Brevet FR2500184A1 — publié le 19820820

Procédé et dispositif de stabilisation et de commande optiques d'engins volants stabilisés en roulis La présente invention concerne un procéué et un dispositif de stabilisation et de commande optiques d'en- gins volants stabilisés en roulis, par de la lumière po- larisée. Des procédés et des dispositifs de ce genre ont été utilisés pour la commande d'engins volants, dans le but d'éviter la transmission des ordres de commande par fil ou par radio. La transmission par fil présente l'in- convénient d'introduire une limitation de la vitesse de vol, car à des vitesses de vol dépassant 300 m/sec., des problèmes se posent concernant le déroulement du fil. Dans le cas de transmission radio-électrique, la large disper- sion du signal émis donneà l'adversaire la possibilité de répérer plus facilement le lanceur et le point de lan- cement. Le Brevet des Etats Unis d'Amérique NO US PS 3 963 195 décrit un dispositif destiné à stabiliser la position en roulis au moyen de lumière laser polarisée Les informations pour la stabilisation en roulis de l'en- gin volant sont transmises par le faisceau lumineux, sous forme de lumière polarisée. L'angle entre un axe spéci- fié et le vecteur de polarisation de la lumière est dé- signé par e. En utilisant deux détecteurs dans l'engin volant, les valeurs sin e et cos29 peuvent être détermi- nées et la valeur de G peut être réglée de cette manière. Un inconvénient de ce dispositif connu est que dans le cas de petits an,les e, le sens de l'écart, c'est-à-dire à gauche ou à droite, ne peut plus être distingué et que le signal qui est proportionnel a sin G conduit à un mauvais rapport signal/bruit. Ainsi, une stabilisation précise de la position en roulis etpar conséquent, dans le cas d'en- gins volants avec un effet de Glissement (compensation de l'accélération de la pesanteur par une poussée correspon- dante) une stabilisation précise de la direction uu vec- teur de poussée ne sont plus possibles. une commande pré- cise des engins voLants sur des trajectoires avec une légere courbure ne peut être obtenue au moyen au dis- positlï proposé par Le Brevet US-PS 3 9'3 195 precité. Tais ces engins volants sont juste d'un intérêt parti- culier comme arme antichar ou comase engin volant à courte portée, par exemple 1000 metres. Un objet de l'invention est donc de proposer un procédé et un dispositif du type décrit en préambule qui permet un réglage et une stabilisation automatique d'une position préférentielle en roulis, notamment pour la commande précise d'engins volants. Ce résultat est obtenu par le fait qu'un signal de correction de la position en roulis est pronuit dans le dispositif de réglage de l'engin volant à partir de la modulation du vecteur de polarisation du signal lumineux, 1j dans des impulsions, sous forme d'une valeur moyenne d'une direction dans l'espace, par l'étabLissement d'une différence et d'un quotient. Il se produit donce un signal de correction lors- que la valeur moyenne du vecteur de polarisation, dans deux impulsions qui se suivent, n'ent pas en-corrè.Lation avec ta direction de la position prdfrentieile voulue en roulis, ou la direction du vecteur de poussée. Grâce à ce dispositif, il est possible d'une manière avantageuse d'assurer une commande optique simple d'engins volants avec une corrélation univoque e Ltrc!e sens de rotation de l'engin et le signal de correction. De plus, le signal de correction dépend d'une valeur essentiellement plus élevée, ce qui est particulierement important pour les petits angles de rotation. Ces avanta- ges, à savoir la détermination univoque du sens de rota- tion de l'axe préférentiel, la dépendance linéaire entre le signal de correction de trajectoire et l'angle de ro- tation avec de petits angles, et le signal de correction de trajectoire de valeur essentiel.lement plus grande conduisent à un réglage simple et peu coûteux. ie pro- cédé proposé introduit un principe général de réglage pour La commande optique d'engins votants. Au moyen de ce procédé, iL est possible par exemple de faire tourner hors de La direction verti- cale La ligne de poussée d'un engin volant, et par conséquent de commander également L'engin volant dans La direction horizontale. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention apparattront au cours de La description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se ré- férant aux dessins annexés sur lesquels: ,a Figure 1 montre l'écart angulaire If entre La cible et La trajectoire de L'engin volant, la Figure 2 est un schéma simplifié d'un dis- positif de réglage d'un engin volant, la Figure 3 représente des.diagrammes de temps de signaux, la Figure 4 est un schéma simplifié d'un dispo- sitif de traitement de signaux à l'intérieur du dispo- sitif de réglage de l'engin volant, et la Figure 5 montre la relation entre des an- gles importants pour la détermination de l'angle de rotationî et la direction du vecteur de polarisation > p p0. Po' Pour la correction de la trajectoire, les rai- sons suivantes peuvent être considérées. a) mouvement Latéral de La cibLe entre l'in- stant du Lancement et l'instant souhaité pour l'impact b) écart angulaire de l'engin volant par rap- port à la direction voulue, par exemple sous l'effet d'une inexactitude au lancement ou sous L'effet d'un vent latéral, c) mouvement de roulis spontané de l'engin volant qui, en raison de l'accélération Latérale qui en résulte, peut conduire à une dérive horizontale. Pour la commande, lorsque le Lanceur pilote 3j utilise une lunette de visée, l'écart angulaire W (t) peut être établi automatiquement par une simple pour- suite de la lunette de visée ou de la tête goniométri- que (cas a). Dans le cas b), l'écart angulaire pout:tre dé- termine visuellement dans la graduatirn de la 1lurette de visée. En variante, une detrin.tion automnatque est également possible, auquel ca5 l'écart angulaire entre le réticule (cible) et le point lumineux de voegin vo- lant est enregistré électroniquement. Dans le cas c), en raison de la transmission de signaux optiques qui sera décrlite ci-apres, les tiouve- ments de roulis conduisent à la production automatique d'un signal de correction de trajectoire, effectuant une stabilisation du vecteur de pouss.e. La Fig. 1 montre le lanceur T et la cible C, ainsi que l'écart angulaire i(t) qui, en fonction de la distance R entre le lanceur et la cible et du temps de p vol 4t qui reste, nécessite une-plus ou moins grande dis- tance de correction latérale S = Rp x T (t). Sa distan- ce Rp peut être mesurée avant le lancement de l'ergeni P volant, avec une diode à laser qui sert également à l'émission des impulsions de lumière polarisée. L'accé- lération latérale nécessaire bj est calcuLee sous forme d'un signal de correction, dans un nicroprocesour a partir de 1' écart angulaire masurg d. Le signal de correction de trajecto-re es- ad- terminé dans l'engin volant a partir de la rotation du vecteur de polarisation P0 de la lumiere reçue, sous la forme d'un angle O(p, la valeur de 0 la relation bl = b0 x sin. i'técart angulaire f et l'aceéleration nécessaire blsous forme d'un signal de correction de trajectoire s'établit donc pour un petit angle à: si= p x si -2 (at)2 At....temps de --ol quti r'ste At = _P __v Jvol 2 5 0 0 18 4 2R ( t2 avecl(V vol | constante ce qui donne 1= 2 q. vol x R 1 vecteur de poussée préférentielle en roulis par rap- vertical port à L'angle P à partir de la position verticale La position en roulis de l'engin volant peut être définie par la direction de transmission de l'analyseur de polarisation, de préférence par Et (voir Figure;)) une direction fixe dans l'espace est prédéterminée ici par le lanceur, par le vecteur de polarisation P0 de la lumière incidente qui, avec une bonne approximation, n'est pas perturbée par les turbulences de l'air. Des variations de la position en roulis (définie par El) relativement au vecteur de polarisation P0 d'un angle 0p, que ce soit par un signal de commande AP0 ou par un mouvement de roulis Et spontané et à corriger, condui- sent à une variation relativement grande du signal au dé- tecteur Di(voir Fig. 2) qui reçoit la lumière transmise dont la direction de polarisation est perpendiculaire à E Ainsi, une variation ou - p). Cela devient possible lorsque la polarisation de la lumière émise est modulée en impulsions d'angles + dûIL et - A", selon le principe illustré par la Fig. 3. Si par exemple 0( pest positif, le signal vil 1 a l'im- pulsion de modulation 1 au détecteur lJj est supérieur au signal Jl2 à l'impulsion de modulation 2. Si Op était Ji négatif, J serait inférieur au signal JL correspondant. Il est admis à cet égard que dans La position initiale Po E1t. Par conséquent, le sine de la diffé- I2 rence jl - Jl est en corrélation univoque avec le signe de 0p (voir a, b, c sur la Fig. 3). Une rotation P à gauche ou à droite peut ainsi ûtre diiférentide par le signe de la tension à la sortie de l'intégrateur (voir c, d sur la Fig. 3). Une condition pour une coor- dination univoque du signe et du sens de rotation est une position de phase définie des impulsions de multi- plication M dans l'engin volant (voir Fig. 3) par rap- port à la modulation du vecteur de polarisation PO0 par le lanceur. Cette synchronisation peut être obtenue de différentes manières, par exemple en transmettant avant le lancement des impulsions électriques de l'unité de modulation du lanceur vers les circuits électroniques de l'engin volant. ia modulation du vecteur de polarisation P0 1 2 a en outre l'avantage que la di fférence j1 - Jl (voir b sur la Fig. 3) varie linéairement avec le sinus de l'angle de rotation Op tandis qu'en absence de modula- P tion, le signal J est proportionnel au carré de sin "p. Ainsi, non seulement la dépendance entre le signal et la valeur de réglage est plus simple, mais aussi une va- leur essentiellement plus grande, ce qui est particu- 2.5 lierement important pour le petit angle de rotation O(. p Le dispositif est représenté plus en détail sur les Fig. 2 et 3. Dans l'engin volant est montée une fenêtre optique R avec un filtre 9 recevant le signal lumineux. Le filtre 9 à bande étroite a pour fonction de laisser passer le signal lumineux quasi-monochroma- tique; la lumière ambiante non polarisée, mais à large bande, est ainsi atténuée. Derrière se trouvent des analyseurs de polarisation 10, 11 avec des directions de transmission définies E perpendiculaires entre elles 3 ou un séparateur de faisceau polarisant. La lumière est reçue par deux photodétecteurs 12, 13 qui délivrent les signaux de sortie Dl Dll. Des amplificateurs 15, lo (voir aussi Fig. 4) produisent les signaux de courant J.Lj JII qui sont ensuite traités dansle circuit 14 de traitement de signaux. Ce circuit produit non seulement la somme JJL + Jll (voir d sur la Fig. 3) mais aussi le signal de courant J.l de l'amplificateur 1 avec les im- pulsions de multiplication M duans le multiplicateur 1'7 (voir aussi b et c sur la Fig. 3). Une valeur moyenne est ensuite établie en 20, 21. Pour que le signal de réglage soit indépen- dant des fluctuations d'intensité AI0 du signal lumineux incident (fluctuations de la source lumineuse, turbulences de l'air, écart d'alignement entre le faisceau lumineux et l'engin, distance qui varie pendant le vol), ce signal pouvant tre puls6, le quotient de / (Jl + Jl >) est établi dans un diviseur 22. La somme Jl + JII est, de mme que l'intensité de la lumière inci- dente, indépendante de la direction du vecteur de polari- sation. La relation entre le.signal à la sortie du circuit 14 de traitement de signaux et l'angle 0p entre - p le vecteur de polarisation P0 et la position en roulis définie par Et est donnée par: vc 1 = 0(p + ANc 0(2 = otp - Et = E x cosO E = E x sint o 0 Intensité | O( E2 Il. = I x sini Iii = Io x cos O I = Io sin ( p + A) 2 2 Il = Io. sin (cp -6A) o p Courant J apres l'amplificateur: Jll = Vj. x I 1 ainsi que Jl = Vl x Ill Jl2 = VI x IL VL, Viisont des facteurs effec- tifs d'amplification qui dé- pendent également de la surface et du rendement des photo- détecteurs 12, 13. sin (Cp +,A) = sin tp cos t" + cos 0p sin be sin (CAp -tA) = sinc0p cos At - cosbp sinAcX (J1 J> / )2 = 4 sin 1 2 l - j= sin 2 c p J.L + Jll pour tion Approximation pour un JrV+ J _ 2"p À j i1l, p sin (2 iot) le cas o les facteurs d'amplifica- : VL = vt = v! petit angle de rotation p sin (2 Aot); c'est-à-dire que le signal de sortie est linéaire par rap- port à l'angle de rotationOi du vecteur de polarisation I Po et sa valeur est optimisée pourbC= 45 . REVE]DICATIOMtS 1 - Procédé de stabilisation et de commande op- tiques d'engins volants stabilisés en roulis, par de la lumière poLarisée, procédé caractérisé en ce que, dans Le dispositif de réglage (1) dans l'engin volant, un sig- nal de correction (b >) de la position en roulis est pro- duit à partir de la modulation du vecteur de polarisation (P0) du signal lumineux, en impulsions, sous forme d'une valeur moyenne d'une direction dans l'espace (C0p) par l'établissement d'une différence et d'un quotient. 2 - Procédé seLon la revendication 1, caracté- risé en ce que le signal de correction (b (P0) ayant pour valeur + 45 . 3 - Dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de réglage (1) comporte un analyseur de polarisation (o10, 11) avec une direction de transmission (Et) définie, derrière lequel sont disposés des photo- détecteurs (12, 13) et un circuit de traitement de sig- naux (14), le circuit de traitement de signaux (14) am- plifiant (15, 16) les signaux de sortie (DjL, Dl) des photodétecteurs, les signaux de sortie (J], JIt) des am- plificateurs étant additionnés (LR) et la première impul- sion de modulation du signal de courant associé (JL) étant prévue dans un multiplicateur (17) avec des impul- sions de multiplication (19), des valeurs moyennes étant établies (20, 21) aussi bien du signal de sortie de l'ad- ditionneur (1R) que de celui du multiplicateur (17) et le rapport de ces valeurs moyennes étant établi dans un divi- seur (22) et servant de signal d'entrée pour la formation du signal de correction (b 4 - Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte un filtre spectral (9) devant l'analyseur de polarisation (10, 11) pour masquer la lu- 3j mière ambiante.