Brevet FR2524137A1 — publié le 19830930

À 22524137 SYSTEME DE CONDUITE DE TIR A LUNETTE D'OBSERVATION ASSERVIE PAR UN DISPOSITIF DE POURSUITE AUTOMATIQUE. La présente invention concerne un système de conduite de tir, et plus précisément un système de visée et de poursuite auto- matique de cible, particulièrement adapté à une utilisation sur aéronef (hélicoptère de combat notamment). Dans un système de conduite de tir, un opérateur doit d'abord rechercher une cible à détruire, en utilisant notamment une lunette d'observation grossissante dont il assure l'orientation en site et en gisement au moyen d'un manche de télécommande agissant sur des moteurs d'orientation de la lunette. L'opérateur envoie à un dispositif de poursuite automa- tique, pendant cette phase de recherche ou à la fin de cette phase, un ordre d'orientation forcée du dispositif de poursuite selon l'axe de la lunette; puis il décide de passer en phase de poursuite automatique et envoie au dispositif de poursuite un ordre d'orientation automatique sur une cible repérée Le disposi- tif de poursuite comporte, en vue d'assurer l'exécution de ce dernier point, d'une part une optique de visée fournissant une image (vidéo par exemple) de la cible, et d'autre part des cir- cuits d'écartométrie fonctionnant par exemple par contraste ou par corrélation, qui repèrent les déplacements de l'image de la cible dans le champ de l'optique de viske et qui assurent l'orientation adéquate du dispositif de poursuite pour ramener cette image de cible dans l'axe de visée. Des informations sur la direction prise par le disposi- tif de poursuite sont transmises en permanence, avec éventuellement des corrections de tir appropriées, à une arme de destruction qui vise donc la cible tant que celle-ci reste centrée dans l'axe de visée du dispositif de poursuite, et l'opérateur peut à tout moment envoyer un ordre de tir. Il est souhaitable que la lunette grossissante suive les déplacements du dispositif de poursuite lorsque celui-ci exécute une phase de poursuite automatique, pour que l'opérateur puisse utiliser la lunette comme moyen de contrôle visuel de la bonne exécution de la poursuite Par exemple, en cas de perte de la cible par le dispositif de poursuite (passage derrrière un rideau d'arbres etc), l'opérateur doit pouvoir reprendre le contrôle immédiatement ou vérifier que le dispositif de poursuite rattrape tout seul la cible perdue (à la sortie du rideau d'arbres par exemple). D'autre part, lorsque l'opérateur vise une cible avec la lunette, et demande au dispositif de poursuite de viser la même cible, il faut que l'optique de la lunette et l'optique du dispo- sitif de poursuite visent bien le même point, sans quoi l'opérateur doit exécuter une phase supplémentaire de contrôle ou de recalage de l'image donnée par le dispositif de poursuite avant de passer en phase de poursuite. Comme la lunette est grossissante, une erreur d'angle même faible entre les deux optiques peut avoir des conséquences pratiques très genantes. Or, plusieurs raisons concourrent à créer de telles erreurs et notamment l'erreur de parallaxe entre la lunette et l'optique du dispositif de poursuite qui, à partir de deux posi- tions proches mais différentes, visent le même point, ou encore des erreurs angulaires dues à la déformation mécanique de la structure de l'hélicoptère qui porte le système de conduite de tir. Pour résoudre ces problèmes, la présente invention pro- pose un système de conduite de tir comprenant un dispositif de poursuite automatique orientable en site et en gisement et pourvu de capteurs angulaires repérant son orientation en site et en gisement, et une lunette grossissante d'observation pourvue de moteurs d'orientation en site et en gisement et de capteurs angu- laires repérant son orientation en site et en gisement, avec les particularités suivantes: le dispositif de poursuite porte un moyen d'illumination laser susceptible d'émettre un rayonnement laser parallèlement à l'axe de visée de ce dispositif la lunette porte un détecteur de rayonnement laser couplé à un circuit d'écartométrie associé susceptible de fournir un couple de signaux d'erreur représentant l'écart en site et en gisement entre le centre du détecteur (qui représente la ligne de visée de la lunette) et le point de focalisation du rayonnement laser reçu par la lunette après réflexion sur un obstacle une mémoire est prévue pour recevoir et enregistrer ces signaux d'erreur dans une phase de recalage pendant laquelle le moyen d'illumination laser émet; un circuit électrique est prévu pour recevoir des informations issues des capteurs angulaires du dispositif de pour- suite et de la lunette, ainsi que de la mémoire, et pour fournir aux moteurs d'orientation de la lunette, dans une phase de pour- suite automatique, des signaux de commande tendant à faire suivre par la lunette les mouvements en site et en gisement du dispositif de poursuite, avec une correction correspondant aux signaux d'erreur enregistrés en mémoire pendant la phase de recalage. Ce recalage permet de s'affranchir efficacement des erreurs de parallaxe et des erreurs dues aux déformations de la structure de l'aéronef Il a l'avantage de pouvoir se faire en utilisant comme moyen d'illumination laser le télémètre à laser qui est souvent prévu dans un système de conduite de tir (pour élaborer des corrections balistiques de tir en fonction de la distance de la cible), à condition que ce télémètre à laser émette effectivement parallèlement à l'axe du dispositif de visée ou même précisément selon l'axe de celui-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente un schéma de principe de l'invention, la figure 2 représente schématiquement une possibilité- d'agencement d'un moyen d'émission laser émettant parallèlement à l'axe optique d'un dispositif de poursuite automatique. Le système de conduite de tir, monté par exemple sur un hélicoptère, comprend un certain nombre d'éléments dont on décrira seulement ceux qui sont nécessaires à la compréhension de l'invention Par exemple on ne décrira pas tous les systèmes de visualisation dont le système de conduite de tir peut être pourvu pour aider l'opérateur ou le pilote. Parmi les éléments représentés à la figure 1, on trouve une lunette d'observation grossissante 10, orientable en site et en gisement par des moteurs qui sont de préférence des moteurs- couples à entraînement Électromagnétique pour éviter la présence d'engrenages dans la transmission du mouvement La lunette 10 peut d'ailleurs être gyrostabilisée, c'est à dire qu'on applique des signaux de commande d'orientation à ces moteurs non pas direc- tement mais par l'intermédiaire de gyromètres (gyromètres simples ou intégrateurs ou encore gyroscopes à deux axes à suspension accordée) fixés sur la lunette, ces gyromètres ayant pour axes sensibles les axes de rotation en site et en gisement. Pour simplifier la description de l'invention, on n'a représenté sur la figure 1 qu'un moteur d'orientation en gisement 12 pour la lunette; toute la description sera d'ailleurs faite uniquement en référence aux axes de rotation en gisement, étant entendu que deux voies de circuits indépendantes analogues sont nécessaires respectivement pour l'orientation en site et l'orientation en gisement. L'axe de rotation en gisement de la lunette 10 est désigné par la référence 14 L'axe de rotation en site serait per- pendiculaire au plan de la figure. Un amplificateur 16 fournit des signaux de commande au moteur 12 (directement ou par l'intermédiaire d'un système de gyrostabilisation) On verra ci-après d'o viennent ces signaux. Un capteur angulaire 18 permet de repérer l'orientation en gisement de la lunette; bien entendu un autre capteur est prévu pour l'orientation en site. Par ailleurs, un dispositif de poursuite automatique 20 constitue un autre élément important du système de conduite de tir Il est également orientable en site et en gisement (moteur d'orientation en gisement 22) autour d'un axe de rotation en gise- ment 24 et il est de préférence gyrostabilisé, c'est à dire qu'il reçoit des signaux de commande d'un amplificateur 26 non pas directement mais par l'intermédiaire d'un système de gyrostabili- sation (non représenté ici) comprenant des gyromètres ou des gyromètres intégrateurs ou un gyroscope à suspension accordée dont les axes sensibles sont l'axe de rotation en gisement 24 et un axe de rotation en site perpendiculaire au plan de la figure 1 Les moteurs d'entraînement du dispositif de poursuite automatique sont de préférence à entraînement électromagnétique Des capteurs angu- laires d'orientation en gisement ( 28) et en site (non représenté) sont prévus sur le dispositif de poursuite 20 pour repérer son orientation à tout moment. Le dispositif de poursuite comporte un objectif pour former sur un détecteur d'image 30 l'image d'une cible située dans le champ de visée de cet objectif; l'axe optique de cet objectif est appelé axe de visée du dispositif 20 et est désigné par la référence 32. Le détecteur d'image 30, qui peut être un tube vidicon fournissant un signal vidéo ou une matrice de détecteurs photosen- sibles, fournit des signaux électriques représentant l'image du champ de visée (et notamment de la cible poursuivie) à un circuit d'écartométrie 34 et éventuellement à des écrans de visualisation (moniteur de télévision etc). Le circuit d'écartométrie 34, qui assure la poursuite, élabore des signaux d'écart en site et en gisement représentant l'écart entre la position de la cible dans l'image et une position de référence (par exemple le centre de l'image); ces signaux sont destinés à l'amplificateur 26 qui commande les moteurs d'orientation du dispositif de visée de manière à ramener l'image de la cible sur la position de référence lorsqu'elle tend à s'en écarter. Le circuit d'écartométrie peut fonctionner par contraste (le bord de l'image de la cible définit une ligne de contraste dont la position peut facilement être détectée et comparée à une position de référence pour engendrer des signaux d'écart), ou encore par corrélation d'image: au moment o l'opérateur décide de passer en phase de poursuite automatique après avoir manuelle- ment centré la cible dans le champ de visée, l'image de ce champ obtenue sur le détecteur 30 est enregistrée en mémoire comme image de référence et les images ultérieures sont corréles avec l'image en mémoire, avec une fonction de corrélation faisant intervenir des décalages latéraux et verticaux de l'image, afin de définir des pics de corrélation qui permettent de connaître le décalage en site et gisement des images ultérieures par rapport à l'image ini- tiale enregistrée. Un signal d'écartométrie en gisement est transmis par le circuit 34 à l'amplificateur 26 et un signal d'écartométrie en site est prévu dans la voie analogue non représentée d'orientation en site. Les capteurs angulaires ( 28 pour l'orientation en gisement) envoient des signaux à un calculateur 36 qui reçoit par ailleurs d'autres informations, et celui-ci élabore des signaux de commande d'orientation d'une arme de tir, pour donner à cette arme la même orientation que le dispositif de visée (en phase de poursuite) corrigée éventuellement en fonction de données balisti- ques telles que la vitesse du vent, la distance de la cible, le type d'obus, etc. Le capteur angulaire de gisement 18 de la lunette 10 et le capteur angulaire de gisement 28 du dispositif de poursuite 20 sont reliés aux deux entrées d'un soustracteur 38 qui élabore un signal d'erreur servant à aligner les orientations de la lunette et du dispositif de poursuite Ce signal d'erreur est appliqué à une entree d'un autre soustracteur 40 qui reçoit sur une autre entree un signal dit "d'erreur d'harmonisation" provenant d'une mémoire 42. Le signal de sortie du soustracteur 40, qui correspond à l'écart entre les orientations des axes de visée de la lunette et du dispositif de poursuite, affecté d'une correction d'harmonisation, est dirigé soit vers l'entrée de l'amplificateur 26, en phase d'acquisition de cible, soit vers l'entrée de l'amplificateur 16, en phase de poursuite automatique. Un commutateur 44 ayant une position "A" (pour phase d'acquisition) et "P' (pour phase de poursuite) est prévu à cet effet pour relier à l'entrée de l'amplificateur 26, soit la sortie du soustracteur 40 (position acquisition A), soit la sortie du circuit d'écartométrie 34 (position poursuite P). De même, un commutateur 46 permet de diriger vers l'entrée de l'amplificateur 16, soit les signaux issus d'un manche de télécommande 48 en phase d'acquisition (position "A"), soit les signaux issus du soustracteur 40 en phase de poursuite (position Ainsi, en phase d'acquisition de cible, le dispositif de poursuite suit automatiquement l'orientation de la lunette qui est pilotée manuellement, tandis qu'en phase de poursuite la lunette suit automatiquement l'orientation du dispositif de poursuite qui est piloté par son circuit d'écartométrie. On peut prévoir aussi que le commutateur 44 ait une troisième position, M, pour diriger vers l'entrée de l'amplificateur 26 des signaux issus d'un autre manche de télécommande manuelle 49. Un troisième commutateur 50 est inséré entre l'entrée de l'amplificateur 16 et le commutateur 46, ce commutateur ayalat une position normale "N et une position dite de calage "C"; en posi- tion normale N, les signaux issus du manche de télécommande 48 ou du soustracteur 40 sont transmis à l'entrée de l'amplificateur 16; mais, en position calage C, ces signaux sont interrompus et on applique à l'entrée de l'amplificateur 16 d'autres signaux qui sont des signaux de sortie d'un circuit d'écartométrie 52 dont l'entrée provient d'un détecteur de faisceau laser 54 porté par la lunette 10. Le détecteur 54 est avantageusement du type à quatre quadrants Il se trouve placé sur la lunette derrière une optique de focalisation et éventuellement de filtrage sélectif d'une longueur d'onde particulière de laser, de telle sorte que si un faisceau laser parvient dans l'axe ou parallèlement à l'axe de visée de la lunette, ce faisceau tombe au centre du détecteur 54, tandis que si le rayon laser n'arrive pas tout à fait parallèlement à l'axe, il tombe sur une portion non centrale du détecteur, lequel fournit alors des signaux correspondant à l'écart en site et en gisement par rapport au centre du détecteur; ces signaux sont traités par le circuit d'écartométrie 52 et appliqués à l'entrée de l'amplificateur 16 mais seulement en posi- tion dite de calage (commutateur 50 en position C). Le faisceau laser reçu provient de la réflexion sur un obstacle d'un faisceau émis par un illuminateur laser 56 agencé pour émettre parallèlement à l'axe de visée 32 (ou selon cet axe) du dispositif de poursuite; ainsi, les signaux d'écartométrie du circuit 52 sont une indication du décalage des points visés par la lunette et le dispositif de poursuite. Les signaux d'écartométrie du circuit 52 sont par ailleurs appliqués à une entrée d'un soustracteur 58 qui reçoit d'autre part la sortie du soustracteur 38; la sortie du soustrac- teur 58 est appliquée, éventuellement à travers un interrupteur 60 ayant une position de calage C dans laquelle il est fermé (et une position normale ouverte), à l'entrée de la mémoire 42 pour y enregistrer, en phase de calage, le signal fourni par le soustrac- teur 58 et qui représente l'écart d'harmonisation entre la lunette et le dispositif de poursuite. Enfin, on peut prévoir un interrupteur 62 pour relier la sortie de la mémoire 42 à l'entrée du soustracteur 40 (position normale N: interrupteur fermé, position de calage C: interrup- teur ouvert). Quant à la mémoire 42, si elle doit être commandée en écriture, il faut prévoir un signal de commande correspondant pen- dant la phase de calage au cours de laquelle les commutateurs 50, et 62 sont basculés en position C. Le circuit qui vient d'être décrit en référence à la figure 1 permet d'exécuter une phase d'acquisition de cible et une phase de poursuite automatique De plus, l'opérateur peut procéder à une action de recalage de l'orientation de la lunette de la manière suivante: il choisit un obstacle se situant à une distance correspondant à une distance de cible normale et il pointe le dispositif de poursuite 20 sur cet obstacle, de préférence à l'aide du manche de télécommande 49 (commutateur 44 en position M). Il donne alors un ordre de passage en phase de calage, qui a pour effet de basculer les commutateurs 50, 60 et 62 de la position normale N à la position calage C, et de faire émettre un rayonnement laser par l'illuminateur 56, puis d'autoriser l'écriture dans la mémoire 42. La lunette s'oriente alors de manière à centrer si possible sur le détecteur 54 le faisceau laser reçu après réflexion sur l'obstacle visé, et on enregistre dans la mémoire une valeur dite d'erreur d'harmonisation correspondant essen- tiellement à l'écart angulaire qui doit exister entre les capteurs angulaires 18 et 28 pour que le dispositif de poursuite et la lunette visent le même point (qui en l'occurrence est l'obstacle visé pendant la phase de calage). t Cette erreur d'harmonisation tient compte de la parallaxe et d'autres erreurs de positionnement ou de réglage des capteurs, ainsi que de la déformation de la structure de l'hélicoptère porteur. Quand on repasse en position normale N des interrupteurs , 60 et 62, cette erreur d'harmonisation est restituée par la mémoire 42 et transmise comme signal de correction à l'amplificateur 26 en phase d'acquisition ou à l'amplificateur 16 en phase de poursuite. La figure 2 montre à titre indicatif comment on peut agencer le trajet optique d'un faisceau laser pour qu'il sorte du dispositif de poursuite 20 parallèlement à l'axe de visée 32 de ce dernier le dispositif de poursuite porte, comme moyen d'illumination laser, plusieurs miroirs de renvoi, l'illuminateur laser proprement dit, 66, étant fixe et pouvant se trouver déporté Un premier miroir Ml, solidaire d'un support mobile en rotation autour de l'axe de rotation en site ( 68), renvoie le faisceau laser vers un deuxième miroir M 2, puis un troisième miroir M 3, solidaires du même support Le faisceau reçu par M 3 est dirigé vers un quatrième miroir M 4 monté sur l'ensemble optique de visée (mobile en site et en gisement) du dispositif de poursuite Le faisceau laser sort parallèlement à l'axe de visée 32 quelle que soit l'orientation en site et en gisement, du fait notamment que les miroirs Ml, M 3 et M 4 sont placés de manière à renvoyer le faisceau soit sur l'axe de rotation en site soit sur l'axe de rotation en gisement Les éléments optiques du dispositif de poursuite 20 n'ont pas été représentés pour simplifier la figure. 1 l REVENDICATIONS. 1 Système de conduite de tir comprenant un dispositif optique ( 20) de poursuite automatique de cible orientable en site et en gisement et pourvu de capteurs angulaires ( 28) repérant son orientation en site et en gisement, une lunette grossissante d'observation ( 10) pourvue de moteurs d'orientation ( 12) en site et en gisement et de capteurs angulaires ( 18) repérant son orientation en site et en gisement, caractérisé par le fait que: a) le dispositif de poursuite ( 20) porte un moyen d'illumination laser ( 56) émettant un rayonnement laser parallèlement à l'axe de visée ( 32) de ce dispositif, b) la lunette porte un détecteur ( 54) de rayonnement laser couplé à un circuit d'écartométrie associé ( 52) susceptible de fournir un couple de signaux d'erreur représentant l'écart en site et en gisement entre le centre du détecteur ( 54) et le point de focalisation du rayonnement laser reçu après réflexion sur un obstacle, c) une mémoire ( 42) est prévue pour recevoir et enre- gistrer ces signaux d'erreur dans une phase de recalage pendant laquelle le moyen d'illumination laser ( 56) émet un rayonnement laser, d) un circuit électrique ( 38, 40, 16) est prévu pour recevoir des informations issues des capteurs angulaires du dispo- sitif de poursuite et de la lunette, ainsi que de la mémoire, et pour fournir aux moteurs d'orientation de la lunette, dans une phase de poursuite automatique, des signaux de commande tendant à faire suivre par la lunette les mouvements en site et en gisement du dispositif de poursuite, avec une correction correspondant aux signaux d'erreur enregistrés en mémoire pendant la phase de recalage. 2 Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le détecteur ( 54) est un détecteur à quatre quadrants placé en arrière d'un objectif de focalisation et d'un filtre sélectif laissant passer la longueur d'onde du rayonnement laser. 3 Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les signaux issus du circuit d'écartométrie ( 52) sont amenés aux moteurs ( 12) d'orientation de la lunette en phase de calage de manière à tendre à orienter la lunette dans une direction telle que le faisceau laser réfléchi arrive au centre du détecteur ( 54). 4 Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le circuit électrique comporte un premier soustracteur ( 38) dont les entrées sont reliées aux cap- teurs angulaires ( 18, 28) de la lunette ( 10) et du dispositif de poursuite ( 20), et un second soustracteur ( 40) dont les entrées sont reliées respectivement à la sortie du premier soustracteur ( 38) et à la sortie de la mémoire ( 42).