Brevet FR2505477A1 — publié le 19821112

PROCEDE ET DISPOSITIF D'BARMONISATION DES.AXES D'UNE ARME ET d'UN VISEUR Le secteur technique de la présente. invention est celui des procédés et dispositifs qui permettent d'harmoniser l'axe d'une arme et l'axe d'une visée, plus particulièrement ceux destinés a l'harmonisation de l'axe d'un canon et de l'axe de visée d'au moins un viseur d'un engin blindé. Pour que d'un véhicule la probabilité d'atteindre la cible soit grande il faut satisfaire plusieurs conditions dont un excellent "simbleautage" ou harmonisation entre l'arme et la visée. Sur un engin blindé, la tourelle est mobile en rotation par rapport au chassis du véhicule, le canon peut se mouvoir en site par rapport a la tourelle et le viseur qui est le plus souvent périscopique et panoramique et indépendant de la tourelle de façon a pouvoir observer dans toutes les directions indépendamment de l'orientation du canon. L'ensemble de ces dispositions fait que des écarts d'origines diverses détruisent la qualité du "simbleautage" lorsque le canon est commandé a être pointe sur la cible visée et ce a fortiori lorsque le tir doit être exécuté d'un engin blindé en marche. L'axe de visée et l'axe de tir ne coïncident donc pas rigoureusement, méme avant l'introduction des corrections de tir dans la commande de l'arme. Le probleme d'harmonisation consiste a détecter et a mesurer les écarts angu laires entre r axe de visée et l'axe de tir. L'axe de tir est défini par la tangente a la "volée" de l'arme, c 'est a dire la tangente l'extrémité de celle-ci. De nombreux procédés et dispositifs pour harmoniser les axes de tir de visée sont connus. Toutefois, ceux-ci ne concernent que des viseurs solidaires de l'arme. On n'a jamais pu harmoniser a ce jour l'axe de visée, d'un viseur périscopique situé hors de l'arme, avec l'axe de tir. Le but de la présente invention est de fournir un procédé et un dispositif permettant de mesurer l'écart angulaire entre l'axe de tir d'une arme et l'axe de visée d'un viseur périscopique, écart quel'on utilise ensuite pour harmoniser l'axe de tir et l'axe de visée. L'invention a donc pour objet un procédé d'harmonisation de l'axe de tir d'une armée montée sur une tourelle d'un engin blindé et de l'axe de visée d'un viseur périscopique, caractérisé en ce qu'on mesure d'une part, dans un premier référentiel les coordonnées de l'axe de visée et de l'image d'un objet éloigné de l'engin et d'autre part, dans un second référentiel les coordonnées de l'axe de tir et de l'image de l'objet extérieur, en ce qu'on traite les informations obtenues a l'aide d'une unité de calcul délivrant l'écart angulaire entre l'axe de visée et l'axe de tir, ledit écart étant ensuite introduit ;s traitement dans la channe d'asservissement classique de la tourelle pour commander le déplacement du canon. Avantageusement, on peut illuminer l'objet extérieur, l'image résultant alors du flux réfléchi par l'objet. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention peut comporter un premier récepteur de rayonnement provenant de l'objet placé au voisinage du viseur, un premier détecteur constituant un référentiel recevant l'image d'un moyen matérialisant l'axe de visée et l'image de l'objet et délivrant les coordonnées de ces images, un second recepteur de l'image de l'objet extérieur, placé au niveau du canon, un moyen de matérialisation de l'axe de tir, un second détecteur constituant un référentiel recevant l'image matérialisant l'axe de tir et l'image de l'objet extérieur et délivrant les coordonnées de ces images, une unité de calcul recevant les informations délivrées par les deux détecteurs et fournissant un signal électrique proportionnel à l'écart angulaire entre l'axe de tir et l'axe de visée. On peut associer à ce dispositif un illuminateur du type laser, dont la direction d'émission est sensiblement parallèle a l'axe de visée. Préférentiellement, le premier récepteur du faisceau réfléchi par l'objet est constitué par le viseur panoramique. Plus particulièrement le dispositif selon l'invention peut comprendre en combinaison : - un viseur periscopique qui comporte de façon connue un miroir orientable, une première lame renvoyant le faisceau central vers un oculaire, un moyen pour transmettre dans l'oculaire l'image du réticule matérialisant l'axe d#~ visée - un illuminateur et un premier détecteur intégrés au viseur - une seconde lame semi-transparente qui est disposée a environ 450 par rapport au faisceau central pour transmettre d'une part, le faisceau émetteur vers l'objet en coopération avec le miroir et d'autre part 1' image d'un réticule matérialisant l'axe de visée vers le premier détecteur. Le moyen de matérialisation peut comprendre un moyen de réflexion placé à la volée du canon, de l'image d'un repère, les faisceaux émis et réfléchi étant sensiblement confondus. Le repère peut entre constitué par un réticule projeté, le faisceau émis traversant une première lame disposée sensiblement à 450 et étant renvoyé vers le moyen de réflexion par une seconde lame disposee parallelement a la première, le faisceau réfléchi étant alors renvoyé vers le détecteur par la première lame après réflexion sur la seconde. Le second récepteur peut etre constitué par les première et seconde lames suivies d'un objectif. Le dispositif peut comporter un objectif suivi d'un oculaire constituant en combinaison avec la seconde lame-un second viseur, l'image du réticule étant renvoyée de façon classique par un trièdre dans l'axe de l'objectif, un volet amovible permettant l'occultation du trièdre lorsqu'il n'est pas utilisé. Les détecteurs peuvent être constitués par une matrice de diodes sensibles dans le spectre d'émission du laser. Les détecteurs peuvent être constitués par une caméra de télévision ou une caméra thermique, reliées a un dispositif d'écartomdtrie. Le dispositif peut comprendre un ensemble optique de correction pour appliquer au second viseur des corrections de tir. Un avantage de la présente invention réside dans le fait que le procédé et le dispositif permettent de mesurer d'une manière automatique le défaut du parallélisme entre l'axe de tir et l'axe de visée d'un viseur périscopique et éventuellement de conserver cette mesure en mémoire pour l'introduire en temps utile dans le calculateur de tir, qui reçoit également les paramètres nécessaires à l'élaboration des corrections de tir. Le procédé et le dispositif sont suffisamment souples et d'exécution rapide pour pouvoir être utilisés s'il le fallait avant chaque tir. Un autre avantage est que le procédé et le dispositif sont tels que la mesure du défaut de parallélisme enregistre egalement les erreurs ou variations qui peuvent etre introduits par l'arcure du canon, l'usure des tourillons du canon et les asservissements, le décalage du ou des réticules et les décalages mécaniques entre les différents capteurs et éléments du dispositf, ainsi que l'angle de parallaxe entre la visée et l'arme. Comme indiqué précédemment, on peut mettre en oeuvre dans l'invention deux viseurs dont l'un est solidaire du masque de la tourelle, donc de l'arme. Pour mettre alors en oeuvre le procédé selon l'invention, on peut s'y prendre de la manière suivante ou de façon équivalente - mesurer automatiquement la position de l'image du réticule matérialisant l'axe de visée de chaque viseur par rapport à un système de référence propre à chaque viseur. - mettre en mémoire les coordonnées xr et yr de position de l'image du réticule du viseur périscopique qui matérialisent l'axe de tir; - mettre en mémoire les coordonnées xr et x' de position de l'image du réti r y cule du viseur de masque, réfléchie par le miroir de volée qui matérialise l1axe de tir; - pointer l'axe de visée de l'un des viseurs sur un objet extérieur qui peut être de préférence la cible, et asservir le canon et l'autre viseur sur cet axe de visée; - mesurer automatiquement la position de l'image de cet objet particulier vu dans chaque viseur par rapport au système de référence de chaque viseur (x c' Yc) et x:: c' Y c); - pour chaque viseur, calculer la position de l'image de son réticule par rapport à l'image du point particulier, - pour le viseur périscopique : (x,, - xr) et (y0 - et pour le viseur de "masque" (x 'c - x 'r) et Y'c ~ Y'r)- - calculer l'écart entre l'axe de visée du viseur périscopique et l'axe de visée du viseur de masque, c'est à dire l'écart entre la l'axe de visée du viseur périscopique et l axe de tir X = (XC - xr) - (x, - x'r) Y = (yc - Yr) - (Y c Y Les informations X et Y qui mesurent le défaut de parallélisme entre l'axe de visée du viseur périscopique et l'axe de tir sont utilisées comme informations de correction et sont adressées à un calculateur pour être, après traitement introduites dans les chaines d'asservissement du canon. Le calculateur reçoit ces informations de correction avec d'autres paramètres classiques de tir : distance, type de munition, vent, température , pression, etc. Elles peuvent être de plus adressées & une unité de traitement qui asservit un ensemble optique de correction par exemple un diasporamètre placé dans le trajet optique du viseur de "masque" pour déplacer l'image du paysage et donc de la cible ou bien pour déplacer l'image du réticule de la valeur des corrections de sorte que pour le tireur, le réticule reste toujours pointé sur la cible. Ainsi le tireur ne perd pas la cible et peut vérifier la bonne exécution des ordres de correction introduites dans les commandes du canon. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre de modes de réalisation particuliers donnés à titre d'exemple en relation avec les dessins dans lesquels : - la figure 1 représente un mode de réalisation de l'invention dans lequel on met en oeuvre un viseur périscopique et un récepteur solidaire de l'arme, - la figure 2 représente les référentiels dans lesquels on mesure les coordonnées des images, - la figure 3 représente un mode de réalisation de l'invention avec deux viseurs. A la figure 1, sur un engin non représenté au dessin, sont montés un viseur périscopique 1 équipé de son miroir orientable la à la disposition d'un opérateur et un récepteur de "masque" 2 relié au canon. Le viseur périscopique 1 comprend une tête de visée 4 périscopique qui peut être de préférence panoramique et stabilisée pour pouvoir déplacer l'axe de visée 5 indépendamment des mouvements du véhicule et/ou de la tourelle sur laquelle il est placé. Le viseur périscopique 1 contient un émetteur 6a et récepteur 6b d'un laser 6 avec projecteur de réticule 7,associé soit au faisceau émission, soit au faisceau réception selon le champ couvert par chacun d'eux. Au dessin le projecteur du réticule est associé au faisceau réception. Le récepteur mesure l'éloignement de l'objet ou de la cible. Un sous ensemble optique 8, placé entre la tête de visee 4 et une voie oculaire 9 organise la séparation et la distribution des différents faisceaux optiques. L'éclairement du réticule 7 forme un faisceau réfléchi par la lame 7a et traversant ensuite sans déviation angulaire, une lame il; ce faisceau est retourné parallèlement a lui-même par un trièdre 12, puis réfléchi sous la face antérieure de cette lame ll, pour être renvoyé exactement dans l'axe 13 longitudinal du viseur 1 comme montré sur la figure . Une seconde lame separatrice 14 réfléchit les rayonnements visibles en direction de l'oculaire de la lunette 9, mais laisse passer les longueurs d'ondes supérieures vers le référentiel. Un objectif 15 focalise sur le détecteur d'image 10 constituant le premier référentiel, le faisceau optique qui traverse la lame 14. Lorsqu'un objet particulier ou une cible est télémétré et illuminé, le viseur périscopique 1 reçoit le flux réfléchi par la cible qui est conduit par la lame 11 a etre en partie réfléchi en direction du récepteur de téle- métrie 6b du laser 6 et en partie a traverser cette lame il en direction du détecteur d'image 10.L'objet ou cible peut être éclairé de diverses manières mais sur la figure 1 on a représenté une configuration particulière dans laquelle le faisceau émis 6c se réfléchit sur la lame 11 puis sur le miroir la. Ainsi, on assure de manière simple et satisfaisante la concordance des axes de visée 5 et d'émission 6c.La seconde lame séparatrice 14, ne réfléchissant que le visible, est traversée par le faisceau laser reçu qui est, par l'objectif 15, focalisé sur le détecteur d'image 10. L'interposition d'un filtre 16 amovible ehtre l'objectif 15 et le détecteur d'image 10 coupe le spectre du réticule et ne laisse passer que le spectre d'une partie du flux réfléchi par la cible. Le détecteur d'image 10 est un détecteur d'image a charge couplée cons titué d'une matrice de n. m diodes silicium, d'un registre analogique tampon et d'un lecteur ligne par ligne de la matrice, non représentés au dessin, et d'une mémoire 17. La tache lumineuse, image du réticule ou image de la cible, est focalisée sur un certain nombre de diodes qui délivrent chacune un signal proportionnel a la quantite de lumière reçue. La lecture ligne par ligne permet de situer la position de la tache sur cette matrice, d'en déterminer le pourtour et d'en approximer le barycentre. La fixation d'un seuil au signal délivré par chaque diode, améliore la détermination du pourtour de la tache lumineuse focalisée. La position du barycentre de la tache par rapport l'origine de mesure de la matrice de diodes du détecteur donne la position de l'axe de visée ou la position de la cible, positions qui sont conserves éventuellement dans la memoire 17. Le récepteur de masque 2 comprend notamment des optiques logées dans un bottier lié au canon 3, un projecteur de réticule 18 et un détecteur d'image 19 constituant le second référentiel. Le projecteur de réticule et le détecteur sont de préférence identiques à ceux du viseur périscopique. Une lame 20 disposée a 45 laisse passer l'image du réticule qui est réfléchie par une seconde lame 21 en direction de la fenêtre 22 pratiquée dans le masque et dans l'alignement du canon 3. Un miroir 23 placé a la volée du canon 3, matérialise l'axe de tir 24 et renvoie l'image du réticule qui, réfléchie, sur le chemin de retour, par les lames 21 et 20 est focalisée par un objectif 29 sur le détecteur d'image 19. Lorsque la cible est telémetrée et illuminée par le viseur périscopique 1, le récepteur de masque 2 reçoit le flux réfléchi par la cible. Ce flux est conduit par les deux lames 21 et 20 et il est focalisé par l'objectif 29 sur le détecteur d'image 19. L'interposition d'un filtre amovible 25 entre l'objectif 29 et le détecteur d'image 19 coupe le spectre du réticule. De la même façon que décrite précédemment, le détecteur d'image 19 donne la position du barycentre de la tache image réticule puis la position du barycentre de la tache image cible par rapport à son origine de mesure et ces positions sont conservées dans la mémoire 26 du detecteur 19. Les coordonnées mesurées par les référentiels sont ensuite adressées à une unité de calcul 33 qui délivre les informations X = (z - z - (z' ~ x r) c r c r et Y = Yr) - (Y c - y' r > Cette unité de calcul prend comme référence la position de l'objet extérieur ou de la cible et les informations X et Y délivrées correspondent aux écarts angulaires entre l'axe de visée du viseur périscopique et l'axe de tir. Enfin, les informations X et Y peuvent être stockées dans une mémoire 34 d'un calculateur de tir non représenté au dessin, faisant partie de la chaine d'asservissement de la tourelle pour commander éventuellement le déplacement du canon. Avantageusement, le moyen de détection peut être un détecteur d'image a charge couplée constitué principalement par une matrice de diodes sensibles dans le spectre d'émission du laser de télémétrie, illuminateur de cible. Mais il pourrait tout aussi bien être une diode quatre quadrants ou tout autre détecteur capable de délivrer des signaux proportionnels aux écarts d'un faisceau incident par rapport a un centre et par exemple une caméra de télévision ou une caméra thermique reliée a une écartométrie. Dans ce dernier cas, l'écartomètre génère une fenetre vidéo qui se centre sur l'image du réticule puis sur celle de la cible. L'ecartométrie délivre les coordonnées de la fenêtre réticule puis celles de la fenêtre cible par rapport à son origine de mesure. L'avantage de ce deuxième moyen de détection est la non nécessité d'illuminer la cible tant que celle-ci présente suffisamment de contraste c'est à dire se détache suffisamment du paysage dans lequel elle se déplace; mais il est surtout celui de pouvoir utiliser, une fois terminée ltopération d'harmonisation, l'écartométrie pour assurer une poursuite automatique de la cible. Sur la figure 2, on a représente schématiquement la face sensible de chaque détecteur. Le détecteur 10, représenté figure 2a, reçoit successivement les images 27 du réticule 7 et 28a.de l'objet extérieur ou cible par rapport a son origine de mesure fixée ici en 29, le détecteur d'image 10 détermine les coordonnées xr et Yr de position du barycentre de la tache 27 de l'image du réticule puis les coordonnées z et yc de position du barycentre de c la tache 28 de l'image de la cible. De même, comme représenté a laXfigure 2b, la face sensible du détecteur d'image 19 du récepteur de masque 2 reçoit successivement la tache 30 de l'image du réticule 18 et la tache 28b de l'image de la cible éclairée ou non par le télémètre laser du viseur périscopique 1. Par rapport a son origine de mesure fixée en 31, le détecteur d'image 19 détermine les coordonnées z' r et Y'r de position du barycentre de la tache 30 de l'image du réticule puis les coordonnées X'C et Y'c de position du barycentre de la tache 28 de l'image de la cible. Ces coordonnées de position sont adressées à l'unité de calcul 33 qui délivre les informations comme indiqué précédemment X = (Xc ~ xr) - (x c x r) et Y=(Yc Y,) (Y c Y r) r > qui sont, comme montré à la figure 2c, les décalages entre la tache 27 du réticule du viseur périscopique 1 matérialisant l'axe de visée de ce viseur, et la tache 30 du réticule du détecteur de masque 2 matérialisation l'axe de tir 24, les images 28a et 28b étant alors amenées en concordance. Sur la figure 3, on a représenté une variante de réalisation dans laquelle le second récepteur est modifié pour constituer un second viseur dit de masque par adjonction des éléments optiques nécessaires. Le viseur de masque 2a comprend un second objectif 35 et un oculaire 36 placés derrière la lame 21. La lame 21 a alors pour caractéristique de laisser passer les faisceaux de lumière visible et de réfléchir les faisceaux de lumière laser1 c'est a dire de réfléchir le flux de lumière renvoyé par la cible, en direction de la lame 20 et de laisser passer une partie du faisceau 37 provenant du projecteur de réticule 18. Ce faisceau 37 traverse sans déviation angulaire la lame 21; il est renvoyé parallèlement a lui même par un trièdre 38 puis réfléchi par la face arrière de la lame 21 pour être retourné exactement dans l'axe de l'objectif 35 et de l'oculaire 36. Il peut être également adjoint deux prismes rotatifs 39 et 40 entre la fenêtre 22 et la lame 21 du viseur 2. Un réglage de correction s'effectue par rotation individuelle des prismes 39 et 40 sous l'action des moteurs correspondants 41 et 42 autour d'un axe confondu avec l'axe 43. La position de chaque prisme est donnée par deux détecteurs d'angle 44 et 45 reliés mécaniquement, par exemple par engrenages, aux axes de rotation des prismes et aux axes de rotation des moteurs correspondants. Les informations X et Y délivrées par l'unité de calcul 33 sont comparés dans des comparateurs 46 et 47 avec les informations provenant des détecteurs 44 et 45. Les signaux issus de ces comparateurs 46 et 47, après passage dans des amplificateurs 48 et 49 commandent les moteurs 41 et 42 qui font tourner en valeur angulaire et en direction autour de l'axe optique 43, les deux prismes 39 et 40 et, par la même, les rotors des détecteurs 44 et 45 de manière a obtenir une annulation des signaux en sortie des comparateurs. De nombreuses variantes de réalisation du procédé et du dispositif selon l'invention peuvent être envisagées par l'homme de l'art. Ainsi, le télémètre laser pourrait être séparé du viseur périscopique, il en est de même du moyen de réception. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'harmonisation de l'axe de tir (24) d'une arme montée sur une tourelle d'un engin blindé et de l'axe de visée (5) d'un viseur périscopique (1), caractérise en ce qu'on mesure d'une part, dans un premier référentiel (10) les coordonnées de l'axe de visée et de l'image d'un objet éloigné de l'engin et d'autre part, dans un second référentiel (19) les coordonnées de l'axe de tir (24) et de l'image de l'objet extérieur, en ce qu'on traite les informations obtenues l'aide d'une unité de calcul délivrant l'écart angulaire entre l'axe de visée et l'axe de tir, ledit écart étant ensuite introduit après traitement dans la chaîne d'asservissement classique de la tourelle pour commander le déplacement du canon. 2 - Procédé d'harmonisation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on illumine l'objet extérieur, l'image résultant alors du flux réfléchi par l'objet. 3 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un premier récepteur de rayonnement provenant de l'objet,place au voisinage du viseur, un premier détecteur (10) constituant un référentiel recevant l'image (27) d'un moyen matérialisant l'axe de visée et l'image (28a) de l'objet et délivrant les coordonnées de ces images, un second récepteur de l'image de l'objet extérieur, placé au niveau du canon, un moyen de matérialisation de l'axe de tir, un second détecteur (19) constituant un référentiel recevant l'image (30) materialisant l'axe de tir et l'image (28b) de l'objet extérieur et délivrant les coordonnées de ces images, une unité de calcul recevant les informations délivrées par les deux detecteurs et fournissant un signal électrique proportionnel à 1' écart angulaire éntre l'axe de tir et l'axe de visée. 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un illuminateur du type laser, dont la direction d'émission est sensiblement parallèle à l'axe de visée. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le premier récepteur du faisceau réfléchi par l'objet est constitué par le viseur panoramique. 6 - Dispositif selon la revendication 5 dans lequel le viseur périscopique comporte de façon connue un miroir orientable (la), une première lame (14) renvoyant le faisceau central (13) vers un oculaire (9), un moyen pour transmettre dans l'oculaire l'image du réticule (7) matérialisant l'axe de visée, caractérisé en ce que l'illuminateur et le premier détecteur sont intégrés au viseur, en ce qu'une seconde lame (11) semi-transparente est disposée à environ 45 par rapport au faisceau central pour transmettre d'une part, le faisceau émetteur vers l'objet en coopération avec le miroir et d'autre part, l'image (27) du réticule (7) matérialisant l'axe de visée vers le premier détecteur. 7 - Dispositif selon I rune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de matérialisation de l'axe de tir comprend un moyen de réflexion (23) placé à la volée du canon, de l'image d'un repère (18), les faisceaux émis et réfléchi étant sensiblement confondus. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le repère est constitué par un réticule projet4(18), le faisceau émis traversant une première lame (20) disposée sensiblement à 450 et étant renvoyé vers le moyen de réflexion par une seconde lame (21) disposée parallèlement à la première, le faisceau réfléchi étant alors renvoyé vers le détecteur (19) par la premiere lame (20) après réflexion sur la seconde (21). 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le second récepteur est constitué par les première et seconde lames suivies d'un objectif (29). 10 - Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un objectif (35) suivi d'un oculaire (36) constituant en combinaison avec la seconde lame (21) un second viseur, l'image du réticule étant renvoyée de façon classique par un trièdre dans l'axe de l'objectif. il - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que les détecteurs sont constitués par une matrice de diodes sensibles dans le spectre d'émission du laser. 12 - Dispositif selon la revendication 3, çaractérisé en ce que les détecteurs sont constitués par une caméra de télévision ou une caméra tharmique, relises à un dispositif d'écartométrie. 13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10, 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble optique de correction (39,40) pour appliquer au second viseur des corrections de tir.