'axe de rota- tion 7. Un miroir de déviation 8 est relié rigidement au miroir de visée 9 et disposé de telle manière qu'ils peuvent pivoter en- semble avec le miroir de visée 9 autour de l'axe de rotation 7. Le faisceau lumineux partant du projecteur 6 tombe sur la surface réfléchissante du miroir de déviation 8 et est réfléchi en direc- tion d'un champ détecteur 10 disposé sur le véhicule et réglable dans sa direction longitudinale. Le champ détecteur 10 se trouve donc dans le plan passant par l'axe optique du projecteur lu- mineux 6, et perpendicdaire à l'axe de rotation 7. Le champ détecteur 10 contient un réseau à photodiodes avec une multiplicité de photodiodes disposées suivant une rangée et qui sont raccordées de la manière ressortant de la Figure 2 à une installation électronique de calcul. - La position du point lumineux sur la surface du champ d.é- tecteur 10 dépend de la différence angulaire entre la position, du miroir de déviation 8 ou du miroir de visée 9 et la position du projecteur lumineux 6 ou de l'arme 1. Une valeur prescrite désirée peut être réglée sur le champ détecteur 10 et est marquée par une flèche à la Figure 1. Les autres dispositifs de l'ensemble de l'installation sont représentés à la Figure 2. Un moteur ll est commandé par l'inter- médiaire de la poignée d'orientation 12 et d'une unité de stabi- lisation 13, ce moteur agissant par l'intermédiaire de l'axe de rotation 7 sur les miroirs 8 et 9. Le faisceau lumineux partant du projecteur lumineux 6 est de ce fait dévié sur un autre point de champ détecteur 10. Les é- lectrons libérés dans les photodiodes sont reçus dans un registre à décalage analogique lOa. Commandé cycliquement par un oscilla- teur 17, le registre à décalage l0a (par exemple un registre à dé- /de sortie analogique est amené -ar l'intermédiaire/ calage CCD) est lu. Le signal/d'un comparateur 14&un premier re- gistre 15 dans lequel on constate la position du point lumineux sur le champ détecteur 10, par commande par l'oscillateur 17 et d'un dispositif pour la production d'un signal de marche/arrêt 18. On entre le numéro de la photodiode illuminée dans un deuxième registre 19. Dans le dispositif 20 on forme alors une valeur moyenne à partir des numéros mis en mémoire en dernier. On dé- termine ainsi la valeur de position effective du point lumineux et on la conserve dans le dispositif 21. Au départ du deuxième registre 19 on forme parallèlement dans le dispositif 22 les différences entre les valeurs de position et on les mémorise. A partir des dernières valeurs de différence on forme une valeur moyenne dans le dispositif 23 qui mesure la vitesse angulaire du rayon lumineux autour de l'axe de rotation 7. A partir des paramètres balistiques on obtient une valeur prescrite déterminée pour l'angle de visée du canon qui est trans- formée dans le dispositif 24 en un numéro de position déterminé du champ détecteur. Entre cette valeur de position prescrite et la valeur de position effective on forme la différence dans le dispositif 25. La valeur de cette différence formée en 25 et la mesure retenue dans le dispositif 23 pour la vitesse angulaire sont transférées à un dispositif électronique d'adaptation de si- gnal 26 et forment la base pour les signaux de commande transmis à une installation motrice 27 de réglage en hauteur. Celle-ci produit un pivotement correspondant de l'arme; par l'intermédiaire des tiges de transmission mécanique 3,4,5, la position du projecteur 6 est modifiée jusqu'à ce que la valeur différentielle formée et la mesure de la vitesse angulaire se trouvent à l'intérieur de la tolérance exigée. Lorsque les deux signaux sont suffisamment petits, on a ramené à la valeur pres- crite. Dès qu'on constate la coïncidence dans le dispositif 28, on transmet au dispositif 29 un signal d'autorisation du signal de tir. Au moyen du dispositif décrit, les mouvements de stabilisa- tion du miroir de visée 9 ou les mouvements d'orientation sont transmis sans délai au canon, toujours de manière à régler une différence angulaire désirée entre la ligne de visée et le canon. Cette différence angulaire peut être calculée dans un calculateur de direction du tir en tenant compte de paramètres balistiques. Dans ce cas, toutes les grandeurs qui agissent, telles que l'éloi- gnement de la cible, le type de munition, le coincement, l'usure du canon, la température de la poudre, la température extérieure, la pression d'air, etc. sont traités pour calculer l'angle diffé- rentiel correct. Celui-ci est ensuite entré comme valeur prescrite dans l'installation, de la manière décrite plus haut. Lors d'un combat o l'on tire à partir d'un véhicule automobile, le calcu- lateur enregistre l'impulsion de tir, mais le coup part uniquement lorsqu'on a ramené la valeur effective à la valeur prescrite,c'est- à-dire lorsqu'il y a coïncidence entre la valeur prescrite d'angle différentiel et la valeur effective d'angle différentiel. Il va de soi que la présente invention ne doit pas être consi- dérée comme limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. - Comparateur d'angle mécanique optoélectronique pour la détermination de la position angulaire d'une arme relativement à une ligne de visée sur un véhicule de combat, dans lequel l'appa- reil de visée comporte un miroir de visée monté pivotant autour d'un axe de rotation parallèle à l'axe de rotation de l'arme, ca- ractérisé en ce qu'il comprend un dispositif (3,5) pour la trans- mi.ssion correcte par voie mécanique de la position angulaire de l'arme (1) à une pièce intermédiaire (4) pouvant tourner, dans le- quel la pièce intermédiaire (4) est disposée perpendiculairement à l'axe de rotation (7) du miroir de visée (9), son axe de rota- tion coïncide avec l'axe de rotation (7) du miroir de vis4e (9), et son aptitude à la rotation est indépendante de celle du miroir de visée (9); au moins un miroir de déviation (8) qui est soli- daire du miroir de visée (9) et dont la surface de réflexion est disposée parallèlement à l'axe de rotation (7); au moins un pro- jecteur lumineux (6) qui est disposé sur la pièce intermédiaire (4) et dont l'axe optique est disposé perpendiculairement à l'axe de rotation (7) du miroir de visée (9),le faisceau lumineux par- tant du projecteur tombant sur la surface de réflexion du miroir de déviation (8); au moins un champ détecteur optique (10) disposé sur le véhicule,qui comporte une multiplicité de zones sensibles à lalumière disposées suivant une rangée et dont la disposition est telle qu'à l'intérieur d'un domaine angulaire donné préalablement des positions angulaires de la pièce intermédiaire (4) par rapport au miroir de déviation (8), au moins une zone sensible à la lumière du champ détecteur est toujours atteinte par le faisceau lumineux réfléchi par le miroir de déviation (8); et une installation élec- tronique de calcul (10 e 25) qui est raccordée au champ détecteur optique. 2. - Comparateur d'angle suivant la revendication 1, caractérisé par un dispositif pour la transmission correcte par voie mécanique de la position angulaire de l'arme comportant un premier levier (3) disposé de manière fixe sur l'arme (1) et pouvant pivoter autour de l'axe de rotation (2) de l'arme (1), un deuxième levier cons- titué par la pièce intermédiaire (4), les longueurs des deux le- viers (3,4) étant identiques, et une tige de transmission (5), dont la longueur est égale à la distance entre l'axe de rotation (2) de l'arme (1) et l'axe de rotation (7) du miroir de visée (9), dont l'une des extrémités est articulée sur l'extrémité du premier levier (3) et dont l'autre extrémité est articulée sur l'extrémité du deuxième levier (4). 3. - Comparateur d'angle suivant la revendication 1, caracté- risé en ce que l'axe de rotation de l'arme et l'axe de rotation du miroir de visée coïncident et en ce que la pièce intermédiaire est directement montée sur l'arme. 4. - Comparateur d'angle suivant la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend un dispositif pour la transmission cor- recte par voie mécanique de la position angulaire de l'arme com- portant un élément de transmission flexible de type commande Bowden entre l'arme et la pièce intermédiaire. 5. - Comparateur d'angle suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une diode laser à semi-con- ducteur disposée dans chaque projecteur lumineux dont la structure d'émission est reproduite au moyen d'une optique de reproduction sur la surface d'un champ détecteur. 6. - Comparateur d'angle suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs projecteurs lu- mineux disposés sur la pièce intermédiaire et dont les axes op- tiques présentent l'un par rapport à l'autre des distances an- gulaires fixes données préalablement. 7. - Comparateur d'angle suivant la revendication 6, carac- térisé en ce qu'il comprend plusieurs champs détecteurs disposés sur le véhicule, un projecteur lumineux étant associé à chaque - champ détecteur. 8. Comparateur d'angle suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le champ détecteur contient un réseau de photodiodes dans lequel les photodiodes sont disposées dans une rangée avec des distances données préalablement et sont rac- cordées à l'installation électronique de calcul. 9. Comparateur d'angle suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le champ détecteur est un dispositif co- deur linéaire et en ce que, derrière chaque trace du dispositif codeur, est diéosée une photodiode qui est connectée à l'installa- tion électronique de calcul. 10. - Comparateur d'angle suivant les revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les photodiodes sont connectées à un registre à décalage CCD et sont lues cycliquement. 11. - Comparateur d'angle suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le champ détecteur est déplaçable mé- caniquement dans des buts de réglage. 12. - Comparateur d'angle suivant l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que des organes de réglage sont montés sur l'arme (1) pour le réglage d'une différence angulaire prédéfinie entre la position de l'arme et l'axe optique du miroir de visée. 13. - Comparateur d'angle suivant l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'installation électrique de calcul (10 à 25) est reliée à un dispositif d'asservissement (26-27) pour asservir l'arme (1) à la position et au mouvement des lignes de visée.